鏟運機（scraper）是一種利用鏟斗將碎土等材料裝入鏟斗進行運輸、裝卸、局部碾壓等綜合作業的運輸機械工具。
鏟運機原型是出現在18世紀的馬拉式鏟運機，將鏟運斗置于地面，由馬牽引鏟運斗前進。1883年，出現輪式全金屬鏟運機。中國對鏟運機的研發起步較晚，1962年，中國第一臺自行式鏟運機樣機C-6106在鄭州工程機械制造廠誕生。20世紀70年代中期，中國長沙礦山研究院與天津工程機械研究所合作自行研制智能鏟運機。2021年12月，中國建成5G+智能化采場出礦系統，成功實現了5G+無人駕駛鏟運機出礦應用。
鏟運機具有操縱簡單、不受地形限制、能獨立工作、行駛速度快、生產效率高等優點，常被用于填筑路堤、開挖河道、修筑堤壩、挖掘基坑、水利、電力、礦山等工程項目中，適用于Ⅳ級以下巖石和含水率適中的土壤、砂礫石鏟運作業，特別適合于有大量土方場地平整和大面積基坑填挖工程。但鏟運機不適合于土壤中含有石塊、雜物的場合和深度挖掘作業。用于Ⅳ級以上的凍土或土壤時，必須事先預松土壤。其主要是由發動機、底盤、傳動裝置、電氣裝置、工作裝置和輔助裝飾等主要結構組成。鏟運機按行走方式可分為自行式鏟運機、拖式鏟運機等。自行式鏟運機多為輪胎式，通常由單軸牽引車和單軸鏟斗兩部分組成；拖式鏟運機常用履帶式拖拉機牽引行駛。
未來鏟運機將向智能化、自動化發展。截止2023年，鏟運機已實現半自動化，自主鏟裝、自動稱重、無人駕駛等技術已在井下礦山進行實踐與應用。
發展簡史
早期發展
18世紀，最初的馬拉式鏟運機出現，將鏟運斗置于地面，由馬牽引鏟運斗前進，運距約為15～50米。
1883年，出現了輪式全金屬鏟運機。到19世紀末，拖拉機的出現推動了拖式鏟運機組的產生，由4～6臺普通的馬拉式鏟運機組成。
1910年，美國制造了拖拉機牽引的專用鏟運機，斗容量為5.4立方米，但這一時期建筑工程中基本上還是使用馬拉式鏟運機；前蘇聯在20世紀20年代以后成批制造輪胎拖式鏟運機。1938年，制造出自行式鏟運機。
1962年12月22日，中國第一臺自行式鏟運機樣機C-6106在鄭州工程機械制造廠誕生。次年8月，鄭州工程機械制造廠與一機部工程機械研究所成立聯合設計組，開發設計CL7自行式鏟運機。
1974年，第一臺2.2立方米的電動鏟運機在加拿大鷹橋公司（Falconbridge）的北礦用分層充填法在采場中作業。
1978年10月，在擬建青藏鐵路的格爾木市至西大灘地區，兩臺CL7自行式鏟運機進行試驗。這是中國工程機械在高原筑路的首次工業性試驗。
發展完善
20世紀70年代中期，中國長沙礦山研究院與天津工程機械研究所合作自行研制智能鏟運機，由于受到當時自動化技術、信息技術等水平的限制，智能鏟運機的操控效率和實用性較差。
20世紀80年代中期，美國底特律（Detroit）柴油機公司推出了柴油機電子控制系統（DDEC）接受來自司機和傳感器傳遞的各種電子信號，精確控制燃油噴油量和噴油時間，指示故障的位置，進行故障診斷，從而可使發動機的燃油消耗減少3%-5%，并縮短加速時，改善冷啟動性能，改善廢氣排放；使發動機的使用壽命大大延長，90年代開始被大型鏟運機采用。
