中国古代水力机械
hebe5871
hebe5871 Lv.13
2010年10月20日 13:16:00
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1.输水机械 对农业生产来说,水的重要性不言而喻。中国有几千年农耕文明的历史,在农业生产中,中国古人发明了桔槔、辘轳、翻车、筒车、戽斗、刮车等提水工具,以帮助农业灌溉,其中有些工具在今天一些偏僻乡村仍然在继续使用。  桔槔是利用杠杆原理的人力提水机械,横杆的一端系提水桶,用手操纵横杆另一端的升降以取水。辘轳是利用轮轴原理的起重机具,多用于汲取井水。翻车是用木板做成长槽,槽中放置数十块与木槽宽度相称的刮水板(或木斗),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。转动上轴,则带动刮水板循环运转,同时将板间的水体自下而上带出。戽斗是两边各系有两根绳的小桶,两人同时操作,可以提水至高处的田地。刮车则是一个转轮,轮直径约5尺,轮上幅条宽约6寸,用人力摇动转轮,将水刮上。

1.输水机械
对农业生产来说,水的重要性不言而喻。中国有几千年农耕文明的历史,在农业生产中,中国古人发明了桔槔、辘轳、翻车、筒车、戽斗、刮车等提水工具,以帮助农业灌溉,其中有些工具在今天一些偏僻乡村仍然在继续使用。
  桔槔是利用杠杆原理的人力提水机械,横杆的一端系提水桶,用手操纵横杆另一端的升降以取水。辘轳是利用轮轴原理的起重机具,多用于汲取井水。翻车是用木板做成长槽,槽中放置数十块与木槽宽度相称的刮水板(或木斗),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。转动上轴,则带动刮水板循环运转,同时将板间的水体自下而上带出。戽斗是两边各系有两根绳的小桶,两人同时操作,可以提水至高处的田地。刮车则是一个转轮,轮直径约5尺,轮上幅条宽约6寸,用人力摇动转轮,将水刮上。

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2.水能机械
在利用人力获取水的同时,中国古人也注意到了水中所蕴含的能量,并因此创造出水碓、水排和水磨等机械工具将水能转化为机械能,用于农业和手工业生产。
  中国西汉时期就已出现水碓,它除加工粮食外,还有捶纸浆、碎矿石等多种用途。水碓的传动方式是由水流冲动立式水轮,轮轴上的短横木拨动碓梢,促使碓头一起一落进行舂捣。水排是一种水力驱动的冶炼鼓风机,它由水轮带动连杆以推动鼓风。水排在东汉初年即已成形,比欧洲类似机械的出现要早1000多年。水磨在魏晋南北朝时期已见记载,又称水□。水磨的水力传动部分有卧轮式和立轮式两种,通常由一只立轮或一只卧轮与若干齿轮相接,每只齿轮则对应一只石磨。流水推动立轮或卧轮转动,轮盘再将能量传递至齿轮,从而带动石磨转动。
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zjc_1309847
2010年10月20日 17:28:17
2楼
楼主确实善于收集:victory:
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漫步的流量
2010年10月20日 23:56:50
3楼
中国古代人的智慧博大精深啊
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往往可可
2010年10月21日 14:07:26
4楼
楼主这都是在那手机的照片呀,厉害!我看过秦时明月,感觉有点像里面墨家的东西,呵呵:)
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wisdomblue
2010年10月21日 16:23:48
5楼
感觉古代的人从实验中把机械原理搞得很通透。
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abc2001d
2010年10月21日 20:57:24
6楼
这模型不错呀
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xjliao62
2010年11月09日 10:11:08
7楼
做得蛮精致的。见过水磨!
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lcbwyy
2010年11月09日 16:14:45
8楼
不错的图片,在电影里都见过的!
