挖掘机发展历史

挖掘机发展历史
挖掘机从发明到现在已经⾛过179年的历史，期间经历过从⼈⼒到蒸汽再到液压驱动。

作为⼯程机械⾏业⾥的“明珠”，挖掘机的发明和发展对节省⼈⼒提⾼⼯作效率发挥了巨⼤作⽤。

T130题 T142
最早的挖掘机是以⼈⼒或畜⼒为动⼒，⽤于挖深河底的浚泥船，铲⽃容量⼀般不超过0.2～O.3⽴⽅⽶。

1833～1836年，美国⼈奥蒂斯设计和制造了第⼀台蒸汽机驱动、铁⽊混合结构、半回转、轨⾏式的单⽃挖掘机，⽣产率为35⽴⽅⽶／时，但由于经济性差没有应⽤。

19世纪70年代经过改进的蒸汽铲正式⽣产并应⽤于露天矿剥离。

1880年⼜出现了第⼀批以拖拉机为底盘的半回转式蒸汽铲。

20世纪初⾄40年代末，挖掘机进⼊动⼒和⾏⾛装置多样化的阶段。

1910年，出现了第⼀台电机驱动的单⽃挖掘机；1912年出现了汽油机和煤油机驱动的全回转式单⽃挖掘机；1916年出产了柴油发电机驱动的单⽃挖掘机；1924年柴油机直接驱动开
始⽤于单⽃挖掘机上；履带式⾏⾛装置于1910年开始采⽤。

轮胎式⾏⾛装置随着汽车⼯业的发展，⼴泛⽤于⼩型挖掘机。

30年代，出现了步⾏⾏⾛装置。

50年代中期，德国和法国相继研制出全回转式液压挖掘机，从此挖掘机的发展进⼊⼀个新阶段。

多⽃挖掘机也有100多年的历史。

法国于1860年⽣产了世界上最早的、结构⽐较成熟的多⽃挖掘机，⽤于苏伊⼠运河开挖⼯程。

1889年，美国⽣产的多⽃挖沟机可挖宽0.29⽶、深1.4⽶的沟渠。

19世纪末，⽃轮挖掘机在德国褐煤采掘中得到⼴泛应⽤，⾄1958年，每个铲⽃容量已达3600升。

1977年，联邦德国制造了当时世界上最⼤的⽃轮挖掘机，其⽣产率为24万⽴⽅⽶/⽇。

由于技术的进步，液压技术开始运⽤到制造领域。

20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式机械，20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压机械。

初期试制的液压挖掘机是采⽤飞机和机床的液压技术，缺少适⽤于机械各种⼯况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。

从20世纪60年代起，液压挖掘机进⼊推⼴和蓬勃发展阶段，各国机械制造⼚和品种增加很快，产量猛增。

1.中国最⼤的铲⽃式矿⽤挖掘机——⼭西太重集团WK55挖掘机
2008年1⽉26⽇，国内最⼤的矿⽤挖掘机在⼭西太重集团下线。

这台WK55型挖掘机⾼达22⽶，相当于７层楼⾼，总重量达到1400吨，⽃容量56⽴⽅⽶，年产量可达1200万⽴⽅⽶。

可适⽤3000万吨级的⼤型露天矿、铁矿、有⾊⾦属矿的剥离和采装作业。

⽬前，WK55挖掘机已经投⼊平朔露天煤矿使⽤。

2.世界最⼤的液压挖掘机——美国特雷克斯-O&KRH400挖掘机
O&KRH400正铲挖掘机是⽬前世界上最⼤的液压挖掘机，是当今唯⼀的1000吨级液压挖掘机。

到⽬前为⽌，只有6台RH400投⼊使⽤，其中5台在美国、1台在加拿⼤的矿⼭使⽤，仅有正铲机型。

第⼀台RH400于1997年制造，经过改进的第六台
RH400于2002年推出。

油箱容量为16000L，发动机输出功率达3280kW，正铲能容纳85吨的矿物。

3.世界最⼤的电动挖掘机——美国P&H5700挖掘机
5700系列于1991年推出，共⽣产了5台，是P&H公司⽣产过的最⼤电铲型号，输⼊电压为14400V，它装有4个铲⽃提升电动机，2个推进电机和4台回转电机，吊臂长度为21m，整机质量：1667吨，装机功率：9975kW，铲⽃容量：61m3。

