第五讲土方工程机械(及选讲内容)

建筑施工机械主讲人：李晓冬第五讲土方工程机械第九章土方工程机械第一节装载机及其运用第二节单斗挖掘机及其运用第三节推土机及其应用第四节铲运机及其运用第五节压实机械及其运用本章小结建筑施工机械主讲人：李晓冬选讲内容通用石方机械选讲内容通用石方工程机械第一节凿岩机械与配套设备第二节石料破碎和筛分机械本章小结建筑施工机械主讲人：李晓冬选讲内容盾构机与全断面掘进机选讲内容盾构机与全断面掘进机第一节概述第二节盾构机构造及工作原理第三节盾构的施工与运用第四节全断面掘进机第五节隧道施工中的机械化钻爆法与掘进机法本章小结建筑施工机械主讲人：李晓冬选讲内容桥梁工程机械选讲内容桥梁工程机械第一节概述第二节架桥机第三节造桥机第四节缆索起重机第五节跨缆起重机本章小结第三节推土机及其应用9.3.1推土机用途与基本构造一、推土机用途与类型1．推土机的用途推土机主要用来开挖路堑、构筑路堤、回填基坑、铲除障碍、清除积雪、平整场地等，也可完成短距离内松散物料的铲运和堆集作业。还可作助铲机。配备松土器，可进行预松作业。2．推土机的分类（1）按功率的大小可分小型（≤37kw）、中型（37kw～250kw）和大型（≥250kw以上）三类。（2）按行走方式，推土机可分为履带式和轮胎式两种。（3）按传动方式分有机械式、液力机械式、全液压式和电传动式四种。（4）按推土机作业环境可分为地面普通式、两栖式和水下式。（5）按推土板安装方式分有固定式（直铲式）和回转式（角铲式）两种。二、推土机的构造推土机主要由基础车和工作装置组成。如图所示。推土机的基础车由内燃机和底盘组成，推土机的工作装置主要由前面的推土板、刀片、顶推梁、斜撑杆和提升油缸等组成。直铲式的推土板和顶推梁、斜撑杆等组成一刚性构架，铰接在推土机台架上。推土板能绕铰点上下活动，利用斜撑杆可适当调整刀片的切削角。回转式铲刀可在水平面内回转一定的角度（0°～25°）。实现斜铲作业，称为回转式推土机。如果将铲刀在垂直平面内倾斜一个角度（一般为0°～9°），则可实现侧铲作业。回转式推土机还可改装为除荆机和除根机等施工机械，作业范围较广，因而大、中型推土机都采用回转式铲刀。通常，向前推挖土石方、平整场地或堆积松散物料，广泛采用直铲作业。傍山铲土或单侧弃土，常采用斜铲作业。在斜坡上铲削硬土或挖边沟，可采用侧铲作业。三、工作装置液压系统液压控制系统具有结构紧凑、操纵轻便、工作平稳、作业效率高等优点。可根据作业需要，迅速提升或降下工作装置，也可实现铲刀或松土齿缓慢就位。9.3.2推土机运用一、作业循环直角推土机的作业循环是切土→推土→卸土→倒退（或折返）回空。作业方法：1．直铲作业是推土机最常用的作业方法，用于将土和石碴向前推送和场地平整作业。其经济作业距离为：小型履带推土机一般为50m以内；中型履带推土机为50～100m，最远不宜超过120m；大型履带推土机为50～100m，最远不宜超过150m；轮胎式推土机为50～80m，最远不宜超过150m。2．斜铲作业侧铲作业主要用于傍山铲土、单侧弃土。此时推土板的水平回转角一般为左右各25°。作业时能一边切削土壤，一边将土壤移至另一侧。侧铲作业的经济运距一般较直铲作业时短，生产率也低。3．侧铲作业斜铲作业主要应用在坡度不大的斜坡上铲运硬土及挖沟等作业，推土板可在垂直面内上下各倾斜9°。4．松土器的劈开作业松土器有多齿和单齿两种。主要用于疏松较薄的硬土、冻土层等。单齿还可以劈裂风化岩和有裂缝或节理发达的岩石，并可拔除树根。用重型单齿松土器劈松岩石的效率比钻孔爆破法高。二、推土机的生产率推土机用直铲进行铲推作业时的生产率Q33600(/)BYqKKQmhT式中KB——时间利用系数，一般为0.80－0.85；KY——坡度影响系数，平坡时KY＝1.0；上坡时（坡度5%－10%）KY=0.5－0.7；下坡时（坡度5％－15％）KY=1.3－2.3；02tan2PKKnLHqq——推土机一次推运土壤的体积，按密实土方计量（m3）式中：L——推土板宽度（m）；H——推土板高度（m）；φ0——土自然堆放角，砂φ0=35°；粘土φ0=35°—45°；种植土φ0=25°—40°。