鬥輪式挖掘機

輪鬥挖掘機是在鏈鬥挖掘機、單鬥挖掘機和其它採掘設備的基礎上逐步發展起來的，是連續化作業設備中比較理想的一種多鬥挖掘設備，也是世界上最大成套挖掘設備之一 ^[2]  。

輪鬥挖掘機具有連續化作業、生產能力大、效率高、適應複雜煤層選採、運輸坡度大、操作簡單、維修方便、易實現現代化的管理等諸多優點，特別適合於大型露天礦高效率地開採作業，主要應用在露天礦中剝離表土、挖掘有用礦物，倒堆作業、向車輛或運輸帶進行裝載等，另外在混料堆置場、儲料場、大型水利和土方工程中也逐漸得到日益廣泛的應用。

早在19世紀初葉，西歐就開始在褐煤露天礦中試用過連續挖掘設備，最初的形式是鏈鬥挖掘機，後來陸續出現了單鬥挖掘機和環輪挖掘機，而輪鬥挖掘機是在結合各種挖掘機的優點基礎上初步發展起來的 ^[3]  。

有關資料表明，輪鬥挖掘機的研究於1913年在德國開始的 ^[4]  ，第一台1916年軌道式輪鬥挖掘機正式在貝爾格維茨褐煤露天礦投入使用，進行剝離覆蓋層的作業，該設備裝有一個可迴轉的平台，把鏈鬥挖掘機連續挖掘工作原理與機械單鬥挖掘機靈活性結合一起。1919年前後，德國製造了第一台履帶式輪鬥挖掘機，並在其中部裝有柴油發動機，該機只能挖取堆放的物料。1925年製造了第一台露天礦用輪鬥挖掘機，該機用於採掘砂或煤層中間的夾層，卸料臂可在一定範圍內迴轉，卸料臂的迴轉中心和輪斗的迴轉中心不重合，剷鬥容量為0.075m3。1931年ATG公司生產了剷鬥容量分別為0.06、0.09和0.15m3的輪鬥挖掘機。1937年在柏林電氣公司所屬的高勒帕礦，一台具有六條履帶的鬥輪挖掘機投入使用，該機是後來發展的巨型鬥輪挖掘機中最早的一台。20世紀40年代末，由於輪鬥挖掘機能夠大量的連續挖掘，因此發展相應高效率的輸送設備。改進了常用的列車運輸方式。

20世紀50年代，輪鬥挖掘機在各國又有了新的發展。中、小型輪鬥挖掘機獲得了較快的發展。1956年德國首先研製成功日生產能力為10X104m³的大型輪鬥挖掘機；1975年，原聯邦德國研製了20X104m³/日的輪鬥挖掘機；1977年又開發了24X104m³/日的巨型輪鬥挖掘機，該機約為1300噸，這是當時80年代初世界上最大型號的輪鬥挖掘機。共有5台在德國的哈姆巴赫褐煤露天礦使用，該機生產能力、外形尺寸和服務質量都是世界最大的。德國正在研製日產30X104m³/日~50X104m³/日的輪鬥挖掘機。

近些年來，在一些國外工業發達國家，比如：德國、美國、俄羅斯、捷克、奧地利等，輪鬥挖掘機發展迅速並得到普遍採用，這些國家所製造的輪鬥挖掘機不僅有專用型，而且還有系列化的產品，其各種輪鬥挖掘機產品在全世界近40個國家的露天煤礦中得到了廣泛的應用。

我國的輪鬥挖掘機設計和製造業起步比較晚。，基本上還處在對國外的早期技術的消化吸收階段，1960年和1972年曾從國外引進過幾台輪鬥挖掘機。在1976年，自行研製了WUD400/700型輪鬥挖掘機，在雲南省小龍潭煤礦小龍潭露天成功應用，為我國其他礦山使用連續開採工藝系統提供了寶貴的經驗 ^[5]  。在1975年曾經設計過型號為WLD1300/(5-7)30的輪鬥挖掘機。而我國使用輪鬥挖掘機較早、經驗比較成熟的雲南省小龍潭露天煤礦，於1986年採用了我國自行研製的第一台WD520/(0.9)15中型輪鬥挖掘機，機器的結構形式採用國外流行的履帶行走式，但該機生產能力比較低，僅為525m3/h。我國的內蒙古元寶山煤礦也成功地採用了輪鬥挖掘機，所用機器的生產能力為600m3/h，是引進德國技術，由國內加工製造的。另外我國應用輪鬥挖掘機比較多的還有大型取料場，如港口、電場、煤氣廠等，秦皇島港務局從德國引進了生產能力為6000t/h的輪鬥挖掘機，長春發電設備廠自己設計生產專門用於大型料場取料的鬥輪取料機，生產能力在600t/h到2400t/h不等。

