铲运机

铲土运输机械

铲运机是—种利用铲斗铲削土壤，并将碎土装入铲斗进行运送的铲土运输机械，能够完成铲土、装土、运土、卸土和分层填土、局部碾实的综合作业。适用于铁路，道路、水利、电力等工程平整场地工作。铲运机具有操纵简单，不受地形限制，能独立工作，行驶速度快，生产效率高等优点。其适用一至三类土，如铲削三类以上土壤时，需要预先松土。市场上广泛应用的铲运机分为内燃铲运机与电动铲运机两种，内燃铲运机适用于通风良好的作业环境，拥有灵活、高效的特点；电动铲运机则更加环保，无污染。详细介绍了其特点、构造、分类、发展成就、作业过程、安全规程等。

特点

铲运机，属于一种铲土、运土一体化机械。本发明的要点，是设计了一个由斗体、铲刃、破土刀、转动挡板、滑动挡板组成的带铲土机构的铲斗和由前支杆、2个侧支杆、挡板支杆组成的支架机构。转动挡板和滑动挡板设置在斗体开口处，两者之间由合页联结，合页的两端出轴插入斗体前端的滑槽内，可沿滑槽移动。铲刃焊固在斗体底的前端，破土刀焊固在铲刃上。支架机构用以控制滑动挡板和转动挡板的升降。本发明结构简单，施工效率高，适用于修河筑坝和水灾后清除淤泥等。

构造

铲运机、包括车轮、牵引梁、车架、液压装置、带铲土机构的铲斗、支架机构和车架升降调整机构，其特征在于所述的带铲土机构的铲斗，由斗体、滑动挡板、转动挡板、铲刃和破土刀组成；在斗体的两侧壁上各有1个支杆轴和斗体转动支承轴孔，在斗体的两侧壁的前端内侧有滑道，铲刃焊固在斗体底的前端，破土刀焊固在铲刃上；滑动挡板和转动挡板设置在斗体的开口处，滑动挡板和转动挡板通过2个合页联结，2个合页的两端出轴，分别插入斗体的两侧壁的前端内侧的滑道内；所述的支架机构，由挡板支杆、2个侧支杆和前支杆组成，前支杆的前端由固定在车架前端的前支杆支承轴予以支承，前支杆的后端轴孔，套入挡板支杆，且位于挡板支杆的中部，挡板支杆固定在滑动挡板的上端，两端留有出轴，2个侧支杆的前端有轴孔，其后端有滑槽，2个侧支杆的前端轴孔分别套装在挡板支杆的两端出轴上，2个侧支杆的后端滑槽，分别套装在斗体上的2个支杆轴上；2个斗体支轴分别穿过斗体两侧壁上的2个斗体转动支承轴孔和车架两侧壁上的轴孔，液压装置的升降杆与固定在斗体后端的横轴联结；所述的车架升降调整机构，由丝杠、丝母盘和转盘组成，转盘固定在丝杠的顶端，丝母盘与车架连成一整体结构，丝杠旋进丝母盘，其下端插入牵引梁上的丝杠端孔内。

分类

按行走方式

按行走方式分自行式和拖式两种。自行式铲运机由牵引车和铲斗车两部分合成整体，中间用铰销连接，牵引车和铲斗车均为单轴，其经济运距可达1500m以上，具有结构紧凑、机动性大、行驶速度高等优点，得到广泛的应用。又分为：

①单轴——铲运机自重和斗中土的重量部分通过牵引装置传至牵引车；

②双轴——牵引车不承受铲运机自重和斗中土的重量。

拖式铲运机需要有拖拉机牵引作业，装有宽基低压轮胎，适用于土质松软的丘陵地带，其经济运距一般为50～500m，由于机动性差，工程中较少应用。

按发动机数可分为：单发动机——由一台发动机驱动；双发动机——由二台发动机分别前后驱动。

按轴数可分为：二轴式——以专用单轴牵引车为动力；三轴式——以专用双轴牵引车为动力。

按铲斗卸土

按照铲斗卸土方法分强制卸土、半强制卸土和自由卸土三种。

强制卸土依靠活动的铲斗后壁向前推移，将土强制推出，卸土干净，但动力消耗大；

半强制卸土的后斗壁与斗底连成整体，卸土时，斗底与后斗壁一起向前翻转，碎土在推力与重力双重作用下卸出，能够卸净两侧壁之间的土；

自由卸土依靠整个铲斗向前翻转将碎土倒出，不能保证土的卸净，但动力消耗低，用于小型铲运机。

按照铲斗容量

铲运机按照铲斗容量分小、中、大、特大四种型式，中型的铲斗容量一般为6~15m3，大型的一般为15~30m3，特大型的可达30m3以上。

按行走装置形式

(1)轮式铲运机； (2)履带式铲运机

按装土方式

(1)开斗装载式；(2)链板装载式

按操纵方式

(1)钢丝绳式；(2)液压式

发展成就

铲运机的发展已经有上百年的历史。18世纪就出现了马拉式铲运机，其铲运斗置于地面，用马拖拉，运距约15~50m。1883年制造出轮式全金属铲运机。1910年，美国制造了拖拉机牵引的专用铲运机。前苏联在20世纪20年代以后成批制造轮胎拖式铲运机。