Kn——运移时土的漏损系数，一般为0.75－0.95；Kp——土壤的松散系数，一般为1.08－1.35；T——每一工作循环的延续时间（s）三、推土作业方法推土机常用的推土方法有拉槽推土法、分段推土法、多刀推土法、并列推土法及下坡推土法等。1．拉槽推土法拉槽推土法的特点是连续多次在同一处切土推运，借助槽沟的两侧壁作运土时的挡壁，以防止推土过程中土壤散失。拉槽推土法一般只适用于I、II级土壤地区。L——推土机刀片宽度2．多刀推土法在较宽的取土场内，推土机按分段切土，自近而远均将各段所切土壤推运至各段的切土终点处，等作业线上积聚起若干个土堆后，由远而近以土拥土的办法叠送至填方处。多刀推土法和下坡推土法结合使用，能显著地提高生产率。3．并列推土法当运土距离较长（50—100m），可采用2—3台推土机并列作业，这样推土量可增加15%——30％。并列推土时，各机的速度要一致，两推土刀之间要保持30—50厘米的间隔，这就要求司机有较熟练的操作技术。一、概述（一）铲运机的用途与分类铲运机是一种利用装在前后轮轴之间的铲运斗，在行进中顺序进行铲装、运铺和铺卸等作业的机械。可以用来进行铲挖和装载，可以运输，卸土，摊铺土，将土一层一层填铺到填方地点，还可以用来平整土壤和对土壤进行压实。具有高速、长距离、大容量运土能力。铲运机一般按以下特点来分类。1．按铲斗容量(1)小容量5m3以下，(2)中等容量5—15m3，(2)大容量15m3。2．按行走方式(1)拖式——本身没有行走动力，需借助牵引车牵引来进行作业。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。(2)自行式——本身具有行走动力，1)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。2)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。3．按行走装置形式(1)轮式铲运机；(2)履带式铲运机4．按装土方式(1)开斗装载式(2)链板装载式5．按操纵方式(1)钢丝绳式(2)液压式6．按卸土方式(1)自落卸土式(2)半强制卸土式(3)强制卸土式，如图。第四节铲运机及其运用（二）作业方式1．铲运机的工作过程(1)铲装驶至装土处，挂上低速档，放下铲斗，同时提起斗门；铲斗靠自重或油缸力作用下切入土壤，在牵引力（由牵引车和助铲机产生）作用下铲斗进行充填。铲斗充满后，提起铲斗离开地面，关闭斗门，铲装结束。铲装过程中刀刃切削深度的变化情况大致如下图。铲装时斗的充填过程如图所示。铲斗充填大致可分为两个阶段：充填铲斗后部、充填铲斗其它部分。2．铲装方法(1)助铲机(2)单独铲装法(3)自行式铲运机串联工作——推拉工作法3．铲运机的适用范围铲运机的合理运距为100~5000m，而自行式铲运机的合理运距为500~5000m。运距小于l00m时，采用推土机较经济。(2)装载运输(3)卸土(4)空车返回二、自行式铲运机以CL7型自行式铲运机为例。CL7型自行式铲运机由铲斗车和低压轮胎单轴牵引车两部分组成，采用液力变矩器、液压换挡行星轮变速箱、液压转向和车轮蹄式内胀式气制动，如图。(一)铲斗车铲斗车由辕架、铲斗、尾架、单轴后轮和液压缸组成，采用液压操纵。辕架呈拱形，有立轴与牵引车的中央枢架相连。铲斗车与牵引车可以相对摆动，以适应在不平地面上的作业。(二)牵引车牵引车采用液力传动，其变矩器为双导轮液力变矩器。变矩器泵轮和涡轮之间装有闭锁离合器，可直接输出动力。传动系统如图所示。三、拖式铲运机CTY8拖式铲运机如图，采用双作用的液压装置完成铲刀的铲入、斗门的开闭、卸土等。铲运机与履带式拖拉机的连接是铰接连接。该铲运机具有工作可靠、结构简单、拆装方便、布局合理、便于维修等优点。