古代机械发展史

《古代机械发展史》由会员分享，可在线阅读，更多相关《古代机械发展史（6页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、中国传统机械学院： 工学院 班级：09 机械一班 姓名：宋德龙 学号：297020119古代农业机械平时，人们多以“刀耕火种”来形容古代农业生产的原始和落后。这做为概括性的语言， 似乎也无可厚非。然而细观历史脉络，却不尽然。我们聪明的祖先在发明“木牛流马”的同 时，亦创造出许多机械设施应用于农业生产，开创了农业机械的先河。其间无处不闪耀着先 辈们的智慧之光，而且个中还透析出一种精神，一种文化。现试将闽清自古以来常见的为农 村生产、生产服务的设施做个资料整理，并权且称其为“古代农业机械”吧。让我们共同来 领略那远古的神韵，以激励人们建设祖国美好未来的斗志。一、水车水车是一种提水设施，多用于农田灌

2、溉。以其构造形式的不同，有龙骨水车和筒车之分。 龙骨水车，亦称“翻车”。据资料记载，是东汉时代的科学家毕岚所创造，距今有 1800 余年。其主要工作部件是一组闭合的木链，由几十个木链节组成，极似“龙骨”，因此得名。 工作时，靠外力转动木链轮，带动闭合的木链组，并由装在木链上的刮板将水刮入车槽，水 沿着车槽提升到高处。木链不停地循环转动，水便源源不断地被上提流入田间。过去，龙骨水车在闽清的平原地区应用十分广泛。因其体积小，移动方便，较适合农户 单独使用。驱动水车的动力，除了其他少数地方有利用畜力或风力外，大多是靠人力带动， 其中又分手摇和脚踏两种。手摇的为移动式，机动灵活，哪丘田地缺水就可安在哪

3、丘抽水； 脚踏的多为固定式，操作台安有扶手架，可由两人甚至多人并肩踏车作业。由于借身体重量， 发出的力就大得多，水车的各种尺寸也相应增大，提水量也就大了。别看龙骨水车构造简单，但制作起来并不简单，而且学问还不少。首先各种部件分别由 杉木、樟木、栎木等多种木材制成，什么部件用什么木材，很有讲究。而且整部水车由大小 数百个木构件组合而成。由于水车工作时，大部份部件都处于运动中，所以对制作精度要求 高。如上下两只木链轮的同心度要高度一致；刮板与水槽的配合既要精密又得运行自如；木 链的铰接头须小巧且活络。以现在的眼光去看，当代机械中的“刮板提升机构”和链轮链条 机构”，其工作原理和技术都与龙骨水车是一

4、脉相承的。简车，又叫“天车”。固定安装于水位低、流量大的河边。简车的主体部件就是一种简 易的水轮车，有木制的，亦有竹木结构的。其工作原理是，将水轮车的轮缘下部安于河边水 中，受水流冲击而转动。沿着水轮外缘均匀地、带有倾斜度地系上许多盛水筒。筒随轮转， 至上方时，筒中的水便自动倾入旁边特备的接水槽内，汇集流往农田。这样，由水轮车带着 盛水筒提水，故称之为“筒车”。筒车的提水高度取决于水轮车的直径，直径大，水就提得 高。据有关资料记载，最大的筒车直径有达 20 米的，堪称筒车之最了。筒车最具独特的优势是，以水力驱动，且无须人员看管，便可日夜提水不辍，是古代少 有的全自动提水设施。因此，长期以来被广

5、泛应用于提水灌溉。过去，闽清的筒车主要分布 在水流缓、水量大的梅溪两岸。到了 20 世纪 70 年代，当各种各样的抽水机、水轮泵相继出 现在河边溪畔时，闽清县溪南坂的一部筒车，仍在昼夜不停、不知疲倦地提水浇田，依然受 到农民的宠爱。由此，足见其生命力的顽强。当地村民说：“水车到底给我们带来多大效益 无法估算。只能告诉后辈，这是老祖宗留给我们的一笔巨大财富。”更让人不可思议的是， 人民日报近日还刊登一组题为古水车惠及当代人的图片新闻。说的是江西南康农村 的一部直径 12 米的筒车，至今仍在运转抽水，周围几个村的上千亩农田都饱享免费灌溉的 优惠。古代的筒车和今天的水轮泵，在结构上，虽然前者是庞然大

