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剥离铲——曾经的美国煤矿巨人

2014-11-29 15:11| 发布者: 巨车网| 查看: 3556| 评论: 1|原作者: 袁瑜|来自: 铁甲工程机械网

摘要: 剥离铲起步很早,曾经在美国的煤矿得到广泛应用,并逐渐发展成为一种终极机器,规模达到前所未有的水平。
  剥离铲,是一类特殊类型的单斗挖掘机,它起步很早,曾经在美国的煤矿得到广泛应用,并逐渐发展成为一种终极机器,规模达到前所未有的水平。剥离铲代表着美国人对效率的极度追求,虽然最终黯然落幕,但在几十年的时间里它为美国煤矿的开采立下了汗马功劳。不过这类机器的发展仅仅是两家公司之间在竞争,它们在不断打破对方记录的同时,也在不断突破着技术的极限。

  20世纪初美国的工业发展需要大量的原料,其中之一便是煤,这是当时美国工业主要的能源。为了获取更多的煤炭就需要有更大的机器,于是剥离铲应运而生,它的目标很简单——由一台足够大的铲来挖走煤层上方的覆盖层,而不需要另外的设备来协助。当然说起来很简单,但要实现还需要多家公司的努力和创新。

  当时的挖掘机都是轨道式的蒸汽铲。后来根据需求发展出两个方向,一种是装载铲,另一种就是剥离铲。两种类型的机器是同时发展进化的,首先是全回转结构,紧接着是用履带式行走取代轨道式行走。装载铲配备标准或加长的大臂,虽然在一些场合,加长臂的铲也可以用于剥离作业,但它们并不是真正意义上的剥离铲。

  真正的剥离铲从一开始就设计成专门用于土方剥离的机器。装载铲的动力经历了一系列演化过程,从蒸汽、电力、汽油机、柴油机,最后回到电力;而剥离铲只经历了蒸汽和电力,因为它们的尺寸太过巨大,所以内燃机被排除在外。大型柴油机在很多年以后才出现,而且相对于庞大的剥离铲还是显得太小了。在蒸汽时代以后,只有电力可以为剥离铲提供能量。

  1899年,火神公司建造了两台轨道式的蒸汽铲,配备了加长臂,这是最早设计用来剥离的蒸汽铲,但由于使用的还是普通铁路底盘,只能做200度的回转。次年,英国威尔逊公司造出了第一台全回转的剥离铲。该铲安装在铁路底盘上,臂长21米,1.1立方米的铲斗,重70吨,用于开挖铁矿。尽管还很原始,但它却是剥离铲的起点。

英国威尔逊公司的第一台全回转剥离铲

  1910年,剥离铲发展的重要一步是Bucyrus(比塞洛斯)收购了火神公司,成立了Bucyrus -火神公司,开始生产自己的剥离铲。基于火神的设计,Class 5 剥离铲是美国第一台全回转的剥离铲,Class 5配备1.1立方米的铲斗,大臂长16.7米。很快,这种剥离铲就投入到美国主要产煤区的覆盖层剥离工作之中。

  Bucyrus 的老对手Marion(马里昂)公司马上赶了上来,尽管其剥离铲不是美国最早的,但是它的首款产品却取得了真正的成功。1911年,Marion 250剥离铲配备了2.6立方米铲斗,19.8米长的大臂,远超一年前Bucyrus的 Class 5。Marion 250重量为135吨,这在当时已算是个庞然大物了。从1911年到1913年间,Marion 250总共卖出了19台。

Marion 250,首款真正成功的剥离铲

  Marion 250的成功使Marion有信心继续推出更大的产品。1912年,3.8立方米、234吨的Marion 270诞生了。1913年,263吨的Marion 271也问世了,当然它只是270的一个升级版本。1915年,Marion向俄亥俄州的一个用户交付了一台不寻常的271,它使用电力取代了蒸汽机。这标志着剥离铲开始进入了电力时代。

Marion 270

Marion 271

  Marion的不断成功使得Bucyrus 的老客户逐渐失去了耐心继而转向了Marion,逼迫Bucyrus 来拼尽全力打造出抗衡对手的设备。1912年,Bucyrus 推出了150-B175-B,斗容分别为1.92.6立方米,重量分别为142198吨,和它们的竞争对手一样,也是轨道式底盘、蒸汽动力。

Bucyrus 150-B

Bucyrus 175-B

  美国社会的发展对煤炭的需求量越来越大,更深的煤矿开采需要更大的剥离铲。1914年,Bucyrus 推出了畅销的225-B,313吨的重量、4.6立方米的铲斗、23米的臂长超过了对手Marion 271。1917年,225-B也步Marion271的后尘改用了电力。到1923年停产,225-B共生产了90台。