1938年美国制造出自行式铲运机。1949年制造出双发动机铲运机，20世纪60年代制造出了链板装载式铲运机和世界上最大的铲运机（其斗容量为200m3）。

与第一代自行式铲运机相比，CL7自行式铲运机的产品档次发生了质变，开创了我国铲运机的一个新时代。

铲运机在中国的荣耀史

中国在20世纪60年代开始铲运机的研发。1961年4月，郑州工程机械制造厂/一机部工程机械研究所和厦门工程机械厂（分别为宇通重工、天津工程机械研究院和厦工集团的前身）成立联合设计组，参考国外样机，研制开发我国第一代自行式铲运机。同年8月完成设计。1962年12月22日，中国第一台自行式铲运机样机C-6106在郑州工程机械制造厂诞生。

铲运机能单机同时具备铲运和运输功能，特别当运送距离在二三百米至一二千米时，它的作业经济效率明显优于其他机械组合的施工效率。鉴于此，在20世纪六七十年代，铲运机的研发受到了国家相关部门的重视。1963年8月，根据国家科委“1964年新产品重点控制项目”计划，郑州工程机械制造厂与一机部工程机械研究所成立联合设计组，开发设计CL7自行式铲运机。1972年试制的CL7自行式铲运机，采取液力机械传动，它的铲斗各部分动作也改为用液压油缸控制，与第一代自行式铲运机相比，CL7自行式铲运机的产品档次发生了质变，开创了我国铲运机的第一个新时代。该机代表了当时中国机电产品的最新水平，于1975年6月送到德国科隆参加国际展览；并在1978年获得了全国科技大会奖。1978年10月，根据一机部要求，2台CL7自行式铲运机在拟建青藏铁路的格尔木至西大滩一段，进行了我国工程机械在高原筑路的首次工业性试验。

几十年后的今天，当初承载者使命和荣誉的铲运机却在苦苦挣扎。虽然铲运机在铲运运输作业中具有相当的经济性，但却被挖掘机或是装载机加自卸车的组合模式所代替。根据统计，在美国，铲运机完成了土方量占土方工程总量的40%。

作业过程

铲运工作过程包括：放下铲斗，打开斗门，向前开行，斗前刀片切削土壤，碎土进入铲斗并装满，提起铲斗，关上斗门，进行运土；到卸土地点后打开斗门，卸土，并调节斗的位置，利用刀片刮平土层；卸土完毕，返回。

（1）铲土过程

（2）运土过程

（3）卸土过程

（4）返回过程

作用方式的选用

铲运机运行路线和施工方法视工程大小、运距长短、土的性质和地形条件等而定。其运行线路可采用环形路线或8字路线。采用下坡铲土、跨铲法、推土机助铲法等，可缩短装土时间，提高土斗装土量，以充分发挥其效率。

作业重点

1、铲运机适用于Ⅳ级以下岩石和含水率适中的土壤、砂砾石铲运作业、特别适合于有大量土方场地平整和大面积基坑填挖工程。但铲运机不适合于土壤中含有石块、杂物的场合和深度挖掘作业。用于Ⅳ级以上的冻土或土壤时，必须事先预松土壤。

2、场地平整作业。场地平整作业应遵循先从挖填区高差较大的地段进行，铲高填低。在场地中部平整出一条标准条带，然后由此向外逐步扩展。

3、路堤填筑作业。铲运机填筑路堤有纵向填筑路堤和横向填筑路堤两种施工方法，纵向填筑应从路堤两侧开始，横向填筑路堤可选用螺旋形运行路线施工，作业方法同纵向填筑路堤。

