題目

如何利用風力製造機械?

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敦煌榆林窟西夏壁畫中的雙木扇風箱畫
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風力機械大致可分兩類:一是產生風或氣流的機械,如風扇車、風箱等;一是利用風力作功的機械,如風車。橐是最早的鼓風器,也是風箱的前身。在技術語彙中風箱是空氣泵的一種。橐,也稱橐龠。橐,以牛皮製成的風袋;龠,原指吹口管樂器,這裏借喻橐的輸風管。戰國時期已有橐龠。敦煌榆林窟西夏壁畫中有雙木扇風箱畫。該風箱靠木質箱體上木板的啟閉運動,造成斷續氣流。為了得到足夠的風力,其扇風板比人體還高。其鼓風效率可能較低,甚至不及橐。不久,這種木扇風箱被安裝在水力驅動的機械上,這才使木扇風箱有較高的功效。南宋末年,這種風箱被拉桿活塞式風箱所取代。

 

古代唧筒也就是水泵。在軍事上用的猛火油櫃,實質上是噴火槍或油泵。它們為創造風箱解決了關鍵的技術問題。如果說唧筒為風箱的發明提供了活塞拉桿的啟示,那麼,曾公亮創製的猛火油櫃則為風箱的誕生,並在形態與機理兩方面,都作出了樣品。猛火油櫃是一種單筒、單拉桿、雙活塞和雙噴油道的液壓泵,也是世界上最早的軍用噴火槍。猛火油櫃比風箱更複雜。若將猛火油櫃改裝成風箱是輕而易舉的事。由此可斷定,拉桿活塞風箱的誕生當繼猛火油櫃後不久。

 

古籍中將一種能產生風的機械叫風扇車、扇車、揚車或「風車」。古代中國人將「風扇車」和風車統稱為「風車」。為了避免與利用風力作業的機械即風車相混淆,我們將產生風的機械一律稱為風扇車。將扇葉裝於輪軸,轉動輪軸就可產生強氣流。西漢時長安有名的機械師丁緩發明「七輪扇」,這大概是在一個輪軸上裝有7個扇輪,轉動輪軸則7個扇輪都旋轉鼓風。《武經總要前集》中繪有一個以軸上曲柄轉動的風扇車。從中可見,在裝有輪軸、扇葉板和曲柄搖手的右邊,是一個特製的圓形風腔,曲柄搖手的周圍圓形空洞,就是進風口,左邊有長方形風道,來自漏斗的稻穀通過斗閥穿過風道,飽滿結實的穀粒落入出糧口,而糠雜物則沿風道隨風一起飄出風口。

 

《天工開物》中繪有閉合式的風扇車。利用風力使輪軸旋轉,使其可以磨麥或轉動水車的機械,稱為風車。中國古代風車具有明顯特點,除臥式輪軸外,風帆為船帆式。帆並非安裝於輪軸徑向位置,而是安裝在軸架周圍的八根柱桿上。帆又是偏裝,即帆布在桿的一邊較窄,在另一邊較寬,並用繩索拉緊。利用繩索的鬆緊和帆的偏裝,可以利用戧風或逆風,如同在船帆中一樣。這種裝置方式使帆可以自由隨風擺動,而不產生特別阻力,帆在外周轉動的有效風力作用範圍,超出180度。

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《天工開物》鑄鼎圖中的風箱
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《演禽斗數三世相書》中的拉桿活塞式風箱圖畫
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上載日期:
2019年12月03日

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