土方机械的鼻祖—蒸汽铲【cat779】

本文作者为铁甲论坛矿山设备版主cat779，相信老会员对cat779不会陌生，发贴不算多，但是只要一出马，必为重磅炸弹，从小就在机器堆中玩耍长大的他，见过摸过的大型国外设备（有的品牌已经消失在历史长河中），很多我都没听说过。这次，cat779应邀推出一篇“考古文”，相信大家看过之后会大呼过瘾的！

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    土方机械从本质上说是一系列工具，是为工程业服务的，是从属于交通运输机械的一个特殊分支，这个性质决定了土方机械往往得不到重视，规模小，往往要吸收、借用其他交通运输机械的技术来发展。

    我们把土方机械分成3块，动力系统、行走系统、工作装置，在技术上，因工作装置只用在特殊场合，只能在行业内发明、创新，而动力系统和行走系统往往成了制约土方机械发展的技术瓶颈，经常要应用其他行业的技术来推动。

    然而，推动或制约土方机械发展的不只是技术，还有需求。在工业革命开始后，蒸汽机被发明出来，用于纺织业，随后又被应用于交通运输。1825年，世界上第一条铁路在英国通车，由此各资本主义国家都开始建设铁路，美国也在1830年有了第一条铁路。

蒸汽铲的发明者：威廉 奥的斯

    很快，在1835年，美国费城的铁路工程承包商威廉 奥的斯就发明了蒸汽铲并在4年后正式获得专利。奥的斯的设计比较简单，和起重机差不多的桅杆和大臂，装在大臂上的斗杆，蒸汽机驱动卷扬机通过链条和滑轮组提升或降下挖斗，负责伸缩斗杆的齿轮也靠链传动。两边各有一人用绳牵引实现大臂的回转，同时还负责操作斗门闩。整套装置包括锅炉安放在四轮铁路平车上，通过不断延伸铁轨实现带状开挖，比较适合铁路工程建设。人们一般称之为铁路铲。

    毫无疑问，这是一项伟大的发明，在那个年代，中国还是道光年间，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方，尽管还不完善。在20世纪20年代推土机和铲运机出现以前，土方机械就是指的蒸汽铲。更重要的是，从科学史的角度来看，它建立了一个范本，至今在世界各大露天矿山里叱咤风云的巨型电铲仍沿用着奥的斯蒸汽铲的基本形式。

蒸汽铲的原型

1872年奥的斯蒸汽铲在新泽西州建设铁路工程

    1837年，第一台奥的斯的“费城”铲投入铁路工程工作，然而遗憾的是奥的斯没等改进自己的设计便在1839年英年早逝，时年26岁，令人叹息。由于多方面的因素，奥的斯死后，“费城”铲的生产陷于停顿，直到奥的斯家族在19世纪50年代以后开始重新生产，但产量很少。

    可想而知，早期的蒸汽铲，由于回转机构仅仅在前部吊杆的部分，回转角度有限，还得靠人力实现；蒸汽机功率也不大，挖掘力小，斗容也小，动作也不会很快；需要加煤加水，还需要不断铺设轨道，整体的效率是很低的。

    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。这一时期，除了在大湖地区特别是俄亥俄州涌现了若干厂商外，英国和德国也有了自己的蒸汽铲厂商。这一时期，发达国家的铁路大规模建设已经完成或接近尾声，原本设计用来铁路建设的蒸汽铲被更多应用在运河、矿山等其他领域。

1887年英国拉斯顿蒸汽铲在曼彻斯特运河工程

• 卡特彼勒