资深版主力作：探寻土方机械鼻祖—蒸汽铲

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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。

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。

威廉奥的斯的伟大发明

1872年奥的斯蒸汽铲在新泽西州建设铁路工程

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。

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。

在19世纪末开凿曼彻斯特运河时已经开始大规模使用蒸汽铲了，到20世纪初开凿巴拿马运河时，蒸汽铲发挥了关键作用，使得美国人能够完成法国人留下的烂摊子。这一时期典型的施工方式是，在蒸汽铲的轨道旁边平行铺设铁轨，出渣的小车由人力或畜力或蒸汽机车牵引。

1887年英国拉斯顿蒸汽铲在曼彻斯特运河工程

针对早期蒸汽铲的缺点，为了提高挖掘能力和效率，适应更大更艰难的工程，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，斗容不断加大，体积和重量也相应增加，轮、轴数量也相应增加。

但这还不够，底盘是个大问题。为了更灵活地挖掘，适应各种工作场合，19世纪80年代英国人发明了全回转装置，但直到20世纪20年代才被普遍采用。由于大功率蒸汽机重量太大，一些大型铲无法采用全回转的的形式。

比塞洛斯 50B

有了全回转，也就有了上下车的概念。为了摆脱铁轨的束缚，又有驱动钢轮式底盘出现。随着履带的工程实用化，蒸汽铲纷纷用上了履带式底盘，有的甚至用上4条履带。但和霍尔特的履带不同，大部分蒸汽铲使用的是节销式，而不是链轨式。

20世纪20年代蒸汽铲发展到顶峰，除了动力系统，这时的蒸汽铲已经和现代的电铲没有本质的区别。此时，内燃机已经被交通运输业广泛使用，拖拉机、推土机等需要快速运动的机械也都使用了内燃机。蒸汽铲的动力系统也开始抛弃蒸汽机，在经历了汽油机、汽-电、柴油机、柴-电、电力等形式后，最终发展成今天的电铲。但使用燃煤或燃油锅炉的蒸汽铲的生产一直持续到20世纪30年代，有的蒸汽铲直到50年代才退役。