挖掘机改夹砖搬运机的技术研究

潘皆亦，顾安纪，肖彩飞

(广西徐沃工程机械设备有限公司，南宁530105)

0 引言

传统制砖行业的出釜、 出窑以及建筑行业的码垛、仓储、装卸车都是人工装卸，多次人工装卸产品，不仅增加了砖的破损率、影响了销售，还降低了生产效率，同时增加了生产成本。为了解决现实生产中存在的问题，最近几年不少公司研究开发出一种装卸、垛砖、搬运等功能于一体的抱砖机。该机子大多是在大型装卸设备的基础上，针对传统技术的不足，在现有技术的基础上，研究开发出来的装卸机械，例如用于调运铁路货箱、港口集装箱的专用龙门吊、起重机等。抱砖机首先在建筑行业兴起，逐渐在制砖业、运输业等各个不同领域得到广泛应用，大大节省了人力、物力和财力。

1 现有抱砖机存在的问题

当前砖块转移工作机械中，常规的简易机械有吊夹机、手工夹等，需要人工手持吊夹机定位、夹取再进行转移，最后将砖块运到指定位置放置，完成整个工作流程，该工作流程效率较低，需要人员就近手持操作，存在一定的危险性；更为常用的是抱砖机，其主要工作装置为砖抱夹，也称为砖块夹、抱砖夹。目前，砖抱夹大多作为搬运叉车的属具，与叉车配套形成的抱砖机比较小巧、灵活，可以在大小不同的区域中完成垛砖、搬砖、运砖等工作。但是，此时的抱砖机工作效率及强度受到运载主体——叉车的制约，无法胜任大规模、高强度、场地险恶等场合的搬运工作。

在实际工程领域中，也有专门为解决人工搬砖劳动强度大、工作效率低、劳动成本高等问题而设计的专用抱砖机，其具有工作能力强、效率高等特点，可安全高效地夹持各种石料和砖块。但是，专用抱砖机也存在成本较高、专用性强、应用范围单一等致命缺陷。

因此，寻求一种既可以胜任抱砖机工作，又具有较广阔的使用范围、成本较低的新型抱砖设备，就成为工程技术人员的热门话题。

2 液压挖掘机改夹砖搬运机的思路与结构组成

随着机械化、自动化程度的不断提高，各行各业采用机器代人已经成为必然趋势。尤其是劳动强度特别大、工作环境恶劣的大砖厂、大型建筑工地正迫切需要从依靠人力劳作到机械化、自动化的转变。设备的自动化使工作效率大大提高，设备机械化使劳动成本大大降低。但是，用户也就是投资者都在追求利益的最大化，如何能一次投资多年收益，如何能少投入多收益，成为生产者与使用者共同追求的目标。

挖掘机是应用较为普遍的一种工程机械，但是其使用有一定的间歇性，与工程进度有关。因此，设计一个抱砖夹安装在挖掘机挖斗位置，也就是将挖掘机改造为夹砖搬运机，在不改变挖掘机使用性能、不破坏挖掘机结构的基础上，使挖掘机的属具更为丰富，提高挖掘机的使用率，同时也节省设备投入。根据装卸砖块的重量不同，可以选择适当吨位的挖掘机与抱砖夹配合，可以得到不同吨位的夹砖搬运机。夹砖搬运机仅需挖掘机驾驶员一名，在驾驶室内操作，就可完成砖块的夹取—转移—放置整个工作流程，节省人工成本，减小人力劳动强度。

2.1 基本结构组成

夹砖搬运机的总体构成如图1 所示。前后夹板9和13 的中部与回转支架6 铰接；液压油缸7 的缸筒通过联接臂14 与后夹板13 的上部铰接、 活塞杆与前夹板9 的上部铰接；减速器5 的外壳与马拉头2固定联接、 输出法兰与回转支架6 的上端面固定联接；回转接头安装板1 安装在马拉头2 上；液压回转接头15 固定侧与回转接头安装板1 固定联接、回转侧与回转支架6 固定联接并伸出两液压软管连接液压缸7；液压马达4 安装在减速器5 外壳的输入止口处，直接驱动减速器的主动齿轮。

