推土机

推土机（Bulldozer）^[1]是可安装推土或附属装置来产生推力或牵引力的自行的履带式或轮胎式机械。^[7]是路基土石方工程中常用的土方机械。^[8]推土机作业效率较高，具有能够在高效、稳定的前进中精确操作，提高建筑物的建造效率以及可以进行不同角度和方向的推土工作，适应各种工作环境等特点。^[9]

最早的推土机为履带式推土机，其诞生于1904年，由美国人本杰明·霍尔特（Benjamin Holt）发明。^[3]推土机至今已发展了100多年，20世纪30年代后，部分企业开始生产推土铲附件，安装在拖拉机上使其变身为履带式推土机。随着小松等企业对推土机质量的不断提高及1946年后卡特彼勒对推土机的不断研发，截止2011年，国际上广泛生产的推土机是履带式推土机。^[3][10][11]中国在新中国成立以后开始生产推土机，^[12]最初主要依赖进口，后经过不断发展，中国的推土机研制水平不断提高，实现了快速发展。^[13]

推土机主要由发动机、底盘、液压系统、电气系统、工作装置和辅助设备等组成。^[14]其工作原理是通过控制操纵杆和踏板、液压系统、电气系统及工作辅助装置之间的配合，完成切削、推运、开挖、堆积、回填、平整、疏松及压实等多种作业。^[8][14][15]推土机被广泛应用于水利水电、交通（公路、铁路、机场、港口）、矿山、能源、农林、国防等工程施工中。^[2]同时，推土机有很多类别，可根据其行走机构分为履带式推土机和轮胎式推土机；根据传动方式分为机械传动推土机、液力机械传动推土机等，而目前在土石方工程中常用的推土机主要是履带式推土机和轮胎式推土机。^[2]

未来，推土机将主要朝着信息化方向发展，比如：实现将GPS应用在推土机中，达到定位功能；关键信息显示管理系统，实现实时监控推土机的工作状态等。^[11]

1904年，履带式推土机（Track-Type Tractor）由美国人本杰明·霍尔特（Benjamin Holt）研制成功，它是在履带式拖拉机前面安装人力提升的推土装置而形成，当时的动力是蒸汽机。^[10]

1918年第一次世界大战后， 拖拉机得到了发展，去掉了转向轮，外观和结构上已经接近现代的拖拉机，在农业、运输、土石方工程及军事等领域都开始发挥较大的作用，同时很多企业也开始生产拖拉机以满足各种行业的需求。^[3]

1923年，LaPlant-Choate Mfg制造了第一台以商业为基础制造和建造的推土机，用于建设肯塔基州的迪克西高速公路。^[16]

20世纪30年代以后，部分企业开始生产推土铲附件，安装在拖拉机上使其变身为履带式推土机。早期的推土铲多由钢丝绳进行操控，由机体后部的取力器输出轴带动绞盘，并通过滑轮组带动前端的铲刀。并且推土机在太平洋战争中发挥了重要作用。^[3][10][11]

20世纪30年代，小松集团从刚开始仿制拖拉机以来，也开始慢慢提高发展推土机的质量，后期发展逐渐成熟，成为推土机行业的另一大巨头。^[3]二战以后，技术的进步和市场的需求推动了推土机的大型化。^[3]

1943年，卡特彼勒集团的勒图尔勒开始研发轮式推土机。1947年，卡特彼勒推出了4个型号的轮式推土机，最大功率能达到560kW。^[17]

1946年，卡特彼勒开始研发更大的推土机。1955年，卡特彼勒正式推出了其最大的型号D9。随着推土机的不断进行发展，其动力已经全部采用柴油机，推土铲刀及松土器全部由液压缸提升，形成了真正意义上的推土机产品。^[3]

20世纪70年代以来，大型履带式推土机在品种和数量上都得到了迅速发展，现在生产大型履带式推土机的厂商主要有美国卡特彼勒公司、日本小松公司、意大利Fiat-Allis公司等。^[10][11]其中轮式推土机出现了大型化的倾向，如Peerless公司推出的V-ConV250功率达到750kW，Tiger公司、小松还有勒图尔勒都相继推出了的大型轮胎推土机，形成了三足鼎立的局面。^[17]

