中國(guó)機(jī)械工程發(fā)明史

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    利用牲畜力軋蔗取聚或制糖的情形如圖57所示口
’  天工開物上叫·它做造糖卓。對(duì)于它的構(gòu)造記載的相當(dāng)群粑。“凡造糖章制，
用橫板二片，長(zhǎng)五尺，厚五寸，陰二尺。兩頭鑿眼安柱，上笱出少靜，下笱出板二
三尺，埋筑土內(nèi)，使安穩(wěn)不搖。上板中鑿二眼，并列更軸兩根（按即兩個(gè)輥軸，原
茳稱：木用至堅(jiān)重者），軸木大七尺圍方妙。兩軸一長(zhǎng)三尺，一長(zhǎng)四尺五寸。其
長(zhǎng)者出笱安犁儋。掂用曲木，長(zhǎng)一丈五尺，以便想牛團(tuán)蔣走。軸上鑿齒，分配雌
雄。其合褳處須直而圓。圓而楗合，夾蔗于中，一軋而過(guò)�！�…蔗過(guò)壤流。再拾
其津，向軸上稿嘴報(bào)入，再軋又三軋之，其汁盡矣�！�…”    ’’
  踴57卓1蔗取紫’
（采宋J、Z星：天工開物）
這種機(jī)械在我國(guó)南方各省產(chǎn)蔗糖的地區(qū)仍在沿用，惟不知確蟲創(chuàng)始子何時(shí)。
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    宋代王灼‘D糖霜措第四上載著：“糖霜戶器用：日蔗剖，如破竹刀而稍程。
日蔗鐮，以創(chuàng)蔗，髓四寸，長(zhǎng)尺靜，勢(shì)微彎。日蔗凳，如小杌子，一角鑿孔立木
叉，束蔗三五挺闥叉上，斜跨凳判之。日蔗碾，絮牛以碾所劁之蔗，大硬石為
之，高六七尺，重千余斤。下以硬石作槽底，循環(huán)丈余。曰榨斗，又名竹袋，以
壓蔗，高四尺，褊當(dāng)年慈竹為之。日棗杵，以筑蔗入榨斗。日榨盤，以安斗，類
今酒槽底：日榨林，以安盤，上架巨木，下蔣軸dl索壓之�！�…’’就這一嵇載．
看，宋代制造蔗糖仍是用碾碾碎，然后用一種壓榨機(jī)把蔗漿壓出，再行熬煉。所
用的石碾似與我國(guó)西南部今，日仍在使用的石碾相同，所用的原動(dòng)力同樣是牲畜
力。所用的壓榨機(jī)似與我國(guó)今日若干地區(qū)仍在使用的造酒榨林相同。如果這樣推
測(cè)是正確的蟊，剮上進(jìn)軋蔗取漿的造糖章的發(fā)明時(shí)期可能在宋代以后。但至晚也
在宋應(yīng)星著天工開物以前。
    總起來(lái)祝，我國(guó)知道利用牲畜力為原動(dòng)力的時(shí)期是很早的。就琵載靛，至少
也在四千年以前。實(shí)際上可能還早得多。釉三千多年以前即知道用牲畜力耕田；
二千多年前，即知道利用牲畜力拉動(dòng)饜排以供冶罐。后來(lái)更利用在鑿井、汲鹵、
枋耖和軋蔗等工作。
    近一百多年來(lái)，在人類利用原動(dòng)力方面，因熱力和水力發(fā)屣的很快，牲畜方
似乎是處在次要地位，但是因?yàn)槔�用方便，在不少�?guó)家，尤其是農(nóng)業(yè)國(guó)家，所利
用的原動(dòng)力，牲畜力仍估很重要的地位。
    就我國(guó)就，根據(jù)19'39年全國(guó)農(nóng)情集報(bào)上的梳針，牛饜騾瞌四種主要牲畜共
計(jì).50，5 57，000頭，若平均按兩個(gè)牲畜力相當(dāng)一個(gè)機(jī)械工業(yè)上的饜力種算，全國(guó)
仍有二千五百多萬(wàn)屬力，較之目前其他的原動(dòng)力還多一些。可以看出它對(duì)于我假
生產(chǎn)方面的重要性。
二、風(fēng)  力
    人類知道利用風(fēng)力為原動(dòng)力，時(shí)期也是很早的。應(yīng)當(dāng)是僅后于牲畜力。就我
