液壓挖掘機(jī)是通過發(fā)動(dòng)機(jī)(或電動(dòng)機(jī))直接驅(qū)動(dòng)或經(jīng)分動(dòng)箱帶動(dòng)液壓泵，經(jīng)液壓油管和控制閥組、液壓缸或液壓馬達(dá)等組成的液壓系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行元件(包括工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置等)，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作的。工作質(zhì)量大于200t的，用于露天礦山開采或土方工程的液壓挖掘機(jī)被定義為礦用液壓挖掘機(jī)。

    隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，礦山資源的開采設(shè)備與技術(shù)也是飛速發(fā)展，使之生產(chǎn)效率大大提高。隨著長期開采的深入發(fā)展，開采環(huán)境也越來越復(fù)雜，由淺入深，由近漸遠(yuǎn)，由陸地至海洋。世界最大露天礦(油頁巖礦等)的年采剝總量已達(dá)到20億t，美國莫倫西銅礦、賓厄姆銅鉬礦和紐曼山鐵礦等露天金屬礦的年采剝總量也都已超過1億t，年生產(chǎn)千萬噸礦石的德興銅礦、司家營鐵礦和鞍鋼齊大山鐵礦等是我國現(xiàn)代化大型露天金屬礦的代表?，F(xiàn)代大型露天礦與傳統(tǒng)露天礦相比，具有規(guī)模大、采礦設(shè)備的總臺(tái)(套)數(shù)少以及采礦作業(yè)的人員少等優(yōu)勢(shì)。筆者以為，采礦設(shè)備也應(yīng)不斷吸取各領(lǐng)域的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，面向國家經(jīng)濟(jì)的需求，科學(xué)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，所以大型化、智能化發(fā)展是其必然趨勢(shì)！

    1液壓挖掘機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

    與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，礦用液壓挖掘機(jī)由于采用了液壓傳動(dòng)裝置，而在結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和使用效果等方面具有很大的優(yōu)越性。

    (1)結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊，質(zhì)量小，行走速度快，接地比壓低，牽引力大，爬坡能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)靈活性好。對(duì)于斗容量相同的挖掘機(jī)，液壓挖掘機(jī)比機(jī)械式挖掘機(jī)的質(zhì)量小40%~60%，因而行走牽引力與機(jī)重的比值大于機(jī)械式挖掘機(jī)，具有良好的爬坡能力，接地比壓僅為機(jī)械式挖掘機(jī)的1/3~1/4；液壓挖掘機(jī)可以選擇發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式挖掘機(jī)而言，沒有機(jī)架尾部高壓電纜的限制，可以適應(yīng)涉水等復(fù)雜工作條件；陷入泥沼或凹坑時(shí)，可以通過自身的工作裝置支撐進(jìn)行自救。

    (2)采用高壓變量的液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)簡單，工作平穩(wěn)，易于操縱和控制。液壓傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，調(diào)速范圍大；通過液壓油傳遞動(dòng)力和各種閥門進(jìn)行控制，使頻繁作業(yè)的挖掘機(jī)動(dòng)作平穩(wěn)，安全可靠。

    (3)采用液壓先導(dǎo)伺服操縱和各種自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，使司機(jī)操作輕便、靈活和準(zhǔn)確。

    (4)鏟斗具有良好的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過液壓缸的復(fù)合動(dòng)作可以使鏟斗平行向前推移，也可以使鏟斗按曲線或圓弧軌跡進(jìn)行挖掘，使液壓挖掘機(jī)可進(jìn)行選擇性開采，并且能夠自行清理和平整停機(jī)工作面，對(duì)于大型正鏟礦用液壓挖掘機(jī)來說尤為重要?？梢园吹V石的分布層選采礦石，提高礦石開采的回收率，減少工作面上的輔助設(shè)備，降低開采礦石的成本，這也是在礦山開采方面用大型或巨型液壓挖掘機(jī)來代替機(jī)械鏟的一個(gè)重要原因。

    (5)礦用液壓挖掘機(jī)采用功能化與模塊化設(shè)計(jì)，整機(jī)由工作裝置(包括鏟斗、動(dòng)臂和斗桿)、上車部分(包括動(dòng)力裝置、冷卻裝置、司機(jī)室底座、司機(jī)室、平衡重和回轉(zhuǎn)支承等)和下車部分(包括履帶行走裝置和底架梁)3個(gè)功能模塊組成，縮短了現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)間，減輕了現(xiàn)場(chǎng)工作強(qiáng)度，提高了維修保養(yǎng)便利性。

    礦用液壓挖掘機(jī)的不足主要有以下3點(diǎn)：

    (1)液壓元件的加工精度和裝配質(zhì)量要求很高，在施工現(xiàn)場(chǎng)排除故障和進(jìn)行維修比較困難；

    (2)液壓油的品質(zhì)、黏度和清潔度對(duì)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率和液壓元件的壽命有很大影響，液壓油的黏度受工作環(huán)境溫度影響很大，需要根據(jù)不同季節(jié)更換液壓油；

    (3)礦用液壓挖掘機(jī)對(duì)物料的爆破要求比較高，而國內(nèi)礦山在爆破技術(shù)有限的條件下，機(jī)械式挖掘機(jī)更能適應(yīng)復(fù)雜的工況作業(yè)。

    2國外發(fā)展概況及技術(shù)分析

    目前生產(chǎn)大型礦用液壓挖掘機(jī)的制造廠商主要集中在德國、日本和美國等工程機(jī)械制造強(qiáng)國，著名的生產(chǎn)企業(yè)有卡特彼勒(源于“0&K”)、利勃海爾、小松(源于德馬克)以及日立等公司，呈現(xiàn)“四足鼎立”的態(tài)勢(shì)。在2010年前，四大廠商基本都建立了較為完整的從200t級(jí)到800t級(jí)的礦用挖掘機(jī)系列化產(chǎn)品(見表1)，且技術(shù)水平基本相當(dāng)，自成體系，都能夠快速完成裝載循環(huán)，具有巨大的生產(chǎn)力。同時(shí)，為了滿足不同用戶的使用習(xí)慣和現(xiàn)場(chǎng)工況條件，都推出了正反鏟2種機(jī)型，而且為了降低客戶的運(yùn)行成本，很多型號(hào)都可選配電動(dòng)機(jī)版本，以代替耗油巨大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

國外大型礦用液壓挖掘機(jī)