截止2011年，履带式推土机是国际上生产和应用范围最广的推土机。^[10][11]

中国生产推土机，是在新中国成立以后才开始的，最初是在农用拖拉机上加装推土装置。1958年，天津建筑机械厂在前苏联斯大林履带式拖拉机的基础上成功研制了推土机工作装置，这是中国第一台推土机—移山履带式推土机。^[12]随着国民经济的发展，大型矿山、水利、电站和交通等部门增加了对中大型履带式推土机的需求，中国中大型履带式推土机制造业虽有较大发展，但已不能满足国民经济发展的需要。^[10][18]

1979年以来，中国先后从日本小松公司和美国卡特彼勒公司引进了履带式推土机生产技术、工艺规范、技术标准及材料体系，经过消化吸收和关键技术的攻关，形成了以20世纪80-90年代小松技术产品为主导的格局。^[10][18]

20世纪80年，为改变大马力推土机全部依托进口的局面，中国第一机械工业部在济宁实施建设大马力推土机引进项目，并与日本小松制作所签订了《履带式推土机技术合同》。^[19]

1980年1月1日，将原济宁机器厂、济宁通用机械厂和济宁动力机械厂三家企业并，成立山东推土机总厂。1981年3月，第一台TY220(D85A-18) 推土机在山东推土机总厂试制成功，1982年10月13日，山推D85A-18推土机整体检测和性能试验完全符合小松检查标准，并实现小批量生产投入市场。^[19]

20世纪60年代至2009年，由于推土机产品的加工要求高、难度大，批量生产需要较大的投入，中国推土机行业的生产企业一直稳定在4家左右。随着市场的发展，从第八个五年计划开始，中国一些大中型企业根据自身实力，开始兼营推土机，如内蒙古第一机械厂、徐州装载机厂等，扩充了推土机行业队伍。^[18]

推土机主要由发动机、底盘、液压系统、电气系统、工作装置和辅助设备等组成。^[14]

推土机的发动机主要是为推土机提供动力的装置。发动机产生的动力经过传动系统传给行驶系、制动系、转向系及工作装置，使机械可以实施行驶、制动、转向及各种动作。^[6]推土机通常采用涡轮增压柴油发动机，发动机布置在推土机的前方，通过减震装置固定在机架上。^[2]常见的推土机发动机类型有燃油发动机，如柴油机，需要柴油来带动传动系统^[21]；还有全液压发动机，全液压推土机传动系统中没有离合器、变速器、中央传动等机械部分，结构简化，采用静液压传动，靠流体的压力完成功率传递，具有无级变速，自适应性好，噪声低等特点。^[22]

底盘的作用是接收发动机传过来的动力，使得机械行驶或者进行作业的装置 。底盘主要是由传动系、行驶系、转向系和制动系组成。传动系是将发动机的动力减速增扭以后，传给履带或车轮，使得推土机具有足够的牵引力和合适工作速度的系统；行驶系的作用是支撑整机的重量，使得推土机运行；转向系的作用是使得机械保持直线行驶和灵活改变其行驶速度；制动系的作用是使机械减速或停车。^[6]

推土机液压系统是为了完成推土机的工作任务，由各种特定功能的液压组件组成的系统。液压系统由动力组件、执行组件、控制组及辅助组件构成。动力组件就是液压泵，液压泵可以将原动机的机械能转换为油液的压力能，作为系统的能源；执行组件包括液压缸、液压马达，它们可以将油液的压力能转换为机械能，液压缸可以带动负荷作往复运动，液压马达可以带动负荷作回转运动；控制组件由各种液压阀类组成，可以控制油液的流动方向、流量和压力，以满足液压系统的工作要求；辅助组件由油箱、滤油管、管类、密封件等组成，可以用来存储、输送、净化和密封各种工作液体，也具有散热作用。^[23]

电气系统包括发动机的电启动装置和全机照明装置。^[14]主要包括供电电源，如蓄电池、发电机等；控制系统，如各类开关、继电器、保险等；用电设备，如照明、信号等。^[24]