6、物，后者则小巧玲珑，但二 者的设计原理却有着惊人的相似之处：都是以“大水量、低水位”的条件来换取“高水位、 水流量”的效果，而且都无须外加动力，就能“自动化”作业。从中可见我们祖先的聪明睿 智已达到一种很高的境界。二、水轮车水轮车是以水流做动力的传统机械装置，多用以带动米碓、石磨、石碾等。它是古代劳 动人民利用水力资源来服务人类的杰作，这对于提高当时的劳动效率和农业效益，起了巨大 的作用。从其应用的历史之长，作用之大，可算是古代最先进的农业机械了。早在汉朝时，水轮车就被广泛应用于带动水碓舂米。后汉书说其是“用功省少”的 设施。在晋书里便有了更详尽的描述：“今人造水轮，轮轴长可数尺，列贯横木，相

7、交 如轮抢之制。水激轮转，则轴间横木，间打所排碓梢，一起一落舂之，即连机碓也。”据此 可知，两千多年前的水车米碓，和我们这一辈人所见到的水车米碓，几乎是一模一样的了。 说明古代水轮车的设计原理、制作技术已是相当的合理和完善。水轮车适用地区广，分布范围大，只要有水流落差的地方都可安装使用。大河边、小溪 旁是最理想的场所，即使在崎岖陡峭的坑涧，也可引水安装使用。因此，较适合在闽清这样 的山区地理环境下应用。过去，几乎在每一个村落附近的溪河坑涧旁，都会见到水轮车的身 影。由于水流落差的高低不同，水轮车在设计上又分为流车和冲车两种形式。在水流缓、落 差小，且水量大的河边，只要修一条较短的引水渠，将水轮

8、车的轮缘下部置于渠中，利用渠 水流动的力量带动水轮车转动，这种形式称之为“流车”；如果在落差大，水量又相对少的 小溪、坑涧旁，则采用引水汇集于木槽，水流自顶部往下冲击水轮车转动，此种形式则叫“冲 车”。水轮车的轮径是依据水量或落差的大小来设计的。水量大，轮径就可制作大些；落差大， 轮径也相对大。轻径的大小通常以“节”为单位称之，且多为偶数。“节”指的是组成水轮 车外圆的弧板（辋板），一块弧板称一“节”，每块弧板的弧长是 3.14 尺。这“3.14”可是 圆周率的系数哦!将弧板制成3.14 尺长，是古代木工巧妙应用圆周率的一个典范。因为周长 除以3.14 等于直径，所以，弧板的单位“节”就与水轮

9、车的轮径有了微妙的关系。比如， 小的水轮车为 6 节，其轮径就是6 尺。大的有12 节，轮径就是12尺了。这样，给设计制作 带来了很大方便。水轮车的结构主要由车梁（轴）和以弧板、车叶板、底板等组成的外圆部件，以及将外圆 与车梁连接起来的将军柱（幅柱）等组成。结构虽然并不算太复杂，但由于水轮车是一种将水 的位能转化为机械能并向外输出动力的装置，所以，对制作工艺要求却十分考究。经拜访数 位耄耋之年的制车师傅，他们的诀窍是：首先选材要讲究，特别是车梁要选择生长在阳坡上 且树干笔直的百年老松树，才能确保制成长一、二丈，轴径二、三尺的大车梁能不翘不弯， 经久耐用；同时，制作水轮车外圆的弧板、车叶板、底板

10、等，也要挑选纹理通直、疏密一致 的松木板。组装时，还要逐一进行配对称重，旨在保证水轮车的平衡性和灵活性。目标要达 到“车重逾千斤，单指可拨动”的效果。其中“重逾千斤”也是一个必备条件，目的是使水 轮车运转平稳，增强惯性，储存能量；另外，对制作外圆的板材，还要进行特殊的干燥处理， 即用糠壳锯末烧成暗火烘烤，以“色黄而不焦，敲击可脆响”为标准。如此处理后，木材的 纤维稳定性好，胀缩翘曲变形小，制成的外圆水斗部位的密闭性高，不跑水、漏水。老师傅 说，这几个环节必须一丝不苟，严格把关，那样制成的水轮车才会“吃水省、出力大”。以 现代的材料学知识和机械原理去论证，这些无疑是非常科学、合理的。一部制作精良

