基于专用教具的挖掘机操作手培训方法研究

刘承桓，鲁卫涛,3，张 淼，刘东明

(1.中国建筑科学研究院有限公司 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊凯博建设机械科技有限公司，河北 廊坊 065001；3.中国建设教育协会，北京 010000)

挖掘机实操训练一般 取直接上机分科目由易到难进行实训训练。这样的教学方式需要学校拥有大量挖掘机才可以满足学员的实训需求。而新学员不熟悉挖掘机操作，在入门和基础训练科目的学习上要消耗大量机时，对学校来说挖掘机购置投入和维护及油耗都是很大的开支。为此，本文分析了挖掘机实操训练科目及其考评内容，对挖掘机操作手的培训方法进行了研究。

1 挖掘机实操培训行业现状

建设机械培训机构通常购买挖掘机模拟机和二手旧挖机作为实训教具，普遍存在的问题如下。

1）旧机器设备废气噪声和燃油排放不符合《非道路柴油移动机械排气烟度限值及测量方法》（GB 36886-2018）强制性国家标准的要求。

2）旧设备故障率高、高油耗致使培训消耗和使用维护成本居高不下，上机实操时间供应不足。

3）根据现行国标，燃油型挖机不属于实训教具，使用燃油型挖机实训只允许单人上机操作，教练无法随车指导，新学员单独上机实操有安全风险。

4）完全以模拟机代替真机实操教学，等于在岸上学游泳，技能素养不达标，影响一次性就业率，行业培训满意度不高。

5）危险工况不能进行实操教学。

2 操作技术培训

如图1 所示，挖掘机的驾驶室座椅两侧各有1 根操作杆来控制（作业操作）大臂、小臂、铲斗的动作及挖掘机的回转，座椅前方有两个和下方的踏板连在一起的操作杆来控制挖掘机的（行走操作）履带的动作，挖掘机的所有动作就是靠操作这4 根操作杆来完成的，单独操作这4 个操作杆挖掘机可完成基本动作。挖掘机动作的快慢，力量的大小，都是可以在工作时由操纵手柄控制。操纵手柄的行程小时，挖掘机的动作也相对慢，力量也相对小。操纵手柄的行程大时，挖掘机的动作也相对快，力量也相对大。

图1 挖掘机操作杆操控示意图

2.1 基本动作

表1 所示动作是学开挖掘机的基本功，工作时挖掘机驾驶员还需要将这些动作组合起来，让挖掘机的动作柔和平顺，完成不同的施工要求。

表1 挖掘机操作基本动作

2.2 复合动作

如表2 所示，挖掘机复合动作是指挖掘机在挖掘、平地、修坡、爬陡坡、自救等作业过程中，让挖掘机的作业动作柔和平顺连贯，满足作业需要，缩短作业循环时间和充分利用发动机功率，将动臂、斗杆、铲斗、回转等基本动作组合起来完成的连贯作业动作，只有熟练掌握复合动作，才能有效地提高作业效率。

表2 挖掘机的一个作业循环的组成

3 培训考核内容及技术难度分析

3.1 培训科目及技术要求（表3）

表3 培训科目及技术要求

3.2 考试及安全要求

挖掘机实操考试要求车辆行走（包括上下坡）距离不少于5m，倒车距离不少于3m。挖土、甩方、装车泥土不少于10 斗，挖沟、刷坡、找平，不少于3m，配合完成上下板车操作。

安全要求包括上下3 点接触、上机后安全带、启动发动机前鸣笛、操作前后鸣笛、禁止斗齿碰履带，装车时铲斗严禁越过卸土车驾驶室或人员头顶等。

3.3 作业工况危险程度和技术难度分析

作业工况危险程度和技术难度如表4 所示。

4 行业需求分析与解决方案

将挖掘机实操科目按照难度划分为初学入门层次、基础操作层次、技能提升层次、高危工况实习层次（表5）。使用教学专用电动挖掘机和VR 虚拟现实教练机等专用教具，配合施工用柴油驱动挖掘机，根据不同实操训练层次采用相应的实操训练装备有针对性地进行实操培训的培训方法。综上分析，电动挖掘机可完成初学入门层次和基础操作层次的实训，基本上包括了全部实操考试科目，使用VR 虚拟现实教练机完成高危工况的实操培训，柴油驱动挖掘机可实施技能提升层次的培训。通过新的培训方法，降低了柴油挖掘机的使用频率，提高了电动挖掘机的使用时间，增加了VR虚拟现实教练机的高危工况实习。新的培训方法适合每一个层次的学员使用，对于没有基础知识的学员来说，可以选择最基础的动作训练开始，对已有挖掘机操作基础的学员可以直接选择对应的科目进行强化训练。

5 应用实施效果

与工程施工设备相比，专业化教学型培训设备经济性好，性价比高，满足培训领域创业者需求；与使用同等型号燃油新挖掘机相比培训使用成本节省40%～60%。使用教学专用电动挖掘机和基于VR 虚拟现实教练机等专用教具，使培训行业实现了挖掘机操作全部工况的实操教学，尤其是建筑物或构筑物拆除等高危工况的实操培训。

表4 作业工况危险程度和技术难度分析

6 结论

应用本质安全的新培训装备，在充分研究了挖掘机实操训练科目和操作技术的基础上实施分层次、分阶段实操训练，形成了基于专用教具的挖掘机操作手培训方法，增加了实操培训科目、增加了实操培训机时、提升了培训效果，降低了培训成本，解决了挖掘机培训中培训的周期长、燃料费增长快、日常的维护消耗巨大、挖掘机设备投入高、培训效率低下、培训满意度低等方面的问题；缩短了培训周期，降低了培训过程中事故的发生率，节约了能源，提高了培训针对性，提升了学员操作技能，提高培训满意度，社会效益和经济效益较为显著。

表5 实操科目划分