4.世界最⼤的轮⽃式挖掘机——德国克虏伯KRUPP293挖掘机
KRUPP293的能⼒惊⼈，即使⾯对最难剥离的密质硬岩或冻⼟时实际⽣产能⼒也能达到24万m3/⽇，尤其挖掘松⽅的能⼒甚⾄达到了空前的30万m3/⽇。

从293的主要技术参数来看，已全⾯超过了1978年就投⼊使⽤的这⼀系列的⾸机288，成为真正的挖掘机之王。

主要结构分为三⼤部分：⼯作装置、上部回转平台、下部机构；
⼯作装置通过轴销铰接于回转平台的前端；
回转平台与下部机构间通过回转⽀承联接；
发动机后置于回转平台上；
驾驶室置于回转平台的左前⽅；
下部机构前端装有推⼟铲；
⾏⾛架上装四轮⼀带（⽀重轮、托链轮、驱动轮、导向轮、履带）
及涨紧装置；
传动系统为恒功率控制液压系统，其操纵⽅式为全液压先导式；
1.7.1动⼒元件——液压泵（油泵），将机械能变换成油液的液压能。

临⼯
挖掘机⽤的油泵由齿轮泵和柱塞泵组成。

1.7.2控制元件——各种液压阀，⽤来控制和调节液压油的⽅向、流量和压
⼒。

根据控制功能液压阀可分为：
压⼒控制阀——溢流阀（安全阀、过载阀）、减压阀（先导操纵阀）等；
流量控制阀——节流阀等；
⽅向控制阀——单向阀、换向阀等。

1.7.3执⾏元件——将液压泵输来的液压能变换成⼯作机构动作的机械能，
驱动负载作直线往复运动或回转运动。

⼀类是做直线运动的，也就是油缸
⼀类是做旋转运动的，也就是马达，包括⾏⾛马达和回转马达
1.7.4辅助元件——将动⼒元件、控制元件和执⾏元件三部分连接成⼀个系
统，起贮油、连接、过滤和测量等作⽤，主要有油箱、管路、接头、
滤油器、蓄能器、散热器等。

启动电路：
（1）蓄电池
蓄电池是⼀种化学电源，靠他内部的化学反应来储存电能或向⽤电设备供
电。

⽬前⼤部分液压挖掘机使⽤的是铅酸蓄电池，电极主要由铅及其氧化
物制成，电解液是硫酸溶液。

电池的电解液由硫酸与蒸馏⽔按⽐例调配⽽成，电池使⽤过程中发热会蒸
发部分⽔分，造成电解液配⽐失调，甚⾄硫酸浓度变⼤形成腐蚀，只有补
充适量的蒸馏⽔，才能保持电解液的正常充放电功能，保持电池的使⽤寿
命。

如果补充的是普通的⽔，其中所含杂质会在电极沉积，造成充电不⾜
甚⾄⽆法充电，所以必须使⽤蒸馏⽔。

94.以下说法错误的是（）。

A.经常检查各连接部位是否牢固
B.向蓄电池内加⼊硫酸来提⾼电解液的相对密度
C.向蓄电池内加⼊蒸馏⽔来降低电解液的相对密度
D.蓄电池在使⽤中不要过量放电
（2）继电器是⼀种电控制器件，是当输⼊量（激励量）的变化达到规定要求时，在电⽓输出电路中使被控量发⽣预定的阶跃变化的⼀种电器。

