單斗挖掘機是指依靠安裝在動臂上的單個鏟斗進行周期性挖掘的工程機械。最早的挖掘機誕生于19世紀(jì)末，由威廉·史密斯·史密斯·奧蒂斯發(fā)明。1954年，中國生產(chǎn)出第一臺機械式單斗挖掘機。單斗挖掘機主要由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機庫組成。其工作原理是通過操縱斗桿、鏟斗液壓缸等裝置來完成挖掘和裝載鏟斗、提升和旋轉(zhuǎn)等各種操作。

單斗挖掘機是挖掘機中應(yīng)用最廣泛的機械，具有挖掘強度大、適用范圍廣、生產(chǎn)效率高的特點。它廣泛應(yīng)用于露天礦山各種土壤和軟硬礦物的鏟裝作業(yè)以及水利、建筑和道路建設(shè)工程中的鏟裝、卸土和傾倒作業(yè)。同時，單斗挖掘機種類繁多，根據(jù)其工作對象的不同可分為反鏟單斗挖掘機、前鏟單斗挖掘機、拉鏟單斗挖掘機和抓斗單斗挖掘機。建筑工程中常見的單斗挖掘機是前鏟單斗挖掘機。

未來單斗挖掘機將主要向智能化方向發(fā)展。到2023年，由電子計算機控制的疲勞強度分析、微型計算機、微處理器、傳感器和檢測儀器已廣泛應(yīng)用于挖掘機。

單斗挖掘機主要由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、車棚和車架等組成。

工作裝置

單斗挖掘機的工作裝置主要包括鏟斗、連桿、搖臂、斗桿和動臂等。所有部件通過鉸鏈銷鉸接，通過三個油缸的伸縮配合實現(xiàn)挖掘機的挖掘、提升和卸土作業(yè)。單斗挖掘機的工作裝置可根據(jù)工作對象和施工要求進行選擇和更換。常用的工作裝置有前鏟、反鏟、抓斗、舉升機等。其中，前鏟挖掘機是最重要的單斗挖掘機類型，主要挖掘停車表面以上的材料，其挖掘能力很大。反鏟挖掘機主要用于挖掘停車表面以下的材料和清理斜坡上的危巖。索鏟挖掘機主要挖掘停放面以下的物料，特別適合水下作業(yè)。

旋轉(zhuǎn)體

回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支架組成?；剞D(zhuǎn)支承連接平臺和行走裝置，承受平臺上的各種彎矩、扭矩和載荷。采用單列滾珠回轉(zhuǎn)支承，由外圈、內(nèi)圈、滾珠、隔離塊和上下密封圈組成。滾珠用墊片隔開，內(nèi)圈固定在行走架上，外圈固定在旋轉(zhuǎn)平臺上?；剞D(zhuǎn)平臺配有回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、柴油箱、液壓油箱、多路控制閥、液壓泵裝置、發(fā)動機等部件。工作裝置鉸接在平臺的前端。旋轉(zhuǎn)平臺通過旋轉(zhuǎn)軸承與行走裝置連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置使平臺相對于底盤旋轉(zhuǎn)360度，從而驅(qū)動工作裝置繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)。

行走裝置

單斗挖掘機的行走裝置是整個挖掘機的支撐部件，支撐著整機的自重和工作載荷，完成工作和過渡運動。一般分為履帶式和輪胎式。履帶式行走裝置由行走架、中央旋轉(zhuǎn)接頭、行走驅(qū)動裝置、驅(qū)動輪、鏈輪、滾輪、導(dǎo)向輪、履帶和履帶張緊器等組成。其特點是牽引力大，接地比壓小，轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好，但行走速度較慢，通常為0.5 ~ 0.6 km/h，轉(zhuǎn)運場地時需要平板車運輸。輪胎行走裝置種類繁多，由輪式拖拉機底盤和標(biāo)準(zhǔn)汽車底盤改裝的單斗液壓挖掘機鏟斗容量較小。輪胎式挖掘機采用專用底盤，鏟斗容量大于0.5m3，工作性能要求高。

動力裝置

動力裝置是發(fā)動機，大多數(shù)是立式多缸、水冷和一小時功率校準(zhǔn)的柴油發(fā)動機，稱為原動機（發(fā)動機）裝置。發(fā)動機利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能使氣體膨脹推動曲柄連桿機構(gòu)工作，通過液壓傳動機構(gòu)和執(zhí)行部件驅(qū)動挖掘機工作。因為這種機器的燃料燃燒是在發(fā)動機內(nèi)部進行的，所以稱為內(nèi)燃機。挖掘機使用的內(nèi)燃機多為往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，即通過活塞的往復(fù)運動將燃料燃燒產(chǎn)生的爆炸壓力轉(zhuǎn)化為機械動力，主要包括汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機、燃氣發(fā)動機、天然氣發(fā)動機等。