1996年，中國蒙古二機廠和北方集團通過學習吸收引進自美國特雷克斯（Terex）公司的自行式鏟運機制造技術后開始小批量生產。中國企業湖南瑞龍重工生產的T12主動式鏟運機，針對中國市場的需求和現狀，將主要核心技術來自于瑞士Frutiger公司的履帶式鏟運機進行了改良和提升，中國北方重工開始設計開發多功能履帶式鏟運機。
20世紀90年代，中國長沙礦山院自主研制遙控鏟運機，可以實現無線電遙控。隨后礦冶科技集團有限公司對礦山自動化自主化展開研發對北京安期生公司的ACY-2A型地下鏟運機、KCY-2型地下鏟運機等多臺鏟運機進行了不同智能化程度改造，實現了鏟運機的視距遙控。鏟運機可在本機手控操作、遠程遙控和自主行駛三種模式下工作。
20世紀90年代初統計，世界鏟運機擁有量超過15000臺，主要生產廠家有卡特彼勒公司、法德洛瑪公司等。
基本構造
鏟運機基本結構主要由發動機、底盤、傳動裝置、電氣裝置、工作裝置和輔助裝置等組成。
發動機
鏟運機的發動機主要是為全車提供動力的裝置，常見的發動機有柴油機和混合動力發動機兩種。柴油機是熱機的一種，是將柴油這種燃料經過燃燒釋放的熱能轉變為機械能的發動機。
混合動力發動機解決了動力地下鏟運機的構成主要是由柴油發動機、儲能裝置以及電動機、逆變器共同組成。混合動力技術的應用降低了燃油消耗和環境污染，同時提高了系統工作效率，混合動力地下鏟運機由于采用小功率柴油發動機和儲能裝置提供動能的方式，還可以避免高原地區柴油發動機動力不足的問題，適合于高海拔區域氧氣不充足的環境。
底盤
底盤是鏟運機的基礎，發動機、工作裝置和電氣設備都安裝在底盤上面，底盤由傳動系、行駛系、轉向系、制動系組成。傳動系是將發動機的動力按需要適當降低轉速增加扭矩后傳到行駛系，根據鏟運機作業需要使其完成減速增扭、傳遞或切斷動力、實現倒駛等。行駛系的功用是撐起整個鏟運機的重量，根據傳動系的動力帶動輪式行駛或者履帶式行駛，轉向系的功用按照駕駛員的意圖使鏟運機靈活準確地行駛方向，制動系的功用是可以讓鏟運機按照駕駛員指令在最短的距離內使鏟運機降低行駛速度和停機。
傳動裝置
傳動機構通常分為機械傳動機構、電氣傳動機構和流體傳動機構。流體傳動是以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動，其中包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動，液體傳動包括液壓傳動和液力傳動，均是以液體作為工作介質來進行能量傳遞的傳動方式，液壓傳動主要是利用液體的動能來傳遞能量，然后通過管道、液壓控制及調節裝置等將液體的壓力能轉換為機械能實現驅動鏟運機進行直線或回轉運動等指定工作。
電氣裝置
電源系統的組成主要是由蓄電池、發電機及調節器、相關線路等組成。蓄電池能吸收電路中出現的瞬時過電壓，保護電子元件，保持工程機械電器系統電壓穩定，發電機是鏟運機的主要電源，主要功用是在發動機正常運轉時，向所有的用電設備供電，同時向蓄電池充電。鏟運機的照明系統主要由燈具、電源和電路三大部分組成，如：前照燈、防霧燈、后照燈、信號及標志用燈具有轉向信號燈、各類的開關、電喇叭等。
工作裝置
