Question

我国古代有哪些简单机械？说说他们的原理。

Answer 1

一、汉唐以来的耕犁
我国很早就发明了耒耜，用耒耜来翻整土地，播种庄稼，进行农业生产。随着生产的发展，耒耜发展成犁。不过在战国时期以前，人们使用的只是石制、木制、骨制和少量的铜制整地工具。后来由于牛耕的出现和冶铁业的兴起，战国时期便出现了铁制的耕犁，河北易县燕下都遗址和河南辉县都出土过战国时期的铁犁铧。铁犁铧的发明是一个了不起的成就，它标志着人类社会发展的新时期，也标志着人类改造自然的斗争进入一个新的阶段。
汉代大力推广先进的生产工具和耕作方法，耕犁也得到了进一步的发展，并且在全国各地广泛使用。解放后出土的一百多件汉代的铁犁中，有铁口犁铧、尖锋双翼犁铧、舌状梯形犁铧，还有大型的犁铧。从山西平陆等地汉墓中出土的几幅犁耕图中，可以看出汉代耕犁的构造形式。当时的耕犁是铁制的犁铧，已经有犁壁的装置。山东安丘、河南中牟和陕西西安、咸阳、礼泉等地都有汉代铁犁壁出土。犁壁的发明是耕犁的一个重大发展。没有犁壁的耕犁达不到碎土松土起垅作亩的目的，还必须靠锄类和铲类农具的帮助才行；有了犁壁就能翻土碎土，犁壁有一定的方向，向一侧翻转土垡，把杂草埋在下面作肥料，同时还有杀虫的作用。欧洲的耕犁直到公元十一世纪才有犁壁的记载，我国至迟到汉代就有了犁壁的装置，比欧洲要早近一千年。汉代耕犁的木质部分由犁辕、犁梢（犁柄）、犁底（犁床）、犁箭、犁横等部件组成。由此可以看出，汉代的耕犁已经基本定型，它除了有先进的犁壁装置外，还有能调节耕地深浅的犁箭的装置。汉代的犁有双辕和单辕的，基本上是二牛抬扛式的。由于是直辕长辕犁，耕地的时候，回头转弯都不够灵活，起土费力，效率也不很高。尽管这样，它比战国时期的耕犁已经有了很大的进步。
唐代，陆龟蒙的《耒耜经》详细记述了当时耕犁的部件、尺寸和作用。这种犁的构造是由金属制造的犁镵和犁壁，以及由木材制造的犁底、压镵、策（é）、犁箭、犁辕、犁梢、犁评、犁建、犁槃等十一个部件组成。这些部件都各有特殊的功能和合理的形式。犁壁在犁镵之上，它们是成一个曲面的复合装置，用来起土翻土的；犁底和压鑱把犁头紧紧地固定下来，增强犁的稳定性；策是捍卫犁壁的；犁箭和犁评是调节犁地深浅的装置，通过调整犁评和犁箭，使犁辕和犁床之间的夹角张大或缩小，这样就使犁头深入或浅出；还可以通过犁梢来掌握耕地的宽窄；它的犁辕是短辕曲辕，辕头又有可以转动的犁槃，牲畜是用套耕索来挽犁的。整个耕犁是相当完备、相当先进的，也很轻巧，耕地的时候回头转弯都很灵便，而且入土深浅容易控制，起土省力，效率比较高。
陆龟蒙所叙述的耕犁是中国耕犁发展到比较完备阶段的典型，它的构造要比秦汉时期的犁完备和复杂得多，和现代的耕犁基本相同。这是广大劳动人民在长期的生产斗争实践中不断摸索创造的成果，是劳动人民智慧的结晶。
宋元以后，耕犁的形式更加多样化，各地创造了很多新式的耕犁。南方水田用犁镵，北方旱地用犁铧，耕种草莽用犁镑，开垦芦苇蒿莱等荒地用犁刀，耕种海堧地用耧锄。
根据史料记载，在整个古代社会，我国耕犁的发展水平一直处于世界农业技术发展的前列。

