土方施工机械之推土机.docx
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土方施工机械之推土机
推土机
一、推土机的用途、分类与编号
推土机是一种多用途的自行式施工机械。
推土机在作业时，将铲刀切入土中，依靠机械的牵引力，完成土壤的切削和推运工作。
推土机可完成铲土、运土、填土、平地、松土、压实以及清除杂物等作业，还可以给铲运机和平地机助铲和预松土以及牵引各种拖式施工机械进行作业。
常用推土机的分类、特点及适用范围如表2-1-1所示。
常用推土机的分类、特点及适用范围表2-1-1
分类型式
分类
特点及适用范围
按发动机功率分
小型
发动机功率小于44kW
中型
发动机功率59～103kW
大型
发动机功率118～235kW
特大型
发动机功率大于235kW
按行走装置分
履带式
此类推土机与地面接触的行走部件为履带。
由于它具有附着牵引力大、接地比压低、爬坡能力强以及能胜任较为险恶的工作环境等优点，因此，是推土机的代表机种（图2-1-1）
轮胎式
此类推土机与地面接触的行走部件为轮胎。
具有行驶速度高、作业循环时间短、运输转移时不损坏路面、机动性好等优点（图2-1-2）
按用途分
普通型
此类推土机具有通用性，它广泛应用于各类土石方工程中，主机为通用的工业拖拉机
专用型
此类推土机适用于特定工况，具有专一性能，属此类推土机的有：
湿地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、爆破推土机、军用快速推土机等
按铲刀型式分
直铲式
也称固定式。
此类推土机的铲刀与底盘的纵向轴线构成直角，铲刀的切削角可调。
对于重型推土机，铲刀还具有绕底盘的纵向轴线旋转一定角度的能力。
一般来说，特大型与小型推土机采用直铲式的居多，因为它的经济性与坚固性较好
角铲式
也称回转式。
此类推土机的铲刀除了能调节切削角度外，还可在水平面内回转一定角度（一般为±25°）。
角铲式推土机作业时，可实现侧向卸土。
应用范围较广，多用于中型推土机
续表2-1-1
分类型式
分类
特点及适用范围
按传动方式分
机械传动式
此类推土机的传动系全部由机械零部件组成。
机械传动式推土机，具有制造简单、工作可靠、传动效率高等优点，但操作笨重、发动机容易熄火、作业效率较低
液力机械传动式
此类推土机的传动系由液力变矩器、动力换档变速箱等液力与机械相配合的零部件组成。
具有操纵灵便、发动机不易熄火、可不停车换档、作业效率高等优点，但制造成本较高、工地修理较难。
它仍是目前产品发展的主要方向
全液压传动式
此类推土机除工作装置采用液压操纵外，其行走装置的驱动也采用了液压马达。
它具有结构紧凑、操纵轻便、可原地转向、机动灵活等优点，但制造成本高、维修较难
电传动式
此类推土机的工作装置、行走机构采用电动马达作动力。
它具有结构简单、工作可靠、作业效率高、污染少等优点，但受电源、电缆的限制，使用受局限。
一般用于露天矿、矿井作业为多
图2-1-1履带式推土机图2-1-2轮胎式推土机
推土机的型号用字母T表示，L表示轮胎式（无L时表示履带式），Y表示液力机械式，后面的数字表示发动机功率，单位是马力。
例：
TY180型推土机，表示发动机功率为180马力的履带式液力机械式推土机。
二、推土机的构造与工作原理
推土机主要由发动机、底盘、液压系统、电气系统、工作装置和辅助装置等组成，如图2-1-3所示。
推土机用的发动机多为柴油机，常布置在推土机的前部，通过减振装置固定在机架上。
电气系统主要包括发动机的电起动装置和全机照明装置等。
辅助装置主要有燃油箱、液压油箱、驾驶室等。
图2-1-4固定式推土铲刀
1-推土板；2-升降油缸；3-斜撑杆；4-水平撑杆；
5-顶推架
底盘部分包括离合器（变矩器）、变速箱、后桥、行走装置和机架等。
底盘的作用是支承整机质量并将动力传给行走装置和液压操纵机构。
主离合器装在柴油机和变速箱之间，用来平稳地接合和分离动力，变速箱和后桥用来改变推土机的行走速度、方向和牵引力。
