第六节 机 械

　　第六节 机 械 农业机械

　　农业机械方面，牛耕的推广是社会生产力发展中的一件大事。汉武帝时推广大型铁农具，牛耕得到进一步普及。所谓“耦耕”，当是两牛抬扛合引一犁的耕作方式。汉代畜力犁已采用犁壁，从山西平陆等地汉墓出土的犁耕图看，犁由犁辕、犁梢、犁底、犁铧、犁壁组成，并可用犁箭调节耕地深浅，已基本定型。长江中、下游，在西汉时期农业生产还比较落后，如《史记》所说：“饭羹鱼，或火耕而水耨。”东汉以后，南方逐步推广水利与牛耕，并普及东北、西北和西南的部分地区。

　　由赵过倡制的三脚耧，是武帝时期推广应用的先进播种机械。它有三条耧脚，下套三个小铧，用来开沟；每两脚间为一田垄；由闸板调节耧斗开口，以控制种子流量；耧后拖挂一木棒，木棒下端为方木框，横放垄上，一次可完成开沟、下种、覆盖等工序。这可以说是最早的畜力播种机。《盐铁论》说：“铁器，民之大用也。”又说：“器便于不便，其功相计而倍也。”这正是汉代对使用农业机械和先进农具的正确认识。

　　 扬水机械和风扇车

　　在扬水机械方面，除使用桔槔和辘轳外，到东汉毕岚已发展为翻车。《后汉书·宦者·张让传》记载：中平三年（公元186年）“又使掖庭令毕岚铸铜人四，……又作翻车、渴乌，施于桥西，用洒南北郊路，以省百姓洒道之费。”翻车主要是应用链传动的原理，将低处的水提升到高处，可用于灌溉和排水等。它在当时是世界上最先进的扬水机械。

　　西汉时，我国已经使用了轮扇。《西京杂记》记载：“长安巧工丁缓……作七轮扇，连七轮，大皆径丈，相连续。一人运之，满堂寒颤。”1973年河南济源县西汉晚期墓葬中出土了陶风扇车明器。这说明至迟在西汉晚期，已经发明了谷物脱粒后，清理籽粒，分出糠粃的风力机具。它把轮扇连续扇风以及籽粒重则沉、粃轻则飏的经验巧妙地结合起来，应用于一个机械之中，确是一种新颖的创造。在辽阳三道壕东汉晚期古墓的壁画上还有另一种玩具风车。

　　 水碓

　　用脚踏碓来舂米，发明很早。东汉时桓谭《新论》载有水碓，已利用水力驱动水碓。南阳地区又用水力来驱动鼓风器，称为“水排”，更是机械史和冶金史上的重大发明。欧洲十六世纪用水力鼓风，对当时的钢铁生产曾起了很大作用。中国“水排”的使用比欧洲早一千七、八百年。由于它“用力少，见功多”，逐步得到推广，直到近代，在东南、西南等地区仍有使用于炼铁的。水排是根据水碓凸轮传动的原理，使水碓通过曲柄摇杆、绳、绳轮和鼓风器联接而创制的，是中国最早的具有动力机、传动机构和工作机的机器。据《后汉书·杜诗传》记载，南阳太守杜诗注意冶铁生产，兴修水利，“造作水排”，对这一鼓风机械的推广应用，起了促进作用。