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hebe5871
2010年11月21日 20:15:22
9楼
水运仪象台
背景简介
宋元佑三年(公元1088年)在著名科学家苏颂的倡议和领导下,一座杰出的天文记时仪器──水运仪象台,在当时的京城开封制成。水运仪象台的构思广泛吸收了以前各家仪器的优点,尤其是吸取了北宋初年天文学家张思训所改进的自动报时装置的长处;在机械结构方面,采用了民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理,把观测、演示和报时设备集中起来,组成了一个整体,成为一部自动化的天文台。
苏颂主持创制的水运仪象台是十一世纪末我国杰出的天文仪器,也是世界上最古老的天文钟。国际上对水运仪象台的设计给予了高度的评价,认为水运仪象台为了观测上的方便,设计了活动的屋顶,这是今天天文台活动圆顶的祖先;浑象一昼夜自转一圈,不仅形象地演示了天象的变化,也是现代天文台的跟踪器械——转仪钟的祖先;水运仪象台中首创的擒纵器机构是后世钟表的关键部件,因此它又是钟表的祖先。从水运仪象台可以反映出中国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平。
原理和结构简介
在苏颂所著的《新仪象法要》中详细介绍了水运仪象台的设计和制作情况,并附有多幅绘图。根据《新仪象法要》记载,水运仪象台是一座底为正方形、下宽上窄略有收分的木结构建筑,高大约有十二米,底宽大约有七米,共分为三大层。
上层是一个露天的平台,设有浑仪一座,用龙柱支持,下面有水槽以定水平。浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板屋顶,为了便于观测,屋顶可以随意开闭,构思比较巧妙。露台到仪象台的台基有七米多高。
中层是一间没有窗户的“密室”,里面放置浑象。天球的一半隐没在“地平”之下,另一半露在“地平”的上面,靠机轮带动旋转,一昼夜转动一圈,真实地再现了星辰的起落等天象的变化。
下层设有向南打开的大门,门里装置有五层木阁,木阁后面是机械传动系统。
第一层木阁又名“正衙钟鼓楼”,负责全台的标准报时。木阁设有三个小门。到了每个时辰(古代一天分做十二个时辰,一个时辰又分为时初和时正)的时初,就有一个穿红衣服的木人在左门里摇铃;每逢时正,有一个穿紫色衣服的木人在右门里敲钟;每过一刻钟,一个穿绿衣的木人在中门击鼓。
第二层木阁可以报告十二个时辰的时初、时正名称,相当于现代时钟的时针表盘。这一层的机轮边有二十四个司辰木人,手拿时辰牌,牌面依次写着子初、子正、丑初、丑正等。每逢时初,时正,司辰木人按时在木阁门前出现。
第三层木阁专刻报的时间。共有九十六个司辰木人,其中有二十四个木人报时初、时正,其余木人报刻。例如:子正:初刻、二刻、三刻;丑初:初刻、二刻、三刻,等等。
第四层木阁报告晚上的时刻。木人可以根据四季的不同击钲报更数。
第五层木阁装置有三十八个木人,木人位置可以随着节气的变更,报告昏、晓、日出以及几更几筹等详细情况。
五层木阁里的木人能够表演出这些精彩、准确的报时动作,是靠一套复杂的机械装置“昼夜轮机”带动的。而整个机械轮系的运转依靠水的恒定流量,推动水轮做间歇运动,带动仪器转动,因而命名为“水运仪象台”。
知识点
1、水运仪象台是我国古代用于天文观测和记时的一部自动化的天文台。
2、水运仪象台,于宋元佑三年(公元1088年),在著名科学家苏颂的倡议和领导下,在当时的京城开封制成。
3、水运仪象台吸取了北宋初年天文学家张思训所改进的自动报时装置的长处;在机械结构方面,采用了民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理,把观测、演示和报时设备集中起来,组成了一个整体,成为一部自动化的天文台。
4、水运仪象台为了观测上的方便,设计了活动的屋顶,这是今天天文台活动圆顶的祖先。
