中國機械工程發(fā)明史

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    四、用凸翰傳動
    凸輸是由一個軸的違箱迥蔣運動傳達到另一個機件上使它發(fā)生預(yù)期的同歇運
動或比較復(fù)雜的運動的一種機件。我國在這方面的發(fā)明和應(yīng)用也是很多的。不過
名稱很不一致。有的ⅡJ}撥子，有的噼關(guān)捩撥子，有的Ⅱ斗拔牙，有的噼撥板，更有
噼滾檢的。在原理上它們都是具有一種凸輸?shù)淖饔谩，F(xiàn)在舉出幾種實例如下：
    lj水稚上所用的凸輸
    我國的遵機水碓是一個很好的凸輸傳動實例。它的構(gòu)造如前圖70所示。在
裝置水輸?shù)拈L軸E，裝上若干粗撥板（一般多為四祖，每祖有撥板四個），并使
各粗在圓周上的方向彼此錯開，力量更均勻一蝗（例如：四祖共有16個撥板，
裝蓬時使每一粗比前一粗落后22÷度）。當(dāng)每一個撥板蔣下時，下壓碓榫的一
頭，使另一頭升起。當(dāng)撥板蔣過以后，由于碓自身的重力官口下舂一次。因為在桓
潭（公元前2 4年一公元56年）新徐上已提到“役水而舂，其利百倍，，的黏，
可知l'j輸?shù)陌l(fā)明至晚應(yīng)在西漢末年，即至少應(yīng)已有豹二千年的歷史了。
    2.  水力天文儀器上所用的凸輸
    我國的水力天文儀器劁始于張衡。晉害卷卜-一，志笫一，天文志上載著：“至
J唳帝時（公元1 30年左右）張衡又制潭象�！�…以漏水蔣之于殿上室內(nèi)。星中出沒，
與天相應(yīng)。因其關(guān)捩又蔣璃輸莫關(guān)于階下。隨月虛盈，依歷開落�！蔽倪x，張衡
東京賦上載著：“蓋奠哭為難蒔也，故嘖世而不靚。惟我后能植之，方將數(shù)幫朝
階。”茳：“奠莢瑞應(yīng)之草，王者暨型太平和氣之所生。生于階下。始一日生一
莢，至月牛生十五莢。十六日落一莢，至晦日而盡。小月則一莢厭而不落�！�
    有關(guān)奠涎的記載還有下列兩條：
    班固，白虎通德諭卷第五，封彈：“……日歷得其分度，剮羹以莢生于階
同。萁熒樹名也，月一日生一莢，十五日畢。至十六日去蓑。故莢階生似日月
也。”按白虎邐德擒系班固琵載后漢章帝建初四年（公元7 9年）韶褚儒會白虎
觀薷蒸五徑同異的事。時蠲早于張衡。
    宋謄卷二十七，志第十七，符瑞上：“帝堯……又有草夾階而生。月朔始一
莢，月牛而生十五熒。十六日以后，日落一莢，及晦而盡。月小IIU - -.莢焦而不
落。名日冀莢，一日歷熒。”
    在張衡的水力天文儀器上，由水輸?shù)倪\動襁過一個齒輸系使潭象很規(guī)律地每
    ·116 .