國(guó)琵鼓土所得到的資料看，大體上可分為下列三個(gè)方面。即：(1)利用風(fēng)力以表
王灼的生卒年月還沒(méi)有考查出來(lái)。但糖霜漕第六內(nèi)提到“宣和初宰相王黼劁應(yīng)奉
司”的話；善后義有貂興吾十四年(公元1 164年)隊(duì)云茬守7C的跋話，  可知塘霜
薏豹威予北宋末年或南宋初年，勘豹在公元1130年左右。。

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明風(fēng)的方向；(2)利用風(fēng)力為一種原動(dòng)力以幫助行船及行章；(3)利用一種風(fēng)翰
把風(fēng)的直彼街動(dòng)力改變成一種迥轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便作種種工作。現(xiàn)在分別敘述如下：
    1．*用風(fēng)五以表明風(fēng)j方向
    這一類多傈把一種程的羽毛或嗣帛（有桎少數(shù)用薄銅片的）作成一個(gè)扇形，裝
在一個(gè)桴子上，使它能夠按著，風(fēng)的方向自動(dòng)的旋蔣，頭部總向著風(fēng)吹來(lái)的方向。
有立在宮中的，有立在衙署的，有立在船上的，有立在軍營(yíng)的，更有立在一個(gè)章
上，當(dāng)皇帝出行的時(shí)候走在牽蔫之前的。名稱也有相風(fēng)扁、伺風(fēng)扁、相風(fēng)竿、占
風(fēng)旗及相風(fēng)患輿等等。有關(guān)這一種的琵《如下：
    后唐屬編所著的中華古今在上載著：“伺風(fēng)扁，夏禹所作也。禁中置之，以
為恒式�！�
    清代劉凝云所著的格物中法上載著：“淮南子，若脘之候風(fēng)也�！薄皶x害，
卓鬻出，相風(fēng)在前。刻扇于竿上，名日相風(fēng)竿�！薄疤�平御霓，引兵害，五兩候
風(fēng)法，以黜羽五兩，建五丈旗，取羽蘩其巔，立罩營(yíng)中。’’“開元遺事，’五王宮
中，各立長(zhǎng)竿：掛五色旌于竿上，四垂凝以金鉿。如繪有聲，即往稅旌之所向，
可以知四方．風(fēng)候�！�’，
    宋史卷一百四十九奧服志上載著：“相風(fēng)患輿，上載長(zhǎng)竿。竿杪刻木為患。
垂裁毛笛，缸授帶，下承以小盤，周村#裙。赭扁形，輿士四人�！�7
    宋人所著的萬(wàn)花錦病谷上載著：“晉卓懿出，相風(fēng)在前，刻患在竿上。名日
相風(fēng)竿。今檣舄乃其遺意。”坡蔣茳：
扁。遇千里風(fēng)乃動(dòng)�！保�（初學(xué)琵）
“又長(zhǎng)安有靈臺(tái)，高十丈，上有相風(fēng)銅
    清汪汲所著的古愚消夏錄上載著：“宋將潁
叔為江淮發(fā)運(yùn)，嘗立占風(fēng)旗于署前以候之。”
  、z．  剩用風(fēng)力為一種原動(dòng)力以括助行N及行
    章
    當(dāng)人類最初發(fā)明利用風(fēng)力的時(shí)候，無(wú)疑是先
利用它在蓖妝方向發(fā)生的一種壓力或推力，以幫
助人力的不足。船上用的帆就是桎顯著的實(shí)例，
如圖58昕示。
    風(fēng)的方向若和船前進(jìn)的方向相同，那是最好
圃68船帆
（采圊香集成）
不過(guò)了，因?yàn)檫@樣可以利用風(fēng)力的全部。風(fēng)的方向若是對(duì)于船前進(jìn)的方向有傾斜
    ，  ’
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霞，可以一面控制帆的位置，一面用舵以矯正船前進(jìn)的方向，也可以利用風(fēng)力的