    2.1動(dòng)力配置

    四大廠家的礦用液壓挖掘機(jī)均有電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的2種可選擇配置，如表2所列。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)適用于基礎(chǔ)條件好、有高壓電源的露天礦山；發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)適用于新建的露天礦山，尤其是沒有引入高壓電源或者電網(wǎng)容量有限的情況下，只能采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，可以在涉水的工作場(chǎng)所挖掘作業(yè)；同機(jī)型配置中電動(dòng)機(jī)功率小于發(fā)動(dòng)機(jī)功率，考慮到電的性價(jià)比高于燃油，沒有污染物排放問題，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)更加節(jié)能環(huán)保。

國外大型礦用液壓挖掘機(jī)動(dòng)力配置

    2.2工作裝置的對(duì)比分析

    礦用液壓挖掘機(jī)按照工作裝置可分為正鏟式和反鏟式，反鏟主要用于停機(jī)面以下的挖掘，正鏟主要用于停機(jī)面以上的挖掘或爆破后巖石和散狀物料的裝載。正鏟早期的液壓缸設(shè)計(jì)都類似反鏟，即液壓缸布置在相互鉸接的2個(gè)部件上，如鏟斗液壓缸一端在斗桿上，一端在鏟斗或鏟斗連桿上，也就是說，只有鏟斗液壓缸有動(dòng)作才能驅(qū)動(dòng)鏟斗和斗桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)簡單明確，但是也帶來操作上的復(fù)雜性，駕駛員必須時(shí)常做出復(fù)合動(dòng)作以控制鏟斗。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，國外各大廠商都對(duì)液壓缸布置進(jìn)行了改進(jìn)。

    (1)卡特彼勒的工作裝置采用了具有專利的TriPower技術(shù)，也被稱作強(qiáng)力三角。TriPower通過增加一對(duì)連桿并用一對(duì)連接件把動(dòng)臂液壓缸、翻斗液壓缸和連桿連接起來，用連接件連接動(dòng)臂，從幾何上保證了一種聯(lián)動(dòng)機(jī)制。無論動(dòng)臂和斗桿如何動(dòng)作，只要翻斗液壓缸不動(dòng)作，那么鏟斗相對(duì)地面的角度基本不變，從而簡化了操作，大大降低了司機(jī)的操作難度，并且在動(dòng)力學(xué)得到更大的挖掘力和破碎力。

    (2)小松、利勃海爾和日立的液壓挖掘機(jī)的工作裝置均采用了將鏟斗液壓缸直接鉸接在動(dòng)臂本體上的結(jié)構(gòu)形式。相對(duì)于鏟斗液壓缸鉸接與斗桿上，該結(jié)構(gòu)形式具有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是由于鏟斗液壓缸閉鎖力，而增加了斗桿液壓缸的推壓力；二是能保持鏟斗的切削后角基本不變。小松與利勃海爾采用了等長雙并列斗桿液壓缸，而日立采用了斗桿液壓缸+平推液壓缸上下布置的組合方式。

    2.3上車平臺(tái)布置的對(duì)比分析

    礦用液壓挖掘機(jī)的上車包括動(dòng)力裝置、平衡重、冷卻裝置、司機(jī)室底座和司機(jī)室等部件，在動(dòng)力裝置的平臺(tái)布置形式上各有特色。

    (1)在200~400t大型礦用液壓挖掘機(jī)系列里，只有卡特彼勒采用了雙動(dòng)力配置形式(如圖1所示)，并且動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)平行布置。雙動(dòng)力配置的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：①即使在1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效的情況下，依然能夠生產(chǎn)并確保操作員的安全；②即便使用1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，也能夠?qū)⒁簤和诰驒C(jī)移到安全區(qū)域進(jìn)行維修；③發(fā)動(dòng)機(jī)可以相互對(duì)照比較，從而簡化并加快了故障排除過程，維修保養(yǎng)更方便。

卡特彼勒6040型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置  

    雙動(dòng)力配置的缺點(diǎn)有：①設(shè)備的故障點(diǎn)和維修工作量增大；②平臺(tái)布置空間相對(duì)增大；③動(dòng)力裝置重心靠前，需要增大平衡重，整機(jī)質(zhì)量偏重。

    小松、日立和利勃海爾都采用了單動(dòng)力配置形式(如圖2所示)，并且動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)垂直布置。單動(dòng)力配置的優(yōu)點(diǎn)有：①整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠，設(shè)備成本相對(duì)低；②平臺(tái)布置空間更加緊湊，動(dòng)力裝置的重心靠后，節(jié)省平衡重，整機(jī)質(zhì)量較輕；③動(dòng)力裝置的散熱效果更好。

小松PC4000型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置  

    (2)在400t以上的大型礦用液壓挖掘機(jī)系列里，由于發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵和分動(dòng)箱等主要元器件的規(guī)格限制，雖然四家廠商都采用了雙動(dòng)力配置形式，但是上車各功能模塊的空間布置形式也有所區(qū)別?？ㄌ乇死绽^續(xù)沿襲了200~400t的空間布置形式，動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)平行布置，液壓油箱放置中間；日立的布置形式跟卡特彼勒類似；小松與利勃海爾的雙動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)垂直布置，液壓油箱布置在冷卻裝置附近(如圖3所示)。

小松PC5500型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置

    采用平行布置的優(yōu)點(diǎn)是液壓油箱容積大，冷卻裝置空間大，利于選型設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)周圍走臺(tái)空間寬敞；缺點(diǎn)是尾部回轉(zhuǎn)半徑長，液壓管路布置比較復(fù)雜。采用垂直布置的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)布局緊湊，尾部回轉(zhuǎn)半徑小，動(dòng)力裝置通風(fēng)散熱效果好，缺點(diǎn)是液壓油箱及冷卻風(fēng)扇可用空間有限，需要特殊設(shè)計(jì)。2種布置形式各有利弊，四家廠商針對(duì)自身元器件選型、功能配置、設(shè)計(jì)風(fēng)格等形成了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。

卡特彼勒 6040 型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置

    2.4液壓回路的對(duì)比分析

    小松和日立的產(chǎn)品采用開式回轉(zhuǎn)回路，卡特彼勒和利勃海爾采用閉式回轉(zhuǎn)回路。

    開式回路的典型特點(diǎn)：

    (1)結(jié)構(gòu)簡單，散熱性、可冷卻性和油液的可過濾性良好，有利于保證和提高主要元件的使用壽命；

    (2)回轉(zhuǎn)由主泵供油，能提高主泵的利用率，同時(shí)減少了元件，管路布置較簡單，節(jié)省空間；

    (3)泵布置在油箱近旁或在油箱下方，以保證泵的自吸需求；

    (4)與閉式回路帶補(bǔ)油回路的泵相比，開式回路允許泵的工作轉(zhuǎn)速較低，同排量條件下的使用功率較低。

    閉式回路的典型特點(diǎn)：

    (1)泵的工作壓力高，轉(zhuǎn)速高，一般最高工作壓力可達(dá)38MPa；

    (2)馬達(dá)制動(dòng)過程中，可回收設(shè)備慣性產(chǎn)生的制動(dòng)功率；

    (3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱性和油液的可過濾性差，影響元件的工作可靠性和使用壽命。