11、的水轮车，还要十分注意正确使用和保养，才能发挥其良好的功效。最重 要的当算车梁两端轴头（俗称“车轭头”）的润滑、冷却。轴头是安装在车梁两端轴心是一根 盏口粗的铁棒，它必须支撑水轮车逾千斤的重量，且要不停地运转，靠的是“细水长流”的 方式对其进行润滑、冷却。稍有不慎，冷却水路一旦阻塞不通，轴头干磨擦很快就会产生高 温，使铁制的轴头与木质的车梁脱落，造成“毁车”事故。冷却水给注方式有两种：“冲车” 的是从水槽两旁凿细洞，分别以两条半圆的小竹片引水到轴头；“流车”则采用绕着车梁刻 的若干条螺纹槽的办法，将水轮沾溅上来的水旋聚到轴头。这是根据水有表面张着力的特点， 巧妙应用离心力和螺旋线的原理，既简便

12、又实用。为人类服务千百年的水轮车，到了上个世纪中叶，其历史重任陆续由结构紧凑、多为金 属材料制作的水轮机所代替了。当然，以水轮机来发电，其技术已进入一个新的历史时代。 不过，纵观水轮机与水轮车的设计思路和原理，几乎如出一辙。因此说，古代的水轮车应该 是当今水轮机的鼻祖了。而今，水轮车的时代虽然已经过去，但前人在其中体现出的聪明才 智，却值得我们继续去发扬光大，造福人类。三、米碓米碓，顾名思义，就是舂米的工具。从闽清发展的历史来看，有三种不同的形式 杵臼、踏碓、车碓。最早的杵臼，一杵一臼，用手执杵舂米。周易曾记：“断木为杵，掘地为臼。”这 是最原始的形式。至于在闽清的出现，已有了一些进步。简易的

13、杵是一头粗一头细的槌棒， 后来又出现了另一种带木手柄、如锤子状的石舂槌；臼也多是以石头打成凹坑制成，简易的 为圆柱形，臼沿是窄边的。讲究一点的则打制成方形，臼沿是宽边的。古代舂米的活多由妇 女来承担，由于工具简陋，舂米的效率极低，因此，家家户户的主妇不得不花大量的时间从 事舂米的劳作。正如古诗所叙：“春泉四面绕茅屋，日日唯闻杵臼声”，就是那时乡间农舍 的生动写照，字里行间虽然充满了诗情画意，但在那“日日杵臼声”中却饱含先辈们的多少 艰辛，多少汗水。艰苦的劳作激发人们千方百计地去改造简陋的舂米工具。后来便创造了踏碓，即用两条 柱子架起一根碓杆，杆的一端安上木制或石雕的杵槌，用脚踏起另一端。一踏一

14、放，一起一 落，进行舂米。与杵臼相比，劳动强度得到减轻，效率也有很大提高，诚如太平御览的 评价：“因延力借身重以践碓，而利十倍。”踏碓的制作使用，是我们聪明的祖先运用杠杆 原理，达到省力、高效的一个实例。随着水轮车的发明应用，又出现了更进步的车碓（又叫水碓）。车碓实际上就是踏碓与水 轮车的有机结合，其最大的特点是以水力代替人力进行舂米。用现代的话说，实现了大米加 工半机械化，这在两千多年前算是一个飞跃性的进步。后汉书的评价是：在河边开渠引 水，带动水车舂米，用功省少。车碓除了舂米，后来，其功能还不断得到开发、扩展，如用 于碓碎油茶籽以榨油，舂捣竹木为浆以造纸，捣碾陶瓷土坯等等。一部水轮车根据水