～部分。但是這就需要此較高的智慧了。
  一般的方法是在帆檣上把帆偏著裝上，使一邊寬些，一邊窄些。在竟的一邊
昀邊椽上繁上糨。按照襁的戇緊以變更帆的位置，蠲接以適應(yīng)風(fēng)的方向。這是很
合乎力學(xué)的一種發(fā)明。按理輸藐，
-部分風(fēng)力可以利用。
‘  物原上筑：“燧人以瓠濟(jì)水，
篷礁帆碴。”
風(fēng)向?qū)Υ�向的傾斜度只若在90。之內(nèi)，就有
伏犧始乘桴，軒轅作舟楫，……夏禹作舵加以
    物原上藐帆是夏禹所發(fā)明，還沒(méi)有其他的根據(jù)，但是甲骨文里邊的凡字鼠及
Aci)，有人忍為就是后來(lái)帆字的原始字。按象形貌似乎是很有理由，、叮兄即使不
是禹所發(fā)明，也晚不了多久，即最少也有三千多年的歷史了（殷代由公元前1401
1手一公元前1122年）。到漢代劉熙所著的釋名上已有了帆字，并解釋祝k“帆
乏也，隨風(fēng)張幔日帆。”可能凡是帆的原始字，后來(lái)因?yàn)橛貌疾�之類制成，方�?br /> 一l-一個(gè)“巾”字旁。7
  我國(guó)青島附近，有在手推小卓上加帆的，如圖59所示。最近吳學(xué)藺同志對(duì)
我就，吉林省冬季，電有在冰林上加帆的。惟都不知?jiǎng)?chuàng)始的年代。原理上和船
上加帆是一樣的。
    圃59手推率上咖帆
    （崩旭東同意供：；臺(tái)）
—、—～
僦(1)  Z÷芳圃：甲骨學(xué)，文字編第}．三。，
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    3，，，稠用一種風(fēng)翰把風(fēng)的童穗蕾動(dòng)力改變?yōu)橐环N逅麓動(dòng)力，以便作種種工作
  、我國(guó)在這一方面有兩種很好的發(fā)明，并且都是把直妝方向的風(fēng)力加以控制，
使一個(gè)軸發(fā)生迥轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以使作種種工作。在利用風(fēng)力上來(lái)看，是前進(jìn)了一大
步。其中立帆式一種更是我國(guó)所獨(dú)有的。
    第一種是在江蘇無(wú)錫一帶所看到的，它的式樣有些和荷蘭式風(fēng)輸相似。但是
此較筒酶，浪有它那個(gè)固定的建筑物。由四個(gè)或六個(gè)帆裝成一個(gè)輸形，帶動(dòng)_個(gè)
橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再用一條糨和兩／卜糯輸或一條鍵和兩個(gè)罐輸把橫軸的運(yùn)動(dòng)傳到接近地
面的另一個(gè)橫軸上。這一個(gè)接近地面的橫軸就是揚(yáng)水的翻卓（我國(guó)俗名很多，如
龍骨率、水龍、水蜈蚣、水卓等）的上軸。這樣當(dāng)風(fēng)力推動(dòng)風(fēng)輸蔣動(dòng)時(shí)，就傳到
下軸帶動(dòng)翻卓拐水。
    這一種風(fēng)翰的缺點(diǎn)是沒(méi)有適應(yīng)風(fēng)向的裝晷，每當(dāng)風(fēng)向有變更的時(shí)候，要用人
-j搬它一下，使它總是正對(duì)風(fēng)向。
    這一種風(fēng)輸發(fā)明的年代還不十分清楚，它很可能是由風(fēng)章發(fā)展而來(lái)。多年以
來(lái)，我國(guó)兒童在年節(jié)時(shí)所玩的風(fēng)率，在原理上是和風(fēng)輸完全相氟，惟風(fēng)輸是由風(fēng)