    3國外產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用

    在國內(nèi)露天礦山領(lǐng)域，大型礦用挖掘設(shè)備一直以來被機(jī)械式挖掘機(jī)所壟斷，如今，大型礦用液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在國內(nèi)露天礦山開始使用，其應(yīng)用情況如表3所列。如大唐錫林浩特礦業(yè)擁有2臺(tái)日立EX3600和2臺(tái)卡特6040液壓挖掘機(jī)，包頭白云鄂博巴潤鐵礦擁有5臺(tái)利勃海爾R9350和2臺(tái)小松PC5500液壓挖掘機(jī)。伊敏露天煤礦2013年投入使用的日立EX8000液壓挖掘機(jī)是目前國內(nèi)露天礦山使用的最大液壓挖掘機(jī)，自重達(dá)780t，電動(dòng)機(jī)總功率為2400kW，斗容為40m3。從2008—2014年，國內(nèi)露天礦山共進(jìn)口24臺(tái)(套)250t以上級(jí)別的礦用液壓挖掘機(jī)，其中400t級(jí)的液壓挖掘機(jī)占到了60%。

    國內(nèi)礦山用戶選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)的原因有：一方面油價(jià)高，運(yùn)行成本很高；另一方面是發(fā)動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用非常高，且電動(dòng)機(jī)的故障率較低。

國外礦用液壓挖掘機(jī)在國內(nèi)的應(yīng)用情況 

    4國內(nèi)發(fā)展概況

    我國大型礦用液壓挖掘機(jī)的研發(fā)起步比較晚，1992年，太原重工與德馬克合作生產(chǎn)的H121液壓挖掘機(jī)，第一個(gè)超過100t挖掘機(jī)，工作摶量為115t；2008—2012年，太原重工相繼推出了WYD260(工作質(zhì)量為260t，斗容為15m3)、WYD390(工作質(zhì)量為390t，斗容為22m3)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)并在國內(nèi)露天礦山現(xiàn)場(chǎng)投入使用，打破了國外廠商的壟斷地位。四川邦立重機(jī)也是國內(nèi)較早開發(fā)大型液壓挖掘機(jī)的企業(yè)，2012年研制成功了CED2200-8電動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為220t。中聯(lián)重科在2012年上海Bauma展上展出了ZE300ELS發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為298t，斗容為17m3。徐工集團(tuán)在2014年上海Bauma展上展出了XE4000發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型反鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為390t，斗容為22m3，是國內(nèi)目前最大噸位的反鏟式液壓挖掘機(jī)。

    受到低迷的礦山市場(chǎng)的影響，國內(nèi)廠商的開發(fā)和研制還只是停留在某幾種機(jī)型，缺少在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的經(jīng)驗(yàn)，得不到持續(xù)的改進(jìn)和后續(xù)機(jī)型的補(bǔ)充，機(jī)電液相關(guān)技術(shù)有待提高，還沒有形成成熟的標(biāo)準(zhǔn)化的系列化產(chǎn)品。

    5結(jié)論

    大型礦用液壓挖掘機(jī)具有爬坡能力強(qiáng)、接地比壓低、可分層挖掘、電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可供選擇、正鏟和反鏟可供選擇等優(yōu)點(diǎn)。液壓技術(shù)將是新技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著液壓技術(shù)的不斷成熟，故障排查技術(shù)與能力逐漸提高，憑借其靈活的操縱性，全面的動(dòng)作軌跡，復(fù)雜工況適應(yīng)能力，礦用液壓挖掘機(jī)必將在今后的露天開采行業(yè)越來越廣泛地運(yùn)用。

    通過對(duì)國外四大廠商成熟產(chǎn)品的性能對(duì)比分析，為今后我國大型礦用液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品系列化研發(fā)提供參考和借鑒。

    (1)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型礦用液壓挖掘機(jī)更節(jié)能環(huán)保；

    (2)400t以下液壓挖掘機(jī)適合單動(dòng)力垂直布置，400t以上液壓挖掘機(jī)適合雙動(dòng)力并列布置；

    (3)開式回路主泵利用率高，元件壽命長，是大型礦用挖掘機(jī)液壓回路的發(fā)展方向。

是通過發(fā)動(dòng)機(jī)(或電動(dòng)機(jī))直接驅(qū)動(dòng)或經(jīng)分動(dòng)箱帶動(dòng)液壓泵，經(jīng)液壓油管和控制閥組、液壓缸或液壓馬達(dá)等組成的液壓系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行元件(包括工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置等)，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作的。工作質(zhì)量大于200t的，用于露天礦山開采或土方工程的液壓挖掘機(jī)被定義為礦用液壓挖掘機(jī)。

    隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，礦山資源的開采設(shè)備與技術(shù)也是飛速發(fā)展，使之生產(chǎn)效率大大提高。隨著長期開采的深入發(fā)展，開采環(huán)境也越來越復(fù)雜，由淺入深，由近漸遠(yuǎn)，由陸地至海洋。世界最大露天礦(油頁巖礦等)的年采剝總量已達(dá)到20億t，美國莫倫西銅礦、賓厄姆銅鉬礦和紐曼山鐵礦等露天金屬礦的年采剝總量也都已超過1億t，年生產(chǎn)千萬噸礦石的德興銅礦、司家營鐵礦和鞍鋼齊大山鐵礦等是我國現(xiàn)代化大型露天金屬礦的代表。現(xiàn)代大型露天礦與傳統(tǒng)露天礦相比，具有規(guī)模大、采礦設(shè)備的總臺(tái)(套)數(shù)少以及采礦作業(yè)的人員少等優(yōu)勢(shì)。筆者以為，采礦設(shè)備也應(yīng)不斷吸取各領(lǐng)域的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，面向國家經(jīng)濟(jì)的需求，科學(xué)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，所以大型化、智能化發(fā)展是其必然趨勢(shì)！

    1液壓挖掘機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

    與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，礦用液壓挖掘機(jī)由于采用了液壓傳動(dòng)裝置，而在結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和使用效果等方面具有很大的優(yōu)越性。

