Nhu cầu cải tiến và nâng cao hiệu quả hoạt động của một công ty xây dựng đường sắt và san lấp mặt bằng vào năm 1835, cùng với tầm nhìn của một nhà phát minh trẻ người Mỹ, đã dẫn đến cuộc cách mạng máy xúc cơ khí. Hơn 180 năm sau, nó đã trở thành một công cụ thiết yếu, không thể thiếu đối với ngành xây dựng hiện đại.
Trong lịch sử, như đã xảy ra vô số lần, nhu cầu đổi mới để tối ưu hóa và làm cho các hoạt động kinh doanh lớn có lợi nhuận đã dẫn đến sự phát triển và tạo ra các công cụ làm việc được thiết kế để tăng năng suất.
Cho đến giữa những năm 1830, việc san lấp mặt bằng chủ yếu được thực hiện bằng những "máy cào" thô sơ bằng kim loại và gỗ kéo bởi ngựa, và khi địa hình không cho phép, công việc được thực hiện thủ công bằng cuốc và xẻng bởi một lượng lớn công nhân (thường là người nhập cư Trung Quốc, những người cung cấp lao động giá rẻ).
Một cuộc cách mạng trong ngành xây dựng
Trong quá trình xây dựng tuyến đường sắt giữa Springfield và Worcester (Massachusetts), do công ty xây dựng Carmichael & Fairbanks thực hiện, một thanh niên mới 22 tuổi, William Smith Otis (có quan hệ họ hàng với Elisha Graves Otis, nhà phát minh thang máy "an toàn"), đã thiết kế và chế tạo vào năm 1835 thứ mà vào thời điểm đó được gọi là "Máy xúc cẩu để đào và di chuyển đất".
William Smith Otis (1813 – 1839)
Mặc dù bằng sáng chế đầu tiên được đăng ký vào năm 1836, nhưng việc mất các bản mô tả kỹ thuật trong một vụ hỏa hoạn đã làm trì hoãn việc cấp bằng sáng chế cuối cùng cho đến ngày 24 tháng 2 năm 1839.
Thiết bị cơ khí do chàng trai trẻ Smith Otisvề cơ bản mô phỏng các động tác của một người dùng xẻng xúc đất vào xô, rồi xoay 90 độ để đổ đất vào xe vận chuyển.
Bản thiết kế kỹ thuật ban đầu quy định một cần cẩu được đỡ bởi một toa xe lửa, được kéo bởi ngựa, vì vậy máy xúc đầu tiên sẽ chưa hoàn toàn tự động.
Công cụ này sẽ vận hành một gầu xúc bằng kim loại để xúc một lượng đất, sau đó dùng cần cẩu hơi nước nâng nó lên và cuối cùng đổ xuống các toa xe lửa, sử dụng hệ thống ròng rọc do công nhân vận hành để định hướng cần trục làm bằng gỗ.
Hiện trạng và tương lai của máy xúc cơ khí
Cỗ máy do William Smith phát minh được vận hành một phần nhờ động cơ hơi nước, sức kéo của động vật và khả năng điều khiển của con người, cho phép vận chuyển các vật thể có thể tích từ 380 đến 400 mét khối.
Hơn 180 năm tiến bộ công nghệ đã tạo điều kiện cho sự đổi mới trong các động cơ đốt trong cực kỳ mạnh mẽ, và gần đây hơn là động cơ điện, việc tích hợp vô số hệ thống thủy lực, cấu hình gần như vô hạn về chiều dài và độ sâu của lưỡi cắt, cũng như sự xuất hiện của các thiết bị đầu cuối và phụ kiện dành cho vô số nhiệm vụ như búa thủy lực, bộ xử lý đa năng, kéo cắt, máy phun, kẹp, v.v.
Những thùng chứa có dung tích lên đến 4,2 m³ mỗi lần đổ, hay việc tích hợp nhiều hệ thống an toàn đa dạng, cabin tiện nghi tối đa được trang bị các hệ thống vận hành hiện đại nhất, cùng nhiều tiến bộ vượt bậc khác về thiết kế, là di sản và minh chứng cho tầm nhìn của một nhà phát minh trẻ tuổi, một tầm nhìn trường tồn theo thời gian.
Hiện nay, có những máy xúc dài hơn 225 mét và đường kính 96 mét, nặng hơn 13.000 tấn và có khả năng đào bới khoảng 240.000 mét khối đất mỗi ngày.
Từđộng cơ hơi nước đến động cơ đốt trong:
Mặc dù cấu hình cơ bản của chúng thay đổi tương đối ít, nhưng những cỗ máy này đã thay thế động cơ hơi nước bằng động cơ diesel rồi đến động cơ điện, xích được thay thế bằng cáp, và hệ thống bánh xích giúp di chuyển.
Có lẽ đây là cú hích quyết định cho một ngành công nghiệp đã phải đối mặt và vượt qua nhiều thách thức trong suốt thế kỷ qua, chuyên môn hóa các công việc xây dựng song song với sự xuất hiện của các loại hoặc phân loại thiết bị mới (ví dụ: tách biệt công tác đào đất và bốc xếp), những phát triển hầu như luôn là kết quả của quá trình tiến hóa chứ hiếm khi là phát minh đột ngột. Các kỹ sư phát triển về cơ bản đã "giới hạn" mình trong việc định hình các nguyên tắc cơ bản chi phối hoạt động xây dựng của con người: bốc xếp, đào đất, nâng hạ, vận chuyển, đầm nén, san lấp, v.v.
Vào buổi bình minh của kỳ tích này, sự phát triển vượt bậc của đường sắt, đặc biệt là ở châu Âu và Hoa Kỳ, đã nhường chỗ cho một cột mốc quan trọng khác đánh dấu sự khởi đầu của thế kỷ 20: động cơ xăng, giúp cho việc di chuyển của máy móc bên ngoài đường ray trở nên dễ dàng hơn và đại diện cho bước nhảy vọt về chất lượng sức mạnh, điều mà sẽ không ngừng gia tăng theo thời gian.
Như vậy, một con đường dẫn đến thành công vang dội đã bắt đầu, cả trong việc phát triển thiết bị xây dựng và ứng dụng chúng. Động cơ đốt trong, thay thế cho động cơ hơi nước, đã mở ra một kỷ nguyên mới, đánh dấu sự khởi đầu của việc xây dựng đường bộ. Sự phát triển này được hưởng lợi từ một số lượng đáng kể các thiết bị được thiết kế đặc biệt cho mục đích này. Phát minh ra động cơ đốt trong là cột mốc đáng chú ý đầu tiên trong lịch sử máy móc thế kỷ 20. Vào danh sách này, chúng ta nên bổ sung thêm – theo thứ tự thời gian – tàu hỏa có bánh xích, lốp khí nén, ứng dụng thủy lực, truyền động thủy tĩnh, điện tử ứng dụng, khoa học máy tính và công thái học như một khái niệm thiết kế.
Tất cả những cải tiến công nghệ được giới thiệu theo thời gian đều nhằm mục đích cải thiện bốn yếu tố cần thiết của máy móc: năng suất cao, chi phí đơn vị thấp, dễ bảo trì và độ tin cậy cao. Nói cách khác, đảm bảo lợi nhuận cao.
Nguồn: Somaq, Secsa/Máy móc
