第二节  国内外挖掘机发展概况

一、国外发展简史

以蒸气机驱动的“动力铲”诞生于1837年，发展至今已有160余年的历史。纵观挖掘机发展史，大致可分为以下三代。

1.**代挖掘机

电动机、内燃机的出现，使挖掘机有了先进而合适的动力装置，于是各种挖掘机产品相继诞生。1899年**台电动挖掘机出现了。**次世界大战后，柴油发动机也应用在挖掘机上，这种柴油发动机（或电动机）驱动的机械式挖掘机是**代挖掘机。

2.第二代挖掘机

随着液压技术的广泛应用，使挖掘机械有了更加科学的适用的传动装置，液压传动代替机械传动是挖掘机技术上的一次飞跃。1950年德国开发的**台液压挖掘机诞生了。液压化是第二代挖掘机的标志。

3.第三代挖掘机

电子技术尤其是计算机技术的广泛应用，使挖掘机有了自动化的控制系统，也使挖掘机向高性能，自动化和智能化方向发展。机电一体化的萌芽约发生在1965年前后，而在批量生产的液压挖掘机上采用机电一体化技术是在1985年左右，当时主要目的是为了节能。挖掘机的电子化是第三代挖掘机的标志。

二、我国挖掘机简史

**台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动半回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动全回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。由于液压技术的应用，20世纪40年代有了在拖拉机上装配液压反铲的悬挂式挖掘机，20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的 液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从20世纪60年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快（见表1-1），产量猛增。1968～1970年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的83％，目前接近100％。

新中国成立初期，以测绘仿制前苏联20世纪30-40年代的W501、W502、W1001、W1002等型机械式单斗挖掘机为主，开始了外国的挖掘机生产历史。由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十多家挖掘机生产厂。

表1-1  国外液压挖掘机制造厂及型号增长情况

注：制造厂家中*括专门生产液压挖掘机的公司，子公司以及在国外的分厂均未计入。

1967年开始，我国自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的WY100型、贵阳矿山机器厂的W4-60型、合肥矿山机器厂的WY60型挖掘机等。随后又出现了长江挖掘机厂的WY160型和杭州重型机械厂的 WY250型挖掘机等。它们为我国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了及其重要的一步。

到20世纪80年代末，我国挖掘机生产厂已有30多家，生产机型达40余种。中、小型液压挖掘机已形成系列，斗容有0.1～2.5m3等12个等级、20多种型号，还生产0.5～4.0m3以及大型矿用10m3、12m3机械传动单斗挖掘机，1m3隧道挖掘机，4m3长臂挖掘机，1000m3/h的排土机等，还开发了斗容量0.25m3的船用液压挖掘机，斗容量0.4m3、0.6m3、0.8m3的水陆两用挖掘机等。但总的来说，我国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质量等与国际先进水平相比，还有很大的差距。

改革开放以来，积极引进、消化、吸收国外先进技术，以促进了我国挖掘机行业的发展。其中贵阳矿山机器厂、上海建筑机械厂、合肥矿山机器厂、长江挖掘机厂等分别引进德国利勃海尔（Liebherr）公司的A912、R912、R942、A922、R922、R962、R972、R982型液压挖掘机制造技术。稍后几年，杭州重型机械厂引进德国玛克（Demag）公司的H55和H85型液压挖掘机生产技术，北京建筑机械厂引进德国奥加凯（O&K）公司的RH6和MH6型液压挖掘机制造技术。与此同时，还有山东推土机总厂、黄河工程机械厂、江苏常林机械厂、山东临沂工程机械厂等联合引进日本小松制作所得PC100、PC120、PC200、PC220、PC300、PC400型液压挖掘机（除发动机外）的全套制造技术。这些厂通过数年引进技术的消化、吸收、移植，使国产液压挖掘机产品性能指标全面提高20世纪90年代的国际水平，产量也逐年提高。

由于国内对液压挖掘机需求量的不断增加且多样化，在国有大、中型企业产品结构的调整中，牵动了一些其他机械行业的制造厂加入液压挖掘机行业。例如，****拖拉机工程机械公司、广西玉柴股份有限公司、柳州工程机械厂等。这些企业经过几年的努力已达到一定的规模和水平。例如，玉柴机械股份有限公司在20世纪90年代初开发的小型液压挖掘机，连续多年批量出口欧、美等国家，成为我国挖掘机行业中**能批量出口的企业。

综上所述，改革开放促进了我国挖掘机械行业的迅猛发展。截止20世纪90年代末，我国挖掘机械产品及生产厂家、与国外厂商技术合作情况分别列于表1-2中。

表1-2  我国挖掘机产品及生产厂家分布情况

三、国外挖掘机目前水平及发展动向

20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化方向发展。

1.开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设和农田建设的需要，国外发展了斗容量在0.25m3 以下的微型挖掘机，*小的斗容量仅0.01m3。另外，数量*多的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了多种工作装置-除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锤、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低噪声、水下专用和水陆两用挖掘机等。

2.迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了基础和创造了良好前提。

3.重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化的发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机以*合适其作业要求的速度工作。美国林肯-贝尔特公司*新的C系列LS-5800型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费；还安装了CAPS（计算机辅助功率系统）来提高挖掘机的作业功率，更好地发挥了液压系统的功能。日本住友公司生产的FJ系列五种新型号挖掘机上配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少了燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并延长了零部件的使用寿命。德国奥加凯（O&K）公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有**的工作效率。日本神刚公司在新型的904、905、907、909型液压挖掘机上采用智能控制系统，即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作。德国利渤海尔公司开发了ECO（电子控制作业）操纵装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能。取得了高效率、低油耗的效果。美国卡特彼勒公司在新型B系列挖掘机上采用了*新3114T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在DH280型挖掘机上采用了EPOS—电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率，提高了挖掘机作业效率，又防止了发动机因超载而熄火。

4.更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家推广采用了有限寿命设计理论，以代替传统的无限寿命设计理论，并将疲劳损伤累计理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，提高了产品的质量、效率和市场竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计方法，并创立了预测产品失效和更新的理论。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统。在上述理论的指导下，借助于大量试验，缩短了新产品的研制周期，加速了液压挖掘机更新换代的进程，并提高了其可靠性和耐久性。例如，液压挖掘机的运转率可达到85%～95%，使用寿命超过1万小时。

5.加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔声措施降低噪声干扰。

6.进一步改善液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。变量系统在油泵工作过程中，压力减小时用增大流量来补偿，使液压泵功率保持恒定，即装有变量泵的液压挖掘机可充分利用油泵的功率。当外阻力增大时，则减少流量（降低速度），使挖掘力成倍地增加；采用三回路液压系统，产生三个互不影响的独立工作运动，实现与回转机构的功率匹配。将第三个油泵在其它工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机上的应用与推广创造了条件。

7.迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机操作轻便和作业安全，降低挖掘机的噪声，改善驾驶员的工作条件，逐步在挖掘机上应用了电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电液一体化技术在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。20世纪80年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微型计算机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，即目前先进的挖掘机上均设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统和监控系统等电控系统。