矿山设备系列-石灰石矿电铲（下）

【铁甲工程机械网原创】电铲一般在矿山上使用，西沟矿主要使用WK-4型电铲，其由太原重型机械厂生产于70年代。机型比较大，所以价格也偏高。初次爬上三千多米的采场见到这大家伙时，惊讶于操作师傅说这台机器比他年纪大，最早从前苏联引进。

WK-4型电铲

下面我们简单的了解下电铲的基本原理和发展史：

1.基本原理

电铲基本原理

电铲主要由正铲工作装置、回转平台及上部结构、底盘及行走机构，电气设备4大部份组成。现今电铲铲斗结构以正铲居多，其动臂中间装有鞍式轴承，斗杆支承于上并可绕其转动，并利用齿轮齿条或钢索进行伸缩。作业时，以动臂为支承，斗杆伸出，将斗齿强制压入挖掘面，同时由起升索提升铲斗进行挖掘。铲斗底部可以开启，以进行卸料。转台回转借齿轮传动，并采用滚球式或滚柱式回转支承，大型机也常采用滚轮式回转支承，但摩擦阻力矩大。整机行走由发动机通过链条和齿轮传动来完成。轮胎式行走装置由于底盘结构和承载能力的限制，只适用于中小型机型，大型使用的是双履带的底盘结构。机械传动挖掘机的主要技术参数是铲斗容量，常据以计算机械生产率和估算运土车辆的车斗大小。

中小型机用柴油机或柴油机—电动机驱动，而大型机则用电动机或机组驱动，由外部输入电能驱动。是现代各种露天矿的主要采掘设备。

电铲铲斗通常刚性地固定在斗杆上，由钢绳将其拉入到要挖掘的物料中，只能在一个方向作强制的圆弧运动，而不是按所挖掘物料的构成进行工作，因此无法使挖斗跟随矿层。电铲只能在一个方向发挥其挖掘力，因此其工作装置的重量必须很大才能抵抗住其挖掘力，为与之平衡，机身的重量也相应地增加，因此机械式电铲的整机重量很大，还可能需要配重。铲斗上的挖掘力来自于绳拉力在垂直方向的分力，一般情况下，只有28%-60%的绳静态拉力能用于挖掘。

2.发展史

电铲的发展大致的可以分为蒸汽机时代和电力驱动时代。

1835年威廉奥蒂斯研制蒸汽铲

1833年，美国费城的铁路工程承包商威廉-奥蒂斯（William Otis），着手研制以蒸汽机为动力的挖掘机。1835年，第一台蒸汽机驱动的单斗挖掘机制造成功。这台挖掘机采用半回转、轨行式、铁木混合结构、桅杆大臂结构类似起重机，斗杆装在大臂上，挖斗装在斗杆上。蒸汽机驱动卷扬机通过链条和滑轮组升降挖斗，负责伸缩斗杆的齿轮也靠链条传动。机器两侧各有一人，用绳牵引实现大臂的回转，同时还负责操作挖斗门闩。整套挖掘装置包括蒸汽锅炉，全部安放在四轮铁路平车上，外形就像蒸汽火车头前面加装了起重臂式单斗挖掘机。这台挖掘机通过不断延伸铁轨实现带状开挖，每小时挖掘量约为35米立方米，比较适合铁路工程建设，因此人们称之为铁路铲（蒸汽铲）。

毫无疑问，这是一项伟大的发明。那时，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。直至20世纪初，推土机和铲运机出现以前，土方机械指的就是蒸汽铲。它首次实现了用机器来挖掘土方，尽管还不完善。但从机械工业史的角度来看，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，仍沿用着奥蒂斯蒸汽铲的基本形式。

世界最大的电铲——马里昂Marion 6360

在应用过程中，各厂商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，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、重量、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，一些大型铲还是无法采用全回转结构。

有了全回转结构，也就有了上下车的概念。为了摆脱铁轨的束缚，又出现了驱动钢轮式底盘。1910年以后，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。此时蒸汽铲的动力也开始向内燃机转变，1910年出现第一台电机驱动的蒸汽铲，1912年出现了汽油机和煤油机驱动的全回转式蒸汽铲，1916年出产了柴油发电机驱动的蒸汽铲。

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。