4、土壤、砂砾石铲运作业。用铲运机铲装松散土壤时，铲入要深，斗门开启要大，铲运砂料时，最好用链板装载铲运机作业。

5、基坑、管沟铲挖作业。运用铲运机在基坑、管沟铲挖作业时，作业场地足够大时，可放外坡道，若施工场地比较狭窄，可设置内坡道。

安全规程

准备工作

（1）检查工作面的安全隐患和道路的平整情况，有问题及时处理。

（2）检查液压系统油箱的油面，不能低于油标。

（3）检查各润滑点的润滑情况是否良好。

（4）检查刹车油、轮胎气压是否足够，轮辋是否松动。

（5）检查电缆固定处是否牢靠，接地线是否完好。

开车操作

（1）检查各操作手柄是否在正常位置上，确定无误后方可合上主开关。

（2）接通电源后，一定要通知铲运机周围人员撤至安全地带，然后再启动铲运机。

（3）启动后检查仪表读数是否正常，各部位有无不正常的声响，制动是否可靠，液压系统是否漏油等。

（4）小心驾驶，尤其在道路狭窄地段或急转弯地段应缓慢低速行驶，严禁铲运机碰撞两旁支柱或边帮。

（5）在整个铲装过程中，要合理使用铲斗操纵杆和加速机构，使所有轮胎都在运行中，防止打滑或空转。

（6）铲运机后退时，应避免机身轴线与排出的拖曳电缆夹角小于90℃，前进时，应保证滚筒上的剩余电缆有3圈以上，以防止损坏电缆或拉脱滑环装置。

（7）上坡或下坡时铲斗端总是指向坡底，在情况危险时，可以放下铲斗来帮助停止铲运机。

（8）遇故障或包扎电缆接口时，先断开主电源，严禁禁电作业。

结束时

（1）将铲运机停在无松石、无滴水、无天井跨塌、无爆破作业砸坏等情况发生的安全处。

（2）将各操纵杆复位，动臂放到底，铲斗下翻并接触地面。

（3）将停车闭锁放到锁定位置。

（4）断开车上电源开关及主电源开关。将铲运机停在平地上，若停在斜坡上，须用三角木或石块将车轮楔住。

（5）拖动铲运机，在正常的拖挂或拉杆之外要加用安全链条或钢丝绳索，长距离牵引时，必须断开驱动系统。

主动式铲运机接地比压小，能实现原地转向。在气候恶劣、场地狭窄、地质状况差的泥泞和沼泽地带，能实现全天候、连续、高效作业，具备良好的可靠性和适应性。机器利用铲削土壤，并将碎土装入铲斗进行运送和卸土整平，一台主动式铲运机在单位时间内相当于一台挖机、一台推土机和两台装载车共同的作业量。

大型土石方转移的最佳机械，集运土、铲土、松土、推土、卸土于一体的多功能铲运机，铲运的距离在2000米以内。能够广泛用于建筑施工、机场修建、矿山开采、水利水电等。

主动式多功能履带铲运机是其全称，它采用先进的电控、动力传动系统、电液控制的变速操纵系统，电液控制转向制动系统和自动卸荷液压先导控制系统等，整机性能优越，操纵轻松；超强结构设计的车架，适用于重载工程作业；全液压的湿式转向制动系统，使机器工作时更加灵活、高效；特殊设计的驾驶室，布局合理、视野开阔、操作舒适。

