水陸兩棲挖掘機技術分析

甄海玉，梁晶實

（北京南車時代機車車輛機械有限公司，北京 102249）

水陸兩棲挖掘機技術分析

甄海玉，梁晶實

（北京南車時代機車車輛機械有限公司，北京 102249）

介紹了水陸兩棲挖掘機特別是中國南車水陸兩棲挖掘機的結構組成和主要性能特點，及上述特點在實際應用中的性能優勢。

挖掘機；水陸兩棲挖掘機；結構組成；技術特點；實際應用

挖掘機工作效率高，適應性強，在工民建等多種領域都得到了廣泛的應用。近年來，隨著國家大力開發水利工程建設，保護生態環境，保護沼澤濕地，改造河流湖泊等工程，這些區域的共同點就是地面承載力低，必須修筑額外的硬實道路供挖掘機行走和有效作業，所以應用普通的挖掘機很難完成工程建設，費時費力，并且會破壞生態環境。因此，適用于軟地面和淺水域的水陸兩棲挖掘機應運而生。目前隨著市場的需求，也出現了一些設計和改裝水陸兩棲挖掘機的廠家，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沒有經過系統的設計和計算，發動機產生的動力不能得到充分的發揮。再加上關鍵部件設計和采購的局限性，改裝的水陸兩棲挖掘機不能很好地保證機器的可靠性和穩定性，特別是下車行走裝置，施工過程中經常出現浮箱破裂、履帶板彎曲、鏈條斷裂、驅動力不足等，操作人員的安全和施工進度很難得到保證。

中國南車水陸兩棲挖掘機是搭乘卡特彼勒普通挖掘機先進的動力系統和液壓系統平臺，專門為工程船舶及常規工程機械無法進入和施工的沼澤地、海涂、淤塞溝渠等區域進行開挖和清淤而研制的。除具有一般通用挖掘機的使用功能外，還具有超低接地比壓、水上浮航等特點，是一種可自行出入泥沼、水域及河坡堤岸的特種挖掘機械。其整機由上車裝置、下車裝置、工作裝置三大部分組成。結構外形如圖1所示。

圖1 中國南車水陸兩棲挖掘機結構外形

1 上車裝置

中國南車水陸兩棲挖掘機采用卡特彼勒原裝上車裝置,安全、舒適、穩定、可靠的上車裝置保證了水陸兩棲挖掘機整機的優越性能。

1.1 工作環境舒適

1）寬闊的駕駛視野 最大化的內部空間、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，可以將前窗上部擋風玻璃打開、關閉并放置在操作員上方的頂篷上，同時后窗可提供后方良好的視野。

2）人性化的操作環境 由于駕駛室內部按人體工程學原理設計，致使每個操縱按鈕都在駕駛員伸手可及的范圍之內，駕駛室外殼采用阻尼性的駕駛室底座安裝到機架上，可提高操作員的舒適度，防振防噪效果更佳，駕駛室內設有大功率冷暖空調，冬暖夏涼，舒適宜人，為駕駛員提供了舒適的工作環境，有助于降低長時間操作產生的疲勞。

3）方便的操作系統 操縱手柄控制裝置操作省力，全方位調節的座椅和上下可調的操作平臺使操作員能夠保持自然的腕部和臂部姿勢，同時操作員還可以將一只胳膊放在扶手上來操縱手柄控制裝置，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整機的陸上行走及轉向、水中的浮航實施先導操作，與此同時,還采用了液壓啟動操縱桿,通過鎖住、開鎖的切換，避免錯誤操作，保證了駕駛員和周圍人群的人身安全，見圖2。

圖2 駕駛室及操縱機構

1.2 電氣液壓系統性能優越

1）先進的電氣控制系統 該系統可對挖掘機運行狀態進行全面實時監控，根據作業負荷隨時調整發動機和主泵的功率，使發動機的輸出功率和主泵功率完美結合，使整機達到最佳的作業狀態，既提高了作業效率，又節約了燃油消耗。