行走装置是支承机体并使推土机行走的机构。
机架是整机的骨架，用来安装发动机、底盘和工作装置，使全机成为一个整体。
推土机工作时，先启动柴油机，通过主离合器把动力传给变速箱（液力机械式传动系则通过液力变矩器直接将动力传给变速箱，没有主离合器），然后，再通过主传动器和左、右转向离合器，传到左、右最终传动装置，驱动行走装置的左、右驱动轮，从而使机械前进或后退。
与此同时，通过操纵系统，放下或提起推土铲刀或松土器，随着推土机整机的前进和后退，即可完成推移土壤等作业。
推土机的工作装置为推土铲刀和松土器。
推土铲刀安装在推土机的前端，是推土机的主要工作装置，有固定式和回转式两种型式。
松土器通常配备在大中型履带式推土机上，悬挂在推土机的尾部。
图2-1-4所示为固定式推土铲刀，该推土铲刀由推土板1、顶推架5、斜撑杆3、水平撑杆4和升降油缸2等组成。
推土板下部为可更换的刀片，上部呈圆弧形，以便使切下的土壤自动流向前方，推土板后部与顶推架5和斜撑杆3铰接。
顶推架铰接在履带式底盘的台车架上，整个刀架的上下运动由两个升降油缸2控制。
松土器主要由升降油缸3、横梁4和松土齿等组成，如图2-1-5所示。
松土器的提升或放下由升降油缸3控制。
图2-1-5推土机的松土器
1-安装架；2-倾斜油缸；3-升降油缸；4-横梁；5-齿杆；6-保护盖；7-齿尖；8-松土器臂
推土机工作装置液压控制系统主要包括铲刀升降控制回路、铲刀垂直倾斜控制回路和松土器升降控制回路。
下面以TY120履带式推土机工作装置液压系统（图1-2-2所示）为例进行分析。
液压动力元件为液压泵2，由柴油机1带动的分动箱驱动。
执行元件包括一对铲刀升降油缸15、一对铲刀垂直倾斜油缸17、一对松土器升降油缸16。
由于油缸活塞速度较高，为了避免惯性冲击及噪声，油缸内部大多有缓冲装置。
控制元件包括铲刀升降控制换向阀12、铲刀垂直倾斜控制换向阀14、松土器升降控制换向阀13。
换向阀全为滑阀式结构。
阀12是四位五通手动换向阀。
采用换向阀是推土机中最普遍的控制方式，它能控制换向、卸载以及节流调速和微动（控制换向阀开度的大小）。
由于阀12的作用，使铲刀根据作业状况具有上升、固定、下降、浮动四个位置。
浮动位置是使油缸两腔与进油路、回油路均相通，铲刀自由支地，随地形高低而浮动。
这对仿形推土及平整作业极有好处。
安全阀3用来限制液压泵2的出口最大压力，以防止液压系统过载。
当油压超过某一值时，安全阀3打开，压力油自动卸载回油箱。
当铲刀或松土器下降时，在铲刀或松土器自重的作用下，下降速度加快，可能引起供油不足而形成油缸进油腔局部真空，发生气蚀现象。
此时，由于进油腔压力下降，在压力差作用下，单向阀4及6打开，从油箱补油至油缸进油腔，避免真空，使油缸动作平稳。
单向阀5和7是保证任意工况下，压力油不倒流，避免工作装置意外重力下降。
当松土器在固定位置作业时，由于突然的过载，油缸一腔油压突然骤增，可能造成油缸超载，装设了溢流阀8后，当油压达到溢流阀8的开启压力时，溢流阀8打开，油液卸载，从而避免液压元件的意外损坏。
溢流阀11和精滤油器10并联，当回油中杂质堵塞滤油器时，回油压力增高，溢流阀11被打开，使油液直接通过溢流阀11流回油箱。
粗滤油器18及精滤油器10的作用是保持油液的清洁，滤去杂质使液压系统正常作业。
油箱9起储油、散热作用。
三、推土机的使用技术
1．作业过程
依靠机械的牵引力，推土机可以独立地完成铲土、运土、卸土三个工作过程和空载返回过程（图2-1-6）。
铲土作业时，将铲刀切入地面，行进中铲削土壤。
运土作业时，将铲刀提至地面，把土壤推运到卸土地点。
卸土作业有两种：
（1）随意弃土法推土机将土壤推至卸土地点，略提铲刀，机械后退至铲土地点；
（2）分层铺卸法推土机将土壤推至卸土地点，将铲刀提升一定高度，机械继续前进，土壤即从铲刀下方卸掉。
然后推土机退回原处进行下一次铲土。
图2-1-6推土机的作业状态
a）铲土；b）运土；c）卸土
2．作业方式