推土机的工作装置包括推土装置和松土装置，部分推土机没有松土装置。推土机的工作装置是由推架和铲刀两部分组成的，不同类型的的推土机，具体的结构也不同。推土机做运输作业时，推土装置被提升油缸提起，悬挂在推土机前方；推土机工作时，降下推土装置，将铲刀放置在地面上，向前可以推土，后退可以平地；在推土机牵引或者拖挂其他机具作业时，可以将工作装置拆除。^[6]

推土机的辅助设备主要包括燃油箱、驾驶室、强力斗、多锯刃松土器等。^[14]

1.强力斗：强力斗可以帮助推土机完成挖掘深度较浅的工作，例如开挖坑道、挖掘河道等。强力斗一般采用锥形结构，具有较好的断土能力。^[25]

2.多锯刃松土器：多锯刃松土器可以协助推土机进行土地松耕工作，口型锯齿的设计可以轻松地切割土壤，达到软化土地的目的，广泛运用于翻新土地、翻耕固定区域和定点土地整平等工作。^[25]

3.驾驶室：驾驶室是驾驶员操纵推土机的位置，驾驶员可以在推土机驾驶室完成推土机的各类工作。^[25]

推土机移动到需要作业的位置上后，通过控制操纵杆和踏板等控制元件使其稳定；通过控制液压系统，使推土机斗完成开挖操作；通过控制液压系统和驱动轮，使推土机前进和斗的运动，完成推土操作；通过调节斗的倾角和控制驱动轮，使推土机完成土地平整工作。^[6][10][13]

总的来说，推土机的基本作业是铲土、运送、卸土和空回4个工作过程。^[15][2]具体工作过程为：在工作时是将铲刀切入土中，依靠主机的前进动力，铲起土壤，并且逐步堆满在推土板前。土壤堆满以后，将铲刀稍微提升达到合适运行的位置后，将土推送回卸土处，提升铲刀进行卸土，然后回程。推土机可以独立完成铲土、运土和卸土三种作业过程。^[4]

直铲作业式推土机最常用的作业方式，主要应用在推送土壤、石渣和平整的场地作业。推土机的作业距离是小型履带推土机一般是50m以内；中型履带推土机为50~100m，最远不能超过120m；大型履带推土机为50~100m，最远不能超过150m；轮胎式推土机为50~80m，最远不能超过150m。^[4]

侧铲作业一般用于傍山铲土、单侧弃土等。铲土板的水平回角一般为左右各25°，作业时能够一边切削土壤，一边将土壤移至另一侧。侧铲作业的经济运距一般比直铲作业时要短，生产率也低。^[4]

斜铲作业一般是应用在坡度不大的斜坡上铲运硬土或者是挖沟等作业中，推土板可以在垂直面内上下倾斜9°。工作时，场地的纵向坡度不能大于20°，横向坡度不能大于25°。^[4]

松土器是推土机的一个重要辅助设备，由多齿和单齿两种，主要是用于疏松较薄的硬土、冻土层，并且可以劈裂风化岩石和有裂缝的岩石等。^[4]

在斜坡处，推土机顺下坡方向切土、推运，借助机械向下的重力作用切土，增大切土深度和运土数量，坡度不宜超过15°，可以提高生产效率30%~40%。^[26][27]

推土机在一条作业线上重复多次的切土和堆土，逐渐形成沟槽，再反复在沟槽中进行堆土，来减少土从铲刀两侧漏散，这样可以增加10%~30%的推土量。槽的合适深度在1m左右，间隔宽是50m，运距较远、土层较厚时适用。^[15]

2~3台推土机并列作业的方式，能有减少漏土量。铲刀相距15~30m，采用两个推土机并列，可以增大推土量15%~30%，适用于大面积场地平整及运送土用。^[28]

将铲刀斜装在支架上或水平放置，并与前进方向成倾斜角度进行推土，松土60°，坚实土45°。斜角推土法适用于管沟推土回填、垂直方向无倒车余地或者是在坡脚及山坡下推土用。斜角推土法可以减少机械来回行驶，提高效率，但是推土阻力大，需要较大功率的推土机。^[26]

推土机与回填的管沟或洼地边缘成“之”字形或一定角度推上。这种推土方法可以减少平均负荷距离、改善推集中土的条件，使得推土机的转角减少一半，提高台班生产率，但是这个方法需要宽敞的场地，适用于回填基坑、槽、管沟时采用。^[26]