傳輸系統(tǒng)

單斗挖掘機的動力裝置是整機的動力源，大多采用水冷多缸柴油機。動力傳動系統(tǒng)是將柴油機的輸出動力通過液壓系統(tǒng)傳遞給工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走機構(gòu)。它由柴油機、液壓泵、分配閥、中央旋轉(zhuǎn)接頭、動臂油缸、斗桿油泵、旋轉(zhuǎn)馬達、行走馬達等組成。

控制系統(tǒng)

單斗挖掘機控制系統(tǒng)用于控制工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置的動作，包括電氣控制機構(gòu)和空氣壓縮機控制系統(tǒng)。例如，壓縮空氣控制系統(tǒng)由專門的空氣壓縮機提供壓縮空氣，壓縮空氣通過控制閥進入氣缸以驅(qū)動氣缸中的活塞，然后活塞桿通過杠桿機構(gòu)控制每個機構(gòu)的離合器或制動器。氣動作業(yè)在中小型挖掘機上應(yīng)用廣泛，因為氣體可壓縮，作業(yè)穩(wěn)定，機構(gòu)動載荷小，作業(yè)安全可靠，在低溫下也能照常工作。

輔助設(shè)備

輔助裝置主要由挖掘機的駕駛室、液壓油箱、機庫、柴油箱和蓄電池組成。駕駛室是駕駛員控制整個機器的地方，包括挖掘機的進退和各種操作的完成；電池負責(zé)為整車提供電力，包括照明等。單斗挖掘機的車棚用于覆蓋發(fā)動機、傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中一些用作駕駛室；機架是整機的裝配基礎(chǔ)。除行走裝置外，其他部件都安裝在車架下方。

單斗挖掘機的執(zhí)行機構(gòu)包括行走機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、動臂、鏟斗等，分別由左行走液壓馬達、右行走液壓馬達、回轉(zhuǎn)液壓馬達、動臂液壓缸、鏟斗液壓缸和鏟斗液壓缸驅(qū)動。兩臺液壓泵由發(fā)動機驅(qū)動，將壓力油輸送到兩組多路閥，操作多路閥將壓力油輸送到直線和旋轉(zhuǎn)部件，從而完成挖掘、轉(zhuǎn)彎、卸載、返回和行走動作。其工作循環(huán)主要包括以下四個動作:

1.挖吧。一般以斗桿液壓缸的動作為主，鏟斗液壓缸調(diào)整切削角度配合挖掘。必要時（如有特殊要求的挖掘動作，如平整基坑底或修整邊坡），鏟斗、斗桿和動臂三個液壓缸應(yīng)根據(jù)作業(yè)要求聯(lián)合動作，以確保鏟斗按特定軌跡運動。

2.全鏟斗提升和轉(zhuǎn)動。挖掘結(jié)束時，鏟斗液壓缸被推出，動臂液壓缸被頂起，滿鏟斗被提升。同時，旋轉(zhuǎn)液壓馬達旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至卸載位置。

3.卸載。當(dāng)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到卸載位置時，旋轉(zhuǎn)停止。通過動臂液壓缸和鏟斗液壓缸的協(xié)同動作來調(diào)整鏟斗的卸載位置。然后，鏟斗的液壓缸縮回，鏟斗向上翻轉(zhuǎn)卸載。

4.返回。卸載后，轉(zhuǎn)盤反向旋轉(zhuǎn)，在動臂液壓缸、鏟斗液壓缸和鏟斗液壓缸的共同作用下，空鏟斗返回新的挖掘位置并開始下一個工作循環(huán)。

按傳輸類型分類

根據(jù)單斗挖掘機傳動類型的不同，單斗挖掘機可分為機械式單斗挖掘機和液壓式單斗挖掘機。

機械單斗挖掘機：機械式單斗挖掘機更適合高強度作業(yè)，廣泛用于露天礦山各種土壤和軟硬巖石的鏟裝作業(yè)，也可用于水利、建筑和道路建設(shè)工程中的鏟裝、棄土和傾倒作業(yè)。此外，機械式單斗挖掘機的工作裝置稍加改裝即可作為起重機使用。

