题目

如何利用风力制造机械?

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敦煌榆林窟西夏壁画中的双木扇风箱画
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风力机械大致可分两类:一是产生风或气流的机械,如风扇车、风箱等;一是利用风力作功的机械,如风车。橐是最早的鼓风器,也是风箱的前身。在技术语汇中风箱是空气泵的一种。橐,也称橐龠。橐,以牛皮制成的风袋;龠,原指吹口管乐器,这里借喻橐的输风管。战国时期已有橐龠。敦煌榆林窟西夏壁画中有双木扇风箱画。该风箱靠木质箱体上木板的启闭运动,造成断续气流。为了得到足够的风力,其扇风板比人体还高。其鼓风效率可能较低,甚至不及橐。不久,这种木扇风箱被安装在水力驱动的机械上,这才使木扇风箱有较高的功效。南宋末年,这种风箱被拉杆活塞式风箱所取代。

 

古代唧筒也就是水泵。在军事上用的猛火油柜,实质上是喷火枪或油泵。它们为创造风箱解决了关键的技术问题。如果说唧筒为风箱的发明提供了活塞拉杆的启示,那么,曾公亮创制的猛火油柜则为风箱的诞生,并在形态与机理两方面,都作出了样品。猛火油柜是一种单筒、单拉杆、双活塞和双喷油道的液压泵,也是世界上最早的军用喷火枪。猛火油柜比风箱更复杂。若将猛火油柜改装成风箱是轻而易举的事。由此可断定,拉杆活塞风箱的诞生当继猛火油柜后不久。

 

古籍中将一种能产生风的机械叫风扇车、扇车、扬车或“风车”。古代中国人将“风扇车”和风车统称为“风车”。为了避免与利用风力作业的机械即风车相混淆,我们将产生风的机械一律称为风扇车。将扇叶装于轮轴,转动轮轴就可产生强气流。西汉时长安有名的机械师丁缓发明“七轮扇”,这大概是在一个轮轴上装有7个扇轮,转动轮轴则7个扇轮都旋转鼓风。《武经总要前集》中绘有一个以轴上曲柄转动的风扇车。从中可见,在装有轮轴、扇叶板和曲柄摇手的右边,是一个特制的圆形风腔,曲柄摇手的周围圆形空洞,就是进风口,左边有长方形风道,来自漏斗的稻谷通过斗阀穿过风道,饱满结实的谷粒落入出粮口,而糠杂物则沿风道随风一起飘出风口。

 

《天工开物》中绘有闭合式的风扇车。利用风力使轮轴旋转,使其可以磨麦或转动水车的机械,称为风车。中国古代风车具有明显特点,除卧式轮轴外,风帆为船帆式。帆并非安装于轮轴径向位置,而是安装在轴架周围的八根柱杆上。帆又是偏装,即帆布在杆的一边较窄,在另一边较宽,并用绳索拉紧。利用绳索的松紧和帆的偏装,可以利用戗风或逆风,如同在船帆中一样。这种装置方式使帆可以自由随风摆动,而不产生特别阻力,帆在外周转动的有效风力作用范围,超出180度。

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《天工开物》铸鼎图中的风箱
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《演禽斗数三世相书》中的拉杆活塞式风箱图画
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上载日期:
2019年12月03日

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