資深版主力作：探尋土方機(jī)械鼻祖—蒸汽鏟

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土方機(jī)械從本質(zhì)上說是一系列工具，是為工程業(yè)服務(wù)的，是從屬于交通運(yùn)輸機(jī)械的一個(gè)特殊分支，這個(gè)性質(zhì)決定了土方機(jī)械往往得不到重視，規(guī)模小，往往要吸收、借用其他交通運(yùn)輸機(jī)械的技術(shù)來發(fā)展。

我們把土方機(jī)械分成3塊，動(dòng)力系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、工作裝置，在技術(shù)上，因工作裝置只用在特殊場(chǎng)合，只能在行業(yè)內(nèi)發(fā)明、創(chuàng)新，而動(dòng)力系統(tǒng)和行走系統(tǒng)往往成了制約土方機(jī)械發(fā)展的技術(shù)瓶頸，經(jīng)常要應(yīng)用其他行業(yè)的技術(shù)來推動(dòng)。

然而，推動(dòng)或制約土方機(jī)械發(fā)展的不只是技術(shù)，還有需求。在工業(yè)革命開始后，蒸汽機(jī)被發(fā)明出來，用于紡織業(yè)，隨后又被應(yīng)用于交通運(yùn)輸。1825年，世界上第一條鐵路在英國(guó)通車，由此各資本主義國(guó)家都開始建設(shè)鐵路，美國(guó)也在1830年有了第一條鐵路。

威廉•奧的斯

    很快，在1835年，美國(guó)費(fèi)城的鐵路工程承包商威廉•奧的斯就發(fā)明了蒸汽鏟并在4年后正式獲得專利。奧的斯的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，和起重機(jī)差不多的桅桿和大臂，裝在大臂上的斗桿，蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)通過鏈條和滑輪組提升或降下挖斗，負(fù)責(zé)伸縮斗桿的齒輪也靠鏈傳動(dòng)。兩邊各有一人用繩牽引實(shí)現(xiàn)大臂的回轉(zhuǎn)，同時(shí)還負(fù)責(zé)操作斗門閂。整套裝置包括鍋爐安放在四輪鐵路平車上，通過不斷延伸鐵軌實(shí)現(xiàn)帶狀開挖，比較適合鐵路工程建設(shè)。人們一般稱之為鐵路鏟。

威廉奧的斯的偉大發(fā)明

1872年奧的斯蒸汽鏟在新澤西州建設(shè)鐵路工程

毫無疑問，這是一項(xiàng)偉大的發(fā)明，在那個(gè)年代，中國(guó)還是道光年間，而美國(guó)還沒有開發(fā)西部，南方還在大量使用黑奴。它首次實(shí)現(xiàn)了用機(jī)器來挖掘土方，盡管還不完善。在20世紀(jì)20年代推土機(jī)和鏟運(yùn)機(jī)出現(xiàn)以前，土方機(jī)械就是指的蒸汽鏟。更重要的是，從科學(xué)史的角度來看，它建立了一個(gè)范本，至今在世界各大露天礦山里叱咤風(fēng)云的巨型電鏟仍沿用著奧的斯蒸汽鏟的基本形式。

1837年，第一臺(tái)奧的斯的“費(fèi)城”鏟投入鐵路工程工作，然而遺憾的是奧的斯沒等改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)便在1839年英年早逝，時(shí)年26歲，令人嘆息。由于多方面的因素，奧的斯死后，“費(fèi)城”鏟的生產(chǎn)陷于停頓，直到奧的斯家族在19世紀(jì)50年代以后開始重新生產(chǎn)，但產(chǎn)量很少。

可想而知，早期的蒸汽鏟，由于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)僅僅在前部吊桿的部分，回轉(zhuǎn)角度有限，還得靠人力實(shí)現(xiàn)；蒸汽機(jī)功率也不大，挖掘力小，斗容也小，動(dòng)作也不會(huì)很快；需要加煤加水，還需要不斷鋪設(shè)軌道，整體的效率是很低的。

奧的斯的專利過期后，很多公司進(jìn)入這一領(lǐng)域，此時(shí)各種建設(shè)對(duì)蒸汽鏟的需求也急劇增加，也就是在19世紀(jì)70年代以后，蒸汽鏟才進(jìn)入黃金發(fā)展期，并不斷得到改進(jìn)。這一時(shí)期，除了在大湖地區(qū)特別是俄亥俄州涌現(xiàn)了若干廠商外，英國(guó)和德國(guó)也有了自己的蒸汽鏟廠商。這一時(shí)期，發(fā)達(dá)國(guó)家的鐵路大規(guī)模建設(shè)已經(jīng)完成或接近尾聲，原本設(shè)計(jì)用來鐵路建設(shè)的蒸汽鏟被更多應(yīng)用在運(yùn)河、礦山等其他領(lǐng)域。

在19世紀(jì)末開鑿曼徹斯特運(yùn)河時(shí)已經(jīng)開始大規(guī)模使用蒸汽鏟了，到20世紀(jì)初開鑿巴拿馬運(yùn)河時(shí)，蒸汽鏟發(fā)揮了關(guān)鍵作用，使得美國(guó)人能夠完成法國(guó)人留下的爛攤子。這一時(shí)期典型的施工方式是，在蒸汽鏟的軌道旁邊平行鋪設(shè)鐵軌，出渣的小車由人力或畜力或蒸汽機(jī)車牽引。

1887年英國(guó)拉斯頓蒸汽鏟在曼徹斯特運(yùn)河工程

針對(duì)早期蒸汽鏟的缺點(diǎn)，為了提高挖掘能力和效率，適應(yīng)更大更艱難的工程，各廠商不斷進(jìn)行改進(jìn)。蒸汽機(jī)功率不斷加大，大臂和斗桿不斷加長(zhǎng)，斗容不斷加大，體積和重量也相應(yīng)增加，輪、軸數(shù)量也相應(yīng)增加。

但這還不夠，底盤是個(gè)大問題。為了更靈活地挖掘，適應(yīng)各種工作場(chǎng)合，19世紀(jì)80年代英國(guó)人發(fā)明了全回轉(zhuǎn)裝置，但直到20世紀(jì)20年代才被普遍采用。由于大功率蒸汽機(jī)重量太大，一些大型鏟無法采用全回轉(zhuǎn)的的形式。

比塞洛斯 50B

有了全回轉(zhuǎn)，也就有了上下車的概念。為了擺脫鐵軌的束縛，又有驅(qū)動(dòng)鋼輪式底盤出現(xiàn)。隨著履帶的工程實(shí)用化，蒸汽鏟紛紛用上了履帶式底盤，有的甚至用上4條履帶。但和霍爾特的履帶不同，大部分蒸汽鏟使用的是節(jié)銷式，而不是鏈軌式。

20世紀(jì)20年代蒸汽鏟發(fā)展到頂峰，除了動(dòng)力系統(tǒng)，這時(shí)的蒸汽鏟已經(jīng)和現(xiàn)代的電鏟沒有本質(zhì)的區(qū)別。此時(shí)，內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)被交通運(yùn)輸業(yè)廣泛使用，拖拉機(jī)、推土機(jī)等需要快速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械也都使用了內(nèi)燃機(jī)。蒸汽鏟的動(dòng)力系統(tǒng)也開始拋棄蒸汽機(jī)，在經(jīng)歷了汽油機(jī)、汽-電、柴油機(jī)、柴-電、電力等形式后，最終發(fā)展成今天的電鏟。但使用燃煤或燃油鍋爐的蒸汽鏟的生產(chǎn)一直持續(xù)到20世紀(jì)30年代，有的蒸汽鏟直到50年代才退役。