水陸兩棲挖掘機(jī)技術(shù)分析

甄海玉，梁晶實(shí)

（北京南車(chē)時(shí)代機(jī)車(chē)車(chē)輛機(jī)械有限公司，北京 102249）

水陸兩棲挖掘機(jī)技術(shù)分析

甄海玉，梁晶實(shí)

（北京南車(chē)時(shí)代機(jī)車(chē)車(chē)輛機(jī)械有限公司，北京 102249）

介紹了水陸兩棲挖掘機(jī)特別是中國(guó)南車(chē)水陸兩棲挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和主要性能特點(diǎn)，及上述特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中的性能優(yōu)勢(shì)。

挖掘機(jī)；水陸兩棲挖掘機(jī)；結(jié)構(gòu)組成；技術(shù)特點(diǎn)；實(shí)際應(yīng)用

挖掘機(jī)工作效率高，適應(yīng)性強(qiáng)，在工民建等多種領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著國(guó)家大力開(kāi)發(fā)水利工程建設(shè)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)沼澤濕地，改造河流湖泊等工程，這些區(qū)域的共同點(diǎn)就是地面承載力低，必須修筑額外的硬實(shí)道路供挖掘機(jī)行走和有效作業(yè)，所以應(yīng)用普通的挖掘機(jī)很難完成工程建設(shè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。因此，適用于軟地面和淺水域的水陸兩棲挖掘機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。目前隨著市場(chǎng)的需求，也出現(xiàn)了一些設(shè)計(jì)和改裝水陸兩棲挖掘機(jī)的廠家，在湖北、山東、天津等地都有使用，但是改裝的水陸兩棲挖掘機(jī)沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力不能得到充分的發(fā)揮。再加上關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)和采購(gòu)的局限性，改裝的水陸兩棲挖掘機(jī)不能很好地保證機(jī)器的可靠性和穩(wěn)定性，特別是下車(chē)行走裝置，施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)浮箱破裂、履帶板彎曲、鏈條斷裂、驅(qū)動(dòng)力不足等，操作人員的安全和施工進(jìn)度很難得到保證。

中國(guó)南車(chē)水陸兩棲挖掘機(jī)是搭乘卡特彼勒普通挖掘機(jī)先進(jìn)的動(dòng)力系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)平臺(tái)，專門(mén)為工程船舶及常規(guī)工程機(jī)械無(wú)法進(jìn)入和施工的沼澤地、海涂、淤塞溝渠等區(qū)域進(jìn)行開(kāi)挖和清淤而研制的。除具有一般通用挖掘機(jī)的使用功能外，還具有超低接地比壓、水上浮航等特點(diǎn)，是一種可自行出入泥沼、水域及河坡堤岸的特種挖掘機(jī)械。其整機(jī)由上車(chē)裝置、下車(chē)裝置、工作裝置三大部分組成。結(jié)構(gòu)外形如圖1所示。

圖1 中國(guó)南車(chē)水陸兩棲挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)外形

1 上車(chē)裝置

中國(guó)南車(chē)水陸兩棲挖掘機(jī)采用卡特彼勒原裝上車(chē)裝置,安全、舒適、穩(wěn)定、可靠的上車(chē)裝置保證了水陸兩棲挖掘機(jī)整機(jī)的優(yōu)越性能。

1.1 工作環(huán)境舒適

1）寬闊的駕駛視野 最大化的內(nèi)部空間、更寬闊的視野，為了使駕駛員具有最大的可視度，所有玻璃直接粘在駕駛室上，不需要窗框，利用觸式釋放系統(tǒng)，可以將前窗上部擋風(fēng)玻璃打開(kāi)、關(guān)閉并放置在操作員上方的頂篷上，同時(shí)后窗可提供后方良好的視野。

