第一巧匠马钧(1 / 2)
马钧是三国时期的著名机械制造专家,具有高超的制造技巧,发明和制造了织绫机、水车、指南车等多种机械,成为我国古代非常有名的机械发明和制造专家,为古代机械制造技术的发展作出了巨大贡献。
马钧,字德衡,扶风(今陕西兴平东南)人。生活在三国时代的曹魏时期,生卒年代不详。他从小不善言辞,说话不多,但是很喜欢读书、思考问题、善于动脑子,尤其喜欢钻研机械制造方面的问题;同时他又非常注重实践,勤于动手;这样就养成了善于吸收新知识的习惯,又有比较熟练的实际技能,为从事机械制造打下了一定的基础。他早年生活比较艰辛、贫困,长时间住在乡间,使他有更多的机会接触劳动人民,对他们的疾苦和繁重劳动有深切的了解和体会,因而他比较关心生产工具的变革,并决心用自己的知识和技术为老百姓服务,改善他们的生产和生活条件。
马钧对机械的研究制造始于改革织绫机,织绫机就是织造”绫”的提花机,”绫”是一种表面光洁的提花丝织品,这是在我国传统的丝织品基础上发展起来一种比较高级的产品。我国丝织技术有着悠久的历史,早在商代就已经运用平纹织法和丝织法织造几何图形图案的丝织品。春秋战国时期的丝织品已达几十种之多,品质也有很大提高,秦汉时期我国的丝织技术已经达到相当高的水平,现已出土这一时期大量的提花纹纱和以经丝显花的彩色织锦。丝织技术的发展得力于织造工具的进步,商朝已经出现平纹织机,周朝就出现了提花织机。在战国末期已经开始使用足踏织机。这是丝织技术划时代的成就,因为利用脚踏板作提综开口的装置,手就能腾出来投梭,手脚配合效率大增。到汉代,丝织机又有了重大改进,出现了一种新的提花机,即120蹑-120踪的织绫机,用这种织绫机60天才能完成一批散花绫,效率相当低,而且织机的构造和操作相当复杂。三国使用的织绫机已经比汉代有所简化,出现了”50综-50蹑”或”60综-60蹑”的织绫机。但是这种织绫机仍嫌复杂、笨重,操作不便,劳动强度高,生产效率低,织工辛辛苦苦织一匹绫子需要一个月的时间。马钧觉得有必要进一步改进,设计出一种更为简单、方便实用的织绫机,减轻工匠的劳动,织出更多的”绫”满足社会需要。为此,马钧对织绫机进行了深入细致的观察、研究,对影响织机操作的因素进行了全面分析,他发现”绫”的花色、图案有许多是对称重复的,利用这一点可大大简化绫机的结构和操作。为此,他进行了反复试验,最后把原有的织绫机一律改为12蹑,一下子使织绫机的结构简化很多,操作也更加方便,劳动生产率提高好几倍,而且织出的绫的色彩、图案、质量也有所提高。据说曹魏景初元年(公元237年),日本使者来访,魏明帝赠给日本大批丝织品,其中许多就是用马钧改进后的织绫机织成的。这种高效的织绫机很快就传播到其他地区,得到广泛应用,促进了中国纺织业的发展。
马钧的另一突出成就是制成了久已失传的指南车。指南车又名司南车,是古代帝王出行时的先驱车,车上站一木人,伸展手臂指向南方,不管车子怎样转动,手臂总是指向南方,因此利用此车可以指示方向。这是古代劳动人民的一项发明创造,最晚在西汉时就已经出现,东汉时著名科学家张衡曾经再次制造指南车,不幸的是,到三国时期指南车再次失传,许多人已不知道指南车的结构和原理。魏明帝青龙年间(公元233一236年),马钧曾在京城担任小官职。有一天,马钧和一部分官员在朝房里辩论时谈到了指南车,他们为此发生了争论。当时在场的散骑堂侍高堂隆和骁骑将军秦朗认为:古书上关于指南车的记载是虚构的,不能信以为真,古代并没有制造过什么指南车。马钧则坚信古代有指南车,不同意他们的看法,他说道:”古代很有可能制造过指南车,只是我们没有进行深入的研究而已;其实制造指南车并不是人们想象的那么难,只要肯下功夫,认真钻研,是可以造出来的。”