1、美国CUMMINS电控发动机，强力强劲、性能卓越；

2、德国ZF自动变速箱，动力换挡，操作简单；

3、德国REXROTH液压系统，质量可靠，稳定性好；

4、美国PARKER流体连接件，经久耐用，可靠性高；

5、德国GESSMANN操纵系统，轻便灵活，安全高效；

6、芬兰EPEC控制系统，速度快捷、抗干扰强；

7、瑞士FRUTIGER全液压转向制动系统，能实现原地转向；

8、瑞典高耐磨钢板HARDOX材料，强度高、耐磨性好，寿命长；

9、按欧盟CE标准设计的驾驶室，带有防翻车及坠物保护结构和自动升降功能；

10、美国康明斯环保发动机QSM11达到stageIII/EPA TierIII排放标准，驾驶室配有无氟环保型空调，油耗低、排放少、节能环保。

性能参数

1、发动机功率：250KW（335hp）

额定转速：2100r/min

2、铲斗容量：堆装12立方米

铲斗宽度（切削宽度）：1980mm

最大切土深度：350mm

最大挖掘力：22100kg

3、整机工作质量：31000kg

额定载重量：20000kg

4、行驶最大速度：25.2km/h（前进4档，后退3档）

最小转弯半径：5000mm

爬坡能力：30%

5、最大离地间隙：573mm

6、液压系统工作最大压力：21Mpa

7、履带：单履齿

节距：228.6mm

宽度：710mm

接地比压：0.06Mpa

8、外形尺寸：长6730X宽3480X高4215mm

运输尺寸：长6730X宽3480X高3445mm

运作程序

一人一机四步操作：

松土——装载——运输——倾倒

1、松土

铲斗设低至理想深度，并铲起待运土方。

2、装载

铲斗靠前进装置装载土方，根据机器的不同尺寸，铲运距离可为25-40 米。此过程花时24-40秒。

3、运输

装满土方的铲斗上抬。机器以20公里的时速驶往土方倾倒的地点。

4、倾倒

土方通过液压后壁从铲斗中推出倒空，其堆放方式有如下几种：

1）铺展作业

机器以向前或回旋的方式将土方堆放至所需要的厚度，且不会造成明显的被履带压实后的现象。

2）场底作业

无论本地或指定地点作业，一次倾倒的土方堆铺高度最高可至2米。

3）坡边作业。

土方可直接倒放在斜坡边。

4）推土板作业

利用推土板作业，特别适合于开展短距离的如路面建设、夷平土地和大规模土方转移等工作。

主动式多功能履带铲运机在引进国外先进技术的基础上，实施了全方位的技术创新，集中采用了两级燃烧低污染风冷发动技术、动力换挡变速技术、单路稳定分流转向技术，不仅实现了传动结构和行走方式的整机技术创新，而且实现视距内遥控，大大提高了设备的工作效能。主动式铲运机的成功研发，是铲运机发展史上一个新的里程碑。

主要技术

自动称重

20世纪90年代初，加拿大英柯（Inco）国际镍业公司研发的自动采矿新技术实现了对井下铲运机的遥控操作，并对装载时间、卸载时间和有效荷载进行了全面仿真分析，芬兰（Tamtron）公司生产的GPRS数据传输电子称可实现多机器同时管理，中国在凡口铅锌矿搭建首个具有知识产权的智能采矿系统，实现了定点卸载和自主称重等功能。自动称重系统的主要功能是在铲运机铲装完成后测量铲斗有效荷载，同时调整铲斗中矿石状态防止运输过程中矿石掉落。

液压技术

双泵合流液压系统转向液压液压和双泵分置液压系统进行融合，采用一个泵给两个系统供油或者两个泵供油，但工作泵采用一个小流量液压泵，在满足转向液压系统要求的同时，降低工作泵的排量，当转向系统不工作时将转向液压系统多余的流量合流到工作液压系统，降低了流量损失、压力损失，增加了效率降低了能耗。

使用领域

1、开挖路堑

铲运机开挖路堑可采用横向弃土和纵向移挖作填两种形式，铲装时需在路堑内沿纵向运行，在开挖过程中，始终保持两侧低、中间高的断面形状，直到最后全部成型为止。如铲运机在基坑、管沟铲挖作业时，可以进行挖沟等作业。

2、土方开挖

（1）履带式铲运机：工作时由履带式拖拉机牵引，具有接地比压小、附着牵引大和爬坡能力强等优点，但机动性较差，在运距短、坡度大和松软潮湿地带工程中普遍使用，高效率运距宜为200~350m。

（2）轮胎自行式铲运机：由铲斗车和低压轮胎牵引车两部分组成，并以铰接方式相连，本身具有行走能力，具有结构轻便、行驶速度高、可带较大的铲斗、越野性好等优点，路面平坦、行驶阻力小时，可选用自行式铲运机。

3、填筑路堤

用铲运机填筑路堤，一般要求取土距离在100m以上，路堤的高度2m以上较为合适，依据铲运机在路堤上卸土的位置不同，可分为纵向填筑和横向填筑两种方式。如可以利用铲运机进行纵向填筑路堤或横向填筑路堤。

未来趋势

无人驾驶铲运机

随着5G技术、无人驾驶技术的发展应用，露天矿卡车、无人驾驶、井下电机车无人驾驶技术已经投入应用。井下无人驾驶铲运机具备自动感知井下环境信息、数据采集、自主精准导航行走、采场地图构建、自动规划路径等功能，瑞典山特维克公司对自动化铲运机和卡车推出的单台无人驾驶铲运机能实现铲运机所有操作和监控功能的半自动化，已在井下矿山实地应用。

铲斗轨迹技术

研究铲斗轨迹控制的方法包括位置控制、基于行为的方法、阻抗控制、导纳控制、人工智能方法和强化学习方法等。根据控制方式的不同，将铲斗轨迹控制方法划分为2类。

（1）基于力反馈的铲斗轨迹控制：自动装载过程需要明确测量物体变量和控制物体变量才能使铲运机铲斗在时间最短，消耗最低的轨迹中进行挖掘作业。该方法适用于装载均匀物料。

（2）基于学习的铲斗轨迹控制：在1980~1987年，人工智能技术（Artificial Intelligence，AI）迎来了黄金时期，1996年美国在难以预测的模糊环境中进行了模拟机器人自主挖掘试验，结果表明其挖掘效果与人工操作员相当，但在挖掘时间和有效荷载方面比人工差。瑞士、美国等国家研究了机器学习在铲运机铲斗轨迹控制方面的应用，在特定环境和条件下取得了较好的结果。

工作规范

参考资料：

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