古代机械发展史

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”简直成了后来村民自治组织的雏形。