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天恰迥蔣一周，已于本章“張衡水力天文儀器上所用的齒輸系’’一書上加以敘
速�，F(xiàn)在再接著敘速一下由每天迥蔣一周的軸帶動控制萁莢開落的部分。
    因為控制冀莢開落的軸迥蔣一周，要代表一個月的時圈，就是說：當(dāng)潭象迥
蔣一周，它只迥蔣三十分之一周�；蛘咧�是每天只迥蔣12度。如果遇到一個月
只有29天的月份，就得用手幫助它迥蔣1 2度，再糍棱自動地運行。仍參看前
圖112，在齒輸8的下面，裝上一個1 2個齒的齒輸9，和一個60個齒的齒
輸10相街接。再在齒輸1 0的軸E（這一個軸需要有足夠的長度才能達到所鎘
“階下，，）裝上一個1 5個齒的齒輸1 1，和一個90個齒的齒輸】2相銜接。
這樣，每當(dāng)潭象迥蔣一周，齒輸12只迥蔣
，×昔×等=，×吉×扣擊周。
    其次是在齒輸12的軸上，裝置作用冀廷的曲輸?shù)念妙}。
    因冀莢開落是一種嗣歇運動，每個冀莢的升起（即所翻開）和降落（即所稿
落），各估卜五天，且每一個的動作都此前邊一個落后一天，這樣就必須用十五
個同樣的凸輸作用十五個奠莢，但是
每一個此前一個的作用落后一天。
    達到這樣一種運動的凸榆機構(gòu)是
相當(dāng)贊思索的。而且在所有琵載張衡
水力天文儀器的文獻里邊都沒有袷出
任何的啟示。漢代以后，所有劁制水力
天文儀囂的人又部沒有糟承張衡這一
自動表示每月日數(shù)的裝蓮。后來我們
推想：在張衡以前一百多年的時期，
已桎發(fā)明了水碓，而水碓的機構(gòu)主要
是由一個立式水輸帶著一個橫軸迥
蔣(仍參看前圖70)，在橫軸上錯袱
圃126具有凸輸作甩的擻板
    （表示展開的情肜）
著裝上具有凸輸作用的撥板若干個。當(dāng)水榆轉(zhuǎn)動時，這些撥板按著一定的次序向
下?lián)軇痈鱾�難桴的一頭，使碓桴的另一頭時起時落。張衡很可能是受到這一機構(gòu)
構(gòu)啟示，改為在一個立軸上裝上十五個具有凸輸作用的撥板，使它們依次分別作
用十五個萁爽，各按著應(yīng)有的時刻升起和降落。
    - 117．
目、m

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    仍參看前圖112，在齒輸1 2的軸上裝一個高構(gòu)七尺的圓柱。并在它的周圍，
由下往上裝上十五條具有凸輸作用的撥板。每一個撥板展開后的形狀略如圖126
所示。每一個的長度豹估180度稍多一點就夠了（群后）。因為當(dāng)每一個冀莢降
落后的一段時蠲里邊，只用它自身的重力就可以保持它應(yīng)在的地位，不必再用撥
板作用它。假定每一個冀莢在升起和落下的位蓮各對水平成4 5度。由右端起，開
始時使板面向下傾斜45度，越向左越變?yōu)榕c立柱垂直。蔣過6度的時候，就完
全與立柱垂直。過此以后變?yōu)橹饾u向上傾斜。轄過12度的時候，即向上傾斜
4 5度，直到最左端為止。冀莢的形狀，根據(jù)金石索一害上所采漢武氏石室祥瑞
圖的冀爽圖（如圖12 7所示），制成一個橙桴形的長葉，外端較長較重，并將尖
端展為葉片'}是。內(nèi)端特短，如圖1 28右邊所示。在末尾裝上一個靈活蔣動的小
球（沒有也可以），以減蟶被撥板推動時的摩擦力。又由下往上，每個撥板均較
下邊一個偏前12度。
    假定每一個冀莢都是在前一天的中午就開始上升，到孩升起的那一天的中午
完全升起，到應(yīng)霰落的那一天上午六時（相當(dāng)從前的卯時正）立即落下。這樣，每
圈127金石索上的荬茭嗣
  (采弱云瞄：金石索)
    , 118·