液壓單斗挖掘機：液壓單斗挖掘機（簡稱液壓鏟）具有動作靈活、線速度快的特點，在需要分采時，能更精確地控制鏟斗的插入和撬起，準(zhǔn)確地進行鏟取。單斗液壓挖掘機工作裝置的鉸接銷結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)類型，即動臂、鏟斗、連桿、搖臂和油缸等部件通過鉸接銷相互鉸接，通過三個油缸的伸縮配合實現(xiàn)挖掘機的挖掘、提升和卸載作業(yè)。

然而，由于液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性和礦井中惡劣的工作條件，特別是高壓系統(tǒng)的部件壽命較短，因此很難維護。因此，液壓挖掘機多用于松軟煤礦、爆炸后采礦現(xiàn)場和表土作業(yè)，也用于農(nóng)田水利、工業(yè)和民用建筑、港口和國防工程。

按工作對象分類

根據(jù)工作對象的不同，單斗挖掘機可分為反鏟單斗挖掘機、前鏟單斗挖掘機、拉鏟單斗挖掘機和抓斗單斗挖掘機。

反鏟單斗挖掘機：反鏟單斗挖掘機可用于挖掘停車表面以下的土壤，挖掘時可從遠到近卸載或裝載土壤。適用于中、小型溝渠的基礎(chǔ)清理和疏通。反鏟單斗挖掘機的穩(wěn)定性和鏟挖能力比正鏟差，且僅用于挖掘ⅰ ~ ⅱ級土壤，較硬的土壤應(yīng)先進行預(yù)松。最大開挖深度可達4 ~ 8m，經(jīng)濟合理的開挖深度為1.5~3.0m，同樣適用于地下水位較高的土質(zhì)。

反鏟的鏟斗容量為0.5m3、1.0m3和1.6m3，最大鏟斗容量已超過3m3。在挖掘溝渠時，站在溝渠的末端向后挖掘。當(dāng)溝渠較寬時，站在溝渠的一側(cè)橫向挖掘。

前鏟單斗挖掘機：前鏟式單斗挖掘機主要由支柱、斗柄、鏟斗、拉桿、提升鋼絲繩等部件組成。前鏟單斗挖掘機通過推升完成挖掘，挖掘斷面呈弧形，最適合挖掘停車面以上土方，也可挖掘停車面以下淺層土方。它具有穩(wěn)定性好、鏟挖量大的特點，可挖掘各種土料、軟巖和巖渣進行裝載。在路基工程施工中，正鏟挖掘機可用于土方作業(yè)，如切割、取出取土坑、開挖基坑和從取料場收集材料。由于前鏟挖掘機不易轉(zhuǎn)移，因此一般用于較大的路基工程。前鏟單斗挖掘機是一種循環(huán)挖掘，由挖掘、旋轉(zhuǎn)、卸土和返回組成。生產(chǎn)率取決于鏟斗尺寸和周期時間。

拉鏟單斗挖掘機：單斗挖掘機的鏟斗由鋼纜控制。通過臂的旋轉(zhuǎn)將鏟斗拋到很遠的地方，牽引索被拉回，通過鏟斗自身的重量將鏟子砍下以裝滿鏟斗，然后通過旋轉(zhuǎn)來裝載或卸載鏟斗。工作時，鏟式單斗挖掘機僅依靠自身重量切入土壤，因此僅適用于挖掘I ~ II級土壤。鏟斗挖掘機也可以從湖中的濕取土坑取土，但不能用于挖掘凍土和裝載巖石。其開挖半徑、卸載半徑和卸載高度較大，適用于含水量較高的水下土砂和土方開挖，廣泛應(yīng)用于大型渠道、基坑和水下礫石開挖。

開挖方式有溝端開挖和溝側(cè)開挖兩種。當(dāng)開挖寬度和卸載半徑較小時，采用溝端開挖。開挖寬度大，卸載距離遠，因此采用溝槽側(cè)挖。

單斗挖掘機：抓斗單斗挖掘機可在回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)的基坑上任意位置挖掘土方，并可在任意高度卸土（裝載或棄土）。抓斗單斗挖掘機主要依靠鏟斗花瓣在鏟斗自由下落過程中單獨切入土壤，抓取土壤材料，關(guān)閉花瓣，然后提升并旋轉(zhuǎn)以卸載土壤。