    (1)結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊，質(zhì)量小，行走速度快，接地比壓低，牽引力大，爬坡能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)靈活性好。對(duì)于斗容量相同的挖掘機(jī)，液壓挖掘機(jī)比機(jī)械式挖掘機(jī)的質(zhì)量小40%~60%，因而行走牽引力與機(jī)重的比值大于機(jī)械式挖掘機(jī)，具有良好的爬坡能力，接地比壓僅為機(jī)械式挖掘機(jī)的1/3~1/4；液壓挖掘機(jī)可以選擇發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式挖掘機(jī)而言，沒有機(jī)架尾部高壓電纜的限制，可以適應(yīng)涉水等復(fù)雜工作條件；陷入泥沼或凹坑時(shí)，可以通過自身的工作裝置支撐進(jìn)行自救。

    (2)采用高壓變量的液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)簡單，工作平穩(wěn)，易于操縱和控制。液壓傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，調(diào)速范圍大；通過液壓油傳遞動(dòng)力和各種閥門進(jìn)行控制，使頻繁作業(yè)的挖掘機(jī)動(dòng)作平穩(wěn)，安全可靠。

    (3)采用液壓先導(dǎo)伺服操縱和各種自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，使司機(jī)操作輕便、靈活和準(zhǔn)確。

    (4)鏟斗具有良好的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過液壓缸的復(fù)合動(dòng)作可以使鏟斗平行向前推移，也可以使鏟斗按曲線或圓弧軌跡進(jìn)行挖掘，使液壓挖掘機(jī)可進(jìn)行選擇性開采，并且能夠自行清理和平整停機(jī)工作面，對(duì)于大型正鏟礦用液壓挖掘機(jī)來說尤為重要。可以按礦石的分布層選采礦石，提高礦石開采的回收率，減少工作面上的輔助設(shè)備，降低開采礦石的成本，這也是在礦山開采方面用大型或巨型液壓挖掘機(jī)來代替機(jī)械鏟的一個(gè)重要原因。

    (5)礦用液壓挖掘機(jī)采用功能化與模塊化設(shè)計(jì)，整機(jī)由工作裝置(包括鏟斗、動(dòng)臂和斗桿)、上車部分(包括動(dòng)力裝置、冷卻裝置、司機(jī)室底座、司機(jī)室、平衡重和回轉(zhuǎn)支承等)和下車部分(包括履帶行走裝置和底架梁)3個(gè)功能模塊組成，縮短了現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)間，減輕了現(xiàn)場(chǎng)工作強(qiáng)度，提高了維修保養(yǎng)便利性。

    礦用液壓挖掘機(jī)的不足主要有以下3點(diǎn)：

    (1)液壓元件的加工精度和裝配質(zhì)量要求很高，在施工現(xiàn)場(chǎng)排除故障和進(jìn)行維修比較困難；

    (2)液壓油的品質(zhì)、黏度和清潔度對(duì)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率和液壓元件的壽命有很大影響，液壓油的黏度受工作環(huán)境溫度影響很大，需要根據(jù)不同季節(jié)更換液壓油；

    (3)礦用液壓挖掘機(jī)對(duì)物料的爆破要求比較高，而國內(nèi)礦山在爆破技術(shù)有限的條件下，機(jī)械式挖掘機(jī)更能適應(yīng)復(fù)雜的工況作業(yè)。

    2國外發(fā)展概況及技術(shù)分析

    目前生產(chǎn)大型礦用液壓挖掘機(jī)的制造廠商主要集中在德國、日本和美國等工程機(jī)械制造強(qiáng)國，著名的生產(chǎn)企業(yè)有卡特彼勒(源于“0&K”)、利勃海爾、小松(源于德馬克)以及日立等公司，呈現(xiàn)“四足鼎立”的態(tài)勢(shì)。在2010年前，四大廠商基本都建立了較為完整的從200t級(jí)到800t級(jí)的礦用挖掘機(jī)系列化產(chǎn)品(見表1)，且技術(shù)水平基本相當(dāng)，自成體系，都能夠快速完成裝載循環(huán)，具有巨大的生產(chǎn)力。同時(shí)，為了滿足不同用戶的使用習(xí)慣和現(xiàn)場(chǎng)工況條件，都推出了正反鏟2種機(jī)型，而且為了降低客戶的運(yùn)行成本，很多型號(hào)都可選配電動(dòng)機(jī)版本，以代替耗油巨大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

國外大型礦用液壓挖掘機(jī)

    2.1動(dòng)力配置

    四大廠家的礦用液壓挖掘機(jī)均有電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的2種可選擇配置，如表2所列。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)適用于基礎(chǔ)條件好、有高壓電源的露天礦山；發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)適用于新建的露天礦山，尤其是沒有引入高壓電源或者電網(wǎng)容量有限的情況下，只能采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，可以在涉水的工作場(chǎng)所挖掘作業(yè)；同機(jī)型配置中電動(dòng)機(jī)功率小于發(fā)動(dòng)機(jī)功率，考慮到電的性價(jià)比高于燃油，沒有污染物排放問題，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)更加節(jié)能環(huán)保。

國外大型礦用液壓挖掘機(jī)動(dòng)力配置

    2.2工作裝置的對(duì)比分析

    礦用液壓挖掘機(jī)按照工作裝置可分為正鏟式和反鏟式，反鏟主要用于停機(jī)面以下的挖掘，正鏟主要用于停機(jī)面以上的挖掘或爆破后巖石和散狀物料的裝載。正鏟早期的液壓缸設(shè)計(jì)都類似反鏟，即液壓缸布置在相互鉸接的2個(gè)部件上，如鏟斗液壓缸一端在斗桿上，一端在鏟斗或鏟斗連桿上，也就是說，只有鏟斗液壓缸有動(dòng)作才能驅(qū)動(dòng)鏟斗和斗桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)簡單明確，但是也帶來操作上的復(fù)雜性，駕駛員必須時(shí)常做出復(fù)合動(dòng)作以控制鏟斗。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，國外各大廠商都對(duì)液壓缸布置進(jìn)行了改進(jìn)。

    (1)卡特彼勒的工作裝置采用了具有專利的TriPower技術(shù)，也被稱作強(qiáng)力三角。TriPower通過增加一對(duì)連桿并用一對(duì)連接件把動(dòng)臂液壓缸、翻斗液壓缸和連桿連接起來，用連接件連接動(dòng)臂，從幾何上保證了一種聯(lián)動(dòng)機(jī)制。無論動(dòng)臂和斗桿如何動(dòng)作，只要翻斗液壓缸不動(dòng)作，那么鏟斗相對(duì)地面的角度基本不變，從而簡化了操作，大大降低了司機(jī)的操作難度，并且在動(dòng)力學(xué)得到更大的挖掘力和破碎力。

