第7章(240)

第7章 工程建筑机械
1) 基本类型 现代液压挖掘机可从以下几个方面来区分： 根据主要机构是否全部采用液压传动，可分为全液压与半 液压两类。挖掘、回转、行走等几个主要机构的动作均为液压 传动，则称为全液压传动。履带式挖掘机一般均为全液压传动。 根据行走方式的不同，可以区分为履带式、轮胎式、汽车式或 专用底盘式等。履带式液压挖掘机具有通过性好、接地比压小、 对土壤有足够的附着力、作业时不需设支腿等优点，因而应用 广泛；轮胎式挖掘机具有行走速度块、机动性好、可在多种路 面通行等优点，一般均为四支点，也有三支点的。
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20世纪70年代末，我国实行改革开放以来，建筑机械无论 是科研、生产，还是推广、应用，其发展速度都是很快的，主 要表现在：建筑机械成批生产的系列产品达数百件，技术性能 上有些重要产品已接近世界先进水平，如挖掘机系列斗容量为 0.2～15 m3；轮式起重机的起重量为5～100 t，压路机已从原来 的6～8 t发展到15～18 t等。到20世纪80年代末，我国的建筑机 械生产不仅满足了国内各建筑施工部门从事机械化生产的需要， 而且还有相当的品种和数量的建筑机械出口。
第7章 工程建筑机械
第7章 工程建筑机械
7.1 工程建筑机械总论 7.2 典型工程机械——挖掘机的构造 7.3 其他工程建筑机械
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7.1 工程建筑机械总论
现代化建筑工程的施工，要求广泛采用各种类型建筑机 械。施工机械化水平直接影响到工程质量和施工速度，对克 服公害、扩大施工范围、降低工程成本和减轻劳动强度也有 重要作用。 7.1.1 建筑机械及其分类
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根据工作装置在水平面内可回转的范围，可分为全回转(能 自转360°)和非全回转(能自转180°或270°等)。
根据工作装置连接方式的不同，可分为铰接式与伸缩臂式。
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2) 工作原理 各类液压挖掘机的工作运动基本相同(图7-2)。动作1和2的 执行元件为液压马达，而动作3～5的执行元件则是油缸。
第7章 工程建筑机械 图7-4 拉铲的挖掘过程
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抓斗作业装置如图7-3(f)所示。抓斗作业装置多用于机械式， 其工作装置主要由动臂、抓土斗及绳—轮系统等组成。这种装 置主要用于水下开挖或开挖土质比较松软、施工平面比较狭窄 的单独柱基类的基础、沟槽等土方工程，也可以作停机平面以 上的散粒材料的装卸，在建筑工程中这种作业装置应用不多。
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(4) 行走机构。建筑机械的行走机构有轨行式、轮胎式和履 带式三种，其作用不仅要支承整个机械，而且要拖动机械进行 作业和转移作业地点，还包括机械的进、出厂。
(5) 操纵机构。操纵机构是保证机械完成作功的必备机构， 国产建筑机械操纵机构的形式主要有电控式、机械—杠杆式和 液压操纵式。
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(2) 传动机构。它是将动力装置的动力传递给工作机构的中 间装置。这种装置是由各种传动件组合而成的，典型的传动零 件有带条、链条、齿轮、齿条、凸轮、曲柄连杆及液压、液力 传动元件等。从传动装置整体上看，还包括支承和连接上述零 件所组成的传动装置的轴、轴承、螺纹及键等。
(3) 工作机构。建筑机械的工作机构是直接用来作功的，其 形式、构造取决于它本身的设计性能和用途，如推土机的工作 机构为推土刀；挖掘机的工作机构为挖土斗；钢筋调直剪切机 的工作机构为调直滚筒等。
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1—动臂升降；2—斗杆伸缩；3—铲斗转动； 4—回转；5—行走；6—动臂；7—斗杆；8—铲斗
图7-2 液压挖掘机的主要工作运动
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液压挖掘机按工作对象不同可分为反铲、正铲、拉铲、抓 铲开挖和起重(实为履带式起重机)等形式。正铲是挖掘机常用 的一种作业装置(参见图7-3)，其特点是装车轻便灵活，回转速 度快、移动方便；停机坪以上的土方工程或土方量比较集中的 工程正铲开挖效率高；正铲可用来挖掘集中的土堆或松散堆集 的矿石、碎石、砂、煤等；大于正铲最小回转半径的地面以下 的基坑、管沟和路堑等土方工程的开挖等。