鏟運機的工作裝置可以使其完成運輸和卸載的工作，主要的裝置由轉向樞架、轅架、前斗門和鏟斗體組成。鏟斗前方有一個能開啟的斗門，鏟斗前設有鏟土刀片。切土時，鏟斗的門打開，鏟斗下降，刀片切入土中。鏟運機前進時，被切下的土擠入鏟斗，鏟斗裝滿后，提起鏟斗，放下斗門，將土運至卸土地點。轉向樞架的作用是實現牽引車與鏟運車的連接，轅架的作用是配合轉向樞架使牽引車能夠轉動一定的角度，鏟運斗通常由接在斗體前的斗門、鏟斗體和卸土板等組成。
輔助裝置
卸土板：卸土板將土推出，然后卸土板向前移速度應與鏟運機前進速度相配合，從而使土壤連續卸出，完成鏟運機作業。
鏟斗：根據不同的鏟斗容量可以幫助鏟運機完成鏟土、挖土等作業。
鏟刃：鏟刃安裝在鏟斗上可以輔助鏟運機完成需要切割土壤的作業。
工作原理
鏟運機的作業過程。鏟運機的作業過程包括鏟土、運土、卸土和返回過程，以柴油機或電動機為原動機，通過液壓或液力形式的機械傳動，連接鉸接式車架。
鏟土
在鏟土時卸土板在鏟斗體的最后位置，牽引車掛一擋，全開斗門，隨著裝土阻力的增加逐漸加大油門。在鏟土時，鏟運機應保持直線行駛，并應始終保持助鏟機的推力與鏟運機行駛的方向一致。應盡量避免轉彎鏟土或在大坡度上橫向鏟土。
運土
鏟斗裝滿后運往卸土地點，此時應盡量降低車輛重心，增加行駛的平穩性和安全性，通常不宜把鏟斗提得過高。運輸時應根據道路情況盡量選擇適當的車速。
卸土
在鏟運機運到卸載地點后，應將斗門打開，卸土板前移將鏟斗內土壤卸出。如需分層鋪筑路基，應先將鏟斗下降到所需鋪填高度，選擇適當車速，打開斗門，卸土板將土推出。此時卸土板前移速度應與車輛前進速度相配合，從而使土壤連續卸出。
返回
卸土完畢之后，提升鏟斗，卸土板復位，并根據路面情況盡量選擇高速擋返回到鏟土作業區段。為了減少輔助時間，鏟運斗各機構的操縱可在回程中進行。隨著土的種類不同，坡度不同，填土厚度不同，因而在各個工序中，鏟運機需用不同的牽引力，也就是采用不同的行駛速度來工作。根據經驗，在鏟土時，用Ⅰ、Ⅱ擋速度；重車開行時，用Ⅲ、Ⅳ擋速度；卸土時用Ⅱ擋速度；空車開行時，用Ⅴ擋速度。
主要分類
行走方式分類
鏟運機按照行走結構分類可分為：自行式鏟運機、拖式鏟運機。
自行式鏟運機
自行式鏟運機多為輪胎式，通常由單軸牽引車和單軸鏟斗兩部分組成，有的鏟運機在單軸鏟斗后還裝有一臺發動機，鏟土工作時可采用兩臺發動機同時驅動，其特點是行駛速度高，機動靈活，生產效率高。在采用單軸牽引車驅動鏟土工作時，有時需要推土機助鏟，自行式鏟運機本結構緊湊、附著力大、行駛速度快等優點，在中距離土方轉移施工中應用比較多，適合在300～3500m的作業范圍內使用。
拖式鏟運機
拖式鏟運機常用履帶式拖拉機牽引行駛，使用裝在拖拉機上的動力絞盤或液壓系統對鏟運機操作。拖式鏟運機主要結構是由拖把、轅架、工作油缸、機架、前輪、后車輪和鏟斗等組成，路面條件不好時可用履帶式牽引車，具有接地比壓小、附著力大和爬坡能力強的特點。鏟斗由斗體、斗門和卸土板組成。斗體底部的前面裝有刀片，用于切土。斗體可升降，斗門可相對斗體轉動，即打開或關閉斗門，以適應鏟土、運土和卸土等不同作業的要求。拖式鏟運機適合在100～300m的作業范圍內使用。
其他分類
性能參數
裝載參數