2）人性化的操作環(huán)境 由于駕駛室內(nèi)部按人體工程學(xué)原理設(shè)計(jì)，致使每個(gè)操縱按鈕都在駕駛員伸手可及的范圍之內(nèi)，駕駛室外殼采用阻尼性的駕駛室底座安裝到機(jī)架上，可提高操作員的舒適度，防振防噪效果更佳，駕駛室內(nèi)設(shè)有大功率冷暖空調(diào)，冬暖夏涼，舒適宜人，為駕駛員提供了舒適的工作環(huán)境，有助于降低長(zhǎng)時(shí)間操作產(chǎn)生的疲勞。

3）方便的操作系統(tǒng) 操縱手柄控制裝置操作省力，全方位調(diào)節(jié)的座椅和上下可調(diào)的操作平臺(tái)使操作員能夠保持自然的腕部和臂部姿勢(shì)，同時(shí)操作員還可以將一只胳膊放在扶手上來(lái)操縱手柄控制裝置，而水平和垂直的行程可以減輕操作員的疲勞程度。帶有可拆卸手柄的踏板閥可對(duì)整機(jī)的陸上行走及轉(zhuǎn)向、水中的浮航實(shí)施先導(dǎo)操作，與此同時(shí),還采用了液壓?jiǎn)?dòng)操縱桿,通過(guò)鎖住、開(kāi)鎖的切換，避免錯(cuò)誤操作，保證了駕駛員和周?chē)巳旱娜松戆踩?jiàn)圖2。

圖2 駕駛室及操縱機(jī)構(gòu)

1.2 電氣液壓系統(tǒng)性能優(yōu)越

1）先進(jìn)的電氣控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)可對(duì)挖掘機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)作業(yè)負(fù)荷隨時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和主泵的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和主泵功率完美結(jié)合，使整機(jī)達(dá)到最佳的作業(yè)狀態(tài)，既提高了作業(yè)效率，又節(jié)約了燃油消耗。

2）可靠的液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)關(guān)鍵部分沿用卡特比勒液壓系統(tǒng)主控回路、先導(dǎo)控制回路，使用了先進(jìn)的負(fù)載反饋技術(shù)，可使流量按需分配到系統(tǒng)各個(gè)工作裝置，實(shí)現(xiàn)各種工況下的最佳匹配。泵、馬達(dá)、閥、油管及管接頭采用進(jìn)口產(chǎn)品，確保高可靠性。

2 下車(chē)裝置

1）浮箱 下車(chē)采用浮箱履帶式行走裝置。左右浮箱既是保證履帶正常行走的履帶架，又是保證其在泥水中浮行時(shí)的浮體，浮箱參照輪船和兩棲車(chē)輛設(shè)計(jì)成船體式結(jié)構(gòu)，并在浮箱前后設(shè)計(jì)有較大的接近角和離去角，可以大大減小運(yùn)行阻力提高其通過(guò)性[1]。作為提供浮力的主要裝置，為減輕浮箱重量，浮箱設(shè)計(jì)為內(nèi)部骨架型結(jié)構(gòu)，外部高強(qiáng)鋼板密封。為提供安全保障，浮箱內(nèi)部合理分隔成若干個(gè)水密艙，為整機(jī)提供浮力儲(chǔ)備，保證在突發(fā)情況下，某一個(gè)密封艙破壞進(jìn)水后不影響其他艙室， 更不會(huì)導(dǎo)致整機(jī)浮力不足而下沉。這樣的安全設(shè)計(jì)為水陸兩棲挖掘機(jī)水上浮行和作業(yè)提供了有力的保障。

該機(jī)具有浮力大、穩(wěn)性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠保證整機(jī)在泥水中的正常作業(yè)和安全浮航。在實(shí)際施工中不需要任何其他附屬設(shè)備托運(yùn)即可在水中、沼澤及松軟地面上行駛，并能自行出入水域。

