水碓
背景简介
我国劳动人民不仅创造了用水力推动鼓风机铸铁，而且进一步利用水力、杠杆和凸轮的原理去加工粮食，这种用水力把粮食皮壳去掉的机械叫水碓。
原理和结构简介
水碓，又称机碓、水捣器、翻车碓、斗碓或鼓碓水碓，是脚踏碓机械化的结果。西汉末年出现的水碓，是利用水力舂米的机械。水碓的动力机械是一个大的立式水轮，轮上装有若干板叶，转轴上装有一些彼此错开的拨板，拨板是用来拨动碓杆的。每个碓用柱子架起一根木杆，杆的一端装一块圆锥形石头。下面的石臼里放上准备加工的稻谷。流水冲击水轮使它转动，轴上的拨板臼拨动碓杆的梢，使碓头一起一落地进行舂米。值得注意的是，立式水轮在这里得到最恰当最经济的应用，正如在水磨中常常应用卧式水轮一样。利用水碓，可以日夜加工粮食。凡在溪流江河的岸边都可以设置水碓，还可根据水势大小设置多个水碓，设置两个以上的叫做连机碓，最常用是设置四个碓，《天工开物》绘有一个水轮带动四个碓的画面。
最早提到水碓的是西汉桓谭的著作。《太平御览》引桓谭《新论·离车第十一》说：“伏义之制杵臼之利，万民以济。及后世加巧，延力借身重以践碓，而利十倍；又复设机用驴骡、牛马及投水而舂，其利百倍。”这里讲的“投水而舂”，就是水碓。
从《新论》一书看来，早在公元前后，水轮带动杆碓，已非新奇之事。汉安帝永建四年（公元129年），尚书仆射虞诩上疏，建议在陇西羌人住地筑河槽、造水碓。从此边远地区遍布“水舂河漕”、“用功省少，军粮饶足”。更有甚者，晋王爵公主的水碓多到“遏塞流水，转为浸害”，以致不得不下令罢水碓，方使百姓获其便利。
魏末晋初（公元二百六十至二百七十年）杜预总结了我国劳动人民利用水排原理加工粮食的经验，发明了连机碓。水碓的构造大概是水轮的横轴穿着四根短横木(和轴成直角)，旁边的架上装着四根舂谷物的碓捎，横轴上的短横木转动时，碰到碓捎的末端。把它压飞，另一头就翘起来，短横木转了过去，翘起的一头就落下来，四根短横木连续不断地打着相应的碓梢，一起—落地舂米。
应当特别指出，晋代杜预造连机碓，可能是一个大水轮驱动数个水碓。入唐以后，水碓记载更多，其用途也逐渐推广。大凡需要捣碎之物，如药物、香料、乃至矿石、竹篾纸浆等等，皆可用省力功大的水碓。
继后不久，水磨又根据此原理被发明了。刘宋时代祖冲之造水碓磨，可能是一个大水轮同时驱动水碓与水磨的机械。这些成就表明古代水碓技术的大发展。至少可以说，杜预发明的连碓，是蒸汽锤出现之前所有重型机械锤的直系祖先。18世纪西方的锻锤，其实是水碓之复制品而已。
知识点
1、利用水力、杠杆和凸轮的原理去加工粮食。
2、水碓是脚踏碓机械化的成果。
3、使用立式水轮结构。
4、连机碓是一个大水轮驱动数个水碓，即一个原动机带动数个工作机的形式。
5、回转运动带动上下摆动输出运动。