（1）直铲作业是推土机最常用的作业方式，用于推送土壤和石碴及平整场地作业。
其经济运输距离，小型履带式推土机一般为50m以内；中型履带式推土机为50～100m，最远不宜超过120m；大型履带式推土机为50～100m，最远不宜超过150m；轮胎式推土机为50～80m，最远不宜超过150m。
（2）侧铲作业用于傍山铲土、单侧弃土。
此时，推土板的水平面回转角一般为左右各25。
作业时能一边切削土壤，一边将土壤移至另一侧。
侧铲作业的经济运输距离一般较直铲作业时短，生产率也低。
（3）斜铲作业主要应用在坡度不大的斜坡上铲运硬土及挖沟等作业，推土板可在垂直面内上下各倾斜9°。
工作时，场地的纵向坡度应不大于30°，横向坡度应不大于25°。
（4）松土器作业
一般大中型履带式推土机的后部均悬挂有液压式松土器，松土器有多齿和单齿两种。
多齿松土器挖凿力较小，主要用于疏松较薄的硬土、冻土层等。
单齿松土器有较大的挖凿力，除了能疏松硬土、冻土外，还可以劈裂风化岩和有裂缝的岩石，并可拔除树根。
3．作业方法
（1）波浪式推土法（图2-1-7）
推土机开始铲土时，铲刀尽可能地切入土壤中。
当发动机出现超载现象时，将铲刀缓缓提起（但铲刀不露出地面），直至发动机恢复正常运转。
再次将铲刀落下、提起，反复进行，直至铲满。
这种铲土方法的优点是，可以使发动机功率得到充分发挥，并缩短铲土时间和距离，作业效率高，一般适用于工程量大的土方作业。
其缺点是驾驶员的劳动量大，回程时因地面不平使推土机产生颠簸。
图2-1-7波浪式推土法
图2-1-8接力式推土法
a）4次接力式推土法；b）刨削式铲土
LH-铲土长度，hH-铲土深度；LT-工作地段长度（LT=LH·n，n为分段数）
（2）接力式推土法（图2-1-8）
在取土场地较长且土壤较硬的情况下作业时，推土机可由近及远地分段将土壤推送成堆，然后再由远而近地将各段土堆一次推送到卸土处。
这种作业方法不但可以提高铲土效率，而且能减少运土时间。
它适用于硬土壤取土和远距离取土作业。
（3）槽式推土法（图2-1-9）
推土机运送土壤时，为了尽可能地减少运土损失，可在一固定作业线上多次推运，使之形成土槽，或者利用铲刀两端外漏的土壤形成土埂进行运土。
土槽深度一般不大于铲刀高度。
这种作业方法适用于大面积、较长距离及松软土壤的推土作业。
图2-1-9槽式推土法
（4）并列式推土法（图2-1-10）
在上述条件下，也可采用两台或两台以上同类型的推土机同步前进推土，同样可减少运土损失和提高作业效率。
采用该方法作业时，两台推土机的铲刀间隔不宜过小或过大，一般保持在15～20cm，还要求驾驶员操作技术熟练，保证两台推土机同步运行。
图2-1-10并列式推土法
（5）下坡式推土法
推土机在作业中应尽量利用地形形成下坡推土，这样可利用机重的下坡分力助铲，增大运土量以提高作业效率。
但坡度不宜超过20°，否则推土机回程困难。
4．推土机在道路施工中的作业方法
在道路施工作业中，推土机主要用于填筑路基和开挖路堑。
在缺少挖掘机的情况下，还可以用它来开挖边沟。
（1）填筑路基
①对于不挖不填的路基，只需先将表面杂物清除，再将路两边的土铲去一薄层，然后将土铺到路基中间形成路拱即可。
②对于填土路基，应在路基的一侧或两侧取土，再向路基中心处运送。
在路堤单侧取土时，每段推土机可采用穿梭法进行作业，如图2-1-11所示。
作业时，推土机铲满土料，推送至路堤的坡脚，卸土后按原路返回到铲挖位置，如此往复在同一路线上，采用槽式作业法送2~3刀就可挖到~深，然后作斜线倒退，向一侧移位，同样方法可推送相邻土料。
整个作业区段完成后，可以沿作业时相反方向侧移，可推净遗留土埂，整平取土坑。
当推土机由路堤两侧取土场取土时，每侧作业方法与上述方法相同，所不同的是路堤用土由两侧运来，分别推至路基中心线即可。
作业时，为使中心线两侧运土的结合处能充分压实，两侧运来的土料均应推送超过中线。
采用这种作业方法时，每个作业区段最好由两侧相同台数的推土机，面对面地同步进行，可使路堤均衡对称地形成，如图2-1-12所示。