裝載參數包括裝載時間、裝載距離、鏟裝厚度。裝載參數與被裝載物料的物理力學性質（如塊度、硬度、粘結性等）、工作面坡度、鏟裝厚度等有關。物料的塊度、硬度、粘結性、裝滿系數越小，鏟裝時間越短；下坡鏟裝比上坡或平行鏟裝有利于裝載，但并非坡度越大越好，一般不能超過15%；鏟裝厚度太小時，鏟裝距離加長，裝載時間也長,鏟裝厚度太大時，鏟裝阻力超過松土機的助推力，裝載時間也長，因此鏟裝厚度有適中范圍。
運輸參數
運輸參數主要指鏟運機運行速度。其參數取決于道路的平整度、寬度、坡度、路面質量（滾動阻力系數）以及裝載物料的體重，裝滿系數等。坡度過大，鏟運機速度減慢,運行的時間較長，設備效率低下。
鏟斗裝滿系數
鏟運機裝載分自裝和助推兩種方式，自卸只限在黃土地段使用，且工作面的坡度要大于8%以上，此時鏟運機靠自重和主機的驅動將黃土鏟入斗中，實際測定鏟斗裝滿系數為 0.87；利用松土機助推時，裝載時間短且滿斗系數大，實際測定中黃土滿斗系數達0.96以上，頁巖、砂巖滿斗系數為0.916。
卸載參數
鏟運機卸載是靠液壓推卸板自行移動推卸鏟斗中物料，一邊行走，一邊卸載。排土場的布置可以是水平的或下坡形成的。由于鏟運機卸載時主機不停的慢速向前運行，為避免所卸物料阻擋后輪運轉增加主機阻力。
關鍵技術
雙泵合流液壓技術
雙泵合流液壓系統轉向液壓液壓和雙泵分置液壓系統進行融合，采用一個泵給兩個系統供油或者兩個泵供油，但工作泵采用一個小流量液壓泵，在滿足轉向液壓系統要求的同時，降低工作泵的排量，當轉向系統不工作時將轉向液壓系統多余的流量合流到工作液壓系統，降低了流量損失、壓力損失，增加了效率降低了能耗。
自動稱重系統
自動稱重系統的主要功能是在鏟運機鏟裝完成后測量鏟斗有效荷載，同時調整鏟斗中礦石狀態防止運輸過程中礦石掉落。20世紀90年代初，加拿大英柯（Inco）國際業公司研發的自動采礦新技術實現了對井下鏟運機的遙控操作，并對裝載時間、卸載時間和有效荷載進行了全面仿真分析，芬蘭（Tamtron）公司生產的GPRS數據傳輸電子稱可實現多機器同時管理，中國在凡口鉛鋅礦搭建首個具有知識產權的智能采礦系統，實現了定點卸載和自主稱重等功能。
應用領域
鏟運機是一種利用鏟斗鏟削土壤，并將碎土裝入鏟斗進行運送的鏟土運輸機械，能夠完成鏟土、裝土、運土等綜合作業。鏟運機的應用場景在鐵路、道路、水利、電力和大型建筑工程中，被用于開挖土方、填筑路堤、開挖路塹、修筑堤壩等工作中，具有較高的工作效率和經濟性。
填筑路堤
用鏟運機填筑路堤，一般要求取土距離在100m以上，路堤的高度2m以上較為合適，依據鏟運機在路堤上卸土的位置不同，可分為縱向填筑和橫向填筑兩種方式。如可以利用鏟運機進行縱向填筑路堤或橫向填筑路堤。
開挖路塹
鏟運機開挖路塹可采用橫向棄土和縱向移挖作填兩種形式，鏟裝時需在路塹內沿縱向運行，在開挖過程中，始終保持兩側低、中間高的斷面形狀，直到最后全部成型為止。如鏟運機在基坑、管溝鏟挖作業時，可以進行挖溝等作業。
土方開挖
（1）履帶式鏟運機：工作時由履帶式拖拉機牽引，具有接地比壓小、附著牽引大和爬坡能力強等優點，但機動性較差，在運距短、坡度大和松軟潮濕地帶工程中普遍使用，高效率運距宜為200~350m。
（2）輪胎自行式鏟運機：由鏟斗車和低壓輪胎牽引車兩部分組成，并以鉸接方式相連，本身具有行走能力，具有結構輕便、行駛速度高、可帶較大的鏟斗、越野性好等優點，路面平坦、行駛阻力小時，可選用自行式鏟運機
