挖掘机技术那家强？作为工业机械行业里的明珠，国产品牌曾是低端的代名词。不过最新数据显示，国产挖掘机已经在逆袭的路上。
文/记者 赵天宇 图文编辑/陈永杰
新媒体编辑/吕冰心
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挖掘机被称作工程机械行业里的“明珠”，它的发展就是一部浓缩了的世界近代工业发展史。曾几何时“国产”是低端和劣质的代名词，中国的挖掘机市场长期被外国品牌垄断。
▲2018年1-4月，国产品牌的挖掘机国内市场占有率突破50%，达到了53.1%。（图片来自网络）
最新数据显示，2018年1-4月，国产品牌的挖掘机国内市场占有率突破50%，达到了53.1%。在大型挖掘机市场，排名前十的产品当中，三一重工和徐工集团各有三款和一款总共四款产品入选，以三一重工为代表的中国品牌正在崛起当中，打破了外资品牌在高端市场的垄断地位，抢占半壁江山，挖掘机“中国造”实现逆袭。
科技的发展和技术的进步，正让中国工程机械行业从跟跑到并跑，并向着领跑大踏步前进。
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挖掘机的前世今生
作为工程机械行业里的“明珠”，挖掘机由180多年的历史，它的发明和改进对节省人力，提高工作效率发挥了不可估量的作用。挖掘机的发展，就是一部浓缩了的世界近代工业发展史。
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。比如说金字塔、长城等等，现代挖掘机几分钟就能完成的任务，靠人力要几个小时甚至更多。
▲早期珍贵的挖掘机照片
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。到蒸汽时代来临，1835年，美国费城的铁路工程承包商奥的斯结合工作实际，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。
▲威廉▪奥的斯（图片来自网络）
这种蒸汽铲利用火车作为牵引，虽然外形看起来有些古怪，但原理基本上和现在的挖掘机并没有什么区别。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。
▲后世复原的奥的斯蒸汽铲模型（图片来自网络）
很快到了20世纪来临之时，蒸汽铲已发展到最大124吨，斗容最大达4.5立方米。
到了1910年，随着电力时代的到来，美国出现了第一台电机驱动的蒸汽铲，并开始应用履带行走装置。到第一次世界大战后，柴油发动机也应用在挖掘机上。
随着液压技术的广泛使用，使挖掘机有了更加科学适用的传动装置，液压传动代替机械传动是挖掘机技术上的一次大飞跃。1951 年，第一台液压挖掘机由法国波克兰工厂发明并推出，从而在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间。
▲世界上最大的挖掘机机高95米，相当于23层楼那么高，宽度足足有23米，重量更是达到了惊人的14196吨，它由德国克虏伯公司生产制造（图片来自网络）
上个世纪80年代以后，世界挖掘机市场格局又发生了一系列变化，大洋这边，日本挖掘机厂商厚积薄发，开始异军突起。小松甩掉比塞洛斯推出PC系列，后来成为最知名的液压挖掘机，也成就了小松的市场地位。卡特彼勒通过与日本第二大挖掘机厂商三菱重工的再次合资将其挖掘机产品纳入囊中，并在上个世纪90年代发展成为著名的300系列，卡特彼勒也成为著名挖掘机品牌。日立从未引进欧美技术，完全靠自己的力量崛起为挖掘机领域的大咖。
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发动机和液压件是关键
“CAT”“DOOSAN”即使你对挖掘机行业一无所知，这些“黄色身影”上的标签你一定也不会陌生，过去，这些标签基本属于国外品牌，不过这几年，越来越多的“三一重工”“徐工”开始出现在街头巷尾。一个共同点是，都属于“中国制造”。
最新数据显示，2018年1-4月，国产品牌的挖掘机国内市场占有率突破50%，达到了53.1%，在大型挖掘机市场，排名前十的产品当中，三一重工和徐工集团各有三款和一款总共四款产品入选，以三一重工为代表的中国品牌正在崛起中，打破卡特彼勒等外资品牌在高端市场的垄断地位。
挖掘机和很多工程机械的技术原理并不复杂，北京交通运输职业学院机电工程系主任、高级工程师安文洁表示，挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制系统组成，其中液压系统技术成本最高，也最为关键，包括液压泵、控制阀、液压油缸、液压马达等。
启动挖掘机以后，工作的过程实际上也是一种能量的转换过程，挖掘机是通过柴油机把柴油的化学能转化为机械能，由液压柱塞泵把机械能转换成液压能，通过液压系统把液压能分配到各执行元件，由各执行元件再把液压能转化为机械能，实现工作装置的运动、回转平台的回转运动以及整机的行走运动。