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圈128援板推動羹莢情形腿    fm 129套筒表面展開情形嘲
一撥板在圓柱上的全長應(yīng)該包著189度。開始上升到完全升起，撥板上曲袋的
一部分,估12度。圖126和圖128所表示的撥板就是按照這樣彀種的。如果蹶
意使萁莢授授地下落，假定每一冀莢在前一天的中午就開始下落，到應(yīng)孩落的那
一天中午才完全落下，刖每一撥板在圓柱上的全長應(yīng)該估192度。開始上升到
完全升起及開始下落到完全落下，撥板上曲彼的部分各估．12度，但彎曲的方向
恰相反。立柱的外面圍著一個套筒。在套筒的周圍，沿著一條整螺旋形的曲棱
r-把表面展開時成一條斜直彼，如圖129所示），共開十五個長方口。每一個口上
橫裝一個小橫軸，把十五個冀莢分別裝在各小橫軸上。各長方口在橫的方面中心
相距24度，使十五個冀莢很均勻地沿著一條螺旋彼橇套筒一周。這樣桔構(gòu)就完
全可以達到所要求的動作。
    為了稠整一個月只有二十九天時的差異，把齒輸11用一個滑鍵活裝在軸
上，使它可以由齒輸12移開，同時在它的對方再裝上一個小齒輸13，也是活
裝在軸上，可以左右移動一定的距離。遇到某個月只有二十九天的時候，在第十
四個萁莢落下以后，一面把齒輸11移開，一面把齒輸13向左移（也是裝在一
個滑瓣土，平時把它管住在右邊—止L-），使與齒輸12銜接，并轉(zhuǎn)動它三個齒，
即相當(dāng)?shù)谌�十天�?yīng)蔣的齒數(shù)，第十五個冀莢即行落下。然后仍使兩個齒輸恢復(fù)原
來的位置。這樣就又由下一個月的初一開始了。在每月有三十天的月份，就無綴
·119·

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稠整（近代裝有表示每月日數(shù)的掛鍾，對于不同日數(shù)的月份也是這樣稠整）。這
一設(shè)計也已由中國歷史博物銘復(fù)原成功了。
    圖1 30表示張衡水力天文儀器楹中國歷史博物鮚復(fù)原后的情形。
躅130礞衡水力天文儀器復(fù)原躅
  （現(xiàn)陳列在中圃膝兜博物锫）
    在唐代一行和梁令瓚
劊作的水力天文儀器上所
就的：“立木人二于地平
上，其一前置鼓以候刻，
至一刻剮自擊之；其一前
置鏡以候辰，至一辰亦自
撞之�！�’無疑是采用的凸
輸機構(gòu)。
    在北宋蘇頌的水運儀
象臺上，在木圈第一層，
鍾鼓輸上裝有“拔牙”。
每時初（即每一時辰開始
時）印有服祧司辰于左朗
內(nèi)搖蛉，每劉至即有服祿
司辰于中朗內(nèi)擊鼓，每時
正即有服紫司辰于右朗內(nèi)
捫鍾。所藐的“拔牙”都
是相當(dāng)于凸輸?shù)膫鲃訖C
件。又在木圜第四層，彀有夜漏金衄輸，上彀夜漏更籌箭，每籌施一拔牙。每更
籌歪，日入，日出，鑿擊金衄。所貌的“拔牙”也和凸翰的作用相同。
    此后王黼郭守敬等的水力天文儀器及詹希元的五榆沙漏，它們的自動擊鼓擊
贊的部分無疑都是采用的凸輸傳動的原理。
    3.  配里鼓辜上所用的凸翰
    在本章前邊“用齒輸和齒輸系傳動’’-節(jié)上，有關(guān)就里鼓卓上擊鼓擊鐲的機
構(gòu)鄙是al凸輸機構(gòu)相同。如果西rri ~記上所載的琵道卓是可靠的幫，剮凸輸?shù)挠?br /> 明更當(dāng)上推二百多年。
    4．  小孩風(fēng)率上所用的凸翰
·120·

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    在第四章風(fēng)力一節(jié)上昕逍的小孩風(fēng)卓，其中撥動敲鼓小橫桴的小橫板完全照