第二节单斗挖掘机及其运用一、单斗挖掘机用途与基本构造（一）单斗挖掘机用途与类型1单斗挖掘机的用途：开挖和装载土石方。单斗挖掘机根据其工作装置的不同，可适用于不同的工作场所，机械传动的单斗挖掘机工作装置的主要型式，如图。液压传动的挖掘机工作装置的主要型式，如图。2单斗挖掘机的分类按走行方式分：履带式、轮胎式、步履式和轨行式等。按采用的动力分：内燃式和电动式。按传动方式分：机械传动和液压传动。按适应工作环境分：适用于高原地区、寒冷地区、沼泽地区等。按铲斗容积分：轻型：斗容量在0.25—0.35m3之间的单斗挖掘机。中型：斗容量在0.35—1.5m3之间的单斗挖掘机。重型：斗容量在1.5m3以上的单斗挖掘机。（二）单斗挖掘机的构造单斗挖掘机由工作装置、转台和行走装置三大部分组成。现以WY100型液压挖掘机为例说明其结构。WY100型液压挖掘机的机体是分成上下两部分，上部为回转平台，回转平台上安装了动力系统、液压系统、操纵系统、驾驶室等。l.走行驱动机构走行驱动机构由双速液压马达经一级正齿轮减速，带动驱动链轮。其结构如图所示。2.回转机构挖掘机平台与底座之间通过回转盘联接，回转盘采用交叉滚柱式结构。回转平台的旋转是利用回转液压马达直接带动安装在液压马达输出轴上的小齿轮，小齿轮与固定在底座上的大齿轮啮合，如图。3．液压系统WY100型挖掘机液压系统为双泵双回路定量系统。二、单斗挖掘机运用单斗挖掘机是一种以铲斗为工作装置进行间隙循环作业的挖掘、装载施工机械，其特点是：挖掘能力强、结构通用性好，可适应多种作业要求，缺点是机动性差。其主要用途是：开挖路堑、沟渠，挖装矿石、剥土，装载松散物料等。1作业循环挖掘机的一个作业工作循环可分为四个步骤：挖土装载；满载回转；卸土；空斗转回至工作面。2挖掘机的生产率挖掘机每小时生产量Q为：123600CLQqKffccT式中T一工作循环时间（s）q—铲斗容量（m3）；K一铲斗装满系数；η—时间利用系数；ｆC—工作难易系数；fL—装料松紧方换算系数；c1一回转角度与挖掘深度修正系数；c2—挖掘工具修正系数。3作业方法（1）使用条件机械式单斗挖掘机有四种工作装置即正铲、反铲、拉铲和抓斗。液压式单斗挖掘机有三种工作装置即正铲、反铲和抓斗，都各有其适宜的使用条件。①土壤特性对Ⅲ级以下的土壤，机械式挖掘机的四种作业装置和液压挖掘机的三种作业装置都可以使用；对硬土、冻土和爆破的岩石、碎石，以正铲的挖掘效果较好且最好是宽而低的斗形；对碎石等松散物料采用抓斗进行装载作业较为有效；对Ⅲ级以上的土壤，不适宜于用拉铲和抓斗作业；对于较硬土壤必须用拉铲或抓斗作业时，需预先进行土壤的翻松。②作业类别对于正铲工作装置，挖掘机一般只适宜于对停机面以上的土壤进行挖掘。此外，由于正铲的动臂较短，正铲作业应配合运输车辆为好；对于反铲工作装置，主要以停机面以下的作业为主，由于动臂也较短，故适宜于与运输车辆配合，挖掘宽度在最大挖掘半径以内且深度较浅的沟槽和基坑等；对于拉铲和抓斗工作装置，由于它们都是长吊杆的悬挂设备，没有斗柄，故可自停机面以上一直挖到离停机面较深的位置，但主要应以停机面以下的作业为主，且土方量较小时不需与运输车辆配合即可完成作业。此外，抓斗作业时只能垂直下挖，其挖掘范围在其挖掘半径的最大与最小值之间，适宜于深基坑和深井的挖掘，拉铲和抓斗都可进行水下作业施工（小型码头的抛石基床）。（2）单斗挖掘机的作业方法①正铲作业正向开挖挖掘机沿前进方向挖土，运输车辆停在其后，这种作业方法挖掘机的回转角度大，作业循环时间长，适合开挖施工区域的入口、场地狭小的路堑沟槽等，如图。侧面开挖法挖掘机沿前进方向挖土，运输车辆位于侧面，其行驶方向与挖掘路线平行，这种作业方法挖掘机的回转角度一般小于90°，运输车的行驶也较方便，作业工效较好，但应注意避免铲斗与运输车辆相碰，如图。中心开挖法这个方法是先从挖土区宽度的中心开始挖掘（如图a），当向前挖至转角超过90°时，就转向两侧开挖