力吹動(dòng)，在一定的地方旋蔣。風(fēng)卓刖有風(fēng)昀時(shí)侯，可以占在一定的地方由它嶷
蔣；，無(wú)風(fēng)的時(shí)候，兒童就高舉著它，向一定的方向
跑，使它得到有風(fēng)的穡果，也會(huì)同樣的旋轉(zhuǎn)。因妁
風(fēng)牽這種東西，在遼陽(yáng)三道壕東漢晚期漢墓的壁畫
上已有表現(xiàn)，可知至少已有一千七百多年的歷史。
明代劉侗等所著的帝京景物略卷之二，春節(jié)上載
著：“……剖梳稽二寸，錯(cuò)互貼方祗其兩端。祗各
粗絳。中孔以釉竹橫安秫竿上，迎風(fēng)張而憊走，剮
旋轉(zhuǎn)如輸。舡祿渾渾如暈，日風(fēng)牽。開
    近時(shí)所覓的，比較更有進(jìn)步。不用方祗塊，而
代以多數(shù)紙條。由稅稽制一輸形，把各祗條的一端
貼在輸轂上，外端剝依次貼在翰椽上，惟使扭轉(zhuǎn)構(gòu)
九十度的角度。t當(dāng)有風(fēng)時(shí)，使迎風(fēng)而立，無(wú)風(fēng)時(shí)立
直前趨，剮旋轄如輸。更在軸上裝置一個(gè)或兩個(gè)小
橫板（相當(dāng)一個(gè)或兩個(gè)凸翰），每旋轄一次，就擊
柚60小孩凰卓圈
動(dòng)一個(gè)或兩個(gè)乒右彈力的小橫桴一下（通常是把小橫樨姣在兩條小糨之flD，桴
    ·59 *

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的他端就敲一個(gè)小鼓一下。實(shí)在是具有風(fēng)輸，凸輸，梗桴及彈簧等合餅作用的一
種玩具。其構(gòu)造如圖60所示。
  后來(lái)宋應(yīng)星所著的天工開物乃粒第一卷上有：“揚(yáng)郡以風(fēng)帆數(shù)扇，俟風(fēng)椿．
牽，風(fēng)息刖止�！痹诜揭灾侵�的物理小裁卷之八上也載著：“……用風(fēng)帆六幅，．
卓水灌田，淮拐海壤醬為之�！�’剮更達(dá)到完全為農(nóng)業(yè)服務(wù)的程度。
    圖61是解放初年華東區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所農(nóng)具系所改良的式樣。它加上了自
動(dòng)變更方向的裝置和風(fēng)力過(guò)大時(shí)防備風(fēng)輸被破壞的裝置。其余的部分仍舊保留原．
來(lái)的形式。
    圃61江蘇一帶的瓜輸    圈62立帆式凰輸，
    另一種是在大沽和塘沽一帶所看到的。我們可以噼它做“立帆式”。當(dāng)?shù)赜朽枰?br /> 做“走屬燈’’式的。圖62表示它的外形。圖6 3可表明它的裝置和工作的原理。
圃83立帆式凰輸動(dòng)作的原理
    ·60·

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    這一種風(fēng)輸?shù)臉?gòu)造，可以筑是直接由船帆變化成功的。將同大的八個(gè)船帆，
各偏裝在一個(gè)直立的桴上，即外邊的一部分比較窄，里邊的一部分比較寬，如
圖'63 B處所示。各帆的正中上端剮各由一糍E繁之。此糨翟過(guò)滑卓P下行而
繁于下部的橫桴上。各帆的里邊用D糨拉著，D糯的長(zhǎng)度以當(dāng)帆面與風(fēng)向垂-直
時(shí)恰能使糨拉緊為度。
    因帆的正中彼落在B桴的里側(cè)，帆的全體又能轆B桴轉(zhuǎn)動(dòng)，故當(dāng)全輸旋
轉(zhuǎn)時(shí)，每一帆蔣到順風(fēng)的一邊，就自動(dòng)的和風(fēng)向垂直，穡果所得的風(fēng)力最大。蔣