按照行走机构分可以分为履带式推土机和轮胎式推，两者的主要区别在于，履带式推土机的行走装置是履带，轮胎式推土机的行走装置是轮胎。^[2]

履带式推土机

履带式推土机的特点是附着性能好，牵引力大，接地比压小（0.04~0.15MPa），爬坡能力强，比较适用于恶劣工作环境作业。^[29]履带式推土机主要由发动机、底盘、传动系统、液压系统、工作装置、驾驶室及机罩组成。^[2]

轮胎式推土机

轮胎式推土机的特点是行驶速度快、机动性能好，作业循环时间短，运输移动方便，但是牵引力小，通过性差，比较适用于松散物、疏松土壤的推铲作业。^[29]轮胎式推土机主要是由发动机、传动系统、制动系统、转向系统、液压系统、电气系统、工作装置、驾驶室等组成。^[2]

按照传动方式进行分类，可以分为机械传动推土机、液力机械传动推土机、全液压传动推土机及电气传动推土机四种类型。^[2]

按照推土机工作装置的不同可以分为直倾铲式推土机、角铲式推土机及其他类型（半U形铲、新型分土铲、煤电专用铲、环卫铲等）。^[2]

1.直倾铲式推土机。铲刀与推土机底盘纵向轴线构成直角，铲刀切削角可以通过油缸进行调整。直倾铲式推土机结构简单，坚固性好，在中大型推土机中应用较为广泛，适用于推铲作业。^[2]

2.角铲式推土机。角铲式推土机的铲刀除了能调整切削角度以外，还可以在水平方向上，回转一定的角度，可以实现侧向铲土。角铲式推土机扩大了推土机的作业范围，适用于半挖半填的坡道作业。^[2]

按照按发动机功率等级进行分类，可以分为超轻型、轻型、中型、大型、特大型推土机。^[4]

按照按推土机用途进行分类，可以分为通用性推土机和专用型推土机。^[29]

1.通用性推土机。通用性推土机也叫普通型推土机，是一种按照标准的模块进行生产的机型，具有通用性好的特点，广泛应用于各类土石方工程施工作业。^[29]

2.专用型推土机。专用型推土机指的是在特殊环境下施工作业的推土机，如低比压湿地推土机、沼泽地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、无人驾驶推土机和高温作业推土机等。^[29]

自动化焊接是指在焊接的过程中实现自动化。即机器或者是装置在不需要人直接参与的条件下按照程序发出的各个指令来完成焊接的加工过程。该技术可以解决人工焊接铲刀过程中存在的无法目测、焊接质量难以保证、翻转困难、劳动强度大等问题。主要应用于推土机铲刀焊接中。^[30]

自动找平技术是对牵引点的位置进行调整实现找平目标，自动找平技术方法很多，且其原理各异。应用比较广泛且技术较为科学的找平方式多是非接触式的自动找平技术，主要有激光控制自动找平、GPS三维高程控制自动找平以及超声波式自动找平技术。^[5]

1.激光自动找平。将激光信号向相应的电信号转变，控制器依照接收到的相应信号频率对液压换向阀实施操控，再对铲刀提升液压缸进行控制从而顺利施工。激光控制技术实现自动找平需要对工地实施严格的管理，防止人员干扰。^[5]

2.GPS 自动找平。通过控制器以及GPS定位对推土机施工时的实际位置、移动路线及施工状态等实时定位。通过GPS定位技术的指导，能够有效地实现推土机的自动化。GPS定位系统为推土机的施工提供了便利，对生产效率起到了促进作用，也为推土机的自动化提供了相应的基础。^[5]

3.超声波自动找平。超声波自动找平技术是刚发展起来的技术，其具有抗干扰能力较强、施工时状态相对稳定的特点，因此逐渐得到推广使用。 超声波自动找平首先通过声纳传感器向施工场地发送声纳信号并对返回的信号接受处理，能够对施工场地的实际情况对平均高度实施精确计算，从而根据计算结果控制牵引大臂以及油缸的升降操作，然后完成施工任务。^[5]