Bucyrus 225-B

  面对225-B,Marion自然也不甘示弱,它于1915年推出了Marion 300,臂长达到了7米,斗容、重量则与225-B相近。到1923年,此型号共生产了74台。

Marion 300

  这些早期的剥离铲的共同特点就是大,由于体积巨大,重量也远超普通的装载铲,一般的铁路底盘已无法满足要求,于是它们都采用了两条轨道,使用4个铁路转向架的结构支承起数百吨的重量。两条轨道间距很大,使得底盘特别宽大,上部结构也无比硕大,以安装功率强大的蒸汽机、锅炉,以及容纳煤和水。超长的大臂往往使用桁架式结构或高截面箱梁结构,相对其庞大的身躯,斗杆和铲斗显得纤细小巧。

  剥离铲在煤矿的应用基本满足了用户的需求,可以独立挖走煤矿覆盖层,而且效率很高。而两家公司——Bucyrus 和Marion,开始了长达数十年之久的建造最大剥离铲的竞赛,其中一方的优胜很快就被对方打破,即使在几十年后,一方的优势也都无法维持很久。

  前面提到,1915年已经开始出现使用电力驱动的剥离铲,但电力真正成为主力则是上世纪20年代的事情。随着剥离铲变得越来越大,蒸汽机越来越力不从心。1923年Marion推出了著名的350,这款机器可选蒸汽或电力作为动力,在当时,该型号以504吨的重量成为世界上最大的陆地可移动机器。这也是Marion最大一款蒸汽动力剥离铲,1926年之后,该公司不再提供蒸汽动力。和蒸汽机一起退出历史舞台的还有轨道式底盘,这种极其不便的结构被履带所取代。由于重量太大,采用了四个履带车结构,每个履带车有两条履带。尽管仍然行动缓慢,但履带式还是让剥离铲彻底摆脱了轨道的束缚。


早期的Marion 350使用轨道式底盘
 

后期的Marion 350开始使用履带

  Marion 350非常类似,Bucyrus1924年推出的320-B也经历了蒸汽到电力、轨道到履带的过程,只是吨位逊于Marion 350。两家公司还是在一个级别上。Marion 350共生产了47台,而Bucyrus 320-B共生产了29台。

 

早期的Bucyrus 320-B仍然使用蒸汽动力和轨道式底盘

  下一轮的竞争在1927年展开,先是Marion推出了5480,这是一款从一开始就设计成履带式的剥离铲,整体结构都得到了优化,重量达到877吨,斗容9.1立方米。紧接着BE(Bucyrus 这时因与伊利合并改为Bucyrus -伊利,简称BE)推出了750-B,仅仅吨位比前者稍逊一点。一切都那么的接近,销量也差不多,5480共生产了11台,而750-B是10台。

Marion 5480

BE 750-B

  BE的750-B随后又发展出2系列,区别是机身后部安装了一个配重提升塔架,以帮助提高铲斗装载量,斗容增加到13.7立方米,重量也达到900吨。750-B II只生产了4台,原因是BE把精力放到更大的950-B上了。950-B重112吨,斗容23方,由于传统的大臂结构和推压方式结构重量过大,950-B改用了两段式大臂,这样也就不适合传统的齿轮推压了,于是950-B改用了钢丝绳推压的管状斗杆,此后的BE剥离铲大都采用这种结构。950-B从1935年到1941年共生产了10台。

BE 950-B的结构已经彻底改变

  Marion对BE 750-B和950-B的回应是5560。1929年Marion曾造出仅有的一台1395吨的5600。小一些的5560于1932年推出,重1042吨,可选配类似于BE产品的配重提升塔架。1935年推出了更大的2系列,这个版本重量达到1395吨,斗容达到24立方米。5560的两个版本共生产了9台。

Marion 5600

Marion 5560
 
  1940年,Marion 5561问世了,该机型成为Marion最为畅销的剥离铲之一。5561型的平均重量达到了1600吨,斗容27到34立方米。和BE一样,当剥离铲尺寸达到一定规模,过去传统的结构就不再适用,和BE的两段式大臂、管状斗杆不同,Marion从5561开始,采用了肘动式推压结构。这种结构相当于把斗杆改成了两段式,在尾部进行推压,斗杆不再依附于大臂。此后的Marion剥离铲都采用这种结构。到1956年,5561共生产了17台。

Marion 5561,采用了新型的推压结构

  矿山用户仍在追求越大越好,1941年BE推出了950-B的继任者1050-B,用以抗衡Marion 5561,1050-B继承了950-B的所有特点,只是比Marion 5561略小。到1960年,1050-B共生产了12台。

BE 1050-B

  从上世纪20年代中期到40年代,在两家公司的竞争中剥离铲得到了飞速发展,技术上不断进步,逐渐摆脱了传统装载铲的影响。到40年代时,主要结构创新已基本完成,剩下的就是将机器做得更大。当然越大的剥离铲需求量就越小,产量也越少。 