图2-1-11推土机单侧取土填筑路堤图2-1-12推土机两侧取土填筑路堤
1-路堤；2-标定桩；3-间距为10m的高标杆；B-路基宽度；H-路基高度
4、5-推土机作业路线
用推土机作两侧取土填筑路堤，适宜于取土距离较短、路堤较低的场合。
一般在1m以下，作业时要分层有序地进行，每层厚视土质及压实特性而定，一般为20~30cm，并须随时分层压实。
③对于采用移挖填土修筑的路基，推土机应采用纵向作业方法，即从需要挖土的路段直接将土送到需要填高的路段，如图2-1-13所示。
在卸土过程中，应分层均匀填筑，并分层逐次压实，尤其应利用回程进行压实。
④半挖半填路基就是将高坡上的土填在低坡上形成平坦的路基，如图2-1-14所示。
若使用推土机构筑半挖半填路基，其路基的横坡度一般不得大于20°，否则容易发生推土机侧翻事故。
并且最好使用可调式铲刀，并将铲刀调整为朝高坡处下倾，然后沿着道路延伸方向，从路基的内边线（即上边坡）铲土，分段分层进行作业，使土壤沿铲刀自动填到下边坡处。
若坡度不大且要求路基较宽时，可从路基内边线由上往下并垂直路基中心线铲土，然后再纵向平整。
若坡度大于20°，则应先推出作业平台，以使机身能放平；再以平台为基地，沿路基中心线方向铲切土壤，逐渐加深加宽，直至形成平整的路基。
（2）开挖路堑
使用推土机开挖路堑，深度通常不超过2m。
根据路基的宽度和卸土的位置，可采用穿梭作业法（图2-1-15），即从路基边缘或路中心起分层向一侧推土，并推送至弃土堆，待一侧推出一层之后，再掉头向另一侧推运。
也可以采用环形作业方法（图2-1-15），即沿着椭圆形或螺旋形的路线，分别向路基两侧推土，并对弃土堆进行压实。
为便于快速卸土，在推挖至一定深度后，可分段构筑运土通道（图2-1-16），从横向将土推送至弃土场。
5．推土机在平整场地时的施工作业方法
（1）对于已粗略平整的场地
当平整表面已粗略平整但残留有松软散土的场地时，应将铲刀下缘降至比履带支承面稍高处，以Ⅰ档或Ⅱ档速度铲土，将高出地面的散土均匀摊铺在地面上，并予以压实，场地表面没有明显的散土堆后，可采用倒拖的办法予以刮平，即将铲刀置于浮动状态（自由状态），推土机倒退行驶，利用铲刀的自重将地面刮平。
注意：
在刮平浮土地段时，应将铲刀由浮动状态稍稍提起，以免铲刀将浮土拖起成堆，每一行程，铲刀均应与已平整的地面重叠30cm左右，以便将上一次平整时留下的土垄刮平。
图2-1-16用推土机开挖路堑
（2）对于起伏较大的场地
对于表面凹凸不平、高低起伏较大的场地，使用推土机进行平整时可分3步进行。
①铲高填低，粗略平整
作业前先观测整个作业场地的地形情况，对突出地面较大的土堆分片予以铲除。
作业时可采用楔式铲土法，即在铲土开始时，尽量使铲刀切入最大深度，而后根据发动机负荷逐渐提升铲刀，使之一次性铲满，并送至低洼处卸土，不可频繁地升降铲刀，将地面铲成波浪形，造成机械行驶时剧烈颠簸，为后续作业造成困难。
一旦出现波浪形地面，可先推平一处，使机器停放平稳后，以此为出发地一段段地将波浪形地面铲平。
不可贪多求快和长距离推土，那样会适得其反，欲速则不达。
②全面平整
待整个场地没有大的突起和凹陷之后，可进行长距离快速平整，将表面散土平铺于整个地面。
有两台以上推土机共同作业时，可采用并列式推土，铲刀的间隔在粘土地上应保持30cm左右，在砂土地上为15cm，运距可达100m。
③拖平压实
经过上述两步的粗、细平整之后，即可实施拖平压实工作，方法同
（1）。
拖平时也可采用多台并列作业的方法。
6．推土机生产率的计算
（1）每铲最大推土量V
（1）
式中：
V——推土机每铲最大推土量，m3；
Bg——推土板宽度，m；
Hg——推土板高度，m；
h——平均切土深度，m；
0——土的自然坡度角，按表2-1-2选取；
Km——土的充盈系数，一般取～。
土的自然坡度角表2-1-2
种类
状态
碎石
砾石
砂石
粘土
轻亚
粘土
种植土
粗砂
中砂
细砂
肥土
贫土
干
35°
40°
30°
28°
25°