2）鏈條履帶行走裝置 履帶式行走裝置采用間隔式履帶板固定在帶翼的套筒滾子鏈上由鏈輪撥動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)履帶繞浮箱回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)整機(jī)的移動(dòng)，這種間隔式履帶裝置相對(duì)普通挖掘機(jī)履帶板其后面有足夠的位置形成被動(dòng)朗肯區(qū)，土壤內(nèi)聚力可以得到充分的利用。所以這種履帶產(chǎn)生的推力遠(yuǎn)大于普通履帶。此外，間隔式履帶還具有接地比壓小、脫泥性好、行駛阻力小等優(yōu)點(diǎn)[2]。

水上浮行完全靠履帶推進(jìn)，不需增加其他附屬裝置；驅(qū)動(dòng)裝置采用四輪全驅(qū)動(dòng)大大提高了整機(jī)驅(qū)動(dòng)力；履帶板采用全箱型密封結(jié)構(gòu)，增加履帶板強(qiáng)度的同時(shí)為整機(jī)提供一定的浮力；該機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條采用三條鏈驅(qū)動(dòng)，防止在不測(cè)狀態(tài)下任意一條鏈斷裂仍能保證整機(jī)安全撤離及臨時(shí)施工；鏈條漲緊裝置采用蝸輪蝸桿式升降機(jī)推動(dòng)鏈輪支座來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨機(jī)配備的升降機(jī)方便拆裝，隨時(shí)隨地可任意調(diào)整履帶松緊度，保證履帶正常工作。

3）機(jī)架總成 機(jī)架采用組合式行走架，回轉(zhuǎn)平臺(tái)和橫梁均采用箱型結(jié)構(gòu)，不但保證了車(chē)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還簡(jiǎn)化了制造工藝。機(jī)架采用高強(qiáng)鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，減小重量的同時(shí)具有很強(qiáng)的抗彎抗扭強(qiáng)度；為保證泥沼地域上有較好的通過(guò)性,機(jī)架設(shè)計(jì)有較大的離地間隙；回轉(zhuǎn)平臺(tái)與橫梁、橫梁與浮箱支座間均采用螺栓連接，方便拆裝運(yùn)輸。

3 工作裝置

1）工作半徑大 超長(zhǎng)的工作裝置，可實(shí)現(xiàn)立體大范圍作業(yè)，超大的挖掘半徑，能實(shí)現(xiàn)地面以上和地面以下大范圍挖掘，可高效的進(jìn)行河道及湖泊的疏浚、遠(yuǎn)距離挖掘等。由于工作半徑大，在接力式施工中有較大優(yōu)勢(shì)，減少了場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸，施工效率高，工程進(jìn)度快。

2）工作裝置的多種組合 工作裝置中的動(dòng)臂和斗桿由抗拉強(qiáng)度極高的高強(qiáng)鋼板焊接而成，采用大箱型截面設(shè)計(jì)，內(nèi)設(shè)隔板并附加底部護(hù)板，使用壽命長(zhǎng)，經(jīng)久耐用，尺寸不一，可供選配多種組合。所配的鏟斗則可根據(jù)挖掘物質(zhì)的不同密度選用，根據(jù)施工需要還可更換不同作業(yè)機(jī)具，如抓斗、耙、絞刀泵等。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)水利、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等大力發(fā)展建設(shè)，許多工程更需要能適應(yīng)不同工況、不同環(huán)境的特種挖掘機(jī)械來(lái)完成，如沿海灘涂的治理和圍海工程，淺海油氣田的井位工程，清淤疏浚中的開(kāi)挖、清淤、修坡、筑堤、排水管道架設(shè)，防汛搶險(xiǎn)中的筑堤及堿場(chǎng)、魚(yú)塘、蝦池的清理等工程，必將需要滿足工程要求的水陸兩棲挖掘機(jī)。

[1]董滌新.多用途浮箱方案設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].國(guó)防交通，1990，(8)：8-13.

[2]楊楚泉.水陸兩棲車(chē)輛原理與設(shè)計(jì)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2003，(4)：103-105.

(編輯 吳學(xué)松）

Analysis of amphibious excavator technology

ZHEN Hai-yu, LIANG Jing-shi

TU621

C

1001-1366(2015)09-0025-02

2015-04-20