众所周知，二战期间苏联红军使用各大拖拉机厂来生产坦克，毕竟都是履带车辆，当时坦克比起拖拉机也仅仅就是装甲厚了一点，在车身上加了一个炮塔，多了一门炮。如此来讲，用拖拉机厂来生产坦克并不是什么困难的事情，在苏联西部大片土地失陷的情况下，这些源源不断的重型机械为苏联最终获胜奠定了基础。
▲挖掘机结构图（图片来自网络）
从挖掘机整体性能看，液压系统和发动机的能力决定了整机的水平，这样在整个工程机械行业也普遍存在“比如说一台5吨的装载机，卡特彼勒的发动机功率只有147千瓦，但我们国产的就有164千瓦，显然前者在相同的情况下能耗更低，效率也就更高。”中国工程机械工业协会副秘书长、高级工程师吕莹告诉记者。
另外，液压件和发动机也是一台挖掘机当中，成本最高的组成部件，数据统计显示，在组成挖掘机的各项成本中，仅液压系统和发动机两项组成的核心零部件就占据了一台20吨级挖掘机成本的20%以上。
因此，制造一台好的工程机械设备，除了发动机以外，高可靠性的液压系统也非常关键。吕莹表示，从故障率上来看，液压系统故障是最常见的，比如说泄漏，当然要求一台挖掘机一点也不泄漏并不现实，但这个量必须是可控的，否则意味着整机性能的“失效”。
液压系统一旦发生泄漏，将会影响工作压力稳定，液压油泄漏还会造成环境污染，产生无法估计的严重后果。除机器本身的质量以外，恶劣工况条件、极端气候因素也会对工程机械的性能产生一定影响。
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跟跑、并跑和领跑
虽然挖掘机在世界上已经有180多年的历史，技术也已经日趋成熟，但发掘机在中国发展的时间并不算长，我国的第一台挖掘机1955年才制造出来，还是斗容只有1立方的机械挖掘机，但此时西方已经研制出了全回转式液压挖掘机，可以说从起步上“中国制造”已经落下了一个身位。
在此后的上个世纪八九十年代，随着外资品牌的进入和核心技术的更迭，中国挖掘机与世界先进水平的距离进一步拉大了；曾几何时，纵观世界挖掘机前十名如利勃海尔R9800、日立EX8000-6等等，中国挖掘机连影子都没有。用吕莹的话来说“虽然有四五十年的发展历史，但真正有点功效的最多二十年。”
▲国产徐工牌大型工程机械集结江苏连云港港口码头装船，准备出口到国外
4月2日，由徐工集团研制的700吨液压挖掘机成功下线。这个巨无霸的重量相当于500辆普通小轿车，动力超过了两台99式主战坦克，铲斗中可以同时站立100个人，一铲斗下去就可以挖煤50多吨。这台700吨级别的挖掘机，拥有自主专利52项，打破了欧美和日本在这个技术层面的垄断。
用一位业内工程人士的话说“以前买挖掘机首选日本品牌，现在国产品牌也很好了，不仅质量可靠，价格也相对更便宜。”
不仅仅是挖掘机，近年来，中国工程机械行业在自主发展结合引进技术消化吸收的基础上，已经形成了规格系列化、型号多样化、生产规模化、质量标准化等优势，徐工、三一、柳工等品牌推陈出新，获得了海内外越来越多的关注和认可。
“跟跑、并跑和领跑”，吕莹用三个关键词来概括中国工程机械制造业，他认为，过去中国在这个领域一直处于跟跑得状态，有很长一段时间还“跑得很慢”，随着改革开放40年，经济社会的不断发展和科技水平、制造业水平的不断提升，现在的中国工程机械行业已经从“跟跑”变为了“并跑”。像三一、徐工的很多产品都已经接近了国际一流水平。
当然，这其中也不乏佼佼者，已经来到了领跑者的地位。吕莹表示，中国的工程机械行业，目前已经初步具备了核心零部件的生产研发能力，现在更需要的是市场的认可和质量体系的验证“在部分产品例如超大型起重机、盾构机上，中国制造已经处在世界最先进的地位，是一个领跑者的角色”。”
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吨位越大国产品牌越弱
实际上，中国挖掘机市场之所以被外国品牌垄断，既和我国发展起步较晚有关，更重要的是，在工程机械制造行业，我国企业并未掌握核心零部件的生产研发技术，严重依靠进口的关键零部件例如液压技术，不仅研发周期较慢，成本也非常高昂。
数据显示，过去很长时间，我国在发动机、传动系统、液压元器件、控制元器件等关键零部件进口成本占到制造成本的40%以上，行业接近70%的利润被外商攫取。工程机械行业更是饱受高端核心零部件工业基础薄弱之苦，可谓“如鲠在喉”。
以挖掘机为例，尽管国产品牌挖掘机市场占有率已经突破了50%，但这主要集中在40吨以下的小型和中型挖掘机市场，40吨往上，国产品牌并无明显优势，市场依旧被卡特彼勒、沃尔沃和小松主导。到了80吨以上的大挖市场，则基本上被外资品牌所占据，其他工程机械行业的情况也差不多，吨位越大“国产品牌市场保有量很小，并不是规模竞争阶段”。