5、浑象一昼夜自转一圈,不仅形象地演示了天象的变化,也是现代天文台的跟踪器械——转仪钟的祖先。
6、水运仪象台中首创的擒纵器机构是后世钟表的关键部件,因此它又是钟表的祖先。
7、从水运仪象台可以反映出中国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平。
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hebe5871
2010年11月21日 20:28:01
10楼
水排
背景和原理简介
水排是我国古代一种冶铁用的水力鼓风装置,在公元31年由杜诗创制,其原动力为水力,通过曲柄连杆机构将回转运动转变为连杆的往复运动。人类早期的鼓风器大都是皮囊,我国古代又叫“橐”。一座炉子用好几个橐,放在一起,排成一排,就叫“排囊”或“排橐”。用水力推动这种排橐,就叫“水排”。
关于水排的记载,最早见于《东观汉记》、《后汉书》等文献。《后汉书?杜诗传》称:“(建武)七年(31),遇南阳太守,……善于计略,省爱民役。造作水排,铸为农器,用力少,见功多,百姓便之。”唐李贤注:“冶铁者为排以吹炭,今激水以鼓之也。”这是关于杜诗在东汉初年(公元31年)到南阳做太守时制造水排之事的记载。杜诗创制的水排,具体的结构当时缺乏记载,直到元朝王祯在他著的《王祯农书》中,才对水排作了详细的介绍。
根据王祯的介绍,水排的结构是:选择湍急的河流的岸边,架起木架,在木架上直立一个转轴,上下两端各安装一个大型卧轮,在下卧轮(水轮)的轮轴四周装有叶板,承受水流,是把水力转变为机械转动的装置;在上卧轮的前面装一鼓形的小轮(“旋鼓”),与上卧轮用“弦索”相联(相当于现在的传送皮带);在鼓形小轮的顶端安装一个曲柄,曲柄上再安装一个可以摆动的连杆,连杆的另一端与卧轴上的一个“攀耳”相联,卧轴上的另一个攀耳和盘扇间安装一根“直木”(相当于往复杆)。这样,当水流冲击下卧轮时,就带动上卧轮旋转。由于上卧轮和鼓形小轮之间有弦索相连,因此上卧轮旋转一周,可使鼓形小轮旋转几周,鼓形小轮的旋转又带动顶端的曲柄旋转,这就使得和它相连的连杆运动,连杆又通过攀耳和卧轴带动直木往复运动,使排扇一启一闭,进行
鼓风。——(“其制,当选湍流之侧,架木立铀,作二卧轮;用水激下轮。则上轮所用通缴轮前旋鼓,棹枝一侧随转。其棹枝所贯
行桄而推卧铀左右攀耳,以及排前直木,则排随来去,冶甚速,过于人力。”——王帧《农书》)
现传本王帧《农书》所绘原图有误,刘仙洲先生参考文字叙述绘出了稍加修正的水排图。
杜诗创制的水排,不仅运用了主动轮、从动轮、曲柄、连杆等机构把圆周运动变为拉杆的直线往复运动;还运用了皮带传动,使直径比从动轮小的旋鼓快速旋转。它在结构上,已具有了动力机构、传动机构和工作机构三个主要部分,因此实际上可以看作是现代水轮机的前身,水排的出现标志着中国复杂机器的诞生。远在一千四百多年以前的今天,就能创制出这样完整的水力机械,确实显示了中国古人的高度智慧和创造才能,在世界科技史上占有重要的地位。在欧洲,使用水力鼓风设备的鼓风炉到公元十一世纪才出现,而普遍使用却是十四世纪的事了。
水力鼓风有十分重要的意义,它加大了风量,提高了风压,增强了风力在炉里的穿透能力。这一方面可以提高冶炼强度,另一方面可以扩大炉缸,加高炉身,增大有效容积。这就大大地增加了生产能力。足够强大的鼓风能力,足够高大的炉子,是炼出生铁的必要条件。欧洲人能在十四世纪炼出生铁来,和水力鼓风的应用是有一定关系的。水排的发明是人类利用自然力的一次伟大胜利。
同济大学陆敬严教授课题组研究与复原的实物模型照片。
知识点
1、水排是我国古代一种冶铁用的水力鼓风装置。
2、利用水力作为原动力。
3、通过曲柄连杆机构将回转运动转变为连杆的往复运动。
4、不仅运用了主动轮、从动轮、曲柄、连杆等机构把圆周运动变为拉杆的直线往复运动;还运用了皮带传动。
5、在结构上,已具有了动力机构、传动机构和工作机构三个主要部分,因此实际上可以看作是现代水轮机的前身,水排的出现标志着中国复杂机器的诞生。远在一千四百多年以前的今天,就能创制出这样完整的水力机械,确实显示了中国古人的高度智慧和创造才能,在世界科技史上占有重要的地位。

