当前位置: 旋转机 >> 旋转机资源 >> 疯转世界挖掘机近年历史,看完感觉
铁甲袁老师
上课了,请大家关掉挖机,拿起手机
挖掘机史话1:
从达芬奇密码到蒸汽时代
挖掘机大家都不陌生,现在的挖掘机多种多样,品牌林立,可以满足各种不同的需求。那么,挖掘机如何从当年简陋的装置发展成今天这副模样,这等规模的呢。这里,就让笔者梳理一下挖掘机近年的发展史。
一、挖掘机的诞生
在工业革命之前,人类的各种活动都受制于动力,一些稍大的工程都要消耗大量的人力、畜力和时间。虽然有人设计了复杂的机械装置来试图取代手工劳动,但缺乏有效的动力使其难以发挥作用。直到蒸汽机被发明出来并得到改进,人类进入机器时代,才打开了一扇大规模改造自然的大门。
?达芬奇就曾设计过不少挖掘土方的机器,这是稍晚于他的威尼斯人设计的草图
随着蒸汽机逐渐普及,英国人斯蒂芬森于年发明了蒸汽机车,到年,世界上第一条铁路在英国通车。此后,铁路迅速风靡了欧洲各国,大洋彼岸的美国也在年有了第一条铁路。不过美国的人力资源不像欧洲那样丰富,特别是在北方,没有黑奴可用。即使在南方,黑奴也多用在更赚钱的棉花种植园里。因此美国比欧洲更迫切需求一种能够代替人力进行铁路建设的机器。
?威廉?奥的斯
挖掘机正是在有需求,同时技术上也能实现的背景下应运而生的。年,美国费城的铁路工程承包商威廉?奥的斯(与奥的斯电梯的创始人同一家族)结合工作实际,发明了最早的挖掘机——蒸汽铲,用来修建铁路,并在4年后正式获得专利。
?奥的斯蒸汽铲
奥的斯蒸汽铲的设计灵感明显来自于起重机,虽然当时现代意义上的起重机与奥的斯的挖掘机几乎同时起步,但起重机的基本原理早在古希腊时期就出现了,倾斜的臂与绷绳组成支架,通过绳索和滑轮(组)来提升重物。但蒸汽铲的动作比简易起重装置要复杂得多,要挖掘土壤需要一个铲斗,铲斗不仅要能够提升,还需要一定的支撑,以及能够伸缩,这样才能切入土壤或退出。另外还要考虑如何卸掉土石以及回转。
?奥的斯蒸汽铲的部分图纸
天才的奥的斯设计了底部可以开启的桶形铲斗和连接铲斗的斗杆,斗杆通过鞍式轴承支承在动臂中央的位置,可以绕其转动,并利用齿轮齿条进行伸缩。动臂顶端有滑轮,与铲斗上方的滑轮一起组成滑轮组,使用铁链来提升或放低铲斗。倾斜的动臂与一根垂直的桅杆以及一根近似水平方向的拉杆构成一个三角架并可绕桅杆左右旋转一定角度。
?后世复原的奥的斯蒸汽铲模型
奥的斯蒸汽铲的工作装置由一台蒸汽机驱动,包括锅炉、水管、汽缸、活塞、连杆、飞轮等机构。传动方面,蒸汽机通过齿轮传动驱动提升卷扬机,控制铁链的收放,进而实现铲斗的升降,而通过离合器接合推压卷扬机,则可以用铁链控制推压齿轮的旋转,实现斗杆伸缩。另外有些动作需要人力,回转靠人力拉动绳索控制桅杆顶部的转盘实现回转,另外铲斗底部的斗门闩也需要人力进行操作。
?反映奥的斯蒸汽铲工作场景的绘画作品
工作装置以及蒸汽机都安装在一辆四轮铁路平车上,不能自主行走,可以在轨道上由人力或畜力推动,工作时垫上轮挡。通过不断挖走前进方向及两侧的土石,并不断延伸铁轨,就能实现铁路的快速建设。由于非常适合铁路工程建设,人们也称之为铁路铲。
?年联合太平洋铁路公司使用的改进型奥的斯蒸汽铲
无疑,奥的斯蒸汽铲是一项伟大的发明,在那个年代,中国还处在道光年间,而美国还没有开发西部,南方还在大量使用黑奴。它首次实现了用机器来挖掘土石,设计非常成功,在工作装置和传动的部分,基本形式一直沿用到现在。
?改进型奥的斯蒸汽铲
年,第一台奥的斯蒸汽铲“费城”号投入铁路工程的工作,然而遗憾的是奥的斯没等改进自己的设计便在年英年早逝,年仅26岁,令人扼腕。由于多方面的因素,奥的斯死后,蒸汽铲的发展陷于停顿,直到20多年后奥的斯遗孀的丈夫查普曼获得专利后才开始重新生产,但产量很少。奥的斯的专利过期后,很多公司进入这一领域,此时各种建设对蒸汽铲的需求也急剧增加,也就是在19世纪70年代以后,蒸汽铲才进入黄金发展期,并不断得到改进。
挖掘机史话2:
蒸汽铲盛极而衰是何原因!