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水磨
背景和原理简介
水磨是用水力作为动力的磨，大约在晋代就发明了。水磨的发展与杜诗发明水排有关。马钧大约在公元227至239年间创造一个由水轮转动的大型歌舞木偶机械，包括以此水轮带动舂、磨。无疑，这是根据当时流行的水碓、水磨而设计的。在马钧之后，杜预造连机碓，其中也可能包括水磨。祖冲之在南齐明帝建武年间（公元494至498年）于建康城（今南京）乐游苑造水碓磨，这显然是以水轮同时驱动碓与磨的机械。几乎与祖冲之同时，崔亮在雍州“造水碾磨数十区，其利十倍，国用便之”，这是以水轮同时驱动碾与磨的机械。可见水磨自汉代以来，发展蓬勃，而到三国时代，多功能水磨机械已经诞生成型。
水磨的动力部分是一个卧式水轮，在轮的立轴上安装磨的上扇，流水冲动水轮带动磨转动，这种磨适合于安装在水的冲动力比较大的地方。假如水的冲动力比较小，但是水量比较大，可以安装另外一种形式的水磨：动力机械是一个立轮，在轮轴上安装一个齿轮，和磨轴下部平装的一个齿轮相衔接。水轮的转动是通过齿轮使磨转动的。这两种形式的水磨，构造比较简单，应用很广。
从机械角度来看。它是由水轮、轴和齿轮联合传动的机械。从车轮到水轮是技术史、也是人类文明史进步的标志。仅从水碓、水磨的发展可见古代中国人在这方面取得的成就。从古代绘画中的卧轮水磨、立轮水磨和立轮式水转大纺车，可见在中国古代的各种机械中，安装卧轮还是立轮的决定，已经是根据当地水利资源、水势高低、齿轮与轮轴的匹配原则，从经济、便利等角度予以研究，并具体解决的。
王祯在其《农书》中所提及的水转纺车，其原理与水转碾磨相同：水轮轴带动纺车大轮，通过绳带传送，纺车大轮将运动传递到纺车各机件，这样，便可使整个机器转动起来。
知识点
1、水磨的发展与杜诗发明水排有关。
2、以水轮同时驱动舂、磨，同时驱动碓、磨，同时驱动碾与磨，多功能水磨机械到三国时代已经诞生成型。
3、从车轮到水轮是技术史、也是人类文明史进步的标志。仅从水碓、水磨的发展可见古代中国人在这方面取得的成就。
4、在中国古代的各种机械中，安装卧轮还是立轮的决定，已经是根据当地水利资源、水势高低、齿轮与轮轴的匹配原则，从经济、便利等角度予以研究，并具体解决的。
4、水转纺车，其原理与水转碾磨相同。

[ 本帖最后由 hebe5871 于 2010-11-21 20:51 编辑 ]

龙骨水车（也叫翻车）
背景简介
现在农村使用电动水泵进行农田灌溉是很普遍的，可是在二三十年前，农用水泵尚未普及使用，我国农田灌溉，基本上还是使用木制的汲水装置——龙骨水车。
原理和结构简介
龙骨水车的称呼来自民间，南宋陆游《春晚即景》：“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰。”目前见到的史料中，这是最早的出处。这种水车主要由木链、水、刮板等组成，节节木链似根根龙骨，因此得名龙骨水车。龙骨水车适合近距离，提水高度在1～2米左右，比较适合平原地区使用，或者作为灌溉工程的辅助设施，从输水渠上直接向农田提水。用于井中取水的龙骨水车是立式的，水车的传动装置有平轮和立轮两种以转换动力方向。它提水时，一般安放在河边，下端水槽和刮板直伸水下，利用链轮传动原理，以人力（或畜力）为动力，带动木链周而复始地翻转，装在木链上的刮板就能顺着水把河水提升到岸上，进行农用灌溉。这种水车的出现，对解决排灌问题，起了极其重要的作用。最初的龙骨水车是用人力转动的，后来我国人民又创制了利用畜力、风力、水力等转动的多种水车。
唐宋以来农田灌溉、排水及运河供水中，龙骨水车是使用最普遍的提水机械，特别是南方大兴围田之后，对低水头提水机械的需求更加普遍。元代王祯《农书》绘制了不同动力的龙骨水车的图谱，其中人力水车有脚踏、手摇等，畜力水车有牛车、驴车等。
由于这种龙骨水车结构合理，可靠实用，所以能一代代流传下来。直到近代，随着农用水泵的普遍使用，它才完成了历史使命，悄悄地退出历史舞台。龙骨水车作为灌溉机具现在已被电动水泵取代了，然而这种水车链轮传动、翻板提升的工作原理，却有着不朽的生命力。就拿我们的海岸、港口经常能见到的疏浚河道的斗式挖泥机来说吧，那一只只回转挖泥的泥斗，就是从水车的提水翻板脱胎而来的。因此一看到挖泥机，人们就仿佛见到了古老的龙骨水车。
知识点
1、龙骨水车是使用最普遍的提水机械。
2、用于井中取水的龙骨水车是立式的，水车的传动装置有平轮和立轮两种以转换动力方向。
3、利用链轮传动原理。