著凸輸?shù)淖饔谩?br />     S．謇卓上所用的凸翰
    鄹中琵上載著：“石虎有舂卓木人及作行碓于卓上。牽動則術(shù)人踏碓舂。
行十里成米一斛�！�’木人踏碓的機構(gòu)一定是一種凸輸機構(gòu)。
  6.  走蜀燈上所用的凸輸
  在第四章熱力一節(jié)中所敘速的走屬燈，其中在內(nèi)層立軸上所裝的粑鐵蒜也
是具有凸輸?shù)淖饔谩Ｒ驗樗�每參迥蔣到前面的時候就撥動由外層伸入的釉鐵蒜一
次，使祗人等發(fā)生一定的運動。轉(zhuǎn)過去以后，作用就又停止了。這完全是一種凸
輸傳動的性贊。
五、用楫傳動
    我國對于用桴傳動的實例也很
多，越舉幾種如下：
    1．  腳打羅
    用羅笳魎的工作普通多系用人
手的力量。腳打羅系利用一部分身
體的重力（這也是利用重力的一個
例子）由兩腳工作。這種羅的裝置
法可參看圖1310用輥把魎羅懸在
一個大埏箱里邊，兩邊各裝一桴通
到箱的外部，再由一個搖桴帶動它。
這一個搖榫再裝置在下部具有橫稃
的一個橫軸上。人用兩腳交替踏動
橫榫的兩頭，HU搖桴左右擺動，趣
羅郎受其影響往復(fù)擺動而籪趣。
    又在通到箱外的兩桴上，按左
右擺動的范圍裝上兩個短橫楫，并
在當(dāng)中立一個撞棍（圖上噼做撞
·121．
  圈131腳打羅圈
（采宋應(yīng)星：天工開物）

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機），使往復(fù)擺動的時候各發(fā)生撞擊一次，則篩灝的效果更加增大。人工作的時
候，若把兩肘俯在一個懸掛著的橫桴或橫板上，更可J/減程勞累的程度。我們
看，這樣的秸構(gòu)是由兩腳交替地踏動，徑過幾個桴傳達到趣羅變成它的往復(fù)運
動。
  2．水擊鞠羅
  水擊趣羅，在羅的一方面和上段所速的腳打羅完全相同。只是使兩桴f復(fù)運
  圃132土磐圓
（采宋應(yīng)星：天工開物）
動的原動力是由一個水輸傳來。
傳動的情況如前圖67所示。水輸
的轉(zhuǎn)動先帶動一個大糨翰，再由
糨套帶動一個小釉輸。在小糯輸
上裝置一個曲柄。由一個建槔先
傳到中蠲橫放的一個擺動軸上。
由擺動軸再糨過一個擺動楫和一
個迪桴傳到趣羅的兩桴上，使它
們帶動瓤羅往復(fù)運動。實際上相
當(dāng)兩個曲柄遵桴機構(gòu)的祖合。
    3．水力風(fēng)箱
    水力風(fēng)箱就是第四章水力
一節(jié)里邊的水排。它的構(gòu)造和水
擊瓤羅完全相同，而且是在東漢
初年（公元31年）發(fā)明的。
  4．輦或馨唐
  磬是用以去掉稻粒外殼的
磨。前在第四章牲畜力一節(jié)上
冒敘逍過一種嗇力磬。人力罄則
是一種用捍傳動的實例，如圖1 32
所示。用糨懸掛一個橫桴，再用一個違桴和磬上的曲柄相連。當(dāng)人用兩手往復(fù)地
并且稍有擺動地推動橫桴，就可以桎過蘧桴曲柄等件使磬的上牛發(fā)生遘精的蔣
動。這一種機構(gòu)，就膘理蔽，也是一種曲柄違桴機構(gòu)的作用。
  5．軋花機
·122·

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    我國用人力軋棉花的軋牽，主要的運動是把右腳向下踏動的運動圈接傳達到
．_個軸上去，使它發(fā)生違箱的轉(zhuǎn)動’。它的構(gòu)造和功用如前圖35所示，不再群
逍01工作的時候，先用左手向前搬動飛輸使它開始蔣動，隨著用右腳踏動腳踏
桴，就能逋檀地轉(zhuǎn)動下去，鐵軸也就跟著蔣動。一面用右手徑過曲柄蔣動下邊的
木軸，與絞軸轉(zhuǎn)向相反，使兩軸之髑向內(nèi)。用左手把子棉喂到兩軸之圈，則棉