    (2)小松、利勃海爾和日立的液壓挖掘機(jī)的工作裝置均采用了將鏟斗液壓缸直接鉸接在動(dòng)臂本體上的結(jié)構(gòu)形式。相對(duì)于鏟斗液壓缸鉸接與斗桿上，該結(jié)構(gòu)形式具有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是由于鏟斗液壓缸閉鎖力，而增加了斗桿液壓缸的推壓力；二是能保持鏟斗的切削后角基本不變。小松與利勃海爾采用了等長雙并列斗桿液壓缸，而日立采用了斗桿液壓缸+平推液壓缸上下布置的組合方式。

    2.3上車平臺(tái)布置的對(duì)比分析

    礦用液壓挖掘機(jī)的上車包括動(dòng)力裝置、平衡重、冷卻裝置、司機(jī)室底座和司機(jī)室等部件，在動(dòng)力裝置的平臺(tái)布置形式上各有特色。

    (1)在200~400t大型礦用液壓挖掘機(jī)系列里，只有卡特彼勒采用了雙動(dòng)力配置形式(如圖1所示)，并且動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)平行布置。雙動(dòng)力配置的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：①即使在1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效的情況下，依然能夠生產(chǎn)并確保操作員的安全；②即便使用1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，也能夠?qū)⒁簤和诰驒C(jī)移到安全區(qū)域進(jìn)行維修；③發(fā)動(dòng)機(jī)可以相互對(duì)照比較，從而簡化并加快了故障排除過程，維修保養(yǎng)更方便。

卡特彼勒6040型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置  

    雙動(dòng)力配置的缺點(diǎn)有：①設(shè)備的故障點(diǎn)和維修工作量增大；②平臺(tái)布置空間相對(duì)增大；③動(dòng)力裝置重心靠前，需要增大平衡重，整機(jī)質(zhì)量偏重。

    小松、日立和利勃海爾都采用了單動(dòng)力配置形式(如圖2所示)，并且動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)垂直布置。單動(dòng)力配置的優(yōu)點(diǎn)有：①整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠，設(shè)備成本相對(duì)低；②平臺(tái)布置空間更加緊湊，動(dòng)力裝置的重心靠后，節(jié)省平衡重，整機(jī)質(zhì)量較輕；③動(dòng)力裝置的散熱效果更好。

小松PC4000型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置  

    (2)在400t以上的大型礦用液壓挖掘機(jī)系列里，由于發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵和分動(dòng)箱等主要元器件的規(guī)格限制，雖然四家廠商都采用了雙動(dòng)力配置形式，但是上車各功能模塊的空間布置形式也有所區(qū)別。卡特彼勒繼續(xù)沿襲了200~400t的空間布置形式，動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)平行布置，液壓油箱放置中間；日立的布置形式跟卡特彼勒類似；小松與利勃海爾的雙動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)垂直布置，液壓油箱布置在冷卻裝置附近(如圖3所示)。

小松PC5500型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置

    采用平行布置的優(yōu)點(diǎn)是液壓油箱容積大，冷卻裝置空間大，利于選型設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)周圍走臺(tái)空間寬敞；缺點(diǎn)是尾部回轉(zhuǎn)半徑長，液壓管路布置比較復(fù)雜。采用垂直布置的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)布局緊湊，尾部回轉(zhuǎn)半徑小，動(dòng)力裝置通風(fēng)散熱效果好，缺點(diǎn)是液壓油箱及冷卻風(fēng)扇可用空間有限，需要特殊設(shè)計(jì)。2種布置形式各有利弊，四家廠商針對(duì)自身元器件選型、功能配置、設(shè)計(jì)風(fēng)格等形成了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。

卡特彼勒 6040 型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置

    2.4液壓回路的對(duì)比分析

    小松和日立的產(chǎn)品采用開式回轉(zhuǎn)回路，卡特彼勒和利勃海爾采用閉式回轉(zhuǎn)回路。

    開式回路的典型特點(diǎn)：

    (1)結(jié)構(gòu)簡單，散熱性、可冷卻性和油液的可過濾性良好，有利于保證和提高主要元件的使用壽命；

    (2)回轉(zhuǎn)由主泵供油，能提高主泵的利用率，同時(shí)減少了元件，管路布置較簡單，節(jié)省空間；

    (3)泵布置在油箱近旁或在油箱下方，以保證泵的自吸需求；

    (4)與閉式回路帶補(bǔ)油回路的泵相比，開式回路允許泵的工作轉(zhuǎn)速較低，同排量條件下的使用功率較低。

    閉式回路的典型特點(diǎn)：

    (1)泵的工作壓力高，轉(zhuǎn)速高，一般最高工作壓力可達(dá)38MPa；

    (2)馬達(dá)制動(dòng)過程中，可回收設(shè)備慣性產(chǎn)生的制動(dòng)功率；

    (3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱性和油液的可過濾性差，影響元件的工作可靠性和使用壽命。

    3國外產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用

    在國內(nèi)露天礦山領(lǐng)域，大型礦用挖掘設(shè)備一直以來被機(jī)械式挖掘機(jī)所壟斷，如今，大型礦用液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在國內(nèi)露天礦山開始使用，其應(yīng)用情況如表3所列。如大唐錫林浩特礦業(yè)擁有2臺(tái)日立EX3600和2臺(tái)卡特6040液壓挖掘機(jī)，包頭白云鄂博巴潤鐵礦擁有5臺(tái)利勃海爾R9350和2臺(tái)小松PC5500液壓挖掘機(jī)。伊敏露天煤礦2013年投入使用的日立EX8000液壓挖掘機(jī)是目前國內(nèi)露天礦山使用的最大液壓挖掘機(jī)，自重達(dá)780t，電動(dòng)機(jī)總功率為2400kW，斗容為40m3。從2008—2014年，國內(nèi)露天礦山共進(jìn)口24臺(tái)(套)250t以上級(jí)別的礦用液壓挖掘機(jī)，其中400t級(jí)的液壓挖掘機(jī)占到了60%。

    國內(nèi)礦山用戶選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)的原因有：一方面油價(jià)高，運(yùn)行成本很高；另一方面是發(fā)動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用非常高，且電動(dòng)機(jī)的故障率較低。

國外礦用液壓挖掘機(jī)在國內(nèi)的應(yīng)用情況 

    4國內(nèi)發(fā)展概況

    我國大型礦用液壓挖掘機(jī)的研發(fā)起步比較晚，1992年，太原重工與德馬克合作生產(chǎn)的H121液壓挖掘機(jī)，第一個(gè)超過100t挖掘機(jī)，工作摶量為115t；2008—2012年，太原重工相繼推出了WYD260(工作質(zhì)量為260t，斗容為15m3)、WYD390(工作質(zhì)量為390t，斗容為22m3)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)并在國內(nèi)露天礦山現(xiàn)場(chǎng)投入使用，打破了國外廠商的壟斷地位。四川邦立重機(jī)也是國內(nèi)較早開發(fā)大型液壓挖掘機(jī)的企業(yè)，2012年研制成功了CED2200-8電動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為220t。中聯(lián)重科在2012年上海Bauma展上展出了ZE300ELS發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為298t，斗容為17m3。徐工集團(tuán)在2014年上海Bauma展上展出了XE4000發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型反鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為390t，斗容為22m3，是國內(nèi)目前最大噸位的反鏟式液壓挖掘機(jī)。