[ 本帖最后由 hebe5871 于 2010-11-21 20:56 编辑 ]

连机碓
背景和原理简介
连机碓是谁发明的？明徐光启《农政全书·水利》说：“杜预作连机碓。”杜预（222～284年）西晋将领，又是学者，初为河南尹，继督荆州，拜镇南大将军，封当阳县侯，博学多通。所谓的连机碓，可能就是以水为动力的一种谷物加工工具。《晋书》记载，“今人造作水轮，轮轴长可数尺，列贯横木，相交如枪之制。水激轮转，则轴间横木，间打所排碓梢，一起一落舂之，即连机碓也。”即其工作时，以一个大型卧式水轮带动装在轮轴上的一排互相错开的拨板，拨板拨动碓杆，使几个碓头间断地相继舂米。
像洛阳一带，由于使用了连机碓来加工谷物，生产效率大大提高，使这一地区的米价得以下跌。到东晋时，连机水碓已经被广为应用，一直到清末民国初，历久不废，直至20世纪20年代以来才逐渐为柴油机碾米机所替代。显然，杜预发明连机碓对我国古代乃至近代的谷物加工做出了重要贡献。连机碓不仅用于粮食加工，还用于舂碎陶土、香料等，至今有的地方仍在使用。

知识点
1、连机碓，是以水为动力的一种谷物加工工具，使生产效率大大提高。
2、连机碓不仅用于粮食加工，还用于舂碎陶土、香料等，至今有的地方仍在使用。

[ 本帖最后由 hebe5871 于 2010-11-21 20:59 编辑 ]

高转筒车
背景简介
下图为王祯《农书》描绘的筒车。筒车又称“水轮”，属于提水机械，最早出现在晚唐，用于灌溉水稻。其结构是：以木或竹制成大型立轮1，用横轴2架起，轮周斜装若干小木筒或竹筒3，轮的下部浸入水中；水激轮转，浸入水中的小筒被水灌满，当水轮转到上部时，小筒自动将水倾泻入木槽4中。
原理简介
高转筒车是筒车的一种。所谓高转筒车是指其提水高度较一般筒车加大，必须藉助湍急的河水冲动。这种筒车的适用范围是水很低而岸很高，应用其它筒车不可能将水提升到这么高，而应用高转筒车时，水的提升高度可以很高。如下图为王祯《农书》描绘的高转筒车，属于提水机械。以人力或畜力为动力，外形如龙骨车，其运水部件如井车，其上、下都有木架，各装一个木轮，轮径约四尺（明代一尺约合0.32公尺）轮缘旁边高、中间低，当中做出凹槽，更显凹凸不平，以加大轮缘与竹筒的摩擦力。下面轮子半浸水中，两轮上用竹索相连，竹索长约一尺，竹筒间距离约五寸，在上下两轮之间、在上面竹索与竹筒之下，用木架及木板托住，以承受竹筒盛满水后的重量。高转筒车也用人力或畜力转动上轮。绑着竹筒的竹索是传动件，当上轮转动时，竹索及下轮都随着转动，竹筒也随竹索上下。当竹筒下行到水中时，就兜满水，而后随竹索上行，到达上轮高处时，竹筒将水侵泻到水槽内，如此循环不已。带动连成串的小竹筒盛水，沿水槽而上，可在高岸上从低水源地区取水。
历史记载
王帧《农书》记载：“高转筒车．其高以十丈为准，上下架木，各竖一轮，下轮半在水内，各轮径可四尺。轮之一周，两旁高起，其中若槽，以受筒索。其索用竹，均排三股，通穿为一。随车长短，如环无端。索上相离五寸，俱置竹筒。筒长一尺，筒索之底，托以木牌，长亦如之。通用铁线缚定，随索列次，络于上下二轮。复于二轮筒索之间，架刳木平底行槽一连，上与二轮相平，以承筒索之重。或人踏，或牛拽转上轮，则筒索自下兜水循槽至上轮，轮首覆水，空筒复下。如此循环不已，日所得水，不减平地车戽。若积为池沼，再起一车，计及二百余尺。如因高岸深，或田在山上，皆可及之，今平江虎邱寺剑池亦类此制，但小小汲饮，不足溉田，故不录。此近创捷法，已经较试，庶用者述之。”