履带式推土机的转向功能主要是利用推土机侧翼履带的速度差进行，液压差速转向技术是一种新生的履带式推土机转向系统，同时具备液压无极调速和机械传动的高效性能，施工效率较高，操作简单，稳定性较好。^[5]其工作原理是，根据履带式推土机的实际情况，通过液压推土机相关的变速机制，提高某侧的履带转速，降低另外一侧履带转速，实现推土机的转向。^[5]

履带式推土机无线遥控技术往往是利用电磁传输控制信号，从而完成远程控制传输，远程控制系统大致由发射器，接收器，控制器以及执行器组成。^[31]由于计算机技术，通信技术以及数字信号处理技术的不断发展以及相关的控制理论趋于成熟，利用无线遥控操作的无人推土机已逐渐研发成功。^[5]

履带式推土机主传动主要是使用静液驱动，利用液压马达以及液压泵组合而成容积调速回路进行相应的功率传递。随着液压技术的迅速发展，液压传动装置的功率使用逐渐由小推土机转向大型推土机。^[5]静液压驱动技术适用于履带式车辆冷却风扇的速度控制，在实际应用中，可以根据冷却水的温度、环境温度及换气，自动调整风扇速度，减少风扇噪音，并能够有效地减少燃油消耗。^[5]

推土机广泛应用于水利水电、交通（公路、铁路、机场、港口）、矿山、能源、农林、国防等工程施工中，^[2]适用于III~IV类土壤浅挖短运，开挖深度不大的基坑以及回填、推筑高度不大的路基等。推土机配备的松土器，可以翻松III级、IV级以上的硬土、软岩或者凿裂岩层，便于其他机械铲运和铲掘作业。^[2]推土机作业效率高，^[9]且适用范围广，具备良好的平衡性和稳定性，能够在不平整的地面上操作，提高工作效率。另外推土机还具备灵活性，可以进行不同角度和方向的推土工作，适应各种工作环境，^[9]能够更好地解决生产中遇到的问题。^[29]如：^[6]

1.在筑路工程中，推土机可以填筑路堤、开挖路堑、推平小丘、开挖桥基及回填土方等。^[6]

2.在筑港和运河工程中，推土机可以填筑堤坝、围堰、护岸以及开挖河床等。^[6]

3.在市政工程中，推土机可以清除场地、回填基坑和管道土等。^[6]

4.在其他工作方面，推土机可以用来推集松散砂石料，清除小树和积雪。^[6]

5.土质太硬时，利用推土机的松土作业装置可以疏松硬土，直接利用其铲刀顶推铲运机，可以为铲运机助铲。^[6]

6.路基施工时，完成路基基地的处理。^[6]

7.推土机可以在路侧取土，横向填筑不高于1.5m的路堤。^[6]

8.推土机可以沿公路中心移坑作填。^[6]

9.推土机可以傍山取土修筑半堤半堑的路基。^[6]

推土机是一种能够进行挖掘、运输和排弃岩土的土方工程机械，在露天矿有广泛的用途，目前推土机的基础技术已经发展较为成熟，更多的发展关注点转向了智能信息化方面。^[42]

智能信息技术能够使得的推土机更好地完成作业及精准把控作业精细度。^[42]国际上推土机产品以电子信息技术为先导，在计算机故障诊断与监控、精确定位与作业、发动机电子控制和人机工程学等方面，进行了大量的研究应用，如将GPS应用在推土机中，实现定位功能；关键信息显示管理系统，实现实时监控推土机的工作状态；普遍应用人机工程学，注重驾驶员与操作界面的协调，追求操作的舒适性等。^[11]

全液压推土机是由变量泵和变量马达组成的静压驱动循环式铲土运输机械，能够适应恶劣、时间长、强度大、载荷变化剧烈的工作环境，全液压推土机可以扩大传统推土机的适用范围。国际上全液压技术发展比较完善，常见研发商有Lierherr、John、卡特彼勒等；中国传统的机械式和液力机械式推土机已初步形成一定生产研制水平，但在静液压推土机研究上，中国还处于研发起步阶段。^[43][42]