    受到低迷的礦山市場(chǎng)的影響，國內(nèi)廠商的開發(fā)和研制還只是停留在某幾種機(jī)型，缺少在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的經(jīng)驗(yàn)，得不到持續(xù)的改進(jìn)和后續(xù)機(jī)型的補(bǔ)充，機(jī)電液相關(guān)技術(shù)有待提高，還沒有形成成熟的標(biāo)準(zhǔn)化的系列化產(chǎn)品。

    5結(jié)論

    大型礦用液壓挖掘機(jī)具有爬坡能力強(qiáng)、接地比壓低、可分層挖掘、電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可供選擇、正鏟和反鏟可供選擇等優(yōu)點(diǎn)。液壓技術(shù)將是新技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著液壓技術(shù)的不斷成熟，故障排查技術(shù)與能力逐漸提高，憑借其靈活的操縱性，全面的動(dòng)作軌跡，復(fù)雜工況適應(yīng)能力，礦用液壓挖掘機(jī)必將在今后的露天開采行業(yè)越來越廣泛地運(yùn)用。

    通過對(duì)國外四大廠商成熟產(chǎn)品的性能對(duì)比分析，為今后我國大型礦用液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品系列化研發(fā)提供參考和借鑒。

    (1)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型礦用液壓挖掘機(jī)更節(jié)能環(huán)保；

    (2)400t以下液壓挖掘機(jī)適合單動(dòng)力垂直布置，400t以上液壓挖掘機(jī)適合雙動(dòng)力并列布置；

    (3)開式回路主泵利用率高，元件壽命長，是大型礦用挖掘機(jī)液壓回路的發(fā)展方向。

是通過發(fā)動(dòng)機(jī)(或電動(dòng)機(jī))直接驅(qū)動(dòng)或經(jīng)分動(dòng)箱帶動(dòng)液壓泵，經(jīng)液壓油管和控制閥組、液壓缸或液壓馬達(dá)等組成的液壓系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行元件(包括工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置等)，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作的。工作質(zhì)量大于200t的，用于露天礦山開采或土方工程的液壓挖掘機(jī)被定義為礦用液壓挖掘機(jī)。

    隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，礦山資源的開采設(shè)備與技術(shù)也是飛速發(fā)展，使之生產(chǎn)效率大大提高。隨著長期開采的深入發(fā)展，開采環(huán)境也越來越復(fù)雜，由淺入深，由近漸遠(yuǎn)，由陸地至海洋。世界最大露天礦(油頁巖礦等)的年采剝總量已達(dá)到20億t，美國莫倫西銅礦、賓厄姆銅鉬礦和紐曼山鐵礦等露天金屬礦的年采剝總量也都已超過1億t，年生產(chǎn)千萬噸礦石的德興銅礦、司家營鐵礦和鞍鋼齊大山鐵礦等是我國現(xiàn)代化大型露天金屬礦的代表?，F(xiàn)代大型露天礦與傳統(tǒng)露天礦相比，具有規(guī)模大、采礦設(shè)備的總臺(tái)(套)數(shù)少以及采礦作業(yè)的人員少等優(yōu)勢(shì)。筆者以為，采礦設(shè)備也應(yīng)不斷吸取各領(lǐng)域的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，面向國家經(jīng)濟(jì)的需求，科學(xué)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，所以大型化、智能化發(fā)展是其必然趨勢(shì)！

    1液壓挖掘機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

    與機(jī)械式挖掘機(jī)相比，礦用液壓挖掘機(jī)由于采用了液壓傳動(dòng)裝置，而在結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和使用效果等方面具有很大的優(yōu)越性。

    (1)結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊，質(zhì)量小，行走速度快，接地比壓低，牽引力大，爬坡能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)靈活性好。對(duì)于斗容量相同的挖掘機(jī)，液壓挖掘機(jī)比機(jī)械式挖掘機(jī)的質(zhì)量小40%~60%，因而行走牽引力與機(jī)重的比值大于機(jī)械式挖掘機(jī)，具有良好的爬坡能力，接地比壓僅為機(jī)械式挖掘機(jī)的1/3~1/4；液壓挖掘機(jī)可以選擇發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式挖掘機(jī)而言，沒有機(jī)架尾部高壓電纜的限制，可以適應(yīng)涉水等復(fù)雜工作條件；陷入泥沼或凹坑時(shí)，可以通過自身的工作裝置支撐進(jìn)行自救。

    (2)采用高壓變量的液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)簡單，工作平穩(wěn)，易于操縱和控制。液壓傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，調(diào)速范圍大；通過液壓油傳遞動(dòng)力和各種閥門進(jìn)行控制，使頻繁作業(yè)的挖掘機(jī)動(dòng)作平穩(wěn)，安全可靠。

    (3)采用液壓先導(dǎo)伺服操縱和各種自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，使司機(jī)操作輕便、靈活和準(zhǔn)確。

    (4)鏟斗具有良好的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過液壓缸的復(fù)合動(dòng)作可以使鏟斗平行向前推移，也可以使鏟斗按曲線或圓弧軌跡進(jìn)行挖掘，使液壓挖掘機(jī)可進(jìn)行選擇性開采，并且能夠自行清理和平整停機(jī)工作面，對(duì)于大型正鏟礦用液壓挖掘機(jī)來說尤為重要。可以按礦石的分布層選采礦石，提高礦石開采的回收率，減少工作面上的輔助設(shè)備，降低開采礦石的成本，這也是在礦山開采方面用大型或巨型液壓挖掘機(jī)來代替機(jī)械鏟的一個(gè)重要原因。

    (5)礦用液壓挖掘機(jī)采用功能化與模塊化設(shè)計(jì)，整機(jī)由工作裝置(包括鏟斗、動(dòng)臂和斗桿)、上車部分(包括動(dòng)力裝置、冷卻裝置、司機(jī)室底座、司機(jī)室、平衡重和回轉(zhuǎn)支承等)和下車部分(包括履帶行走裝置和底架梁)3個(gè)功能模塊組成，縮短了現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)間，減輕了現(xiàn)場(chǎng)工作強(qiáng)度，提高了維修保養(yǎng)便利性。