由此可知，高转筒车由上1、下轮2、简索3、支架4等部件组成。下轮有一半埋于水中，汲水高程可达十丈，如两架筒车配合则可达二十丈。汲水筒5长约一尺，以索相连成链环状，筒的间距为五寸，索链用竹制成。从传动方式看。高转筒车也是链传动的实例。它以上轮为主动轮，由于动力不同。轮抽部件构成有所变化。“所转上轮，形如框制，易缴筒索。用人则于轮轴一端作棹枝，用牛则制作竖轮，如牛转翻车之法，或于轴两端造作拐木，如人踏翻车之制”。
高转筒车的发明年代，从文献考察可推断在唐代。唐人刘禹锡的《机汲记》和陈廷章的《水轮赋》都形象地描绘了高转筒车的功能。刘禹锡记载高转筒车说：“……由是比竹以为，置于流中。中植数尺之臬、辇石以壮其趾，如建标焉。索绚以为縆，縻于标垂，上属数仞之端，亘空以峻其势，如张弦焉。锻铁为器，外廉如鼎耳，内键如乐鼓，牝牡相函，转于两端，走于索上，且受汲具。及泉而循绠下缒，盈器而圆轴上引。其往有建瓴之驶，其来有推毂之易，瓶繘不羸，如博而升。枝常澜，出高岸，拂林杪，踰峻防。刳蟠木以承澍，贯修筠以达豚，走下潺潺，声寒空中。通洞环折，唯用所在。周除而沃盥以蠲，入爨而锜釜以盈。饪餗之余。移用于汤沐。濯浣之末，池注于圃畦”。陈延章在《水轮赋》中歌颂水车的威力说：“水能利物，轮乃曲成，……始崩腾以电散，俄宛转以风生，……观夫斵木而为，凭河而引，箭驰可能而滴沥，辐凑必循手规准。……殊辘轳以致功，就其深矣；鄙桔槔之烦力，使自趋之。……回环润手嘉毂，洊至踰于行潦，钩深致远，沿洄而可使在山……。”从“使自趋之”和“沿洄而可使在山”等字句，可以看出这种高转筒车是着重轮毂，利用水力推动把水引到高远的地方。
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、高转筒车属于提水机械，以人力或畜力为动力。
2、高转筒车由上、下轮、简索、支架等部件组成。
3、下轮有一半埋于水中，汲水高程可达十丈，如两架筒车配合则可达二十丈。
4、汲水筒长约一尺，以索相连成链环状，筒的间距为五寸，索链用竹制成。从传动方式看。高转筒车也是链传动的实例。
5、高转筒车以上轮为主动轮，由于动力不同，轮抽部件构成有所变化。“所转上轮，形如框制，易缴筒索。用人则于轮轴一端作棹枝，用牛则制作竖轮，如牛转翻车之法，或于轴两端造作拐木，如人踏翻车之制”。
6、高转筒车是一种具有搬运链性质的机械，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形。
7、高转筒车的发明年代，从文献考察可推断在唐代。唐人刘禹锡的《机汲记》和陈廷章的《水轮赋》都形象地描绘了高转筒车的功能。

[ 本帖最后由 hebe5871 于 2010-11-21 21:03 编辑 ]