2）可靠的液壓系統 液壓系統關鍵部分沿用卡特比勒液壓系統主控回路、先導控制回路，使用了先進的負載反饋技術，可使流量按需分配到系統各個工作裝置，實現各種工況下的最佳匹配。泵、馬達、閥、油管及管接頭采用進口產品，確保高可靠性。

2 下車裝置

1）浮箱 下車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的浮體，浮箱參照輪船和兩棲車輛設計成船體式結構，并在浮箱前后設計有較大的接近角和離去角，可以大大減小運行阻力提高其通過性[1]。作為提供浮力的主要裝置，為減輕浮箱重量，浮箱設計為內部骨架型結構，外部高強鋼板密封。為提供安全保障，浮箱內部合理分隔成若干個水密艙，為整機提供浮力儲備，保證在突發情況下，某一個密封艙破壞進水后不影響其他艙室， 更不會導致整機浮力不足而下沉。這樣的安全設計為水陸兩棲挖掘機水上浮行和作業提供了有力的保障。

該機具有浮力大、穩性高的優點，能夠保證整機在泥水中的正常作業和安全浮航。在實際施工中不需要任何其他附屬設備托運即可在水中、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鏈條驅動履帶繞浮箱回轉實現整機的移動，這種間隔式履帶裝置相對普通挖掘機履帶板其后面有足夠的位置形成被動朗肯區，土壤內聚力可以得到充分的利用。所以這種履帶產生的推力遠大于普通履帶。此外，間隔式履帶還具有接地比壓小、脫泥性好、行駛阻力小等優點[2]。

水上浮行完全靠履帶推進，不需增加其他附屬裝置；驅動裝置采用四輪全驅動大大提高了整機驅動力；履帶板采用全箱型密封結構，增加履帶板強度的同時為整機提供一定的浮力；該機驅動鏈條采用三條鏈驅動，防止在不測狀態下任意一條鏈斷裂仍能保證整機安全撤離及臨時施工；鏈條漲緊裝置采用蝸輪蝸桿式升降機推動鏈輪支座來實現，隨機配備的升降機方便拆裝，隨時隨地可任意調整履帶松緊度，保證履帶正常工作。

3）機架總成 機架采用組合式行走架，回轉平臺和橫梁均采用箱型結構，不但保證了車架的結構強度，還簡化了制造工藝。機架采用高強鋼板焊接而成的箱型結構，減小重量的同時具有很強的抗彎抗扭強度；為保證泥沼地域上有較好的通過性,機架設計有較大的離地間隙；回轉平臺與橫梁、橫梁與浮箱支座間均采用螺栓連接，方便拆裝運輸。

3 工作裝置

1）工作半徑大 超長的工作裝置，可實現立體大范圍作業，超大的挖掘半徑，能實現地面以上和地面以下大范圍挖掘，可高效的進行河道及湖泊的疏浚、遠距離挖掘等。由于工作半徑大，在接力式施工中有較大優勢，減少了場地內運輸，施工效率高，工程進度快。

2）工作裝置的多種組合 工作裝置中的動臂和斗桿由抗拉強度極高的高強鋼板焊接而成，采用大箱型截面設計，內設隔板并附加底部護板，使用壽命長，經久耐用，尺寸不一，可供選配多種組合。所配的鏟斗則可根據挖掘物質的不同密度選用，根據施工需要還可更換不同作業機具，如抓斗、耙、絞刀泵等。

4 結 語

隨著我國水利、農業、養殖業等大力發展建設，許多工程更需要能適應不同工況、不同環境的特種挖掘機械來完成，如沿海灘涂的治理和圍海工程，淺海油氣田的井位工程，清淤疏浚中的開挖、清淤、修坡、筑堤、排水管道架設，防汛搶險中的筑堤及堿場、魚塘、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。

[1]董滌新.多用途浮箱方案設計中的幾個問題[J].國防交通，1990，(8)：8-13.

[2]楊楚泉.水陸兩棲車輛原理與設計[M].國防工業出版社，2003，(4)：103-105.

(編輯 吳學松）

Analysis of amphibious excavator technology

ZHEN Hai-yu, LIANG Jing-shi

TU621

C

1001-1366(2015)09-0025-02

2015-04-20