中国机械工程发明史

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    利用牲畜力轧蔗取聚或制糖的情形如图57所示口
’  天工开物上叫·它做造糖卓。对于它的构造记载的相当群粑。“凡造糖章制，
用横板二片，长五尺，厚五寸，阴二尺。两头凿眼安柱，上笱出少静，下笱出板二
三尺，埋筑土内，使安稳不摇。上板中凿二眼，并列更轴两根（按即两个辊轴，原
茳称：木用至坚重者），轴木大七尺围方妙。两轴一长三尺，一长四尺五寸。其
长者出笱安犁儋。掂用曲木，长一丈五尺，以便想牛团蒋走。轴上凿齿，分配雌
雄。其合裢处须直而圆。圆而楗合，夹蔗于中，一轧而过。……蔗过壤流。再拾
其津，向轴上稿嘴报入，再轧又三轧之，其汁尽矣。……”    ’’
  踊57卓1蔗取紫’
（采宋J、Z星：天工开物）
这种机械在我国南方各省产蔗糖的地区仍在沿用，惟不知确虫创始子何时。
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    宋代王灼‘D糖霜措第四上载着：“糖霜户器用：日蔗剖，如破竹刀而稍程。
日蔗镰，以创蔗，髓四寸，长尺静，势微弯。日蔗凳，如小杌子，一角凿孔立木
叉，束蔗三五挺闼叉上，斜跨凳判之。日蔗碾，絮牛以碾所劁之蔗，大硬石为
之，高六七尺，重千余斤。下以硬石作槽底，循环丈余。曰榨斗，又名竹袋，以
压蔗，高四尺，褊当年慈竹为之。日枣杵，以筑蔗入榨斗。日榨盘，以安斗，类
今酒槽底：日榨林，以安盘，上架巨木，下蒋轴dl索压之。……’’就这一嵇载．
看，宋代制造蔗糖仍是用碾碾碎，然后用一种压榨机把蔗浆压出，再行熬炼。所
用的石碾似与我国西南部今，日仍在使用的石碾相同，所用的原动力同样是牲畜
力。所用的压榨机似与我国今日若干地区仍在使用的造酒榨林相同。如果这样推
测是正确的蟊，剐上进轧蔗取浆的造糖章的发明时期可能在宋代以后。但至晚也
在宋应星著天工开物以前。
    总起来祝，我国知道利用牲畜力为原动力的时期是很早的。就琵载靛，至少
也在四千年以前。实际上可能还早得多。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动餍排以供冶罐。后来更利用在凿井、汲卤、
枋耖和轧蔗等工作。
    近一百多年来，在人类利用原动力方面，因热力和水力发屣的很快，牲畜方
似乎是处在次要地位，但是因为利用方便，在不少国家，尤其是农业国家，所利
用的原动力，牲畜力仍估很重要的地位。
    就我国就，根据19'39年全国农情集报上的梳针，牛餍骡瞌四种主要牲畜共
计.50，5 57，000头，若平均按两个牲畜力相当一个机械工业上的餍力种算，全国
仍有二千五百多万属力，较之目前其他的原动力还多一些。可以看出它对于我假
生产方面的重要性。
二、风  力
    人类知道利用风力为原动力，时期也是很早的。应当是仅后于牲畜力。就我
国琵鼓土所得到的资料看，大体上可分为下列三个方面。即：(1)利用风力以表
王灼的生卒年月还没有考查出来。但糖霜漕第六内提到“宣和初宰相王黼劁应奉
司”的话；善后义有貂兴吾十四年(公元1 164年)队云茬守7C的跋话，  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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明风的方向；(2)利用风力为一种原动力以帮助行船及行章；(3)利用一种风翰
把风的直彼街动力改变成一种迥转运动，以便作种种工作。现在分别叙述如下：
    1．*用风五以表明风j方向
    这一类多傈把一种程的羽毛或嗣帛（有桎少数用薄铜片的）作成一个扇形，装
在一个桴子上，使它能够按着，风的方向自动的旋蒋，头部总向着风吹来的方向。
有立在宫中的，有立在衙署的，有立在船上的，有立在军营的，更有立在一个章
上，当皇帝出行的时候走在牵蔫之前的。名称也有相风扁、伺风扁、相风竿、占
风旗及相风患舆等等。有关这一种的琵《如下：
    后唐属编所著的中华古今在上载着：“伺风扁，夏禹所作也。禁中置之，以
