秦汉时期的工具设计

秦汉时期的工具设计
秦汉时期的工具有很多，每一个工具的设计也是奇妙，那就由我带领大家进入秦汉时期的工业作坊。

聊到工具我们不得不先介绍一下农业工具，毕竟中国是一个农业大国，工具也是分几种而最重要的就是农耕工具，我所要介绍的农耕工具是播种耧车。

一、播种耧车
耧也叫"耧车、"耧犁"、"耙耧"。

旧时中国农具名。

是一种畜力条播机。

西汉赵过作耧，已有两千多年历史。

由耧架、耧斗、耧腿、耧铲等构成。

有一腿耧至七腿耧多种，以两腿耧播种较均匀。

可播大麦、小麦、大豆、高粱等。

耧车的造型也是非常独特（如图1），播种时用的铧，类似三角犁铧，但较小些，中间有一高脊，0.1m长，0.08m宽。

将劐插入耧车脚背上的二孔中并紧紧绑在横木上。

这种铧入地8厘米深，而种子经过耧脚撒落下来，因此能在土中种得很深，并使产量大为提高。

产量提高与耧车的效率有着密切的关系，其耕作原理是效率提高的重要原因，耧车由三只耧脚组成，就是三脚耧。

三脚耧，下有三个开沟器，播种时，用一头牛拉着耧车，耧脚在平整好的土地上开沟播种，同时进行覆盖和镇压，一举数得，省时省力，故其效率可以达到"日种一顷"。

图1耧车
耧车在西方也很受欢迎，西方的第一部种子条播机是受到我国的启示而制成的。

在公元1566年，威尼斯参议院给欧洲最早的条播机授予了专利权，其发明者是卡米罗·托雷洛。

留下详细说明的最早条播机是公元1602年波伦亚城的塔蒂尔·卡瓦里纳的条播机，但很原始。

欧洲第一个真正条播机是杰思罗·塔尔发展起来的。

公元1700年后不久，此机便已生产，对其叙述发表于公元1731年。

但欧洲的这种及其后那些类型的条播机既昂贵又不可靠。

一直到公元19世纪中叶，欧洲才有足够数量的坚实而质量又好的条播机。

公元18世纪欧洲出现过詹姆斯·夏普发明的一种较好的种子条播机，但只单行播种，而且太小，因此，其功能虽好，却没有引起足够重视。

由于缺乏这方面的工程技术知识，欧洲在公元19世纪中叶以前的种子条播机基本上无效。

因此，欧洲在种子条播机这个问题上，白白浪费了两个世纪的时间，这是因为未能利用耧车固有的原理。

可以看出中国是世界上机械发展最早的国家之一。

中国古代在机械方面有许多发明创造，在动力的利用和机械结构的设计上都有自己的特色。

中国劳动人民很早以前已经懂得用牛、马来拉车了，到2500多年以前，牲畜力己被利用到农业生产方面，当时人们除了利用牲畜驮拉运输外，并利用牲畜来帮助耕田和播种。

在战国时期就有了播种机械。

我国古代的耧车，就是现代播种机的始祖。

耕种的工具已经相当好使了，但是种地最重要的不只是耕地，还有便捷的水源，所以水利设施翻车和渴乌就诞生了。

二、翻车
翻车是一种刮板式连续提水机械，又名龙骨水车，是我国古代最著名的农业灌溉机械之一。

翻车可用手摇、脚踏、牛转、水转或风转驱动。

龙骨叶板用作链条，卧于矩形长槽中，车身斜置河边或池塘边。

下链轮和车身一部分没入水中。

驱动链轮，叶板就沿槽刮水上升，到长槽上端将水送出。

如此连续循环，把水输送到需要之处，可连续取水，功效大大高。

翻车构造及其原理：由木板制成长槽，槽中放置数十块与木槽等宽的刮水板。

刮水板之间由铰关依次连接，首尾衔接成环状。

木槽上下两端各有一带齿木轴。

擗水冲激下卧轮，下轮既动，带动上卧轮，再带动和上卧轮幅支相间的竖轮，利用齿轮连动原理，带动置于一旁沟渠中的翻车，水便被运送岸上了。

又或者将下卧轮改作一独立之车头竖轮，使其幅支亦与上卧轮相间，再激水推动之，效果亦是相同。

亦可将下卧轮改作推杆，
由牲畜推转。

（如图2）
图2翻车
翻车的最大好处是为农民省力。