　　 候风地动仪

　　汉代在机械方面的另一杰出成就，是张衡发明的著名的候风地动仪。中国古代对地震这一自然灾变早有认识，有世界上最丰富的地震记录，从而产生了创制地震仪的科学构想。张衡生于东汉章帝建初三年（公元78年），《后汉书·五行志》载，从公元92年起，连年发生地震，出现地裂、山崩等灾变。正是在这种地震频仍和战国以来机械学发展的基础上，经过刻苦的钻研、摸索，张衡在阳嘉元年（公元132年）制成了世界上第一台地震仪（候风地动仪），比欧洲同类仪器早一千七百年。据《后汉书·张衡传》，候风地动仪是用精铜铸造，形似酒樽，直径约1.94米，高约2.72米的大型仪器。器内正中立有“都柱”，周围有八条滑道（“八道”），装有八组杠杆。樽体周围按东、南、西、北、东北、东南、西北、西南八个方向排列铸有八个龙头，分别对应“八道”。龙头口含铜丸，下蹲八个张口向上的铜制蟾蜍。它的原理和现代倒立式震摆相同。当地震震中较远时，由于体波（在地球内部传播的地震波）传播速度较快，首先被仪器接收，因惯性作用，都柱倾倒，通过杠杆作用，龙口张开，铜丸落入蟾蜍口中，发出响声，即可报知地震。文献记载及现代实验表明，这种装置能测得一、二级的无感地震。地动仪和张衡所制浑仪、浑象都设在洛阳灵台。有一次陇西发生地震，地动仪的西方龙口落下铜丸，从而作出正确的记录。过了几天，人们才从驿马邮传知道陇西地震的确讯。这证实了地动仪的准确性和可靠性，是符合科学原理的。它的结构和形象，由王振铎先生复原，现陈列在中国历史博物馆内。此外，张衡还发明了水运仪象（“作浑天仪，以漏水转之于室内”），这是我国第一台用水力作动力的天文仪器，又是最早的机械计时器。

　　《西京杂记》记载：“汉朝舆驾祠甘泉汾阴，备千乘万骑。太什执辔，大将军陪乘，名为大驾。司南车，驾四，中道。……记道车，驾四，中道。”沈约所著《宋书》与《宋史》都说张衡制作过司南车，或称指南车。记道车又叫记里鼓车。它利用车轮的转动自动表示出车行的里数，和现代汽车上的里程表的作用相同。

　　 机械中转动原理的应用

　　秦汉时期，机械中应用了凸轮传动、链传动、曲柄摇杆传动等原理，这是这一时期机械技术的重要成果。根据考古发掘所得的实物和文献记载，至迟在西汉就发明了齿轮，并且不久就应用了齿轮系①。1975年山西省永济县出土了两个铜齿轮，相互啮合较好。据同时出土的遗物推断，这两个齿轮至迟是西汉的遗物①。记里鼓车必是通过齿轮系传动实现准确可靠的记程，张衡的水运仪象和指南车也必是采用了齿轮系②。可见，汉代已对齿轮传动比有定量的认识，这是机械学的重大进步。秦汉时期掌握的几种基本的、重要的机械传动原理，为后世机械技术的发展打下了基础。

　　《西京杂记》记载，西汉巧工丁谖作“被中香炉”，在任何位置均保持水平不致倾倒，其持平装置和现代陀螺仪的万向支架相似，反映出汉代机械学所达到的高度水平。

　　 机械与冶金技术的发展

　　发明与应用机械，要求有相应的制造技术。金属零部件的采用对机械制造又提出了更高的要求。冶金技术的发展使金属切削加工技术进入了一个新的阶段。近年在河北满城一号汉墓中出土的五铢钱，其外圆上有车削或锉削的痕迹，刀花均匀，切削振动波纹清晰，椭圆度很小。同墓出土的器物中，还有铁锉、铁凿、三棱型青铜钻、青铜弩机和青铜箭头等。其中，青铜弩机的结构相当复杂，但加工精度和表面光洁度很高，青铜箭头经过了抛光。以上表明当时的金属加工已达到了一定的水平。秦始皇陵出土的铜车马不仅反映了当时高超的冶铸技术，也展示了各种机械联接方式，如镶铸、铸焊、对焊、钎焊、过盈联接、销联接、铆接以及精确的孔加工技术和装配技术。

　　王莽时中国已有先进的测量工具，其结构和功能基本上与现代卡尺相同①。

　　

　　①刘仙洲：《中国机械工程发明史》第一编，第93页，科学出版社1962年版。

　　①陆敬严、田淑荣：《中国古代齿轮新探》，同济大学科技情报站印。

　　②刘仙洲：《中国机械工程发明史》第一编，第93页，科学出版社1962年版。

　　①（英）李约瑟：《中国科学技术史》（英文版）第四卷第二分册，第61页。