为恒式。”
    清代刘凝云所著的格物中法上载着：“淮南子，若脘之候风也。”“晋害，
卓鬻出，相风在前。刻扇于竿上，名日相风竿。”“太平御霓，引兵害，五两候
风法，以黜羽五两，建五丈旗，取羽蘩其巅，立罩营中。’’“开元遗事，’五王宫
中，各立长竿：挂五色旌于竿上，四垂凝以金铪。如绘有声，即往税旌之所向，
可以知四方．风候。’’，
    宋史卷一百四十九奥服志上载着：“相风患舆，上载长竿。竿杪刻木为患。
垂裁毛笛，缸授带，下承以小盘，周村#裙。赭扁形，舆士四人。’7
    宋人所著的万花锦病谷上载着：“晋卓懿出，相风在前，刻患在竿上。名日
相风竿。今樯舄乃其遗意。”坡蒋茳：
扁。遇千里风乃动。”．（初学琵）
“又长安有灵台，高十丈，上有相风铜
    清汪汲所著的古愚消夏录上载着：“宋将颍
叔为江淮发运，尝立占风旗于署前以候之。”
  、z．  剩用风力为一种原动力以括助行N及行
    章
    当人类最初发明利用风力的时候，无疑是先
利用它在蓖妆方向发生的一种压力或推力，以帮
助人力的不足。船上用的帆就是桎显著的实例，
如图58昕示。
    风的方向若和船前进的方向相同，那是最好
圃68船帆
（采圊香集成）
不过了，因为这样可以利用风力的全部。风的方向若是对于船前进的方向有倾斜
    ，  ’
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霞，可以一面控制帆的位置，一面用舵以矫正船前进的方向，也可以利用风力的
～部分。但是这就需要此较高的智慧了。
  一般的方法是在帆樯上把帆偏着装上，使一边宽些，一边窄些。在竟的一边
昀边椽上繁上糨。按照襁的戆紧以变更帆的位置，蠲接以适应风的方向。这是很
合乎力学的一种发明。按理输藐，
-部分风力可以利用。
‘  物原上筑：“燧人以瓠济水，
篷礁帆碴。”
风向对船向的倾斜度只若在90。之内，就有
伏牺始乘桴，轩辕作舟楫，……夏禹作舵加以
    物原上藐帆是夏禹所发明，还没有其他的根据，但是甲骨文里边的凡字鼠及
Aci)，有人忍为就是后来帆字的原始字。按象形貌似乎是很有理由，、叮兄即使不
是禹所发明，也晚不了多久，即最少也有三千多年的历史了（殷代由公元前1401
1手一公元前1122年）。到汉代刘熙所著的释名上已有了帆字，并解释祝k“帆
乏也，随风张幔日帆。”可能凡是帆的原始字，后来因为用布帛之类制成，方加
一l-一个“巾”字旁。7
  我国青岛附近，有在手推小卓上加帆的，如图59所示。最近吴学蔺同志对
我就，吉林省冬季，电有在冰林上加帆的。惟都不知创始的年代。原理上和船
上加帆是一样的。
    圃59手推率上咖帆
    （崩旭东同意供：；台）
—、—～
僦(1)  Z÷芳圃：甲骨学，文字编第}．三。，
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    3，，，稠用一种风翰把风的童穗蕾动力改变为一种逅麓动力，以便作种种工作
  、我国在这一方面有两种很好的发明，并且都是把直妆方向的风力加以控制，
使一个轴发生迥转运动，以使作种种工作。在利用风力上来看，是前进了一大
步。其中立帆式一种更是我国所独有的。
    第一种是在江苏无锡一带所看到的，它的式样有些和荷兰式风输相似。但是
此较筒酶，浪有它那个固定的建筑物。由四个或六个帆装成一个输形，带动_个
横轴转动，再用一条糨和两／卜糯输或一条键和两个罐输把横轴的运动传到接近地
面的另一个横轴上。这一个接近地面的横轴就是扬水的翻卓（我国俗名很多，如
龙骨率、水龙、水蜈蚣、水卓等）的上轴。这样当风力推动风输蒋动时，就传到
下轴带动翻卓拐水。
    这一种风翰的缺点是没有适应风向的装晷，每当风向有变更的时候，要用人
-j搬它一下，使它总是正对风向。
    这一种风输发明的年代还不十分清楚，它很可能是由风章发展而来。多年以
来，我国儿童在年节时所玩的风率，在原理上是和风输完全相氟，惟风输是由风
力吹动，在一定的地方旋蒋。风卓刖有风昀时侯，可以占在一定的地方由它嶷
蒋；，无风的时候，儿童就高举着它，向一定的方向