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图7-5所示为反铲式单斗液压挖掘机，它主要由工作装置1、 回转平台2、回转支承3和行走装置4等组成。工作装置包括动臂 3(图7-6)、斗杆2、铲斗 1和驱动它们的动臂液压缸6、斗杆液压 缸5及铲斗液压缸4。这些部件铰接成为一组连杆机构，当操纵 动臂液压缸6伸缩后，可使动臂3带动整个工作装置上下运动， 因此，它可使铲斗挖满后提起卸载。斗杆液压缸5伸缩后可推动 斗杆2转动，使铲斗进行挖掘，或反向转动斗杆时可进行卸土。 操纵铲斗液压缸4后可通过连杆直接推动铲斗1转动，进行挖掘 或卸土。必须指出，由于这样的连杆机构存在三个自由度，因 此任何一个或两个液压缸工作时，其余液压缸必须锁住，才能 得到有规律的运动。例如铲斗液压缸推出，进行转斗挖掘时， 则斗杆液压缸及动臂液压缸在受到反力作用下不能有伸长或缩 短运动，即要能“锁住”。同理，其他液压缸工作时也一样。
(8) 装修机械。这类机械包括灰浆制备与喷涂机械、地面装 修机械、装修升降平台以及各种手持的气动、电动机具等。
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(9) 路面工程与石方工程机械。路面工程机械包括路床铺筑 机械、沥青混凝土摊铺机械、压路机、路面破碎机械以及路面 修整机械(具)等。石方工程机械包括凿岩机械、空气压缩机、 风镐、风钻和风锤等。
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2．液压单斗挖掘机 液压单斗挖掘机系通过油泵、油马达、油缸、控制阀等液 压元件把液体的压力能变为机械能，完成各种作业动作。通常 所指的液压挖掘机都是指液压单斗挖掘机。 液压挖掘机的主要优点是：挖掘力大、牵引力大、机械重 量轻、传动平稳、作业效率高、结构紧凑、外形美观、技术性 能好、使用可靠(有防止过载的能力)、操纵简便、更换工作装 置容易。
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图7-3 单斗挖掘机可换作业装置示意图 (a) 正铲；(b) 反铲；(c) 刨铲；(d) 刮板；(e) 拉铲；
(f) 抓斗；(g)、(h)、(i) 起重机、打桩机、拔根机
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反铲与正铲的主要区别是动臂在作业时与斗杆联动(一起升 降)；大多数液压式挖掘机正铲和反铲作业装置可以通用，即可 将正铲斗和斗杆翻面安装，使斗底朝上即可。反铲主要用来开 挖停机平面以下的土壤，如深度小于6 m的小截面建筑物基槽、 带状沟槽，挖下的土壤可直接甩在基坑、沟槽的两侧。在相同 斗容量的情况下，反铲的挖掘力和挖掘效率稍低于正铲开挖。
(5) 压实机Biblioteka 。这类机械包括静力式碾压机械、冲击式夯实 机械和振动式压路机等。
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(6) 钢筋加工机械。这类机械包括钢筋强化机械(钢筋冷拉 机械、钢筋冷技机械)、钢筋调直剪切机械、钢筋切断机械、钢 筋弯曲机械、钢筋镦头机械和钢筋焊接机械等。
(7) 混凝土施工机械。这类机械包括混凝土原材料的计量设 备、混凝土搅拌机械、混凝土搅拌楼(站)、混凝土搅拌运输车、 混凝土输送泵及浇筑泵车、混凝土振捣机械以及混凝土成型机 械等。
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7.2 典型工程机械——挖掘机的构造
挖掘机是用挖土斗来挖掘土壤的，是土方工程中一种主 要的施工机械。据统计，建筑工程中的土方工程50%～55% 的作业任务要由挖掘机来完成。挖掘机可以单独进行建筑物 基坑的开挖，也可用它来替代装载机将土壤卸到运输卡车上。 挖掘机用来开挖基坑时生产效率很高，一台斗容量为1 m3的 单斗挖掘机台班生产率可相当于300～400名工人的日工作量， 因而它在建筑工程施工中得到了广泛的应用。
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图7-4所示为挖掘机的拉铲作业装置。作业开始，拉铲斗由 提升钢丝绳2倒悬在起重臂5的顶端(Ⅰ)，拉紧和松放牵引钢丝 绳3共1～2次，使拉铲斗在空中摆动几下(视情况也可不必拉摆)， 然后，趁铲斗外摆之势，同时放松提升钢丝绳和牵引钢丝绳， 使铲斗顺势向外抛掷在作业面上(Ⅱ～Ⅲ)，拉铲斗切入土中一 定深度，此时收拉牵引钢丝绳3，拉铲斗开始铲装土壤，铲斗装 满后用提升钢丝绳提铲斗至一定高度，上车连同拉铲斗回转卸 土，至此，完成一个工作循环。