但是，鏟斗挖掘機只能垂直向下作業(yè)，其挖掘范圍僅限于最小和最大挖掘半徑，因此適用于挖窄和深入基坑、深槽、開口沉箱、清理河泥等。，最適合水下挖掘。由于正鏟挖掘機是靠鏟斗落下時的沖擊力來切割土壤的，所以主要用于軟土（I ~ II級）。

通過行走裝置分類

根據(jù)單斗挖掘機行走裝置的不同，單斗挖掘機可分為履帶式單斗挖掘機、輪胎式單斗挖掘機、手扶式單斗挖掘機和履帶式單斗挖掘機。

履帶式單斗挖掘機：履帶行走裝置由行走架、中央旋轉(zhuǎn)接頭、行走驅(qū)動裝置、驅(qū)動輪、支撐鏈輪、滾輪、導(dǎo)向輪、履帶和履帶張緊裝置組成。履帶式行走裝置的特點是牽引力大，接地比壓小，轉(zhuǎn)彎半徑小且靈活，但行走速度較慢，通常為0.5 ~ 0.6 km/h，轉(zhuǎn)移場地時需要平板車運輸。

輪胎式單斗挖掘機：輪胎行走裝置種類繁多，由輪式拖拉機底盤和標(biāo)準(zhǔn)汽車底盤改裝的單斗液壓挖掘機鏟斗容量較小。0.5m3以上鏟斗容量較大、工作性能要求較高的輪胎式挖掘機采用專用底盤。當(dāng)土方量不大，必須使用挖掘機施工時，可選擇機動性好的輪胎式單斗挖掘機。

行走式單斗挖掘機：手扶單斗挖掘機主要用于房屋基槽、各種管道、電纜溝等。它具有性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)特別簡單緊湊和重量輕的特點。

機電一體化技術(shù)：機電一體化技術(shù)是一種將電子技術(shù)和機械技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。機電一體化技術(shù)是集機械技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器監(jiān)測技術(shù)和伺服傳動技術(shù)于一體的跨系統(tǒng)技術(shù)。在傳統(tǒng)挖掘機中，電子技術(shù)只是簡單地用于工作，而機電一體化技術(shù)可以有效地將液壓挖掘機與電子信息技術(shù)結(jié)合起來。在液壓挖掘機的操作過程中，操作員可以控制計算機或電子計算機來提高其工作效率。

液壓傳動技術(shù)：液壓傳動具有功率密度高、結(jié)構(gòu)參數(shù)小、傳動配置方便、扭矩大、可靠性高等特點，廣泛應(yīng)用于工程機械的各個領(lǐng)域。它的作用是驅(qū)動行走機構(gòu)和操縱工作裝置。挖掘機中的閉式液壓系統(tǒng)通常由柱塞泵、控制閥、馬達和液壓缸組成，系統(tǒng)壓力通常為25～40 MPa。液壓技術(shù)在挖掘機上的應(yīng)用大大提高了挖掘機的挖掘力和工作效率。

單斗挖掘機的基本參數(shù)主要包括:整機重量、標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容量、發(fā)動機功率、行走機構(gòu)的行走速度和爬坡能力、工作循環(huán)時間、最大挖掘力、最大挖掘半徑、最大卸載高度和最大挖掘深度等。

性能參數(shù)

總的質(zhì)量：整機質(zhì)量是指整機在工作狀態(tài)下的質(zhì)量。

標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容量：標(biāo)準(zhǔn)桶容量是指根據(jù)桶的內(nèi)壁尺寸計算的平桶容量和堆積部分的體積之和。平斗容量和積聚部分之間的界面稱為校準(zhǔn)表面，它可以是平面或曲面。

發(fā)動機功率：發(fā)動機功率是指發(fā)動機的額定功率（工作12小時），即除去自身和所有附件（包括風(fēng)扇、散熱器、空氣濾清器、消音器、發(fā)電機、空氣壓縮機等）消耗的凈功率。）在給定的速度和標(biāo)準(zhǔn)條件下，測量單位為kW。

其他參數(shù)