跑，使它得到有风的穑果，也会同样的旋转。因妁
风牵这种东西，在辽阳三道壕东汉晚期汉墓的壁画
上已有表现，可知至少已有一千七百多年的历史。
明代刘侗等所著的帝京景物略卷之二，春节上载
着：“……剖梳稽二寸，错互贴方祗其两端。祗各
粗绦。中孔以釉竹横安秫竿上，迎风张而惫走，剐
旋转如输。舡禄浑浑如晕，日风牵。开
    近时所觅的，比较更有进步。不用方祗块，而
代以多数纸条。由税稽制一输形，把各祗条的一端
贴在输毂上，外端剥依次贴在翰椽上，惟使扭转构
九十度的角度。t当有风时，使迎风而立，无风时立
直前趋，剐旋辖如输。更在轴上装置一个或两个小
横板（相当一个或两个凸翰），每旋辖一次，就击
柚60小孩凰卓圈
动一个或两个乒右弹力的小横桴一下（通常是把小横樨姣在两条小糨之flD，桴
    ·59 *

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的他端就敲一个小鼓一下。实在是具有风输，凸输，梗桴及弹簧等合饼作用的一
种玩具。其构造如图60所示。
  后来宋应星所著的天工开物乃粒第一卷上有：“扬郡以风帆数扇，俟风椿．
牵，风息刖止。”在方以智著的物理小裁卷之八上也载着：“……用风帆六幅，．
卓水灌田，淮拐海壤酱为之。’’剐更达到完全为农业服务的程度。
    图61是解放初年华东区农业科学研究所农具系所改良的式样。它加上了自
动变更方向的装置和风力过大时防备风输被破坏的装置。其余的部分仍旧保留原．
来的形式。
    圃61江苏一带的瓜输    圈62立帆式凰输，
    另一种是在大沽和塘沽一带所看到的。我们可以噼它做“立帆式”。当地有噼一
做“走属灯’’式的。图62表示它的外形。图6 3可表明它的装置和工作的原理。
圃83立帆式凰输动作的原理
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    这一种风输的构造，可以筑是直接由船帆变化成功的。将同大的八个船帆，
各偏装在一个直立的桴上，即外边的一部分比较窄，里边的一部分比较宽，如
图'63 B处所示。各帆的正中上端剐各由一糍E繁之。此糨翟过滑卓P下行而
繁于下部的横桴上。各帆的里边用D糨拉着，D糯的长度以当帆面与风向垂-直
时恰能使糨拉紧为度。
    因帆的正中彼落在B桴的里侧，帆的全体又能辘B桴转动，故当全输旋
转时，每一帆蒋到顺风的一边，就自动的和风向垂直，穑果所得的风力最大。蒋
到逆风的一边，就自动的和风向平行，穑果所受的阻力最小b此种作用不受风向
改变的影响，即风无揄从哪个方向吹来，风输总是向同一个方向迥蒋。这是这种
风输彀种上最妙的一点。
    当风力过大的时候，就髯E耦使帆下落一段，帆所受的风力自然减小，风
输迥蒋的速度不致失之太大，甚至使全输受损。
    又图上F表示中圈的立轴，其下端平装一个斜齿输L，和旁边横轴上过装的
一个斜齿翰M相衔接，就可以把所发的原动力传到外部≯我国沿海产盐地区，，
用这种风输拐海水的很多。惟创始的年代和发明人还没有考征出来。但宋代盛如
梓所著“蔗斋老学/A谈”上载着湛然居士集(，’泳河中府风景待里边有“……园林
无尽处，花木不知名，衙凤磨旧麦，悬碓杵新粳”的句子，似乎金末元初已有了
利用风力的磨，即至少已有七百多年的历史，惟是不是利用的立帆式，不够十分
明确。
    总起来藐，我国对于利用风力的发明是很早的，按构造来就，更有独特劁遣
之点。
    -。水  力
    我国对于水力的利用，发明的也是很早的，并且利用的方面很广。现在就已
稷得到的史料分别叙述如下：
    1．用水的上浮力
    我国对于水力的利用首先是它的上浮力。最早的实例就是“刻漏’’或“铜壶
滴漏’’。
注(1)湛然属士集是金末元初耶律楚材（公元1190-1244年）著的。
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    我们用~漏以表示时蠲，发明的很早。隋害卷十九，天文志上藐：“黄帝詹lj
观漏水。竹刻漏是否劁始于黄帝很不容易断定。但是周81J -夏官里有挈壶氏，所