槽碓
背景和原理简介
加热空气，造成气流，并以气流推动轮轴旋转，按此原理造成的玩具就是走马灯。走马灯的发明，至晚在宋代。宋代吴自牧的著作《梦粱录》述及南宋京城临安夜市时，已指出其中有买卖走马灯的。周密《武林旧事》在记述临安“灯品”时也说：“若沙戏影灯，马骑人物，旋转如飞”。可见，走马灯在南宋时巳极为盛行。下图为水碓两种。（引自明·徐光启《农政全书》）
历史记载
　　槽碓已开始利用水力，但非以水运转轮轴，而是以水槽取代踏碓人位置，槽容积约容一斗多的水，一般设在泉流较低处，用笕（竹管）引水注入槽中，槽水注满因重而下垂，而前稍翘起，槽水则泻下，则又后稍较轻，而前稍落下，如此即完成一舂。使用槽碓，没有时间限制，日夜不停运作，可得谷米两斛，至少可省两个人工。《农书》做了详细描述：“凡所居之地，间有泉流梢细，可选低处置碓一区，一如常之制，但前头减细，后梢深阔为槽，可贮水斗余，上芘以厦，槽在厦外，乃自上流用笕引水下注于槽，水满则后重而前起，水泻则后轻而前落，即为一舂，如此昼夜不止。”
知识点
　　1、槽碓是东汉时发明的粮食加工机械，用于谷物脱壳或粉碎。槽碓直接靠水的自重，通过杠杆原理上下运动而工作，多引山溪或泉水。

[ 本帖最后由 hebe5871 于 2010-11-21 21:05 编辑 ]

刻漏
背景和原理简介
刻漏又称漏刻、漏壶。是古代计时工具。刻漏主要有泄水型和受水型两类。早期的刻漏多为泄水型。水从漏壶底部侧面流泄，使浮在漏壶水面上的漏箭随水面下降，由漏箭上的刻度指示时间。后来创造出受水型，水从漏壶以恒定的流量注入受水壶，浮在受水壶水面上的漏箭随水面上升指示时间，提高了计时精度。刻漏也分单壶式和多壶式两种，漏是古代中国人的习惯用语，含义就是现在的“钟”。 为了获得恒定的流量，首先应使漏壶的水位保持恒定。其次，向受水壶注水的水管截面面积必须固定，水管采用“渴乌”（虹吸）原理，便于调整和修理。有两种保持水位恒定或接近恒定的方法。
历史记载
刻漏的最早记载见于《周礼》。已出土的文物中最古老的刻漏是西汉遗物，共3件，均为泄水型。宋代杨甲着《六经图》（刊于1153年）中的“齐国风挈壶氏图。”唐吕才（约公元600～650） 制刻漏是在漏壶上方加几个补偿壶，燕肃（1030）定刻漏采用溢流法，多余的水由平水壶（下匮）通过竹注筒流入减水盎。燕肃创制的漏壶叫莲花漏，北宋时曾风行各地。《全上古三代秦汉三国六朝文·全后汉文》中桓谭（卒于公元56年）的文章里说刻漏度数因干、湿、冷、暖而异，在白天和夜间需要分别参照日晷和星宿核对。这说明当时已认识到水温和空气湿度对刻漏计时精度的影响。
知识点
　　1、刻漏又称漏刻、漏壶。是古代计时工具。
　　2、泄水型刻漏，水从漏壶底部侧面流泄，使浮在漏壶水面上的漏箭随水面下降，由漏箭上的刻度指示时间。
　　3、受水型刻漏，水从漏壶以恒定的流量注入受水壶，浮在受水壶水面上的漏箭随水面上升指示时间。