    礦用液壓挖掘機(jī)的不足主要有以下3點(diǎn)：

    (1)液壓元件的加工精度和裝配質(zhì)量要求很高，在施工現(xiàn)場(chǎng)排除故障和進(jìn)行維修比較困難；

    (2)液壓油的品質(zhì)、黏度和清潔度對(duì)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率和液壓元件的壽命有很大影響，液壓油的黏度受工作環(huán)境溫度影響很大，需要根據(jù)不同季節(jié)更換液壓油；

    (3)礦用液壓挖掘機(jī)對(duì)物料的爆破要求比較高，而國內(nèi)礦山在爆破技術(shù)有限的條件下，機(jī)械式挖掘機(jī)更能適應(yīng)復(fù)雜的工況作業(yè)。

    2國外發(fā)展概況及技術(shù)分析

    目前生產(chǎn)大型礦用液壓挖掘機(jī)的制造廠商主要集中在德國、日本和美國等工程機(jī)械制造強(qiáng)國，著名的生產(chǎn)企業(yè)有卡特彼勒(源于“0&K”)、利勃海爾、小松(源于德馬克)以及日立等公司，呈現(xiàn)“四足鼎立”的態(tài)勢(shì)。在2010年前，四大廠商基本都建立了較為完整的從200t級(jí)到800t級(jí)的礦用挖掘機(jī)系列化產(chǎn)品(見表1)，且技術(shù)水平基本相當(dāng)，自成體系，都能夠快速完成裝載循環(huán)，具有巨大的生產(chǎn)力。同時(shí)，為了滿足不同用戶的使用習(xí)慣和現(xiàn)場(chǎng)工況條件，都推出了正反鏟2種機(jī)型，而且為了降低客戶的運(yùn)行成本，很多型號(hào)都可選配電動(dòng)機(jī)版本，以代替耗油巨大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

國外大型礦用液壓挖掘機(jī)

    2.1動(dòng)力配置

    四大廠家的礦用液壓挖掘機(jī)均有電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的2種可選擇配置，如表2所列。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)適用于基礎(chǔ)條件好、有高壓電源的露天礦山；發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)適用于新建的露天礦山，尤其是沒有引入高壓電源或者電網(wǎng)容量有限的情況下，只能采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，可以在涉水的工作場(chǎng)所挖掘作業(yè)；同機(jī)型配置中電動(dòng)機(jī)功率小于發(fā)動(dòng)機(jī)功率，考慮到電的性價(jià)比高于燃油，沒有污染物排放問題，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)更加節(jié)能環(huán)保。

國外大型礦用液壓挖掘機(jī)動(dòng)力配置

    2.2工作裝置的對(duì)比分析

    礦用液壓挖掘機(jī)按照工作裝置可分為正鏟式和反鏟式，反鏟主要用于停機(jī)面以下的挖掘，正鏟主要用于停機(jī)面以上的挖掘或爆破后巖石和散狀物料的裝載。正鏟早期的液壓缸設(shè)計(jì)都類似反鏟，即液壓缸布置在相互鉸接的2個(gè)部件上，如鏟斗液壓缸一端在斗桿上，一端在鏟斗或鏟斗連桿上，也就是說，只有鏟斗液壓缸有動(dòng)作才能驅(qū)動(dòng)鏟斗和斗桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)簡單明確，但是也帶來操作上的復(fù)雜性，駕駛員必須時(shí)常做出復(fù)合動(dòng)作以控制鏟斗。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，國外各大廠商都對(duì)液壓缸布置進(jìn)行了改進(jìn)。

    (1)卡特彼勒的工作裝置采用了具有專利的TriPower技術(shù)，也被稱作強(qiáng)力三角。TriPower通過增加一對(duì)連桿并用一對(duì)連接件把動(dòng)臂液壓缸、翻斗液壓缸和連桿連接起來，用連接件連接動(dòng)臂，從幾何上保證了一種聯(lián)動(dòng)機(jī)制。無論動(dòng)臂和斗桿如何動(dòng)作，只要翻斗液壓缸不動(dòng)作，那么鏟斗相對(duì)地面的角度基本不變，從而簡化了操作，大大降低了司機(jī)的操作難度，并且在動(dòng)力學(xué)得到更大的挖掘力和破碎力。

    (2)小松、利勃海爾和日立的液壓挖掘機(jī)的工作裝置均采用了將鏟斗液壓缸直接鉸接在動(dòng)臂本體上的結(jié)構(gòu)形式。相對(duì)于鏟斗液壓缸鉸接與斗桿上，該結(jié)構(gòu)形式具有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是由于鏟斗液壓缸閉鎖力，而增加了斗桿液壓缸的推壓力；二是能保持鏟斗的切削后角基本不變。小松與利勃海爾采用了等長雙并列斗桿液壓缸，而日立采用了斗桿液壓缸+平推液壓缸上下布置的組合方式。

    2.3上車平臺(tái)布置的對(duì)比分析

    礦用液壓挖掘機(jī)的上車包括動(dòng)力裝置、平衡重、冷卻裝置、司機(jī)室底座和司機(jī)室等部件，在動(dòng)力裝置的平臺(tái)布置形式上各有特色。

    (1)在200~400t大型礦用液壓挖掘機(jī)系列里，只有卡特彼勒采用了雙動(dòng)力配置形式(如圖1所示)，并且動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)平行布置。雙動(dòng)力配置的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：①即使在1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效的情況下，依然能夠生產(chǎn)并確保操作員的安全；②即便使用1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，也能夠?qū)⒁簤和诰驒C(jī)移到安全區(qū)域進(jìn)行維修；③發(fā)動(dòng)機(jī)可以相互對(duì)照比較，從而簡化并加快了故障排除過程，維修保養(yǎng)更方便。

卡特彼勒6040型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置  

    雙動(dòng)力配置的缺點(diǎn)有：①設(shè)備的故障點(diǎn)和維修工作量增大；②平臺(tái)布置空間相對(duì)增大；③動(dòng)力裝置重心靠前，需要增大平衡重，整機(jī)質(zhì)量偏重。

    小松、日立和利勃海爾都采用了單動(dòng)力配置形式(如圖2所示)，并且動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)垂直布置。單動(dòng)力配置的優(yōu)點(diǎn)有：①整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠，設(shè)備成本相對(duì)低；②平臺(tái)布置空間更加緊湊，動(dòng)力裝置的重心靠后，節(jié)省平衡重，整機(jī)質(zhì)量較輕；③動(dòng)力裝置的散熱效果更好。

