挖掘機改夾磚搬運機的技術研究

潘皆亦，顧安紀，肖彩飛

(廣西徐沃工程機械設備有限公司，南寧530105)

0 引言

傳統制磚行業的出釜、 出窯以及建筑行業的碼垛、倉儲、裝卸車都是人工裝卸，多次人工裝卸產品，不僅增加了磚的破損率、影響了銷售，還降低了生產效率，同時增加了生產成本。為了解決現實生產中存在的問題，最近幾年不少公司研究開發出一種裝卸、垛磚、搬運等功能于一體的抱磚機。該機子大多是在大型裝卸設備的基礎上，針對傳統技術的不足，在現有技術的基礎上，研究開發出來的裝卸機械，例如用于調運鐵路貨箱、港口集裝箱的專用龍門吊、起重機等。抱磚機首先在建筑行業興起，逐漸在制磚業、運輸業等各個不同領域得到廣泛應用，大大節省了人力、物力和財力。

1 現有抱磚機存在的問題

當前磚塊轉移工作機械中，常規的簡易機械有吊夾機、手工夾等，需要人工手持吊夾機定位、夾取再進行轉移，最后將磚塊運到指定位置放置，完成整個工作流程，該工作流程效率較低，需要人員就近手持操作，存在一定的危險性；更為常用的是抱磚機，其主要工作裝置為磚抱夾，也稱為磚塊夾、抱磚夾。目前，磚抱夾大多作為搬運叉車的屬具，與叉車配套形成的抱磚機比較小巧、靈活，可以在大小不同的區域中完成垛磚、搬磚、運磚等工作。但是，此時的抱磚機工作效率及強度受到運載主體——叉車的制約，無法勝任大規模、高強度、場地險惡等場合的搬運工作。

在實際工程領域中，也有專門為解決人工搬磚勞動強度大、工作效率低、勞動成本高等問題而設計的專用抱磚機，其具有工作能力強、效率高等特點，可安全高效地夾持各種石料和磚塊。但是，專用抱磚機也存在成本較高、專用性強、應用范圍單一等致命缺陷。

因此，尋求一種既可以勝任抱磚機工作，又具有較廣闊的使用范圍、成本較低的新型抱磚設備，就成為工程技術人員的熱門話題。

2 液壓挖掘機改夾磚搬運機的思路與結構組成

隨著機械化、自動化程度的不斷提高，各行各業采用機器代人已經成為必然趨勢。尤其是勞動強度特別大、工作環境惡劣的大磚廠、大型建筑工地正迫切需要從依靠人力勞作到機械化、自動化的轉變。設備的自動化使工作效率大大提高，設備機械化使勞動成本大大降低。但是，用戶也就是投資者都在追求利益的最大化，如何能一次投資多年收益，如何能少投入多收益，成為生產者與使用者共同追求的目標。

挖掘機是應用較為普遍的一種工程機械，但是其使用有一定的間歇性，與工程進度有關。因此，設計一個抱磚夾安裝在挖掘機挖斗位置，也就是將挖掘機改造為夾磚搬運機，在不改變挖掘機使用性能、不破壞挖掘機結構的基礎上，使挖掘機的屬具更為豐富，提高挖掘機的使用率，同時也節省設備投入。根據裝卸磚塊的重量不同，可以選擇適當噸位的挖掘機與抱磚夾配合，可以得到不同噸位的夾磚搬運機。夾磚搬運機僅需挖掘機駕駛員一名，在駕駛室內操作，就可完成磚塊的夾取—轉移—放置整個工作流程，節省人工成本，減小人力勞動強度。

2.1 基本結構組成

夾磚搬運機的總體構成如圖1 所示。前后夾板9和13 的中部與回轉支架6 鉸接；液壓油缸7 的缸筒通過聯接臂14 與后夾板13 的上部鉸接、 活塞桿與前夾板9 的上部鉸接；減速器5 的外殼與馬拉頭2固定聯接、 輸出法蘭與回轉支架6 的上端面固定聯接；回轉接頭安裝板1 安裝在馬拉頭2 上；液壓回轉接頭15 固定側與回轉接頭安裝板1 固定聯接、回轉側與回轉支架6 固定聯接并伸出兩液壓軟管連接液壓缸7；液壓馬達4 安裝在減速器5 外殼的輸入止口處，直接驅動減速器的主動齒輪。