45°
50°
40°
40°
湿
45°
40°
32°
35°
30°
35°
40°
30°
35°
饱和
25°
35°
37°
25°
20°
15°
30°
20°
25°
（2）推土作业生产率Qt
（2）
式中：
Qt——推土作业生产率，m3/h；
T——一个推土周期循环时间，按式（3）计算，s；
Kj——推土作业时间利用系数，一般取为～;
Kn——铲刀土壤漏损系数，取决于运土距离l2，Kn=1－；
Ky——坡度作业影响系数，按表2-1-3选取。
坡度作业影响系数表2-1-3
坡度%
上坡
下坡
0～5
5～10
10～15
0～5
5～10
10～15
15～20
Ky
～
～
～
～
～
～
～
（3）
式中：
l1——切土距离，m，一般取为6～10m；
l2——运土距离，m；
v1,v2,v4——分别为切土、运土、返回速度，m/s；
t5——推土机转向时间，一般取为10s；
t6——换档时间，换档一次取为4～5s（动力换档变速箱可不计换档时间）；
t7——铲刀下落时间，一般取为1～2s。
（3）平地作业生产率
（4）
式中：
Qp——平地作业生产率，m3/h；
Bg——推土板宽度，m；
Hg——推土板高度，m；
——推土板水平面回转角，（°）；
m——相邻两次平整通道间重叠部分，一般取为～；
L——平整地段长度，m；
Kj——时间利用系数，可取为～；
n——每一段的平整次数，通常取1～2次；
v——平地速度，宜取～s；
t5——推土机转向时间，一般取为10s。
7．提高推土机生产率的措施
要提高推土机生产率首先应缩短推土机的作业循环时间，提高作业时间利用系数，降低运送中土的漏损等。
为了缩短一个循环作业的时间，推土机在铲土时应充分利用发动机的功率以缩短铲土距离，合理选择运距，使运土和回程距离最短，并尽量创造下坡铲土的条件。
此外应提前为下道工序作好准备，尽量做到有机配合。
如当推土机接近卸土位置时，应边提刀边换档，而在后退时就应选好下次落刀的位置。
为了提高作业时间利用系数，应消除不必要的非生产时间。
如做好开工前的各项准备工作，避免因准备工作不善而停机。
另外，正确地进行施工组织，合理选择机型，以免使用不当而不能发挥机械效能。
此外，在施工中对各种施工条件应采用正确合理的施工方法，如遇硬土，应先翻松再推运。
为了减少土壤漏损，推送时可采用槽式或并列式推送方式，这样不但可以提高推土效率，还可增大铲刀前土堆的体积。
提高操作人员的技术水平也是提高生产率的关键。
因为任何机械设备不论本身的技术性能如何先进，施工组织考虑的措施如何周到，最终必须经过人的操作才能体现出实际的工程效果。
操作人员的技术水平不仅指操纵机械设备的程序无误，更重要的是还要有对机械设备的结构、使用、维护等方面的知识。
8．推土机的选用
推土机的选用应综合考虑如下因素：
（1）根据工作对象选用推土机的类型
如果工作场地土方和石方都有，最好选用履带式推土机；如果工作场地全是纯土，且土质较松，平板拖车不便进出，则最好选择轮胎式推土机；如果工作场地是沼泽地，则必须选用湿地推土机；如果工作场地属高原地区，则最好选用安装有增压式发动机的推土机；如果工作场地土、石夹杂，且土质坚硬，则最好选用带松土器的推土机。
（2）根据工程量的大小选用推土机的型号
如果推土方量少，工期不受严格限制，则一般选用小型推土机较经济；如果工期紧，推土方量大，则一般选用大型推土机；如果推土机只用于开路、助铲、回填、压实，则一般选用中、小型推土机即可满足要求。
（3）根据配套工程机械情况和土石方量确定推土机数量
在较大规模的工程施工中，推土机的首要任务往往是开路，因为在诸多工程机械中推土机对路面的要求最低。
因此，在考虑推土机数量时，首先考虑的就是开路和修整工作场地的需要，其次才是完成推土方工作量和与其它机种配合作业的需要。
只有综合考虑了这三方面因素，才有可能选用最适宜的推土机型号和数量。
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