到逆風(fēng)的一邊，就自動(dòng)的和風(fēng)向平行，穡果所受的阻力最小b此種作用不受風(fēng)向
改變的影響，即風(fēng)無(wú)揄從哪個(gè)方向吹來(lái)，風(fēng)輸總是向同一個(gè)方向迥蔣。這是這種
風(fēng)輸彀種上最妙的一點(diǎn)。
    當(dāng)風(fēng)力過(guò)大的時(shí)候，就髯E耦使帆下落一段，帆所受的風(fēng)力自然減小，風(fēng)
輸迥蔣的速度不致失之太大，甚至使全輸受損。
    又圖上F表示中圈的立軸，其下端平裝一個(gè)斜齒輸L，和旁邊橫軸上過(guò)裝的
一個(gè)斜齒翰M相銜接，就可以把所發(fā)的原動(dòng)力傳到外部≯我國(guó)沿海產(chǎn)鹽地區(qū)，，
用這種風(fēng)輸拐海水的很多。惟創(chuàng)始的年代和發(fā)明人還沒(méi)有考征出來(lái)。但宋代盛如
梓所著“蔗齋老學(xué)/A談”上載著湛然居士集(，’泳河中府風(fēng)景待里邊有“……園林
無(wú)盡處，花木不知名，衙鳳磨舊麥，懸碓杵新粳”的句子，似乎金末元初已有了
利用風(fēng)力的磨，即至少已有七百多年的歷史，惟是不是利用的立帆式，不夠十分
明確。
    總起來(lái)藐，我國(guó)對(duì)于利用風(fēng)力的發(fā)明是很早的，按構(gòu)造來(lái)就，更有獨(dú)特劁遣
之點(diǎn)。
    -。水  力
    我國(guó)對(duì)于水力的利用，發(fā)明的也是很早的，并且利用的方面很廣�，F(xiàn)在就已
稷得到的史料分別敘述如下：
    1．用水的上浮力
    我國(guó)對(duì)于水力的利用首先是它的上浮力。最早的實(shí)例就是“刻漏’’或“銅壺
滴漏’’。
注(1)湛然屬士集是金末元初耶律楚材（公元1190-1244年）著的。
    ·61·

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    我們用~漏以表示時(shí)蠲，發(fā)明的很早。隋害卷十九，天文志上藐：“黃帝詹lj
觀漏水。竹刻漏是否劁始于黃帝很不容易斷定。但是周81J -夏官里有挈壺氏，所
以若推斷刻漏的發(fā)明已豹有三千年左右的歷史，似乎是可以的。
    刻漏的構(gòu)造，就古今圖害集成歷法典上所指出的，各代微有不同，所用的壺
數(shù)也不一樣。如圖64、圖65所示。但主要的是利用水的上浮力剮完全一致。
又水由一定大小的出口在一定時(shí)蠲流出的量和水面的高度有關(guān)；打算在一定的時(shí)
髑流出的量恒為一定，就必須保持二定的水面高度這一個(gè)規(guī)律，劊造刻漏的時(shí)候
是已檉掌握了的。
圈94唐代呂才刻漏
  （采圃窨集成）
踴85宋代燕贏刻漏
  （采蠲窨集成）
    廣州所存元代延禱年圈的銅意滴漏，宦的記載上魏：“……四壺分四層，上
三層底隅有孔，以漏水銅筧承之，以次相注，滴入箭壺。晝漏卯初一刻上水，夜
漏西初一刻上水。壺中有意箭，隨水之高下而出兄贏面。箭上劉時(shí)刻分?jǐn)?shù)。水加
一刻時(shí)，、漏浮一刻。與贏平面，晝夜箭刻盡矣�！�
    宋炙卷四百六十二方技下，信懷丙傳上載著：“河中府浮梁，用鐵牛八稚
之。一牛且數(shù)萬(wàn)斤。后水暴漲粑梁，牽牛沒(méi)于河。募能出之者。照定佾懷丙以二
大舟實(shí)土，夾牛椎之。用大木為權(quán)衡狀，鉤牛，徐去其土，舟浮午出�！�
    明代李卓吾所著的初潭集上也有同樣的記載，并鬣明時(shí)蠲是在治平中(4\元