它实际上是⽤⼩电流去控制⼤电流运作的⼀种“⾃动开关”。

故在电路中起着⾃动调节、安全保护、转换电路等作⽤。

（3）启动机⼜叫马达，它将蓄电池的电能转化为机械能，驱动发动机飞轮旋转实现发动机的启动。

发动机的活塞与缸壁之间有⼀定的间隙，于是要靠活塞环来进⾏密封。

⼀般发动机的活塞环都有三道，即⼆道⽓环和⼀道油环。

前⼆道⽓环的作⽤是防⽌燃烧的混合⽓进⼊曲轴箱，⽽第三道油环的作⽤是储存⼀部分机油对活塞与缸壁之间进⾏润滑并刮除缸壁上多余的机油，防⽌机油进⼊燃烧室。

活塞环磨损严重、折断或是端⼝过⼤会引起动⼒下降、烧机油等现象。

四冲程柴油机的⼯作原理
柴油机的⼯作是由进⽓、压缩、做功和排⽓这四个过程来完成的，这四个过程构成了⼀个⼯作循环。

活塞⾛四个过程才能完成⼀个⼯作循环的柴油机称为四冲程柴油机。

现对照上⾯的动画了说明它的⼯作理原。

⼀. 进⽓冲程
第⼀冲程——进⽓，它的任务是使⽓缸内充满新鲜空⽓。

当进⽓冲程开始时，活塞位于上⽌点，⽓缸内的燃烧室中还留有⼀些废⽓。

当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上⽌点向下⽌点移动，同时，利⽤与曲轴相联的传动机构使进⽓阀打开。

随着活塞的向下运动，⽓缸内活塞上⾯的容积逐渐增⼤：造成⽓缸内的空⽓压⼒低于进⽓管内的压⼒，因此外⾯空⽓就不断地充⼊⽓缸。

进⽓过程中⽓缸内⽓体压⼒随着⽓缸的容积变化的情况如动画所⽰。

图中纵坐标表⽰⽓体压⼒P，横坐标表⽰⽓缸容积Vh(或活塞的冲S)，这个图形称为⽰功图。

图中的压⼒曲线表⽰柴油机⼯作时，⽓缸内⽓体压⼒的变化规律。

从⼟中我们可以看出进⽓开始，由于存在残余废⽓，所以稍⾼于⼤⽓压⼒P0。

在进⽓过程中由于空⽓通过进⽓管和进⽓阀时产⽣流动阻⼒，所以进⽓冲程的⽓体压⼒低于⼤⽓压⼒，其值为0.085～0.095MPa，在整个进⽓过程中，⽓缸内⽓体压⼒⼤致保持不变。

当活塞向下运动接近下⽌点时，冲进⽓缸的⽓流仍具有很⾼的速度，惯性很⼤，为了利⽤⽓流的惯性来提⾼充⽓量，进⽓阀在活塞过了下⽌点以后才关闭。

虽然此时活塞上⾏，但由于⽓流的惯性，⽓体仍能充⼈⽓缸。

⼆. 压缩冲程
第⼆冲程——压缩。

压缩时活塞从下⽌点间上⽌点运动，这个冲程的功⽤有⼆，⼀是提⾼空⽓的温度，为燃料⾃⾏发⽕作准备：⼆是为⽓体膨胀作功创造条件。

当活塞上⾏，进⽓阀关闭以后，⽓缸内的空⽓受到压缩，随着容积的不断细⼩，空⽓的压⼒和温度也就不断升⾼，压缩终点的压⼒和湿度与空⽓的压缩程度有关，即与压缩⽐有关，⼀般压缩终点的压⼒和温度为：Pc ＝4～8MPa,Tc＝750～950K。

柴油的⾃燃温度约为543—563K，压缩终点的温度要⽐柴油⾃燃的温度⾼很多，⾜以保证喷⼊⽓缸的燃油⾃⾏发⽕燃烧。

喷⼊⽓缸的柴油，并不是⽴即发⽕的，⽽且经过物理化学变化之后才发⽕，这段时间⼤约有0.001～0.005秒，称为发⽕延迟期。

因此，要在曲柄转⾄上⽌点前10～35°曲柄转⾓时开始将雾化的燃料喷⼊⽓缸，并使曲柄在上⽌点后5～10°时，在燃烧室内达到最⾼燃烧压⼒，迫使活塞向下运动。

三. 做功冲程
第三冲程——做功。

在这个冲程开始时，⼤部分喷⼊燃烧室内的燃料都燃烧了。

燃烧时放出⼤量的热量，因此⽓体的压⼒和温度便急剧升⾼，活塞在⾼温⾼压⽓体作⽤下向下运动，并通过连秆使曲轴转动，对外作功。

所以这⼀冲程⼜叫作功或⼯作冲程。

随着活塞的下⾏，⽓缸的容积增⼤，⽓体的压⼒下降，⼯作冲程在活塞⾏⾄下⽌点，排⽓阀打开时结束。

在动画中，⼯作冲程的压⼒变化这条线上升部分表⽰燃料在⽓缸内燃烧时压⼒的急剧升⾼，最⾼点表⽰最⾼燃烧压⼒Pz，此点的压⼒和温度为：
Pz＝6～15MPa， Tz＝1800～2200K
最⾼燃烧压⼒与压缩终点压⼒之⽐(Pz／Pc)，称为燃烧时的压⼒升⾼⽐，⽤λ表⽰。