  上世纪50年代中期,剥离铲战火又起,首先是Marion为响应用户的需求而推出了第一款超级剥离铲5760,重量达到了2475吨,光是现场组装就用了6个月的时间。5760斗容50立方米,大臂长45米,配备了双驾驶室以及一部电梯。5760当时在业界引起震动——因为它确实太大了。此型号一共生产了5台。
 

Marion 5760

  BE对Marion 5760的回应是1650-B,尽管仍然比5760略小,也远不如5760那样令人瞩目,但它的确也跨入了超级剥离铲的行列,1650-B的产量也是5台。
 

BE 1650-B

  紧接着在1959年,Marion推出了5760的升级版5761,5761看起来与5760很像,但平均重量已经达到3400吨。这个型号共生产了15台,成为最畅销的超级剥离铲。此外,还有一套履带底盘供给一台克虏伯斗轮挖掘机使用。
 

Marion 5761

  之后的竞争愈演愈烈,1962年,BE推出了3850-B,重量超过8000吨,三倍于超级剥离铲5760,成为当时世界上最大的陆地机器,组装就用了11个月。88立方的铲斗一次可以挖起157吨的土石,大臂长度达到了64米。第一台3850-B一直工作到1985年。

  第二台3850-B于1964年投入使用,重量更是达到了8400吨,斗容也达到了107立方。这台机器一直工作到1992年。BE只生产了这两台3850-B,第二台3850-B也是BE生产过的最大剥离铲。

 

第二台BE 3850-B,BE生产的最大剥离铲

BE 3850-B的铲斗,容量107立方米

  除了终极的3850-B,BE同时也生产了小一些的超级剥离铲1850-B,1850-B仅有一台,1963年投入使用,重量为4700吨。尽管只工作了11年矿山就关闭了,但这台独一无二的超级剥离铲最终被修复并成为博物馆的展品,可供游人参观。
 

BE 1850-B

BE 1850-B的铲斗,容量69立方米


  面对BE的3850-B,Marion岂能袖手旁观?1965年,该公司几乎同时地推出了两款超级剥离铲——5860和6360,其中5860与BE 1850-B属同一级别,而6360则将BE 3850-B远远甩在后面。
 

Marion 5860

  6360打破了3850-B刚刚创造的记录,以13500吨的重量成为新的最大的陆上机器,这个记录一直保持至今!Marion 6360确实是前所未有的超级机器,铲斗容量达到了138立方米(载荷243吨),铲斗自重就有148吨。6360仅生产了一台。
 

Marion 6360,迄今最大的电铲

Marion 6360的铲斗,容量138立方米

  在6360占据了各种头条的同时,Marion 5860的推出就显得很低调了。5860重4657吨,仅生产了两台。此时的剥离铲虽然尺寸惊人,但产量往往很低,几乎都成了定制的机器。

  1965年对于BE同样重要,就在Marion 6360投入使用不久,BE新推出的1950-B也投入了使用。1950-B重6480吨,咋一看并不像是BE的产品,倒是像老对手Marion的。因为这个型号摒弃了BE一直使用的两段式大臂和管状斗杆,而采用了Marion所发明的肘动式推压系统。这是由于用户要求BE使用这种推压系统,就此,BE向Marion提供了钢丝绳推压技术,从而换来了Marion的肘动式推压系统。最后的结果是:1950-B采用了Marion肘动式推压的前端,后端的推压仍使用了钢丝绳。

  1967年第二台1950-B投入使用,这也是BE生产的最后一台剥离铲。

 

BE 1950-B

BE 1950-B的铲斗,容量80立方米

  Marion最后生产的两个剥离铲型号为5900和5960。它们都使用从BE交换来的钢丝绳推压取代了过去采用的末端齿轮推压方式。5900重6232吨,共生产了两台;5960重8400吨,是Marion生产的第二大剥离铲,只生产了一台。

  第一台5900于1968年投入使用,5960于1969年投入使用。1971年,随着第二台5900的交付,Marion此后也不再生产剥离铲了。

 

Marion 5900

Marion 5960

  虽然大多数剥离铲在此后的一二十年里仍在继续工作、发挥着自己超强的效率,但遗憾的是竞赛到此结束了,剥离铲的时代也结束了。剥离铲的成功源自它的巨大,最后落幕也是因为它们太大了。如今,煤矿上依然有大量的剥离工作要做,但是用比剥离铲轻巧而又灵活的步进式拉铲取代了昔日巨人的地位。

  这些昔日的超级巨兽全部运行于美国的露天煤矿中,如今,大部分的剥离铲都已被拆解,仅有少数得以保留,供后人“瞻仰”。

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引用 矿用车气门嘴 2015-11-25 21:22
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