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按行走机构的不同，挖掘机还分为覆带式和轮胎式两大类。 履带式挖掘机因其与地面附着面积大，压强小，作业时又不需 加支腿，所以可在相对潮湿的作业面上作业而不致发生陷车。 轮胎式挖掘机底盘的行驶速度较高，机动性好，调动比较灵活， 但一般斗容量都较小，故在应用上相对于覆带式挖掘机较少。
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7.2.1 挖掘机的分类、特点及应用 挖掘机按其作业特点不同分为周期作业式和连续作业式两
大类。周期作业式为单斗挖掘机，具有多种可换作业装置，是 建筑施工机械化的主要机械；连续作业式为多斗挖掘机，是隧 道开挖工程、露天煤矿采掘时所用的机械, 建筑工程中极少应用。
按工作装置的传动方式不同，可将挖掘机分成机械式(绳轮 式)和液压式两大类。机械式挖掘机是早期的挖掘机产品，作业 中多采用正铲，换装后还常作履带式起重机使用，有时还用其 代替装载机装运弃土；液压式挖掘机是进入20世纪70年代挖掘 机的产品，其工作装置全部由双作用式油缸来操纵，构造简单， 操纵方便，且挖掘力大，是建筑物基础、带状沟槽开挖工程的 主要机械。
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7.2.2 单斗挖掘机的构造 单斗挖掘机是用于开挖和装载土石方的主要机械之一，其
特点是挖掘力大，其外形如图7-1所示。单斗挖掘机可以将挖出 的土就近卸土或对配备一定数量的自卸汽车进行远距离卸土。 单斗挖掘机在建筑工程中使用较多的另一个原因是它的工作装 置更换后还可以作为起重、打桩等其他用途，扩大了使用范围。 单斗挖掘机以传动方式区分，有机械式与液压式两大类。在中 小型单斗挖掘机中机械式的已逐渐被淘汰，主要发展液压式的。
建筑机械是指建筑施工所用的各种机械，我国生产和使 用的建筑机械产品主要有以下九种类型。
(1) 铲土运输机械。这类机械包括松土机、除根机、推土 机、铲运机、平地机、翻斗车、运输卡车及平板拖车等。
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(2) 挖掘装载机械。这类机械包括机械式、液压式的单斗与 多斗的挖掘机、隧道掘进机、挖沟机和挖掘装载机械等。
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7.1.3 建筑机械的构造组成及功用 建筑机械的总体构造可分为五大部分，即动力装置(原动
机)、传动机构、工作机构、行走机构和操纵系统。 (1) 动力装置。它是建筑机械的主要部分，是机械在作业时
各种力和速度的来源，可以说，不论什么样的建筑机械，如果 没有良好的动力装置，就不可能有良好的技术性能。建筑机械 中常用的动力装置有电动机(直流电动机、交流电动机)、内燃 机(汽油机、柴油机)和空气压缩机。
(3) 工程起重机械。这类产品主要有起重卷扬机，施工升降 机，缆索式起重机，桅杆式起重机，自行回转式起重机械中的 汽车式起重机，轮胎式起重机，履带式起重机，以及轮行式、 履带式的塔式起重机等。
(4) 桩工机构。这类机械包括有预制桩打桩机械中的柴油打 桩锤、振动打拔桩锤、液压桩锤和现浇桩成孔机械中的冲击成 孔机械、冲抓成孔机械和螺旋钻孔机械等。
第7章 工程建筑机械 图7-1 机械式单斗挖掘机
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1．机械式单斗挖掘机 机械式单斗挖掘机采用机械传动，钢绳吊挂、牵引，是土 方工程施工中的主要机械设备。从国内外发展情况来看，中小 型单斗挖掘机一般都采用液压传动，大型和巨型单斗挖掘机仍 沿用机械传动。有些装置是机械式单斗挖掘机所独有的，具有 特殊功能(如拉铲，其挖掘半径与挖掘深度之大都是液压传动所 不能比拟的)。 现代机械式挖掘机(或称机械铲、动力铲、电铲等)多采用 履带行走，很少用轮胎行走。斗容量10 m3以下的机械式挖掘机 均采用双履带行走，更大的则采用多履带行走，大型拉铲则采 用步行式。动力装置有柴油机与电动机两种形式。
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7.1.2 建筑机械的发展概况 建筑机械从问世到大量使用，大约已有100多年的历史。19
世纪末，英、法、美、德等国家首先创造出了蒸汽压路机、挖 掘机和混凝土搅拌机，到20世纪初，电动机和内燃机已广泛地 应用于建筑机械的动力装置。
20世纪50年代以后，随着建筑、市政工程、交通、水电等 各项建筑事业的发展与需要，建筑机械得到了迅速的发展，产 品更新换代的数量随之增多，20世纪60年代液压技术、电子技 术以及各种先进的机械传动机构也在建筑机械上得到了广泛的 应用。