根据柴油机类型的不同，在最⼤功牢时λ值的范围如下：λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5。

四. 排⽓冲程
第四冲程——排⽓。

排⽓冲程的功⽤是把膨胀后的废⽓排出去，以便充填新鲜空⽓，为下⼀个循环的进⽓作准备。

当⼯作冲程活塞运动到下⽌点附近时，排⽓阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下⽌点向上⽌点运动，并把废⽓排出⽓缸外。

由于排⽓系统存在着阻⼒，所以在排⽓冲程开始时，⽓缸内的⽓体压⼒加⽐⼤⽓压⼒⾼0.025—0.035MPa，其温度Tb＝1000～1200K。

为了减少排⽓时活塞运动的阻⼒，排⽓阀在下⽌点前就打开了。

排⽓阀⼀打开，具有⼀定压⼒的⽓体就⽴即冲出缸外，缸内压⼒迅速下降，这样当活塞向上运动时，⽓缸内的废⽓依靠活塞上⾏排出去。

为了利⽤排⽓时的⽓流惯性使废⽓排出得⼲净，排⽓阀在上⽌点以后才关闭。

在动画中，排⽓冲程曲线表⽰在排⽓过程中，缸内的⽓体压⼒⼏乎是不变的，但⽐⼤⽓压⼒稍⾼⼀些。

排⽓冲程终点的压⼒Pr 约为0.105～0.115MPa,残余废⽓的温度Pr约为850～960K。

由于进、排⽓阀都是早开晚关的；所以在排⽓冲程之末和进⽓冲程之初，活塞处于上⽌点附近时，有⼀段时间进、排⽓阀同时开起，这段时间⽤曲轴转⾓来表⽰，称为⽓阀重迭⾓。

排⽓冲程结束之后，⼜开始了进⽓冲程，于是整个⼯作循环就依照上述过程重复进⾏。

由于这种柴油机的⼯作循环由四个活塞冲程即曲轴旋转两转完成的，故称四冲程柴油机。

在四冲程柴油机的四个冲程中，只有第三冲程即⼯作冲强才产⽣动⼒对外作功，⽽其余三个冲程都是消耗功的准备过程。

为此在单缸柴油机上必须安装飞轮，利⽤飞轮的转动惯性，使曲轴在四个冲程中连续⽽均匀地运转。

排量：活塞从上⽌点移动到下⽌点所通过的⼯作容积称为⽓缸排量；如果发动机有若⼲个⽓缸，所有⽓缸⼯作容积之和称为发动机排量。

⼀般⽤升（L）来表⽰。

发动机排量是最重要的结构参数之⼀，它⽐缸径和缸数更能代表发动机的⼤⼩，发动机的许多指标都同排⽓量密切相关。

（1）启动开关：OFF（关闭）位置，可插⼊、拔出钥匙； ON（接通）位置，接通通电照明电路，发动机运转时，钥匙保留在这个位置； START（启动）位置，启动发动机，发动机启动后⽴即松开钥匙，钥匙回到ON位置；HEAT（预热）位置，冬天启动发动机前，应先将钥匙转到这个位置；
（2）油门控制盘调节发动机的转速和输出功率，旋转盘上按钮，可调节发动机油门⼤⼩ MIN（低速）；MAX（⾼速）
（3）回转锁定开关⽤于锁定上部车体SWING LOCK （上车体锁定）位置，监控器上回转锁定监控灯亮； OFF（回转锁定取消）位置，当左右操纵杆回到中位约4S后，上部车体⾃动锁定，当操纵其中任⼀操纵杆，回转停车制动⾃动取消。