如可以利用鏟運機鏟裝松散土壤及鏟運砂料等。
發展趨勢
5G+無人駕駛鏟運機
隨著5G技術、無人駕駛技術的發展應用，露天礦卡車、無人駕駛、井下電機車無人駕駛技術已經投入應用。井下無人駕駛鏟運機具備自動感知井下環境信息、數據采集、?自主精準導航行走、采場地圖構建、自動規劃路徑等功能?，瑞典山特維克公司對自動化鏟運機和卡車推出的單臺無人駕駛鏟運機能實現鏟運機所有操作和監控功能的半自動化，已在井下礦山實地應用。
鏟斗軌跡控制技術
研究鏟斗軌跡控制的方法包括位置控制、基于行為的方法、阻抗控制、導納控制、人工智能方法和強化學習方法等。1980~1987年，人工智能技術（Artificial Intelligence，AI）迎來了黃金時期，1996年美國在難以預測的模糊環境中進行了模擬機器人自主挖掘試驗，結果表明其挖掘效果與人工操作員相當，但在挖掘時間和有效荷載方面比人工差。瑞士、美國等國家研究了機器學習在鏟運機鏟斗軌跡控制方面的應用，在特定環境和條件下取得了較好的結果。
鏟運機鏟裝過程具有非線性、難預測的特點，由于礦石塊度大小不一且分布不均勻，導致挖掘阻力復雜多變。基于力控制的鏟斗軌跡控制盡管取得較好的結果，但需要提前了解材料特性，在未知環境中無法保證鏟裝效果。因此，研究人工智能技術特別是強化學習與傳統控制技術的結合，實現鏟斗自適應、自學習挖掘是未來的發展方向。
標準規范
工作規范
鏟運機型號編制規范
鏟運機應用規范
主要生產商
徐工集團
徐工集團目前全球行業第3位、國機集團百強第4位、世界品牌500強第386位，是中國裝備制造業的代表企業之一。.徐工集團的前身為1943年創建的八路軍魯南第八兵工廠。產品囊括了土方機械、起重機械、樁工機械、混凝土機械、路面機械五大支柱產業，以及礦業機械、高空作業平臺、環境產業、農業機械、港口機械、救援保障裝備等戰略新產業，下轄主機、貿易服務和新業態企業60余家。
三一集團
三一集團有限公司始創于1989年，主導產品有混凝土機械、挖掘機、起重機械、樁工機械、智能叉車等。獲得全球工程機械三強(日本經濟新聞)、新中國成立70周年70品牌(中國中央電視臺)、福布斯全球企業500強、福布斯最佳雇主、財富“最受贊賞的中國公司”等榮譽。
卡特彼勒（Caterpillar）
美國卡特彼勒公司始于1925年，是工程機械、礦用設備、非道路用柴油和天然氣發動機、工業用燃氣輪機以及內燃電傳動機車領域的全球卓越制造企業。卡特彼勒在全球各大洲開展業務，公司運營主要涉及三大業務板塊：建設行業、資源行業、能源和交通行業。
小松（Komatsu）
小松始于1921年日本。公司總部位于日本東京，小松集團在，中國、美國、歐洲等地區設有總部。主要生產各種自卸卡車、推土機、挖掘機等工程機械。
參考資料 >
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中國標準服務網.中國標準服務網.2023-10-28
XCMG徐工集團.XCMG徐工集團.2023-10-27
三一集團介紹.三一集團官網.2023-10-27
卡特彼勒，全球實干家的強大伙伴.卡特彼勒官網.2023-10-27
小松(中國)投資有限公司.小松(中國)投資有限公司.2023-09-25