子落在前邊，皮棉或械棉落到后邊。主要的傳動機構(gòu)也相當(dāng)一種曲柄建桴機構(gòu)。
    六，各種自動機構(gòu)
    在我國舊日的琵載里邊，還有不少屬于自動機構(gòu)的發(fā)明。雖挽沒有圖的表示
和缺乏群徊的記載，但多數(shù)可以看出它們都是采用桴的傳動和凸輸?shù)膫鲃�。崔�?br /> 要分類敘速如下：
    1．  就里鼓卓及水力天文儀器上的自動機精
    (1)在琵里鼓牽及水力天文儀器兩疆發(fā)明里邊，都有自動機構(gòu)的部分。在甏
里鼓卓上開始時只是行一里就自動地打一下鼓；后來更加上行十里就自動地打一
下鍾或敲一下鐲。它們在性冒上都是屬于自動機構(gòu)的。
    (2)在水力天文儀器上，如張衡利用撥板控制十五個冀莢按每月的日數(shù)自動
地起落；一行梁命瓚利用撥牙使每一刻自動地擊鼓，每一辰自動地撞鍾；蘇頸也
是利用撥牙使每一個時辰的開始自動地搖鉿，每一刻自動地嗇鼓，每一個時辰的
正中自動地撞鍾。后來王黼的水力天文儀器和詹希元的五輸沙漏也都具有同樣的
自動機構(gòu)。
    元代郭守敬劁制的大明殿燈漏，其中自動的機構(gòu)就更加復(fù)雜了。關(guān)于它的蟊
載如下。新元史，歷志二（元史卷四十八，天文志所載同）：“大明殿燈漏之制，
高丈有七尺。架以金為之。其曲梁之上，中彀云珠，左日右月。云珠之下復(fù)懸一
珠。梁之兩端，飾以龍首。張吻蔣目可以審平水之緩急。中梁之上有戲珠龍二，隨
珠傀仰，又可祭準水之均稠。凡此皆非徒彀也。燈氈雜以金寶為之。內(nèi)分四層，上
環(huán)布四種，旋當(dāng)日月參辰之所在。左蔣日一周。灰為龍虎舄龜之象，各居其方，
依刻跳躍。鏡q島以應(yīng)于內(nèi)。又次通分百刻，上列十二神，各執(zhí)時牌，至其時四朗
通報。又一人當(dāng)朗內(nèi)，常以手指其刻數(shù)。下四隅鍾鼓鉦鏡各一人。一刻唱鍾，二
刻鼓，三鉦，四統(tǒng)。初正皆如是。其機發(fā)隱于楹中，以水激之�！�’
    由以上的記載看，可知在這種儀器-卜邊的自動機構(gòu)，不但能使龍虎扁龜之象
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依刻跳躍，又能使四個木人一刻唱鍾，二刻鼓，三鉦，四鏡。更進一步的是能自
動地利用“龍首張吻蔣目以審平水之?dāng)z急，隨珠儻仰，以察準水之均稠�！�
    (3)古今圖謄集成引元氏掖庭琵：“帝（指順帝）又自制宮漏，豹高六七
尺。為木殛藏壺其中。運水上下。楹上彀西方三壁殿，攝腰轂玉女捧時刻籌，時
至刖浮水而上。左右列二金甲種人。一懸鍾，一懸鉦。夜刖種人能按更而擊，分
毫無爽。鍾鼓瞎時，獅鳳在側(cè)飛舞應(yīng)節(jié)。柩兩旁有日月宮。宮前飛仙六人。予午
之蠲，仙自耦進，渡橋進三壁殿。已復(fù)退立如常�！�’
    (4)明史卷二十五天文志：“明太租平元，司天監(jiān)進水晶刻漏。中彀二木偶
人，能按時自擊氟鼓。太詛以其無盆而碎之�！�
    又明實錄，太租：“洪武元年（公元1368年）冬十月甲午，司天監(jiān)進元主所
制水晶宮刻漏，備楹機巧。中彀二木偶人，能按時自擊鉦鼓。上霓之，幫侍臣日：
廢萬幾之務(wù)而用心于此，所稆作無盆害有盆也。使移此心以治天下，蚩至亡滅。
命左右碎之�！�’
    2．  由自動的木人或其它動物發(fā)出種種運動
    (1)劉歆，西京雜就：“作九層博山香鑣，銨為奇禽怪獸，窮藉靈異，皆自
然運動。”  （初學(xué)琵上運字作能）
    (2)傅立，傅子：“有上百戲者，能段而不能動。帝（指魏明帝）以圈斃生
（指饜鈞），可動否？鈞日：可動。帝日：其巧可盆否？對曰：可益。受韶作