以若推断刻漏的发明已豹有三千年左右的历史，似乎是可以的。
    刻漏的构造，就古今图害集成历法典上所指出的，各代微有不同，所用的壶
数也不一样。如图64、图65所示。但主要的是利用水的上浮力剐完全一致。
又水由一定大小的出口在一定时蠲流出的量和水面的高度有关；打算在一定的时
髑流出的量恒为一定，就必须保持二定的水面高度这一个规律，刽造刻漏的时候
是已柽掌握了的。
圈94唐代吕才刻漏
  （采圃窨集成）
踊85宋代燕赢刻漏
  （采蠲窨集成）
    广州所存元代延祷年圈的铜意滴漏，宦的记载上魏：“……四壶分四层，上
三层底隅有孔，以漏水铜笕承之，以次相注，滴入箭壶。昼漏卯初一刻上水，夜
漏西初一刻上水。壶中有意箭，随水之高下而出兄赢面。箭上刘时刻分数。水加
一刻时，、漏浮一刻。与赢平面，昼夜箭刻尽矣。∞
    宋炙卷四百六十二方技下，信怀丙传上载着：“河中府浮梁，用铁牛八稚
之。一牛且数万斤。后水暴涨粑梁，牵牛没于河。募能出之者。照定佾怀丙以二
大舟实土，夹牛椎之。用大木为权衡状，钩牛，徐去其土，舟浮午出。”
    明代李卓吾所著的初潭集上也有同样的记载，并鬣明时蠲是在治平中(4\元
1064-1067年)o
    历史E这一类的记载是不少的，如曹植的用船称象，文彦博的用水浮球，都
是对于水利上浮力有忍激的。
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  2．  用水力拉风箱和箭面
  关于利用水力拉风箱的记载，最早的是后汉害卷六十一杜诗传：“……建武
七年（公元31年）迁南阳太守。造作水排，镣为农器，用力少而兄功多，百姓
便之。’,盏云：“冶铁者为排吹炭，命激水鼓之也。”其次是本章牲畜力一项所
引的三国志魏害稗暨传上所载的一段，因为稗暨是南阳人，他很可能受到杜待水
排的影响。
    在王祯农耆卷二十所记载的水排的构造如下：“……其制当选湍流之侧，架
木立轴，作二卧输，用水激蒋下输，则上输所通被索，通激翰前旋鼓掉枝（按郎
曲柄），一例随辖。其掉枝所置行桄因而推鞔卧轴左右攀耳以及排前直木，剧排
随来去，掮冶甚速，过于人力。，，所袷原图有不甚合理的地方，令斟酌改画如前
图53所示。中国历史博物髓复原的模型如图66所示。
    圃66水排模型
    （现陈列在中圆隧兜博物筒）
    由一般的常澈推想，由人排一跃而发展为水排是不容易的。若先发展为属
排，再进一步只改变原动力，就是挽不用餍力而用水力，但机构上改变不大，就
比蛟自然了。
    在王桢农害卷二十又载有“水击趣罗”一种。他叙速鬣：“水击斑罗，随水
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磨用之，其机与水排俱同。罗因水力互击椿柱，筛趣甚速，倍于人力。”其构造如
图67所示。
圃67水击趣罗躅  （采王祯：装害，稍加改正）
    由以上两种琵载看，我国在一千九百多年以前就发明了用水力迥蒋一输，并
用一曲柄遵桴机构由迥蒋运动改变为一捍的摆动或直彼的往复运动，使能拉动水
排，后来更发展到能够筛面。
    3．  用水力为天文仪器的原动力
    我国发明用水力为天文仪器的原动力，自后汉张衡（公元78-139年）以
后，历史上不断有筒略的韶载。
    晋者卷十一，志第一，天文上：“……张平子既作铜潭天仪，于密室中以漏
水蒋之。命伺之者髓户而唱之：基伺之者以告灵台之观天者，日：璇瓒所加，某
星始兄，某星已中，某星今没，皆如合符也。’’
    北史卷八十九，艺术传：“耿翻造潭天仪，不假人力，以水蒋之。施于曙室
中，使智宝外候天时，动合符契。……”  ’
    新唐耆卷三十一天文志：“……韶一行与（粱）命瓒等，更铸潭天铜仪园天
之象。具列宿赤道及周天度数。注水激输，命其自转，一昼夜而天运周o……”
    在宋代苏颈著的新仪象法要上，记载的更为群粑，并附有总图和分图。图
们和图69表示六十多个图中的两个。
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