輪鬥挖掘機在挖掘物料時機器不行走，主要依靠其前端的鬥輪旋轉與臂架回轉構成的複合運動不斷將物料切下並裝入輪鬥內，當剷鬥隨着輪鬥轉到一定高度時，物料由於重力作用落至受料輸送帶，再經料斗卸到卸料輸送帶上，裝入汽車或輸送機等運輸工具，運往指定地點。若一層物料挖盡後機器移動或臂架降落，再進行下一層物料的挖掘，這樣從頂部逐層向下挖掘，被挖下物料的厚度由機器前進距離或臂架伸縮量來控制，寬度由迴轉速度決定，一般而言，高度不超過鬥輪直徑的0.7倍 ^[1]  。輪鬥挖掘機的行走是輔助性的，作業是連續性的，剷鬥只用於挖掘，物料的輸送用帶式輸送機。

鬥輪挖掘機由工作裝置、轉枱和行走裝置等部分組成。工作裝置包括鬥輪、動臂及其懸掛裝置、帶式輸送機和卸料裝置等。鬥輪有輪式和球式兩種，前者用於端面挖掘，後者用於側面挖掘。轉枱上裝有動力裝置、傳動操作系統、迴轉裝置、變幅機構、動臂支承以及附屬設備。驅動一般採用電力，小型也有采用柴油機的。行走裝置有履帶式和步行式兩種 ^[1]  。

鬥輪挖掘機以鬥輪轉動和動臂隨轉枱勻速回轉的複合運動進行挖掘作業，鬥輪上的剷鬥自下而上進行切削土壤並裝鬥，當剷鬥轉至上部位置時，將土卸於帶式輸送機上輸出。作業時挖掘機不行走，動臂的傾角由變幅機構調整，以適應分層挖掘作業。有的動臂長度還可改變。當停機點弧形工作範圍內的土壤全部挖掘後，挖掘機向前運行一段距離，再進行挖掘工作。

鬥輪挖掘機的基本技術參數是：生產率、鬥輪直徑、挖掘高度、挖掘力、機重。

鬥輪挖掘機初期用於裝卸作業，20世紀中期後發展較快，並廣泛用於大型土方及採掘工程。發展趨勢為提高挖掘力並向巨型或微型發展。

輪鬥挖掘機主要由6個部分組成：行走系統、迴轉系統、工作系統、輸送系統、電力驅動系統、液壓系統，其主要特點為 ^[4]  ：

（1）行走系統：大多數輪鬥挖掘機採用履帶式行走系統，少數採用步行式行走系統。從相關資料來看，中、小型輪鬥挖掘機大多采用雙履帶，而大型輪鬥挖掘機採用多履帶（三履帶或四履帶），可以減少設備對地面的比壓。

（2）迴轉系統：由轉枱與迴轉驅動裝置等組成，轉枱上有動力裝置、驅動裝置、控制設備和操縱室等，由於採用了迴轉支撐軸承，驅動裝置可使轉枱繞垂直軸迴轉360°。

（3）工作系統：由鬥輪、臂架、變幅機構和驅動裝置等組成。鬥輪安裝在臂架的前端，為一個均布若干個剷鬥的旋轉輪。臂架後端鉸接在轉枱的門架上，通過鋼絲繩或液壓油缸使臂架轉動，從而使鬥輪在不同工作面上進行挖掘作業。臂架長度主要有兩種：固定的與可伸縮的。鬥輪驅動裝置由電動機、安全聯軸器和減速機等組成，佈置在臂架前端的側面，用於驅動鬥輪旋轉。