15、量大小可带动一杠或数杠米碓，带动两杠以上的古人称之为“连机 碓”。连机碓舂米能力的大大提高，突破了以往各家各户自置杵臼、踏碓的传统习惯，出现 了一个村子几十户联合筹置车碓的做法。为更好地筹置和管理车碓，每部车碓都有一个由群 众推举若干人组成的“车碓头”组织。“车碓头”的职责主要有：一是筹建车碓的各项事宜。资金筹集多是按人头负责，人人 都吃米，大家认为再合理不过了；二是编排“碓米轮流表”。按家庭大小搭配，分成若干组， 周而复始地轮流，使各家各户都能均衡、有序地碓米；三是负责车碓的日常维护、保养。深 得群众信赖的“车碓头”，其涉及的范围有时还扩大到乡村的修桥铺路或办学等公益事业。 这样，“车碓头”

16、简直成了后来村民自治组织的雏形。出色的“车碓头”筹办公益事业，往 往是义务的、无报酬的，体现的几乎就是如今提倡的“公仆精神”。“民以食为天”，在以大米为主食的过去，人们都把加工大米的车碓看得非常神圣。比 如制作安装车碓必有三次“作福”（祭祀加聚餐）。首先是“车梁落地”要“作福”，主要是 庆贺选到好木材，并将这重达数千斤的庞然大物从深山里安全运抵目的地；接着“张车起 工”还要“作福”，旨在为师傅接风，融洽主雇关系，让其尽展浑身招数，以制出一部精良 的车碓；最后“竣工试车”当然要“作福”，既答谢师傅的辛劳，也预祝车碓常转不辍，全 村粮丰米足。“作福”根据资金的多寡，可丰可俭，但最俭也少不了三样东西

17、粑、猪 肉和红酒。因为粑取其谐音“好时运”，猪肉寓意日子过得肥肥美美，红酒能给大伙助兴， 增强凝聚力。逢年过节人们也忘不了车碓。冬节（冬至）搓子，把子粘上自家的门楣、家什之余，也忘 不了给车碓粘上一份，以表示“时来运转”；腊月三十轮到谁碓米，务必要将车碓房里里外 外打扫干净迎新年；大年初一还要在车碓房燃放鞭炮，祈望新年车顺米丰，人丁兴旺，全村 安康。一部车碓竟如此神奇地维系着全村人的情结和祈愿，几乎演绎成了一种民俗文化。风光了多少个世纪的车碓，在如今快节奏的时代面前，已显出一副老态龙钟的样子，各 式各样的碾米机已使舂米工具发生了脱胎换骨的演变。碾米机接过车碓的“接力棒”，又在 新的起跑线上展现

18、着无尽的风采。四、蔗车 蔗车，也叫糖厂，是闽清人对榨蔗制糖作坊的俗称。作坊制糖过程主要有两道工序，一 是“榨蔗取汁”，二是“熬汁制糖”。为什么将制糖作坊叫做蔗车呢 ?这与人们习惯把“圆形可转动”的器具称为“车”有 关，诚如称缝纫机为“针车”。而在“榨蔗取汁”工序中，其主要工作部件就是一对圆柱体 的石碾，由水力或畜力来驱动，进行旋转榨蔗。缘于这个道理，称制糖作坊为蔗车也就可以 理解了。蔗车在闽清的出现，据县志记载，当是在清光绪年间，其中以二都云龙为最多。到了 20 世纪 60 年代后期，大概是闽南一带大型现代化糖厂的迅速崛起，使得这些古老的蔗车相 形见绌而逐渐销声匿迹。随之，闽清也就结束了种蔗制

19、糖的历史。几十年过去了，昔日遍布于乡间的蔗车，如今都成了历史的遗迹。不过，我有幸得到热 心的朋友及老糖工的指点、介绍，倒是在云龙一带的蔗车遗址上见到了那些半埋于土中的石 碾，从中得以领略古代蔗车的许多科学、合理的闪光点。就说这石碾吧。它是由两只配对成双、打制得十分精致的石质圆柱体组成。工作时呈直 立并排状相向旋转，两只石碾间的缝隙就是榨蔗的工作面。石碾的高度和直径一般在 600-690 厘米之间。两只石碾以雌雄区别，用机械术语来说，就是一个主动轮，一个被动轮。石碾上最引人注目的是与其制成一体的一副石齿轮（这种设计原则叫做连体式），而且还 是一种斜齿结构。在齿轮应用技术上，斜齿比一般常见的直齿高