[ 本帖最后由 hebe5871 于 2010-11-21 20:32 编辑 ]
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hebe5871
2010年11月21日 20:33:58
11楼
筒车
背景简介
筒车也称流水筒车,水转筒车或简称筒轮,是一种以水流作动力,取水灌田的工具。
筒车约发明于隋唐,唐诗人刘禹锡有《机汲记》加以描述,诗圣杜甫也有“连筒灌小园”的诗句。据《太平广记》记载,唐朝初年,寺庙僧人浇园时,“以木桶相连,汲于井中。”因为结构简单,造价低廉,且维修方便,其在宋代已广泛流行于民间,直至今日,云、桂、川、甘、陕、粤等地仍使用之。
原理和结构简介
筒车也称流水筒车,水转筒车或简称筒轮,是一种以水流作动力,取水灌田的工具。其主要机构是一个水轮,其原理为:在水流很急的岸旁打下两个硬桩,制一大轮1,将大轮的轴2搁在桩叉3上。大轮上半部高出堤岸,下半部浸在水里,可自由转动。大轮轮辐外受水板上斜系有一个个竹筒4,岸旁凑近轮上水筒的位置,设有水槽5。当大轮受水板受急流冲激,轮子转动,水筒中灌满水,转过轮顶时,筒口向下倾斜,水恰好倒入水槽,并沿水槽流向田间。此种筒车日夜不停车水浇地,不用人畜之力,功效高。筒车的水筒与水轮联成一体,既是接受水力的驱动构件,又是提水倒水的工作构件,其机构简明紧凑,设计构思巧妙。
筒车包括戽车、卫转筒车、高转筒车等许多种类。如果在水轮轴外端安装一立轮,使其与一牛转平轮相啮合。这样的筒车就成为牛转筒车或卫转筒车。此外,尚有“畜力筒车”,依靠齿轮传动带动筒车;“高转筒车”,通过两大轮,将低处之水带向高处,结构均巧妙合理,为我国古代人民杰出发明。高转筒车可表于水岸陡高之处。它的特点是,盛水筒构成筒链、绕过水轮与上轮之周边,古称“筒索”。筒链上升一边,因盛水筒而加重,故作一平板槽承之。高转筒车上轮轴可设人踏、牛转之机,也可以在水轮轴上附设水转之机。
筒车约发明于隋唐,唐诗人刘禹锡有《机汲记》加以描述,诗圣杜甫也有“连筒灌小园”的诗句。据《太平广记》记载,唐朝初年,寺庙僧人浇园时,“以木桶相连,汲于井中。”因为结构简单,造价低廉,且维修方便,其在宋代已广泛流行于民间,直至今日,云、桂、川、甘、陕、粤等地仍使用之。
有关筒车的最早记载是约9世纪时陈廷章的《水轮赋》,其时筒车的制作已有一定的规程。唐陈廷章《水轮赋》:“水能利物,轮乃曲成。升降满农夫之用,低徊随匠氏之程。始崩腾以电散,俄宛转以风生。虽破浪于川湄,善行无迹;既斡流于波面,终夜有声。”
五代十国时期,偏安成都的后蜀,在王宫内的摩诃池畔架起高转筒车提水,持续向王宫屋顶浇水降温。南宋筒车不仅在城市、运河的供水中使用,在农田灌溉中也有应用的记载。当时有人写了一篇游记,描述了其在广西兴安的见闻,记下了田野“筒车无停轮,木枧著高格”的景象。
宋梅尧臣《水轮咏》:“孤轮运寒水,无乃农自营。随流转自速,居高还复倾。”《宋史.太祖纪三》:“六月庚子,步至晋王邸,命作机轮,輓金水河注邸中为池。”宋李处权《土贵要予赋水轮》诗:“江南水轮不假人,智者创物真大巧。一轮十筒挹且注,循环下上无时了。”明王临亨《粤剑编》卷三:“水车,每辐用水筒一枚,前仰后俯,转轮而上,恰注水槽中,以田之高下为轮之大小,即三四丈以上田,亦能灌之,了不用人力。”
元代王祯《农书》对筒车有很详细的介绍,且配有图谱。
明王临亨《粤剑编》卷三:“水车,每辐用水筒一枚,前仰后俯,转轮而上,恰注水槽中,以田之高下为轮之大小,即三四丈以上田,亦能灌之,了不用人力。”
知识点
1、筒轮是一种以水流作动力,取水灌田的工具。
2、筒轮是一种可以自行提水的灌溉机械,转动不需要其它的动力,而且大立轮愈大,所产生的驱动力矩也愈大;大立轮重量愈小,动力性能愈好。
3、筒轮是实现一个回转运动。

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