图1 夹砖装置结构原理

2.2 安装方法

先将挖掘机的挖斗拆下，无需拆卸大臂和小臂，只需把抱砖夹安装在小臂的前端，将挖斗替换为抱砖夹，通过挖掘机原有挖斗的销轴与抱砖夹的马拉头联接，通过挖斗油缸供油管路连接供油［1］，以控制抱砖夹的张开和闭合。直接利用挖掘机原有的液压系统即可满足夹砖搬运机的动力需要，增加配套的液压控制阀组和工作管路以及附属的液压元件［2］，即完成夹砖搬运功能。安装完成的夹砖搬运机如图2所示。

图2 改造后的夹砖搬运机

2.3 使用方法

驾驶员在驾驶室操作，使液压油缸做伸缩动作，通过铰链机构使夹砖装置夹紧或张开，从而达到夹取或放置砖块的目的；驾驶员在驾驶室操作使液压马达驱动减速器输出回转运动，使回减速器以下部分可以任意360°回转，可完成对砖块的夹取或放置地点作准确定位。

3 改装实例

3.1 挖掘机的选型

液压挖掘机的选型主要从发动机的功率、 主泵的工作压力和流量是否与动力头的性能参数匹配而进行选择［3］；同时还要考虑挖掘机的外形尺寸是否满足搬运场地的要求。

由于考虑到需要搬运砖块的场地都不是很宽敞，比如制砖厂房、建筑工地、路边施工场地等，需要一次搬运或者装卸的砖块也不是很多，所以需要的搬运设备不必要太大，改造的挖掘机以小型为主，便于灵活运动。广西南宁沃源重工机械设备有限公司结合多年工程机械生产、施工经验［2］，为山河智能品牌挖掘机、 福建新源轮式挖掘机等常用机型研制了配套的夹砖搬运机。夹砖搬运机技术参数如表1 所示。

表1 夹砖搬运机技术参数

3.2 夹紧力的计算

整个夹砖搬运机设计的关键是夹具部分，如图1(c)所示，由液压油缸提供动力，通过连杆机构使活动夹具张开或者收拢，起到了松开或夹紧砖块的作用。夹紧力的计算方法如下。假设：所夹的砖块为四层共 56 块，尺寸为 821 mm × 468 mm × 400 mm，重量约316 kg。

由机械设计手册查得夹具的材料为钢与砖块之间的静摩擦系数f 大约为0.3，由静平衡公式：重力G≤摩擦力Ff，即：

得：夹紧力F ≥10600(N)

由夹具所需夹紧力的大小即可计算液压油缸大小及液压控制系统。所设计的液压缸如图3 所示。

图3 液压油缸

由于所夹的砖块尺寸有一定偏差，砖块周边毛刺较粗，仅仅用活动夹具难以保证所有砖块的夹紧力，为确保砖块及搬运过程的安全，在活动夹具的内侧安装了弹簧夹板11(图1)，形成两个活动的手掌，在弹簧力的作用下适应各部位不同夹紧需求。

4 结束语

夹砖搬运机相比人工搬运来说，大大减轻工人劳动强度，一次性夹紧完成移动、码垛/装车，保证产品质量，提高生产率；相比叉车改造的夹砖机来说，挖掘机改造的夹砖搬运机具有操作简单，故障率极低，效率高，性能稳定等特点，因其配置了大功率的发动机，可以一次性夹紧大量砖块，生产效率大幅度提升，有效的节省了施工人员的劳动力；相比专用的夹砖机来说，夹砖搬运机能够适应复杂的摆放方式及其操作方法，可以摆成垛、摆成排，还可以高空码垛或者搬运，克服了一般的机械设备很难适应众多复杂摆放方式的缺点。

总之，将液压式挖掘机改造成为夹砖搬运机，拓展了原来设备的使用功能，为液压挖掘机找到了新的利用价值，实现了设备的功能多元化，给客户带来了经济效益［3］，具有较好的应用前景和推广价值。