他这一番话遭到了高堂隆和秦朗的讥笑,他们讽刺道:”先生名钧,字德衡,钧是器物的模型,衡是用来定物轻重的;可你说话连轻重都不分,难道可以作为模型吗?”(古代制陶器所用的转轮叫陶钧)马钧反驳道;”空口争论有什么用!莫如试制一下,自然就可以分清谁对谁错”,高堂隆和秦朗同意了马钧的要求,并把这件事报告了当时的魏明帝,魏明帝就命令马钧进行试制以明是非。马钧仔细研究了古书的简略记载,经过刻苦钻研,提出了初步设想,然后在许多工匠帮助下,进行了反复试验,在不太长的时间内终于制成了指南车。高堂隆和秦朗在事实面前哑口无言,只好认输。马钧以自己的实际成果结束了人们的争论,赢得了众人信服,自此以后,全国都佩服他的才能和技巧。
在马钧之后,又有很多人制造过指南车,如南北朝时的大科学家祖冲之曾将一辆只有外壳的指南车予以修补,增添了内部结构。但历代史书关于指南车的记载都相当简略,缺乏具体的机械结构和原理,使后人难以进行仿制。指南车失传后,后人的制造等于再度发明。宋朝时,著名仪器专家燕肃于公元1027年,吴德仁于公元11o7年又先后重新制造了指南车。《宋史》对他们的制造方法和指南车的内部结构作了比较详细、明确的记载,根据此书人们知道了历代指南车的大致结构。解放后,中国历史博物馆根据历史文献复制了指南车的模型,陈列在中国通史展览厅,在参观历史博物馆时就可以看到。根据文献记载和今人的研究,指南车的结构和原理大致如下:指南车有两个直径为6尺的轮子,两轮之间的间距也是6尺,每一车轮的内侧都有一个带24个齿的小齿轮;车中有一个带48个齿的大平轮,轮中坚一立轴,轴上有一本人;在大平轮和车轮边的小齿轮的上端有一小平轮,小平轮由一根绳索通过滑轮和车辕的后端相连。当车直行时,车辕的前端和后端方向没有变化,两边的小平轮悬在大平轮和小齿轮的上端,大平轮不转动,竖轴上面的小木人手指正南方不变。当车向左转弯时,车辕前端向左,后端则向右偏,这样系在车辕后端的绳索就会左紧而右松,右边的小平轮就在铁坠子的重力作用下沉,嵌人车上的大平轮和轮内侧的小齿轮中间,与二者的齿轮互相咬合;如果转子向左转了90度,车子的右轮就会向左转90度,同时向前转动半周,轮侧的小齿轮则向前转动12齿(半周),小齿轮带动小平轮相应向左转12齿,小平轮则带动大平轮向右(相反方向)同样转动12齿,转动的角度恰好为90度,大平轮竖轴上的木人同样向右转动90度,抵消车子的左转,使木人始终保持指向南方,指南车设计的关键是大平轮和小平轮的自动离合。这种巧妙的设计代表了我国古代机械设计和制造的高超技艺。
马钧制造的另一种有名机械是用于农业灌溉用的翻车,这是我国古代灌溉工具的重大革新。我国在东汉以前的主要提水工具有两种,一是桔槔,一种是辘轳。桔槔早在春秋战国时代就已经应用,它的结构为:在井旁的树上或木架上用绳子固定一根横木,横木的一端系桶,另一端坠个石块。当桶向上提水的时候,由于运用了杠杆和坠石的作用,比较省力和方便。辘轳比桔槔又前进了一步,它主要是利用轮转原理进行提水,特别适用于深水井。但这两种灌溉工具都有一个共同的缺陷,就是只能间隔地由低处向高处提水,不能连续运动,因此效率比较低,也比较费力。马钧住在京城洛阳的时候,看到城里有一片地可以种菜,但是因为地势比较高,难以解决引水灌溉问题,为此马钧经过查阅古书,深入研究古代的灌溉工具,经过不断试验、探索,设计制造了一种新的灌溉机械——翻车。
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