因它利用的是自然界的力量，人力、畜力可以用作其它生产活动。

且此法输水灌溉可日夜不息，方便之处又在人踏翻车之上。

但是这个方法一旦水势太强，容易使龙骨板破裂不堪使用。

则筒车之方便处，又在水转翻车之上,所以渴乌的出现避免了水势强大所造成的影响。

三、渴乌
渴乌是指中国古代吸水用的曲管，是利用虹吸管原理制作的水利装置，渴乌可以“隔山取水”。

渴乌是以大竹筒套接成弯管，以麻漆封裹，密不透气，跨过山峦。

将临水一端入水5尺，然后在出口一端放入松桦枝叶和干草等易燃物。

点燃后，稍冷，筒内形成相对真空，即可吸水而上。

明清人又称过山龙。

小型的褐乌，古代也有用作刻漏的注水部件。

（如图3）
渴乌在古时用竹或铜制成，利用虹吸效应，在存在一定高度落差时，将水跨过一个高度引到另一边。

渴乌的用途也是很广，古代在生产、生活、军事、建筑和科学仪器中都有应用，也是农田自流灌溉的重要设施。

这种装置的具体结构不是一成不变的，其也是中国水利设施的重要发明的一种曲管。

图3渴乌
农业工具其特点和工艺已经介绍完了，那就该到工业工具了，首先我要给大家介绍的就是纺织斜织机。

四、斜织机
斜织机材质以木头为主，其特征是用两块踏板控制一片综，因其机身倾斜而称为斜织机。

斜织机也是由上个时期的织机改进而来，是一种带有提综装置的织机，更是织布工具的重大革新之一。

其生产效率比原始的“踞织机”可以提高十倍以上，是当时世界上最先进的织布机。

但它最早出现在什么时候，目前尚缺乏可靠的史料说明。

有关专家学者根据史书记载推测，战国时候诸侯馈赠的布帛数量，比春秋时高达百倍的现象，而断言此应为“斜织机”出现，其生产效率倍增的结果。

也有专家学者据《诗经·尔雅·大车》云“小车大车杼、轴其空。

”朱熹《诗经传》解释说“杼，杼纬者也，轴边经者也。

”杼即梭子，主纬线;轴，是主经线的轴。

因此而断言，“斜织机”的出现至少可追溯到战国时代。

“斜织机”最早的图像可在“汉画像石”上看到，这种“汉画像石”一共发现了九块，其中两块都有“曾母投杼”的故事。

故事讲的是春秋战国时孔子的学生曾参幼年时，曾母正在织布，有人进屋告诉她儿子曾参杀人了，曾母起初不信，但后来经不住人们接二连三地告诉，于是说信了，并生气的投杼断机，教训儿子。

“汉画像石”上的“斜织机”刻画得十分清楚，从中可窥其大致形状。

后有专家学者根据“汉画像石”上的织机图像，结合少数民族保存下来的古老织机(也包括土家族的织“锦斜织”机)，
复制出了秦汉时代的“斜织机”。

然而，仍一直苦于找不到“斜织机”的实物出土来印证，直到里耶古城遗址内出土了秦代“木梭子”、“木纺轮”等织布机上的零部件后，才真正证实了在战国秦汉时代，“斜织机”就已经使用了。

可以看出斜织机在纺织工具的地位还是相当的高，那我就来介绍一下其设计造型，斜织机的机身分为机座和机架两部分。

机座前端设有坐板，后端斜接着长方形机架。

机架后端安置的两根撑柱，使机架和水平机座成50°到60°角。

机架是一长方形木框，上端设有一根汉代称为“滕”的经轴，下端设有一根被称为“梭”的卷布轴。

经轴和卷布轴上还各设有一用以控制送经量和卷布量的轴牙。

机架中间两侧各装一根“立叉子”，其端装有形似“马头”状的提综杆，活套于一根中轴上。

“马头”前端系着综框，后端装有一根用于将经线分为上下两层的分经木。

机座下有两长短不一的脚踏杆，长者连结一提综杠杆，通过“马头”控制综片的提升，短的一根与综片下端相联结。

织造时，织工坐在机上，踩下长踏杆，力量沿杆传到提综马头的杠杆部分时，马头前倾上跷，连系底经的综框立即将底经提高到原面经的位置之上，同时，中轴也相应地向下压迫面经，形成一个三角形的梭口，这时可进行投梭送纬，竹筘打纬的工作了。