小松PC4000型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置  

    (2)在400t以上的大型礦用液壓挖掘機(jī)系列里，由于發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵和分動(dòng)箱等主要元器件的規(guī)格限制，雖然四家廠商都采用了雙動(dòng)力配置形式，但是上車各功能模塊的空間布置形式也有所區(qū)別?？ㄌ乇死绽^續(xù)沿襲了200~400t的空間布置形式，動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)平行布置，液壓油箱放置中間；日立的布置形式跟卡特彼勒類似；小松與利勃海爾的雙動(dòng)力裝置與回轉(zhuǎn)平臺(tái)垂直布置，液壓油箱布置在冷卻裝置附近(如圖3所示)。

小松PC5500型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置

    采用平行布置的優(yōu)點(diǎn)是液壓油箱容積大，冷卻裝置空間大，利于選型設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)周圍走臺(tái)空間寬敞；缺點(diǎn)是尾部回轉(zhuǎn)半徑長，液壓管路布置比較復(fù)雜。采用垂直布置的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)布局緊湊，尾部回轉(zhuǎn)半徑小，動(dòng)力裝置通風(fēng)散熱效果好，缺點(diǎn)是液壓油箱及冷卻風(fēng)扇可用空間有限，需要特殊設(shè)計(jì)。2種布置形式各有利弊，四家廠商針對(duì)自身元器件選型、功能配置、設(shè)計(jì)風(fēng)格等形成了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。

卡特彼勒 6040 型液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力配置

    2.4液壓回路的對(duì)比分析

    小松和日立的產(chǎn)品采用開式回轉(zhuǎn)回路，卡特彼勒和利勃海爾采用閉式回轉(zhuǎn)回路。

    開式回路的典型特點(diǎn)：

    (1)結(jié)構(gòu)簡單，散熱性、可冷卻性和油液的可過濾性良好，有利于保證和提高主要元件的使用壽命；

    (2)回轉(zhuǎn)由主泵供油，能提高主泵的利用率，同時(shí)減少了元件，管路布置較簡單，節(jié)省空間；

    (3)泵布置在油箱近旁或在油箱下方，以保證泵的自吸需求；

    (4)與閉式回路帶補(bǔ)油回路的泵相比，開式回路允許泵的工作轉(zhuǎn)速較低，同排量條件下的使用功率較低。

    閉式回路的典型特點(diǎn)：

    (1)泵的工作壓力高，轉(zhuǎn)速高，一般最高工作壓力可達(dá)38MPa；

    (2)馬達(dá)制動(dòng)過程中，可回收設(shè)備慣性產(chǎn)生的制動(dòng)功率；

    (3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱性和油液的可過濾性差，影響元件的工作可靠性和使用壽命。

    3國外產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用

    在國內(nèi)露天礦山領(lǐng)域，大型礦用挖掘設(shè)備一直以來被機(jī)械式挖掘機(jī)所壟斷，如今，大型礦用液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在國內(nèi)露天礦山開始使用，其應(yīng)用情況如表3所列。如大唐錫林浩特礦業(yè)擁有2臺(tái)日立EX3600和2臺(tái)卡特6040液壓挖掘機(jī)，包頭白云鄂博巴潤鐵礦擁有5臺(tái)利勃海爾R9350和2臺(tái)小松PC5500液壓挖掘機(jī)。伊敏露天煤礦2013年投入使用的日立EX8000液壓挖掘機(jī)是目前國內(nèi)露天礦山使用的最大液壓挖掘機(jī)，自重達(dá)780t，電動(dòng)機(jī)總功率為2400kW，斗容為40m3。從2008—2014年，國內(nèi)露天礦山共進(jìn)口24臺(tái)(套)250t以上級(jí)別的礦用液壓挖掘機(jī)，其中400t級(jí)的液壓挖掘機(jī)占到了60%。

    國內(nèi)礦山用戶選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型液壓挖掘機(jī)的原因有：一方面油價(jià)高，運(yùn)行成本很高；另一方面是發(fā)動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用非常高，且電動(dòng)機(jī)的故障率較低。

國外礦用液壓挖掘機(jī)在國內(nèi)的應(yīng)用情況 

    4國內(nèi)發(fā)展概況

    我國大型礦用液壓挖掘機(jī)的研發(fā)起步比較晚，1992年，太原重工與德馬克合作生產(chǎn)的H121液壓挖掘機(jī)，第一個(gè)超過100t挖掘機(jī)，工作摶量為115t；2008—2012年，太原重工相繼推出了WYD260(工作質(zhì)量為260t，斗容為15m3)、WYD390(工作質(zhì)量為390t，斗容為22m3)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)并在國內(nèi)露天礦山現(xiàn)場(chǎng)投入使用，打破了國外廠商的壟斷地位。四川邦立重機(jī)也是國內(nèi)較早開發(fā)大型液壓挖掘機(jī)的企業(yè)，2012年研制成功了CED2200-8電動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為220t。中聯(lián)重科在2012年上海Bauma展上展出了ZE300ELS發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型正鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為298t，斗容為17m3。徐工集團(tuán)在2014年上海Bauma展上展出了XE4000發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型反鏟式液壓挖掘機(jī)，工作質(zhì)量為390t，斗容為22m3，是國內(nèi)目前最大噸位的反鏟式液壓挖掘機(jī)。

    受到低迷的礦山市場(chǎng)的影響，國內(nèi)廠商的開發(fā)和研制還只是停留在某幾種機(jī)型，缺少在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的經(jīng)驗(yàn)，得不到持續(xù)的改進(jìn)和后續(xù)機(jī)型的補(bǔ)充，機(jī)電液相關(guān)技術(shù)有待提高，還沒有形成成熟的標(biāo)準(zhǔn)化的系列化產(chǎn)品。

    5結(jié)論

    大型礦用液壓挖掘機(jī)具有爬坡能力強(qiáng)、接地比壓低、可分層挖掘、電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可供選擇、正鏟和反鏟可供選擇等優(yōu)點(diǎn)。液壓技術(shù)將是新技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著液壓技術(shù)的不斷成熟，故障排查技術(shù)與能力逐漸提高，憑借其靈活的操縱性，全面的動(dòng)作軌跡，復(fù)雜工況適應(yīng)能力，礦用液壓挖掘機(jī)必將在今后的露天開采行業(yè)越來越廣泛地運(yùn)用。

    通過對(duì)國外四大廠商成熟產(chǎn)品的性能對(duì)比分析，為今后我國大型礦用液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品系列化研發(fā)提供參考和借鑒。

    (1)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型礦用液壓挖掘機(jī)更節(jié)能環(huán)保；

    (2)400t以下液壓挖掘機(jī)適合單動(dòng)力垂直布置，400t以上液壓挖掘機(jī)適合雙動(dòng)力并列布置；

    (3)開式回路主泵利用率高，元件壽命長，是大型礦用挖掘機(jī)液壓回路的發(fā)展方向。