⾏⾛操作
1、直线⾏⾛
同时向前或向后移动⾏驶操作杆（或脚踏板）可实现向前或向后直线⾏⾛，移动操作杆⾏程的⼤⼩决定了⾏⾛速度的快慢。

2、转向
导向轮在前时：（驱动轮在前时相反）
（1）以左履带为轴线左转：向前移动右⾏驶操纵杆
（2）以右履带为轴线右转：向前移动左⾏驶操纵杆
（3）原地左转向：向后移动左⾏使操纵杆同时向前推右⾏使操纵杆。

（4）原地右转向：向后移动右⾏使操纵杆同时向前推左⾏使操纵杆。

3、⾏⾛制动
缓慢松开操纵杆⾄中⼼位置，此时⾏⾛制动器对挖掘机制动，使挖掘机停⽌运动。

注意：向后⾏⾛时在视线不允许的情况下，请回转后再⾏⾛，以保证安全。

挖掘作业操作
挖掘机的回转和⼯作装置由两个操纵⼿柄控制，如下图所⽰。

单个或两个操作⼿柄夹⾓⽅向移动操纵⼿柄，可同时实现两种或多种功能，实现复合动作。

前、后、左、右指的是当驾驶室⾯向前⽅，链轮在机器的后⽅时，从驾驶室所看的⾏⾛⽅向
上为“旋转部件有危险，如⽪带等”，
下为“检查、维修、保养时，要停⽌运转”。

左为“有被机器上部结构挤压的危险”，右为“远离机器的回转区域”
(8)扶⼿和阶梯●当上、下机器时，要使⽤图中⽤箭头标的扶⼿和阶梯
●为保证安全，要⾯朝机器并保持三点（两只脚⼀只⼿或两只⼿⼀只脚）与扶⼿和阶梯（包括履带板）以保证⽀撑住⾃⼰
●上下机器时，不要抓握控制杆。

●不要爬上没有防滑垫的发动机罩或盖。

●上下机器前，要检查扶⼿和阶梯（包括履带板）
●不要跳上或跳下机器，机器移动时，不要上、下机器
热冷却液当检查或排放冷却液时，为防⽌热⽔或蒸⽓喷出造成烫伤，在开始操作前，要等⽔冷却到⽤⼿可以触摸散热器盖的温度，即使冷却液已经冷却，在卸下散热器盖之前，了慢慢地松开盖，以排放散热器的内部压⼒。

热油当检查或排放油时，为防⽌被喷出的油或由于接触到热的零件烫伤，在开始操作前，要等油冷却到⽤⼿可以触摸盖或螺栓的温度，即使油已经冷却，在卸下盖或螺塞之前，也要慢慢地松开盖或螺塞，以排掉内部的压⼒。

其他注意事项
①周围况状确认，当旋转作业时，对周围障碍物、地形要做到⼼中有数，安全操作 (配合挖掘机作业，进⾏清底、平地、修坡的⼈员，须在挖掘机回转半径以外⼯作。

若必须在挖掘机回转半径内⼯作时，挖掘机必须停回转，并将回转机构刹住后，⽅可进⾏⼯作。

同时，机上机下⼈员要彼此照顾，密切配合，确保安全 )
②作业时要确认履带的前后⽅向，避免造成倾翻或撞击
③尽量不要把终传动⾯对挖掘⽅向，否则容易损伤⾏⾛马达或软管
④作业时保证左右履带与地⾯完全接触，提⾼整机的动态稳定性
⑤铲⽃未离开地⾯前，不得做回转、⾛⾏等动作。