推土机作业工况恶劣，工作过程中振动噪声大，长时间操作会损害驾驶员的身心健康，并且振动会引起零件的早期疲劳磨损。为了保护驾驶员的健康，提高工作效率和市场竞争力，需要改善推土机产品驾乘舒适性。卡特和小松公司最新推土机产品驾驶室司机耳旁噪声已分别降到75dB和80dB，为减少驾驶员疲劳驾驶，卡特开发了疲劳风险管理系统，尽可能避免驾驶员疲劳问题。^[44]

截止2011年，国际上广泛生产的推土机是履带式推土机。为适应工程发展的需要，20世纪70年代以来，大型履带式推土机在品种和数量上都迅速发展。随着电子技术和静液压技术在推土机领域的应用，对智能化推土机的需求量会越来越大。^[45]现在生产大型履带式推土机的厂商主要有美国卡特彼勒公司、日本小松公司、意大利Fiat-Allis公司等。随着推土机典当的的应用范围越来越广泛，技术越来越成熟，推土机的需求量将会保持一个持续上涨的趋势。^[11]推土机的使用领域也将会逐渐拓宽，特别在修建公路、铁路、地方性工程项目，发展近海滩涂养殖，内陆淡水养殖，开发性农业生产、砖瓦厂、小砂山、小煤密等诸多领域中。^[46]

1.中国国产推土机的传统型号。根据《工程机械产品型号编制方法》，中国推土机的型号编制方法及举例如表：^[6]

2.推土机新型号。中国引进了多种推土机型号，以山推工程机械股份有限公司生产的SD22S型推土机为例。^[6]

SD体现了厂家特色的新命名方式，S表示山东，D表示推土机，后缀是英文缩写；S表示湿地；R表示环卫；L表示超湿地；D表示沙漠；E表示履带加长。^[6]

中国一拖集团有限公司前身为第一拖拉机制造厂，是国家“一五”时期156个重点建设项目之一，1955年开工建设，1959年建成投产，现为中国机械工业集团有限公司子公司。一拖集团生产了新中国第一台拖拉机、第一辆军用越野载重汽车。一拖集团拥有的“东方红”商标，所属第一拖拉机股份有限公司在香港联交所和上海证交所上市。^[48]

山推工程机械股份有限公司的前身是成立于1952年的烟台机器厂，1966年烟台机器厂迁址济宁市改名济宁机器厂，1980年，济宁机器厂、济宁通用机械厂和济宁动力机械厂三家企业合并组建山东推土机总厂。1993年成立山推工程机械股份有限公司，属于国有股份制上市公司，是山东重工集团权属子公司，总部位于山东省济宁市。山推集团产品覆盖推土机系列、道路机械系列、混凝土机械系列、装载机系列、挖掘机系列等十多类主机产品和底盘件、传动部件、结构件等工程机械配套件。^[49]

河北宣化工程机械股份有限公司（简称河北宣工）隶属于世界500强河钢集团，始建于1950年，是中国生产制造推土机等工程机械系列产品及零部件的国有企业。宣工集团的产品遍及全国并远销俄罗斯、南美、东南亚、非洲、中东等海外五十多个国家和地区。^[50]

天津移山工程机械有限公司（原天津建筑机械厂）始建于1953年，是一家从事履带式推土机制造的专业厂家。1958年研制出履带式推土机，具有60年制造履带式推土机的历史。移山集团的经营范围主要包括：道路机动车辆生产；道路货物运输（不含危险货物）；设备租赁；机械零件、零部件加工；农业机械制造；农业机械销售等。^[51]

美国卡特彼勒Caterpillar重工集团创立于1904年。卡特彼勒在全球各大洲开展业务，公司运营主要涉及三大业务板块：建设行业、资源行业、能源和交通行业，并通过金融产品业务板块提供融资及相关服务。卡特彼勒公司是工程机械、矿用设备、非道路用柴油和天然气发动机、工业用燃气轮机以及内燃电传动机车领域的全球卓越制造企业，2022年全球销售和收入总额为594亿美元。^[52]

小松集团创立于1921年，1955年开始面向海外发展。小松集团的海外市场销售额占工程机械、矿山机械销售总额的80%。小松集团全球共有子公司213家，工程机械及车辆生产基地76个，主要经营范围包括：工程机械、租赁、矿山机械及半导体设备等。^[53]