之。以大木雕構(gòu)，使形若輸。平地旋之，潛以水發(fā)焉。彀為歌樂舞象，至令人擊
鼓吹簫。作山擻，使木人跳丸，掇劍，橡短倒立，出入自在。百官行署，舂磨斗
黜，變巧百端�！�’
    太平御霓，魏害方伎傳，均有類似的記載。
    (3)溻球，晉陽秋輯本：“衡陽區(qū)糸電者，甚有巧思。造作木室，作一婦人居
其中。人扣其戶，婦人開戶而出，當(dāng)盧再拜。還入戶內(nèi)，踢乒。又作鼠市于中，
四方丈余。開有四朗，朗中有一木人。袱四五鼠于中，欲出朗，木入輒以檄雅之
（一作瓤推木掩之），明朗如此，鼠不得出�！彼逊N后祀上也載著：“東晉元帝
太興中（公元318-321年）有衡陽區(qū)番屯，善機巧。嘗作鼠市，四方丈余。開四朗，
朗有一木人。轍四五鼠于中。欲出朗，木人輒以手擊之�！�
    (4)陸翩鄹中琵：“石虎性好佞佛，眾巧奢靡，不可耙也。嘗作檀牽，廣丈
余，長二丈。四榆。作金佛象坐于卓上，九龍吐水灌之。又作木道人，恒以手摩
    ·124·

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佛心腹之圈。又十余木道人，長二尺余，皆披袈裟橇佛行。當(dāng)佛前，輒揖禮佛，
又以手撮香投嫡t{I’與人無異。章行則木入行，龍吐水。卓止則止。亦解飛所造
也�！�
    (5)愈安期，唐類函卷二百七十二：�！昂�太后（北齊，公元550-577年）使沙P弓
靈昭造七寶鏡臺。合有三十六乒。每戶有一婦人執(zhí)簇。才下一關(guān)，三十六Fi-時
自髓。若抽此關(guān)，褚朗皆啟，婦人各出乒前。”
    (6)圖害集成考工典卷二五O引山西通志：“屬待封（唐代人）為皇后遣粒
具，中立鏡臺。臺下兩層，皆有朗戶。后將榔沐，啟鏡奩后，臺下開明，有木婦
人手巾榔至。后取已，婦人即還。面脂粒粉，眉黛髻花等，皆木人糍途，畢，其q
朗戶復(fù)閏。凡供耠皆木人。粒罷朗盡圍，乃持去其臺�！�…”
    (7)封演，封氏圈兄琵卷下：“道祭，大歷中（公元766-779年）太原節(jié)
度使辛景云葬日，藉道節(jié)度使使人修范陽祭。祭盤最為高大�？棠緸槲具t鄭公突
厥斗將之戲。機關(guān)動作，不異于生。祭花，靈卓欲過。使者rIH日，對數(shù)未盡。又
停卓，段項羽與漢高租會鴻朗之象，良久乃IIL�！�
    (8)張囂，朝野眾載：  “洛州殷文亮曾為縣命。性巧，好酒。刻木為人，衣
以糟揉，酌7行筋，皆有次第。又作妓女，歌唱吹笙，皆能應(yīng)節(jié)，欽不盡[11j木小
兒不’F把杯，飲未竟剮木妓女歌管建催。此亦莫測其神妙也�！�
    同耆上載著：“將作大匠榻務(wù)廉甚有巧思，嘗于沁州市內(nèi)刻木作伶。手執(zhí)一
枕，能自行乞。枕中錢滿，關(guān)踺忽發(fā)，自然作聲云：  t布施，。市人竟觀。欲其
作聲，施者日盈數(shù)千�！�
    同害上載著：“刖天如意中（公元692年）海州進一匠，  造十二辰章。迥
轅正南剮午朗開，屬頭人出。四方迥蔣，不爽毫厘�！�
    3．  用自動機耩捕捉動物
    (1)王安石，周官新義：“秋官，冥氏掌骰弧張。為阱樓以攻猛獸，以靈鼓敲之”
靜：“彀弧以射之，段張以伺之，為阱攫以陷之。以靈鼓酸之，刖使趨所陷焉。”
    (2)張蔫，朝野眾載：“郴州刺史王琚刻木為緞，沉于水中，取焦，引首而
出。蓋媚口中安餌，為蔣關(guān)。以石槌之剮沉。焦取其鉺，關(guān)即發(fā)�？诤蟿幗纸�，
石發(fā)刖浮出�！�
    ( 3)沈括，夢溪筆談卷第七：“慶歷中（公元1041-104 8年）有一術(shù)士，
姓李，多巧思。嘗木刻一舞鍾馗，高二三尺。右手持鐵筒，以香餌置鍾馗左手
    ．125 -