铲⽃满载悬空时，不得起落臂杆和⾏⾛ ;
⑥反铲作业时，必须待臂杆停稳后再铲⼟，防⽌⽃柄与臂杆沟槽两侧相互碰击。

⑦挖掘机在⼯作中，严禁进⾏维修、保养、紧固等⼯作。

⼯作过程中若发⽣异响、异味、温升过⾼等情况，应⽴即停车检查。

⑧夜间⼯作时，作业地区和驾驶室，应有良好的照明。

⼀、单项选择题
1.C
2.D
3.B
4.A
5.A
6.B
7.D
8.C
9. B 10.B
11.D 12.A 13.C 14.C 15.A 16.B 17.A 18.D 19.B 20.C
21.B 22.C 23.B 24.C 25.A 26.A 27.D 28.C 29.B 30.B
31.D 32.C 33.D 35.D 36.B 37.C 38.A 39.A 40.B
41.C 42.D 43.A 44.A 45.D 46.C 47.B 48.A 49.A 50.C
51.C 52.B 53.B 54.D 55.A 56.A 57.B 57.A 58.D 59.B 60. A
61.B 62.B 63.C 64.A 65.B 66.D 67.D 68.C 69.A 70.A
71.B 72.C 73.C 74.A 75.B 76.B 77.D 78.C 79.A 80.B
81.C 82.A 83.B 84.D 85.D 86.B 87.D 88.C 89.B 90.D
91.C 92.A 93.B 94.B 95.C 96.B 97.A 98.D
99.A 100.B 101.A 102.B 103.C 104.B 105.D
106.C 107.C 108.D 109.B 110.C 111.B 112.C 113.D 114.C 115.C 116.C 117.A 118.A 119.C
120.C 121.B 122.C 123.B 124.B 125.C 126.B
127.B 128.A 129.A 130.B 131.C 132.A 133.C
134.B 135.A 136.B 137.D 138.B 139.B 140.A
141.B 142.A 143.C 144.D 145.B 146.C 147.B 148.A 149.A 150.C
151.C 152.B 153.C 154.C
155.C 156.D 157.C 158.B 159.D 160.C 161.B 162.D 163.A 164.B 165.A 166.B 167.C 168.C 169.A 170.B 171.B 172.B 173.A 174.C 175.A
⼆、多项选择题
1.ABC
2.ABD
3.ABCD
4.ABC
5.ABCD
6.ABC
7.ABD 8.ABCD 9.ABD 10.ACD 11.ABCD
12.ABD 13.ABC 14.ABC 15.AC 16.AD
17.ABCD 18.ABCD 19.ABC 20.ABCD 21.ABCD
22.ABCD 23.ABCD 24.ACD 25.ABCD
26.ABDE 27.ABCDE 28.ABCD 29.ABCD 30.ABD
31.BCDE 32.ACDE 33.ABCD 34.ABCD 35.ABD
36.ABD 37.ABD 38.ABCD 39.ABCD 40.ABC 41.ABCD
42.ABCD 43.ABCD 44.ABD 45.BCD 46.ABCDE 47.ABDE
48.ABC 49.ABC 50.ABCDE
三、判断题
1.T
2.T
3.F
4.F
5.T
6.F
7.T
8.T
9.T
10.T 11.F 12.F 13.F 14.T 15.T 16.F 17.T 18.T 19.T 20.T 21.F 22.F 23.T 24.F 25.T 26.F 27.F 28.T 29.F 30.F 31.T 32.F
33.T 34.T 35.F 36.T 37.F 38.T 39.T
40.T 41.F 42.T 43.F 44.F 45.T 46.T
47.T 48.T 49.F 50.T 51.T 52.F 53.F
54.T 55.T 56.F 57.T 58.T 59.F 60.F
61.T 62.F 63.F 64.F 65.T 66.F 67.F
68.F 69.T 70.F 71.T 72.F 73.T 74.T
75.T 76.F 77.T 78.F 79.F 80.T 81.T
82.F 83.T 84.F 85.T 86.F 87.F 88.F
89.T 90.T 91.T 92.F 93.F 94.F 96.F
97.F 98.F 99.T 100.T 101.F 102.T 103.T 104.F 105.T 106.F 107.F 108.F 109.T 110.T 111.T 112.F 113.F 114.F 115.T 116.F 117.F 118.T 119.T 120.T 121.T 122.F 123.T 124.F 125.F 126.T 127.F 128.T 129.F 130.T 131.F 132.F 133.T 134.T 135F 136.F 137.T 138.F 139.F 140.F 141.T 142.F 143.T 144.T 145.T 146.T 147.T 148.F 149.T 150.T 151.F 152.T 153.F 154.T 155.T 156.F 157.T 158.F 159.T 160.T 161.T 162.T 163.F 164.T 165.F 166.T 167.F 168.F 169.T 170.T 171.F 172.T 173.F 174.T 175.F。