20、了一个等级。因为其制作工 艺要求高，技术难度大。一是齿的旋斜方向，在一副齿轮中，必须是一个左旋，一个右旋。 二是齿的斜度也要求十分的一致，才能正常啮合。但斜齿具有传动平稳、噪声小的优点。斜 齿结构还会将榨蔗时产生的向外（径向）侧压力，分解为上下（轴向）侧压力。对于这种立式的 自重大的碾榨机械来讲，正好达到一个理想的力平衡。这样，既减轻了轴颈的侧向磨损，又 能提高碾榨效果。这是采用斜齿结构最独具的好处；其二，在各石齿啮合面的齿根处，都深 凿有矩形的小孔，用以镶嵌硬木垫片。从而避免了硬而脆的石齿互啮时易致崩裂的缺点，起 到很好的缓冲和减磨的作用；其三，石碾上下两端的轴颈则采用在端面雕凿六角形凹孔，

21、再 装上硬木制成的一头六角形一头圆形的轴颈（在设计原则上叫做分体式）。六角孔相对于方形 孔，当然其雕凿技术要求更高。但却具有接触面多，传递扭矩大的特点，这与现在多用六角 螺母而不用四角螺母是一样的道理。同时，用硬木做轴颈和硬木做齿轮垫片，还有一个共同 的优点，就是磨损后修理换件容易。反过来，也就大大延长了制作成本较高的石碾的使用寿 命；其四，石碾底座的两个轴颈，除了承受径向磨擦力外，其端面还要承受近千斤的自重（轴 向）压力。尽管轴颈只有杯口粗，但转动时，轴端与底座还是形成一种面的磨擦，使得转动 沉重，增加动力消耗。为此，古人采取在轴端安一块象乳头一样的半球形铁件（俗称“猪母 奶”），相应地在底

22、座装一块方形铁块（俗称“铁豆干”）。使二者之间由面的接触变为点的 接触，转动起来就轻快得多了。凡此种种设计原则和应用技术，无不透析着它的科学性、合理性和技巧性。其中的许多 “基因”，在当今林林总总的机械设备中，仍然处处可见其“身影”，只不过是应用材料和 制作技术上的先进而已。石碾上还有一组数字很奇特。就是石碾有大有小，但它的自身高度和直径的尺寸总是相 等的。而且是一种普遍现象，并非个别的偶然巧合。这到底出于什么考虑，真让愚昧的我等 百思不得其解。相对地说，第二道“熬汁制糖”工序的设备就简单的多，就是几口大铁锅和许多竹制的 糖床。设备虽然简单，但熬制技术却较难掌握。其中既有物理变化的过程，还有化

23、学反应的 应用。而难点是要根据蔗汁的成份（依甘蔗产地土壤情况的不同，有浓、淡、咸、甜之分）， 以及当天的气温、湿度等，综合确定熬制的时间和加入添加剂的量。可惜自己对化学知识的 贫乏，难以做更为深入的探讨。如今，以现代化的制糖设备替代了古老的蔗车，这是历史的进步和必然。我们在传承古 代劳动人民技术“基因”的同时，更要继承他们那种独到的革新和创新的精神。五、油行油行，又称油坊，是榨油茶籽（植物籽）取油的作坊。闽清多山，历史上盛产油茶籽，过 去群众的食用油就是以茶油为主。据传，以前有两个村子以各自的特产为荣，相互比富。甲 村人说，用装满糯米的麻袋铺路，可以从村里一直铺到远在十几公里外的县城；乙村人则

24、说， 以茶油当水，能推动车碓碾白甲村的糯米。这些“豪言壮语”当然不可能付诸实施，但却从 一个侧面说明了当年“油茶之乡”的辉煌，其中油行的盛况也就可见一斑。言归主题，油行榨油分为四道工序，即干燥、碾粉、炊蒸、压榨。干燥度是油茶籽榨油的第一道关。油茶籽靠日晒一般难以达到可榨油的干燥度，都要经 过焙灶的烘烤。焙灶是干燥工序的主要设施，由土坯垒成，上铺竹席为焙床，下设烧火的大 灶口。焙油茶籽要不火不温，恰到好处。烘得太过，茶籽焦黄，出现“烧油”现象，出油率 低；干燥度不够，含水分多，压榨时易产生“漏渣”，也影响出油率。油行检验茶籽干燥度 靠的是土办法：以手指甲刮削茶籽肉质，能刮起不粘不连的粉末即可。达