上回说到,蒸汽铲发明之后的发展并不顺利,由于种种历史的原因,没有发挥应有的作用。直到19世纪70年代以后,美国在内战结束后进入工业化大发展的历史新阶段,而蒸汽铲的专利也已过期,众多企业开始进入这个领域,蒸汽铲也进入了黄金发展期。
▲马里昂早期的蒸汽铲,已经比奥的斯的设计完善许多
美国的大湖地区由于交通便利,同时盛产煤和铁,又距离经济中心不远,逐渐发展成为了美国的重工业基地。众多知名企业都诞生在这里,挖掘机领域也不例外,当时在俄亥俄州涌现了多家挖掘机厂商,包括日后著名的比塞洛斯、马里昂等等。
▲年的比塞洛斯0号蒸汽铲,可以看出需要很多人来伺候
奥的斯的蒸汽铲,存在回转角度有限、蒸汽机功率较小、挖掘力小、斗容小、动作慢、无行走能力等问题,整体的效率比较低。在大发展阶段,随着工业生产水平的提高,这些问题都被逐渐解决,使得蒸汽铲成为有效的挖掘工具。不仅仅是铁路,运河、矿山等其他领域的建设也用上了蒸汽铲。
▲~年间,进行巴拿马运河开挖的比塞洛斯蒸汽铲
为了提高蒸汽铲挖掘能力和工作效率,满足更大更艰难工程的需求,各厂商不断进行改进。蒸汽机功率不断加大,大臂和斗杆不断加长,结构也得到增强,斗容也不断加大,体积和重量随之增加,底盘的轮、轴数量也相应增加。很快到了20世纪来临之时,蒸汽铲已发展到最大吨,斗容最大达4.5立方米。
▲西奥多?罗斯福总统在巴拿马运河施工现场登上蒸汽铲,坐在动臂上的人是负责开斗门闩的
蒸汽铲的发展也促进了大型工程和采矿项目,在著名的巴拿马运河开凿过程中,蒸汽铲发挥了关键作用,共有77台比塞洛斯和24台马里昂的大型蒸汽铲参与到工程中,使得美国人能够成功完成法国人留下的烂摊子。
▲马里昂,早期最大的蒸汽铲,可以看出难以实现全回转
尽管此时全回转技术已被发明出来,但却不容易应用在大型蒸汽铲上,因为蒸汽机以及煤箱和水箱过长过重,因此只能应用在一些小型蒸汽铲上。另外钢丝绳也开始逐渐取代铁链,改善了提升系统的性能和效率。而随着蒸汽铲越来越大,铁路轨道也越来越成为制约其发展的重要因素。有些大型蒸汽铲采用4条钢轨的方式解决,但真正解决要等到履带实用化以后。
▲马里昂C,采用轮式底盘,但仍未实现全回转
为了摆脱钢轨的束缚,一些小型蒸汽铲采用了钢轮作为底盘,配合全回转,已经非常类似现代的挖掘机。年霍尔特将履带实用化,但履带并未马上应用到蒸汽铲上,因为霍尔特的履带为拖拉机设计,未经强化不适用于蒸汽铲这样的重型设备上。
▲年的火神反铲,火神后来被比塞洛斯收购
一战使得霍尔特拖拉机以及履带名声大噪,军用车辆开始应用履带,蒸汽铲也逐渐开始采用履带,不过与拖拉机不同,蒸汽铲都采用适合重载的节销式履带,有的甚至采用4条履带。有了履带,全回转也就不再受限制,到20年代初,除产生的分支——剥离铲外,新生产的蒸汽铲无论大型小型,绝大部分都已是履带底盘+全回转的方式,蒸汽铲的发展达到了顶峰。
▲马里昂35,年生产,已实现全回转
这一时期的蒸汽铲产生了不同的形态以满足不同的需求,一些大型化的蒸汽铲不以装车为目的,仅为剥离煤矿覆盖层而设计,采用超长的动臂和斗杆,演化而成剥离铲。工作装置方面,也有各种奇思妙想,包括铲斗沿动臂滑动的方式,以及短动臂和斗杆,适用于隧道开挖的类型,反铲工作装置也出现了,适合挖掘停机面以下。底盘部分则一直较弱,因为很难将动力从全回转的上车部分传递到下车,通常会使用垂直方向的轴传递动力,然后使用链传动将动力传递给驱动轮。
▲马里昂21,年开始生产,采用了履带底盘
随着电机及电力系统的发展以及内燃机应用的普及,蒸汽铲开始抛弃沉重低效的蒸汽机,轻装上阵,演变成现代挖掘机,不过少量蒸汽铲一直生产到年,有的蒸汽铲直到50年代才退役。
▲比塞洛斯78C,由于太长太重,未采用全回转,采用了4条履带
蒸汽铲在美国大发展的时期,欧洲也逐渐有多个家厂商开始生产蒸汽铲,主要分布在德国和英国,包括后来鼎鼎大名的DEMAG以及OK,当年都曾生产过蒸汽铲。
▲比塞洛斯B,外观已与现代挖掘机非常接近
与现代挖掘机相比,蒸汽铲存在笨重、效率低,使用不方便,人员配备多等缺点,所以在发展成熟后很快被采用当时的新能源——内燃机和电机的新型挖掘机取代是必然的,但不可否认,蒸汽铲为后来的挖掘机奠定了基础,其基本设计一直沿用至今。
挖掘机史话3:
液压挖掘机横空出世
前面说到,蒸汽铲在二十世纪20年代基本发展成熟,此后,内燃机和电机迅速取代了蒸汽机使其发展为现代挖掘机。一直到二战结束,挖掘机一直在缓慢发展,根据需求的不同产生了不同的形态。
▲Link-BeltK-2抓铲,年推出
为露天煤矿剥离而生的剥离铲继续做大,这方面的内容铁甲工程机械网已在年做过介绍,这里不再赘述。有兴趣的读者请长按
转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkzp/415.html