当这一工作完成后，脚即离开长踏杆，而踩下短踏杆，使综框下降，底经失去拉力，恢复到原来的形状，与此同时，“马头”前端靠自重下垂，使面经也恢复到原来的形状，准备接受下一个开口运动。

如此往复，织品就“缕缕而成之，寸寸而积之”了。

当织好一段布帛后，可一边扳动经轴一端的轴牙放经，一边转动卷布轴一端的轴牙张紧经纱，继续织造。

（如图4）
图4 斜织机
可能大家在想为什么斜织机造型如此独特，那就不得不和上一代的织机进行比较。

一是它配备了机架，经面和水平机座成50—60°的倾角，织工可一目了然地观察到开口后经面是否平整、经线有无断头。

二是织工坐着操作，而且用经纱导棍和织口卷布轴来代替腰力控制纱线张力，在一定程度上减轻了织工的劳动量。

三是用梭子和竹筘送纬
打纬，既提高了织造速度，又较好地控制了布幅宽度。

四是用脚踏提综的开口装置，使双手解脱出来，更有效地运用于引纬和打纬上。

斜织机上脚踏提综装置是织机发展史上一项较为重要的发明，它的出现不仅使织造效率和质量有了大幅度的提高，对纺纱技术的进步也产生了相当大的影响，如脚踏纺车就是受其启发而创造出来的。

斜织机大幅度提升了纺织的效率和质量的提高，可是人们还是不满于此呀，有了高质量的衣服，但是衣服又太单调，要是能织几个花纹拿给多好呀，人们有了想法就要付出行动呀，第一台能织花纹的纺织机诞生了，它就是提花机。

五、提花机
提花机作为一种纺织工具，是中国古代的一项重要发明。

据考古证实，从河南安阳殷墟墓葬铜器上保留的丝织物痕迹来看，不仅有平纹组织的绢，还有提花的菱纹绮。

这说明，我国早在商代就出现了。

一般的织机只能织出平纹的织物，带有复杂花纹的织物只有提花机才能织出。

提花机的工艺方法源于原始腰机挑花，汉代时这种工艺方法已经用于斜织机和水平织机。

通常采用一蹑（脚踏板）控制一综（吊起经线的装置）来织制花纹，为了织出花纹，就要增加综框的数目，两片综框只能织出平纹组织，3——4片综框能织出斜纹组织，5片以上的综框才能织出缎纹组织。

因此，要织复杂的、花形循环较大的花，必须把经纱分成更多的组，多综多蹑的花机逐步形成。

据《西京杂记》载：有巨鹿人陈宝光妻所织散花绫“机用一百二十蹑”，这么多的综蹑织造起来十分烦琐，到了三国时马均“旧绫机丧功费日乃思绫机之变”改六十综蹑为十二综蹑，采用束综提花的方法，即方便了操作又提高了效率。

提花机是由竹木构成，结构复杂，部件上残存有彩色丝线。

其中一部织机略大，高约3m、长约4m、宽约2m，须有两个人操作，造型也是很奇特。

织机上残存有多片综框，是多综式的（如图5）。

可以看出提花机的造型是相当庞大的，而且需要由两人配合操作，一人坐在花楼之上专门负责提花，另一人脚踏地综，投梭打纬，这样花纹循环可以大大增加，这就需要两个人极好的配合，在提花工艺中，装造系统和编结花本是相互配合的，二者缺一不可，而编结花本，尤具有关键意义。

编结花本是提花技术中最难掌握的技术，必须准确地计算纹样的大小和各个部位>的长度，以及每个纹样范围内的经纬密度和交结情况，不得稍有疏忽，否则，便达不到提花的目的。

我国历代织工是深刻了解这一点，并且能充分
地掌握和解决这个问题的，因而才能不断地织出大量精美的纹织物。

宋应星在《天工开物》中为此这样感叹：“工匠结本，心计最精，天孙机杼，人巧备矣。

”意思是说结花本是件需要精密思考的工作，实在可以和天上织女的织作技巧相比。

图5 提花机
提花机和提花方法是我国古代在纺织技术上的一项极为重要的发明。

现代纺织厂普遍采用的龙头提花机就是以我国古代的花楼提花机为蓝本改造而成的。

它的出现对世界近代科技史也有影响。

18世纪，借鉴花楼机上挑花结本的提花原理，法国人贾卡制成了用打孔的纸版和钢针来控制提花的纹版提花机。

19世纪，打孔的纸版对早期计算机的程序控制有所启发。