25、到干燥要求的茶籽就可进行碾粉。由于碾粉是一项费时费力的活，故多由水轮车来带 动，这就是为什么油行都建在河边溪畔的原因。茶籽碾粉有两种形式：简易的就是利用碓米 的车碓，将茶籽捣碎、过筛、再捣碎，直到全部粉碎。先进一点的是一种专门的碾车，碾车 直径有 3 米多，由宽 40 厘米的弧形石槽拼接成一个圆圈，固定埋设于地面上，地面中间掏 空用以安装带四个铸铁轮子的车架。水轮车带动车架一转，铁轮就在石槽中周而复始地滚动 进行碾粉作业。从机械角度来看碾车，其最主要的特点是，通过水轮车车轴上的一个木制大 齿轮（立式旋转平面），来带动碾车中心轴上的木制大齿轮（卧式旋转平面），实现了旋转平面 的转变，这就是现在机

26、械传动结构中“伞形齿轮副”的雏形。经过碾碎、过筛的茶籽粉被放 入一个可容 120斤粉料的底部透气的大木桶中干蒸，说是干蒸，其实桶底却是一口沸腾着热 水的大铁锅，而且要蒸到顶部的粉料冒出腾腾热气才算达到要求。榨油师傅说，油茶籽脾气 怪，不烘干榨不出油；这会儿不蒸透同样也榨不出油，而且任你怎么蒸，蒸汽中的水分也不 会留在油里头。个中奥妙，大概得用当代的物理、化学理论才能解释清楚。蒸透后的粉料开始包装成一块块约 6斤重的油饼（俗称“茶箍”），并定型在直径 35厘 米左右的铁圈内装入“行母”的油槽。行母一般由直径约 1 米、长约4 米的大松木制成，斜 躺在牢固的支架上，中部凿成一个长约 1.4 米、直

27、径与油饼相同的油槽，可叠放十几二十块 的油饼。装妥油饼，油槽中尚有空余的地方塞满两排硬木制成的形状各异的“行尖”，然后 由人工抡动一个百把斤重的石墩（俗称“石狮子”），对着其中一种楔子形的行尖轮番撞击。 油饼受到剧烈挤压，一股金黄色的散发着特别香味的茶油便“哗哗”而下。此时，所有在场 的人都会面对汩汩油流，绽出灿烂的笑容。因为这是整个榨油过程的高潮，也是茶农一年来 耕山不止、辛勤劳作的收获时刻。后来，这种古老的油行，或因油茶籽产量的下降，或因新式榨油机械的出现，如今存世 量已是很少。但细心的人却说，在老式油行里榨出的茶油特别的纯正、醇香，是其它机械压 榨难以比拟的。因此，在闽清云龙乡台埔村就有

28、一座老油行，至今仍在延续着它那古老的历 史。每当天寒地冻，这里的榨季也将开始。平时静静地掩蔽于绿竹丛中、依偎在昙溪河畔的 油行，此时，又呈现出一派车水马龙、热气腾腾、油香飘逸的景象。随着时间的推移，老油 行做为古老生产方式活化石的地位也日渐显现出来。看老油行，领略那古老的神韵；捎一壶 金亮透明的茶油，感受着乡村人纯朴的品质，也许还会有一种心灵上的意外收获。我国古代机械的伟大辉煌表现在许多方面，特别是我们的祖先对水能、风能等清洁 能源的利用，可以说是极具智慧的。其中卧轮水磨的原理至今仍有极为广泛的应用。而 自动化程度很高的机械，如水轮三事、鼓风扬谷机、绞车等扬谷、起重设备，极大缓释 了人们劳动的强度；古代运输设备的发展，对我国南北交流的影响更是巨大。