爬坡能力：挖掘機以最大油門爬坡，直到發(fā)動機最大功率輸出或輪胎和履帶打滑，最后換算出最大爬坡角度或百分比，稱為挖掘機的爬坡能力。

最大挖掘高度：最大挖掘高度是指工作裝置處于最大提升高度時鏟斗尖端到停車表面的距離，計量單位為m（米）。

最大挖掘半徑：最大挖掘半徑是指挖掘機縱向中心平面上鏟斗齒尖與機器旋轉(zhuǎn)中心之間的最大距離，計量單位為m（米）。

最大挖掘深度：最大挖掘深度是指從動臂處于最低位置時，鏟斗齒尖與停止面之間的最大距離，鏟斗、鏟斗和斗桿的鉸接點以及斗桿和動臂的鉸接點的中心在一條直線上并垂直于停止面，計量單位為m（米）。

app應(yīng)用

單斗挖掘機廣泛應(yīng)用于建筑、筑路、水利、電力、礦山、石油、天然氣和國防建設(shè)等領(lǐng)域，一般與自卸汽車配合使用。其主要用途如下:（1）建筑工程中開挖建筑物基坑和拆除舊建筑物；開挖路塹、路堤填筑、橋梁基坑和各種管溝（污水管溝、煤氣、天然氣、通信和電力管溝等）。）城市道路兩側(cè)的道路建設(shè)項目；水利工程中挖掘溝渠和河流，露天采礦工程中剝離表土和礦物的挖掘和裝載作業(yè)；更換工作裝置后，還可以進行澆筑、吊裝、安裝、打樁、搗固和拔樁。

鏟裝作業(yè)：單斗挖掘機更適合高強度作業(yè)，廣泛應(yīng)用于露天礦各種土壤和軟硬巖石的鏟裝作業(yè)。例如，在礦山生產(chǎn)中，單斗挖掘機可以配備各種工作裝置，以進行各種形式的土石方上部挖掘、倒置和鏟裝。

傾倒和堆刀作業(yè)：單斗挖掘機可用于水利、建筑和道路建設(shè)項目中的土壤傾倒和傾倒。此外，其工作裝置稍加修改即可用作起重機。例如，在建筑工程中，單斗挖掘機可以挖掘基坑和溝槽，清理和平整場地，還可以在更換工作裝置后執(zhí)行破碎、裝卸、起重和打樁等任務(wù)。

拖運操作：在砂石料場的開采中，可以采用單斗挖掘來挖掘、開采和運輸砂石。

節(jié)能：為了順應(yīng)國家和世界倡導(dǎo)的發(fā)展理念，在競爭激烈的市場中獲得更廣闊的發(fā)展空間，節(jié)能技術(shù)的研究越來越受到重視。到2020年，挖掘機動力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究主要包括:回轉(zhuǎn)部分應(yīng)用純電驅(qū)動，主電機布置在發(fā)動機和主泵之間。主電機的作用是平衡發(fā)動機的功率，使其始終處于最佳工作狀態(tài)，降低油耗；在新能源動力方面，電動挖掘機取消了燃油系統(tǒng)，取而代之的是可充電電池。電池可以通過外部充電器定期充電，這在節(jié)能方面非常有效，還可以降低維護成本。

單斗挖掘機

智能化：智能無人駕駛和遠程控制技術(shù)是安裝在車身和工作設(shè)備周圍的多個攝像頭和傳感器，它們在360度監(jiān)視器和遠程控制臺的顯示器上顯示施工場景。操作員無需坐在駕駛室中即可使用模擬器的控制單元平臺操作挖掘機，通過遠程控制減少故障的發(fā)生，并使用人工智能（AI）和攝像頭進行自動駕駛，從而提高了現(xiàn)場生產(chǎn)率。

多功能：液壓系統(tǒng)改為可變系統(tǒng)。變量系統(tǒng)可以在壓力降低和流量增加時保持液壓泵的功率恒定，即配備變量泵的液壓挖掘機始終可以充分利用油泵的最大功率。此外，液壓技術(shù)在挖掘機上的廣泛應(yīng)用，為電子技術(shù)和自動控制技術(shù)在挖掘機上的應(yīng)用和普及創(chuàng)造了條件。

大規(guī)模：工業(yè)化國家生產(chǎn)挖掘機較早，如法國、德國、美國、俄羅斯和日本是單斗液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，鏟斗容量為3.5-40m。自20世紀(jì)80年代以來，超大型挖掘機開始生產(chǎn)。例如美國馬里恩公司生產(chǎn)的鏟斗容量為50-150m的剝離用挖掘機；B-E（布賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的鏟斗容量為168.2米的手扶鏟式挖掘機等。20世紀(jì)后期以來，世界挖掘機生產(chǎn)朝著大型化、小型化、多功能化、專業(yè)化、自動化方向發(fā)展，提高了挖掘機的可靠性，延長了其使用壽命。