二、国内发展概况
1.以前历史状况
(1)研发背景
国内步履式液压挖掘机最早开始研究起于1972年的初期,正值国民经济恢复的阶段。为了改善人民的居住条件,当时的北京市相关部门建议,民宅建筑楼房层高在6层以下的基础应采用条格形基础,6层以上的基础应采用桩基础。当时由于条件所限,6层以下基础的开挖虽然采用了一些机械施工,但人工劳动仍然占据相当大的比重。
条格形基础的特点是开挖的土方量不大(6层的1个单元的基础开挖土方量人约100m3左右),但条格形基础的基槽纵横交错,工艺要求比较复杂,人工开挖的劳动强度较大。用一般轮胎式或履带式挖掘机开挖大面积土方(如带有地下室的楼房基础、化粪池等),可充分显示其优越性,但对于条格形基础则不能按照基槽的形状开挖。这不仅就会造成开挖土方量大,同时也增大了回填的土方量。此外,这2种形式的挖掘机在挖掘条格形基础时,设备移动较频繁,辅助作业时间较长,在一定程度上影响了施工效率。
针对上述施工工况,需要开发一种在一次性停机状态下,便可挖掘出倒T字形沟槽(即同时挖掘出3个方向的沟槽),并在挖掘后能退出所开挖沟槽的挖掘机。这样的挖掘机既要满足施工的要求,又要便于一般非专业制造厂制造。考虑到民用建筑的施工现场比较集中,挖掘机在施工现场内的移动时间一般仅占全部作业时间的20%左右,故此种挖掘机可不设行走机构。其在施工现场内的移动可借助于工作装置的联合动作实现,而长距离转场可采用车辆牵引或载运。
为满足开挖房屋条格形基础的需要,在整机设计阶段考虑了以下4个方面的要素:挖掘条格形基础时,挖掘机在一次停机面上应同时在前后左右4个方向进行挖掘作业,并可以挖掘到回转中心下方,因此挖掘机整机稳定性要高;一次停机在挖掘成“┻”字形沟槽后,挖掘机应向后跨越过沟槽,以进行下一沟槽的开挖;考虑到在城市内狭窄地区施工,整机的回转半径尽可能小;该机的制造应便十非专业工厂制造.
(2)研发历程
1972年初期,当时的北京市建筑工程研究所(现北京市建筑工程研究院)开始着手研发,经过1年的方案设计、公式计算、图纸绘制、制造加工,成功地制造成国内第1台WB201型步履式液压挖掘机,如图8所示。又经过8个月5个工地的工程考核和试验,证明此款步履式液压挖掘机完全适应条格形基础的开挖,充分显示了步履式液压挖掘机的特点。而后,又相继成功研制出WB201A型和WB352型步履式挖掘机(见图9),这2款产品先后荣获1978年全国科学大会奖及1979年河北省科技一等奖。WB201型步履式液压挖掘机主要性能参数如表5所示。
(3)设计关键点
使挖掘机在作业范围内挖掘力发挥到最大限度,充分利用发动机功率,尽量减轻整机质量,这是在设计阶段首要考虑的问题。影响最大挖掘力发挥的主要因素有3点:一是工作装置几何尺寸的相互比例关系,二是工作装置10个连接铰点的位置选择,三是整机的布置状况。