圖1 夾磚裝置結構原理

2.2 安裝方法

先將挖掘機的挖斗拆下，無需拆卸大臂和小臂，只需把抱磚夾安裝在小臂的前端，將挖斗替換為抱磚夾，通過挖掘機原有挖斗的銷軸與抱磚夾的馬拉頭聯接，通過挖斗油缸供油管路連接供油［1］，以控制抱磚夾的張開和閉合。直接利用挖掘機原有的液壓系統即可滿足夾磚搬運機的動力需要，增加配套的液壓控制閥組和工作管路以及附屬的液壓元件［2］，即完成夾磚搬運功能。安裝完成的夾磚搬運機如圖2所示。

圖2 改造后的夾磚搬運機

2.3 使用方法

駕駛員在駕駛室操作，使液壓油缸做伸縮動作，通過鉸鏈機構使夾磚裝置夾緊或張開，從而達到夾取或放置磚塊的目的；駕駛員在駕駛室操作使液壓馬達驅動減速器輸出回轉運動，使回減速器以下部分可以任意360°回轉，可完成對磚塊的夾取或放置地點作準確定位。

3 改裝實例

3.1 挖掘機的選型

液壓挖掘機的選型主要從發動機的功率、 主泵的工作壓力和流量是否與動力頭的性能參數匹配而進行選擇［3］；同時還要考慮挖掘機的外形尺寸是否滿足搬運場地的要求。

由于考慮到需要搬運磚塊的場地都不是很寬敞，比如制磚廠房、建筑工地、路邊施工場地等，需要一次搬運或者裝卸的磚塊也不是很多，所以需要的搬運設備不必要太大，改造的挖掘機以小型為主，便于靈活運動。廣西南寧沃源重工機械設備有限公司結合多年工程機械生產、施工經驗［2］，為山河智能品牌挖掘機、 福建新源輪式挖掘機等常用機型研制了配套的夾磚搬運機。夾磚搬運機技術參數如表1 所示。

表1 夾磚搬運機技術參數

3.2 夾緊力的計算

整個夾磚搬運機設計的關鍵是夾具部分，如圖1(c)所示，由液壓油缸提供動力，通過連桿機構使活動夾具張開或者收攏，起到了松開或夾緊磚塊的作用。夾緊力的計算方法如下。假設：所夾的磚塊為四層共 56 塊，尺寸為 821 mm × 468 mm × 400 mm，重量約316 kg。

由機械設計手冊查得夾具的材料為鋼與磚塊之間的靜摩擦系數f 大約為0.3，由靜平衡公式：重力G≤摩擦力Ff，即：

得：夾緊力F ≥10600(N)

由夾具所需夾緊力的大小即可計算液壓油缸大小及液壓控制系統。所設計的液壓缸如圖3 所示。

圖3 液壓油缸

由于所夾的磚塊尺寸有一定偏差，磚塊周邊毛刺較粗，僅僅用活動夾具難以保證所有磚塊的夾緊力，為確保磚塊及搬運過程的安全，在活動夾具的內側安裝了彈簧夾板11(圖1)，形成兩個活動的手掌，在彈簧力的作用下適應各部位不同夾緊需求。

4 結束語

夾磚搬運機相比人工搬運來說，大大減輕工人勞動強度，一次性夾緊完成移動、碼垛/裝車，保證產品質量，提高生產率；相比叉車改造的夾磚機來說，挖掘機改造的夾磚搬運機具有操作簡單，故障率極低，效率高，性能穩定等特點，因其配置了大功率的發動機，可以一次性夾緊大量磚塊，生產效率大幅度提升，有效的節省了施工人員的勞動力；相比專用的夾磚機來說，夾磚搬運機能夠適應復雜的擺放方式及其操作方法，可以擺成垛、擺成排，還可以高空碼垛或者搬運，克服了一般的機械設備很難適應眾多復雜擺放方式的缺點。

總之，將液壓式挖掘機改造成為夾磚搬運機，拓展了原來設備的使用功能，為液壓挖掘機找到了新的利用價值，實現了設備的功能多元化，給客戶帶來了經濟效益［3］，具有較好的應用前景和推廣價值。