（4）輸送系統：由受料輸送帶、料斗和卸料輸送帶等組成。另外，連接橋式輪鬥挖掘機則在連接橋上還裝有轉載輸送帶。

（5）電力驅動系統：除部分小型輪鬥挖掘機採用柴油發電機組外，其他輪鬥挖掘機均採用了外電源變流機組。

（6）液壓系統：主要採用液壓油缸驅動鬥輪臂和卸料臂升降。

(1)輪鬥挖掘機與其配套的輔助設備比較複雜，在使用上存在一定的侷限性 ^[6]  。

(2)設備單機較笨重，移動能力較低，靈活性差。

(3)挖掘力小，對於採掘物料的物理性能比較敏感，在巖塊過大和過硬的岩層中，直接作業比較困難，一般不適於在硬巖中使用。

(4)輪鬥挖掘機成套設備系統的初期投資大，準備時間長，在設計、選型時較為複雜。

(5)由於輪鬥挖掘機組屬於串聯作業，若不能保證系統的穩定性和可靠性，連續採掘工藝系統就會喪失其優點，達不到預期的目標。

(6)輪鬥挖掘機系專用設備，專用性強，工作裝置一般不能更換。

(1)研製生產率更高的巨型輪鬥挖掘機 ^[6]  由於世界各產煤國家的露天礦規模不斷擴大、相應需要有大型採礦設備與之配套。輪鬥挖掘機向大型化發展，不僅可以提高生產能力、增加工作面採寬和挖掘高度等開採參數，而且可以減小設備的配套數量及提高經濟效益。德國在輪鬥挖掘機的研製和開發方面一直走在世界前列，繼研製日產量為24X104m³的型號之後，他們正在開發日產量約為30X104m³-50X104m³的巨型機,幾乎每10年最大型號的輪鬥挖掘機，日生產率增加10X104m³。

(2)標準化、系列化、通用化

輪鬥挖掘機結構龐大，設計和生產週期長，成本很高，隨着產品數量和規格的增多以及維修問題的突出，迫切需要產品實行標準化、系列化和通用化，20世紀80年代以來，隨着中、小型輪鬥挖掘機產品數量、規格和型號的增多，一些國家的製造廠家推出了標準型，比如德國呂貝克公司的S系列、克虜伯公司的C系列、德國馬克公司的HD系列、奧倫斯坦科佩爾公司的S和SH系列，對各類輪鬥挖掘機實行標準化、系列化、通用化，可使產品製造過程簡化，生產成本降低，有利於維護檢修。

(3)提高自動化程度，實現自動控制

在大型輪鬥挖掘機上，操作系統的自動化程度不斷提高，如輪鬥挖掘機的自動給進、自動灰白和自動變幅；及其的恆生產率，恆功率控制，提高安全保護，提高通訊能力以及挖掘過程的檢測自動化等，從而降低操作者的勞動強度，改善勞動條件，提高生產率。

(4)研製切割力大的輪鬥挖掘機,提高單鬥挖掘能力

由於連續開採工藝在各國軟巖露天礦應用成功並加以推廣，因此需要能採挖堅硬物料的輪鬥挖掘機。鬥輪切割力是影響輪鬥挖掘機挖掘生產能力的最主要方面，主要採用的方法是：通過提高機器的功率，採用高強度的鬥齒，優化鬥齒形狀和鬥唇形狀以及研製“緊湊型”輪鬥挖掘機等方式，提高輪鬥挖掘機的切割力。德國的SCHRS-14/3-20型輪鬥挖掘機最大切割力已達到270kg/cm，捷克的KU-800型輪鬥挖掘機的切割力已達到了120kg/cm。前蘇聯生產的輪鬥挖掘機單位切割力達到206N/cm2。(5)根據不同露天礦，研究不同的輪鬥挖掘機

由於各國露天礦地理條件以及煤質、煤厚的差異性，所以對作為連續開採設備的輪鬥挖掘機提出不同的要求，因此根據各露天煤礦開採實際和具體的礦山條件等因素，開發適合其特點的合理輪鬥挖掘機也是未來的一個重要趨勢。(6)輪鬥挖掘機結構的不斷改進