1064-1067年)o
    歷史E這一類的記載是不少的，如曹植的用船稱象，文彥博的用水浮球，都
是對(duì)于水利上浮力有忍激的。
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  2．  用水力拉風(fēng)箱和箭面
  關(guān)于利用水力拉風(fēng)箱的記載，最早的是后漢害卷六十一杜詩(shī)傳：“……建武
七年（公元31年）遷南陽(yáng)太守。造作水排，鐐為農(nóng)器，用力少而兄功多，百姓
便之�！�,盞云：“冶鐵者為排吹炭，命激水鼓之也�！逼浯问潜菊律�畜力一項(xiàng)所
引的三國(guó)志魏害稗暨傳上所載的一段，因?yàn)榘摁呤悄详?yáng)人，他很可能受到杜待水
排的影響。
    在王禎農(nóng)耆卷二十所記載的水排的構(gòu)造如下：“……其制當(dāng)選湍流之側(cè)，架
木立軸，作二臥輸，用水激蔣下輸，則上輸所通被索，通激翰前旋鼓掉枝（按郎
曲柄），一例隨轄。其掉枝所置行桄因而推鞔臥軸左右攀耳以及排前直木，劇排
隨來(lái)去，掮冶甚速，過(guò)于人力。，，所袷原圖有不甚合理的地方，令斟酌改畫如前
圖53所示。中國(guó)歷史博物髓復(fù)原的模型如圖66所示。
    圃66水排模型
    （現(xiàn)陳列在中圓隧兜博物筒）
    由一般的常澈推想，由人排一躍而發(fā)展為水排是不容易的。若先發(fā)展為屬
排，再進(jìn)一步只改變?cè)瓌?dòng)力，就是挽不用饜力而用水力，但機(jī)構(gòu)上改變不大，就
比蛟自然了。
    在王楨農(nóng)害卷二十又載有“水擊趣羅”一種。他敘速鬣：“水擊斑羅，隨水
    . 63·

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磨用之，其機(jī)與水排俱同。羅因水力互擊椿柱，篩趣甚速，倍于人力。”其構(gòu)造如
圖67所示。
圃67水擊趣羅躅  （采王禎：裝害，稍加改正）
    由以上兩種琵載看，我國(guó)在一千九百多年以前就發(fā)明了用水力迥蔣一輸，并
用一曲柄遵桴機(jī)構(gòu)由迥蔣運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橐缓吹臄[動(dòng)或直彼的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使能拉動(dòng)水
排，后來(lái)更發(fā)展到能夠篩面。
    3．  用水力為天文儀器的原動(dòng)力
    我國(guó)發(fā)明用水力為天文儀器的原動(dòng)力，自后漢張衡（公元78-139年）以
后，歷史上不斷有筒略的韶載。
    晉者卷十一，志第一，天文上：“……張平子既作銅潭天儀，于密室中以漏
水蔣之。命伺之者髓戶而唱之：基伺之者以告靈臺(tái)之觀天者，日：璇瓚所加，某
星始兄，某星已中，某星今沒(méi)，皆如合符也�！�’
    北史卷八十九，藝術(shù)傳：“耿翻造潭天儀，不假人力，以水蔣之。施于曙室
中，使智寶外候天時(shí)，動(dòng)合符契。……”  ’
    新唐耆卷三十一天文志：“……韶一行與（粱）命瓚等，更鑄潭天銅儀園天
之象。具列宿赤道及周天度數(shù)。注水激輸，命其自轉(zhuǎn)，一晝夜而天運(yùn)周o……”
    在宋代蘇頸著的新儀象法要上，記載的更為群粑，并附有總圖和分圖。圖
們和圖69表示六十多個(gè)圖中的兩個(gè)。
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