因此，现在就断言“国产技术打破外资品牌垄断”有些不切合实际，吕莹认为，造成这种局面的原因是多方面的，首先是用户还不够认可，一些使用者在观念上依然认为诸如康明斯、川崎等进口零部件比国产可靠；其次，国产零部件还需要经过时间的积累和质量的考核，也需要积累更加成熟的工艺管理和生产制造体系，不仅“能用”更要“好使”。
▲三一“变形金刚”概念挖机亮相上海
随着“一带一路”的深入开展和《中国制造2025》的提出，中国工程机械行业迎来了一个新的发展期。特别是2015年以后，整个机械工程行业增速显著，尤其是在设备出口量方面。数据显示：2010年中国工程机械出口总额仅为100亿美元，到了2017年达到了203亿美元。
吕莹认为，这一定是一个“质”“量”并重的过程。
“过去中国制造的工程机械设备更多是在‘量’上做文章，希望拓展用户群，在数量上领跑。今后中国制造，要在‘质’上下功夫，我们要追求更可靠的质量，更加优化的设计和更人性化的产品，因地制宜，更加符合用户需求”。
此外，人工智能、物联网的发展，也为工程机械行业发展带来了新的机遇，未来包括挖掘机在内的工程机械设备，将会变得更加智能和人性化——例如可以自动计算工作速率的起重机，可以设置工作安全距离的挖掘机，不仅极大解放了人力成本，也提高了施工的安全性和精准度，最终提高了工程效率。
“如果能在每台工程机械上都安装数据监控，这些设备工作的数据就可以实时传回企业总部，制造商可以更好了解这些设备的故障和使用特点，最终形成一个工业大数据。”吕莹强调，未来的工程机械行业，必然朝着更加人性化、智能化的方向发展，“不少国内企业已经在做这方面的研究，中国也有足够的资源和优势，一定能够取得更大的突破和发展。”
开挖掘机到底怎么学？
“挖掘机技术哪家强？中国山东找........”在大多数国人的记忆当中，从90年末的电视广告开始，挖掘机这三个字已经在无形中被打上了“蓝翔”的标签。
但实际上，挖掘机作为一种通用型的机械工程设备，在现实生活中需求量很大，掌握并熟练运用挖掘机驾驶技术已经成为一种职业技能，甚至可以成为高校专业的必修课！在北京交通运输职业学院，就有这样一个把“开挖掘机”当做必修课的专业。近日，记者来到学校，实地探访了解开挖掘机课到底怎么教？又应该怎么学？
▲穿上工作服，一名同学正在练习挖掘机操作（摄影/赵天宇）
“挖掘机、装载机以及四五米深的大土坑”，来到北京交通运输职业学院通州校区，走过操场和教学楼，迎面而来的是一辆小松牌挖掘机，在它的身后，四五台装载机、轧路机等筑路机械整齐码放，让人有种来到“施工工地”的错觉。
“这是我们学校的实训基地，也是学校最有特色的教学设备之一”北京交通运输职业学院机电工程系主任安文洁指着这些“大家伙”告诉记者，购置这些筑路机械，学院的花费在六七百万元，但这也让学院成为了北京为数不多的教授“学开挖掘机”的高等院校。
挖掘机好开吗？如今，在游乐场里几岁的儿童游乐项目甚至也有“开挖掘机”这一项，在普通人看来，这似乎并不是什么太难的事情。但安文洁却告诉记者，挖掘机“学会容易，学好很难，很多东西需要靠自己领悟和把握。
来到挖掘机驾驶室内部，用“简陋”来形容其实再合适不过，因为与汽车驾驶室相比，这里只有两根操纵杆和一个油门踏板，以及一个负责控制前后移动的“挡把”，但就是这“2+1”的简单配置，却负责控制10个动作，真正操作起来自然没有那么简单。
具体来说，当你坐在驾驶室的时候，司机左手那个操作杆是用来控制挖机的小臂和转盘的，往左是开小臂，往右是收；往前是向右转，往左是左转；右边的操纵杆是用来控制挖斗和大臂的，往左是开斗，往右是收，往前是降大臂，往后是抬大臂。
至于行走和后退，当驱动轮在前的时候你往前推就是后退，往后拉就是前进，驱动轮在后的话相反。
“这些筑路设备当中，挖掘机、平地机和摊铺机是最难学的，平地机难学是因为操作几乎看不见全靠感觉和经验，而挖掘机难学是因为对手、眼、脑的配合能力要求太高了，成为一名好的挖掘机手，是天赋、努力与经验的积累。”
实际上，挖掘机是门不折不扣的“技术活”，代言蓝翔的影视演员唐国强也曾坦言“希望让更多人掌握这项技术”。对此，安文洁表示，很多人一提挖掘机就笑，其实是因为对这个工种，或者整个机械工程行业不够了解。
就挖掘机这个行业而言，北京市每两年都会举行“路政杯”职业技能竞赛，其中就有挖掘机大赛这一项，包括挖掘机投篮、挖掘机精细作业和挖掘机过桥在内，非常考验选手的综合素质水平。
伴随着科技水平不断进步，工程机械正在向更智能化方向发展。类似小松智能挖掘机、卡特彼勒新一代320挖掘机，成为当今智能设备的代表之一。今后，尤其在20~45吨的中型挖掘机身上，智能控制技术的应用引领着行业新的变革，随着人驾驶的汽车、卡车、公交车纷纷突破技术瓶颈，一台真正无人驾驶的挖掘机出现，似乎也只是时间问题。
出品：科普中央厨房
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