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水碾
背景和原理简介
水力碾是魏晋南北朝时发明的谷物加工机械，用于谷物脱壳或去麸。水碾是中古时期较为先进的生产加工工具，特点主要是在技术上充分利用水利资源，借助水力带动碾硙进行加工生产。碾与磨比较，磨有上、下两扇磨盘，中轴直穿，下层固定，上层旋转，作滑动磨擦，而碾则只有一扇磨盘，中轴固定，上安横轴，轴上装滚轮旋转，作滚动磨擦。水碾的基本结构是在一扇大磨盘中设中轴，并装一根横轴，横轴一端装一个滚轮，利用水轮带动轴转，使滚轮滚动摩擦，将谷物脱壳或去麸，工效高于畜力碾。
历史记载
　　水碾是石碾里面的一种，下图为元王祯《农书》描绘的石碾。石碾最早见于东汉文献记载，可用人力、畜力或水力驱动。王祯《农书》记载：“下作卧轮或立轮，如水磨之法，轮轴上端穿其碢榦，水激则辗随轮转，循槽轹谷，疾若风雨，日所毇米，比于陆辗，功利过倍。”
　　《魏书》记载崔亮“读《杜预传》，见为八磨，嘉其有济时用，遂教民为碾。及为仆射，奏于张方桥东堰谷水造水碾磨数十区，其利十倍，国用便之”。由此可见，不仅水碾的加工效率大有提高，而且其生产效益也颇丰厚，对于社会生产有着重要意义。
　　魏晋南北朝时，当时日趋发展的寺院经济势力，也开始主动谋取自身的经济利益，介入到各种经济活动中。北魏杨街之在《洛阳伽蓝记》中就描述当时的景明寺已经利用水碾进行生产加工：“寺有三池，萑蒲菱藕，水物生焉。或黄甲紫鳞，出没于蘩藻；或青凫白雁，沉浮于绿水。碾硙舂簸，皆用水功”。
　　东汉顺帝永建四年，尚书仆射庾虞诩曾上书说“禹贡雍州之域，厥田惟上。……北阻山河，乘陀据险。因渠以溉，水舂河漕。用功省少，而军粮饶足。故孝武皇帝及光武筑朔方，开西河，置上郡，皆为此也”。
知识点
　　1、水力碾是魏晋南北朝时发明的谷物加工机械，用于谷物脱壳或去麸。
　　2、水碾的基本结构是在一扇大磨盘中设中轴，并装一根横轴，横轴一端装一个滚轮，利用水轮带动轴转，使滚轮滚动摩擦，将谷物脱壳或去麸。

水轮三事
背景和原理简介
“水轮三事”是王祯创制的。他在普通水磨的基础上，通过改变它的轴首装置，使它兼有磨面、砻稻、碾米三种功用。水轮三事的结构组成为：一个由水力驱动的立式大水轮，在延长的水轮轴上装上一列凸轮或拨杆和一个立轮（齿轮），凸轮或拨杆拨动碓杆末端，使碓上下往复摆动，即可舂米或使谷物脱壳。立轮（齿轮）同时驱动一个平轮（齿轮）和一个立轮（齿轮），平轮所在轴上装有磨，用以磨面。立轮所在轴上装有水车，用以取水灌溉。
历史记载
　　水轮三事在《农书》中记载 “水轮三事，谓水转轮轴，可兼三事，磨、砻、碾也。初则置立水磨，变麦作面，一如常法，复于磨之外周造碾圆槽，如欲毇米，惟就水轮轴首易磨置砻，既得粝米，则去砻置碾、碢干循槽碾之，乃成熟米。夫一机三事，始终俱备，变而能通，兼而不乏，省而有要，诚便民之活法，造物之潜机。”
　　数百年来，这项发明使人们从繁重的体力从劳动里解放出来，大幅度的减轻了农民的工作量。
知识点
　　1、水轮三事”它兼有磨面、砻稻、碾米三种功用。结构复杂，是古代农业机械的最高成就。

水砻
背景和原理简介
水砻主要用以水稻脱壳。水砻的下圈中间有一个与水轮相连接的轴，下圈随水轮转动。上圈用绳索吊在木梁上。在太原晋祠镇发现的古砻上圈直径80厘米，高70厘米，下圈高38厘米，一日能脱谷3000斤。水砻通常用柳条或竹条编成底圈，中间用粘土充填，并打入硬木齿，上下两圈相叠。
知识点
　　1、水砻主要用以水稻脱壳。水砻的下圈中间有一个与水轮相连接的轴，下圈随水轮转动。