二、汉代的播种机——三脚耧
我国在战国时期就有了播种机械。汉武帝的时候，赵过在一脚耧和二脚耧的基础上，创造发明了能同时播种三行的三脚耧。一头牛拉着，一人牵牛，一人扶耧，一天就能播种一顷地，大大提高了播种效率。汉武帝曾经下令在全国范围里推广这种先进的播种机。
汉代三脚耧复原模型，现在陈列在中国历史博物馆里。它的构造是这样的：下面三个小的铁铧是开沟用的，叫做耧脚，后部中间是空的，两脚之间的距离是一垅。三根木制的中空的耧腿，下端嵌入耧铧的銎里，上端和子粒槽相通。子粒槽下部前面由一个长方形的开口和前面的耧斗相通。耧斗的后部下方有一个开口，活装着一块闸板，用一个楔子管紧。为了防止种子在开口处阻塞，在耧柄的一个支柱上悬挂一根竹签，竹签前端伸入耧斗下部系牢，中间缚上一块铁块。耧两边有两辕，相距可容一牛。后面有耧柄。
播种前，要根据种子的种类、子粒的大小、土壤的干湿等情况，调节好耧斗开口的闸板，使种子在一定的时间流出的多少刚好合适。然后把要播种的种子放入耧斗里，用牛拉着，一人牵牛，一人扶耧。扶耧人控制耧柄的高低，来调节耧脚入土的深浅，同时也就调整了播种的深浅，一边走一边摇，种子自动地从耧斗中流出，分三股经耧腿再经耧铧的下方播入土壤。在耧后边的木框上，用两股绳子悬挂一根方形木棒，横放在播种的垅上，随着耧前进，自动把土耙平，把种子覆盖在土下，这样一次就把开沟、下种、覆盖的任务完成了。再另外用砘子压实，使种子和土紧密地附在一起，发芽生长。
现代最新式的播种机的全部功能也不过把开沟、下种、覆盖、压实四道工序接连完成，而我国两千多年前的三脚耧早已把前三道工序连在一起由同一机械来完成。在当时能够创造出这样先进的播种机，确实是一项很重大的成就。这是我国古代在农业机械方面的重大发明之一。

三、灌溉机械——龙骨水车
龙骨水车是我国古代最著名的农业灌溉机械之一。龙骨车，古书上都叫翻车，据《后汉书》记载，这一灌溉机械是东汉末年发明的。最初是利用人力转动轮轴灌水，后来由于轮轴的发展和机械制造技术的进步，发明了以畜力、风力和水力作为动力的龙骨水车，并且在全国各地广泛使用。根据动力的不同，龙骨水车有下列几种。
人力龙骨水车是以人力做动力，多用脚踏，也有用手摇的。元代《王祯农书》和清代麟庆的《河工器具图说》中关于龙骨车的叙述比较详细。它的构造除压栏和列槛桩外，车身用木板作槽，长二丈，宽四寸到七寸不等，高约一尺，槽中架设行道板一条，和槽的宽窄一样，比槽板两端各短一尺，用来安置大小轮轴。在行道板上下，通周由一节一节的龙骨板叶用木销子连结起来，很像龙的骨架一样，所以名叫龙骨车。在上端的大轴的两端，各带四根拐木，作脚踏用，放在岸上的木架之间，人扶着木架，用脚踩动拐木，就带动下边的龙骨板叶沿木槽往上移动，把水刮上岸来，流入田间。龙骨板叶绕过上端大轴，又在行道板上边往下移动，绕过下端的轴，重新刮水。这样循环不已，水从低处源源不断地被车上岸来。这就是龙骨车的构造和工作过程。
人力龙骨水车因为用人力，它的汲水量不够大，但是凡临水的地方都可以使用，可以两个人同踏或摇，也可以只一个人踏或摇，很方便，深受人们的欢迎，是应用很广的农业灌溉机械。
大约在南宋初年，龙骨水车有了新的发展，出现了用畜力做动力的龙骨水车，这是龙骨水车发展的一个新阶段。它的水车部分的构造和前面讲的相同，只是动力机械方面有了新的改进。在水车上端的横轴上装有一个竖齿轮，旁边立一根大立轴，立轴的中部装上一个大的卧齿轮，让卧齿轮和竖齿轮的齿相衔接。立轴上装一根大横杆，让牛拉着横杆转动，经过两个齿轮的传动，带动水车转动，把水刮上来。因为畜力比较大，能把水车上比较大的高度，汲水量也比较大。
在元代《王祯农书》上还有水转龙骨水车的记载，可知这一机械的发明应该在《农书》成书之前，大约在元初，也有近七百年的历史了。它的装置，水车部分完全和以前的各种水车相同。它的动力机械装在水流湍急的河边，先树立一个大木架，大木架中央竖立一根转轴，轴上装有上、下两个大卧轮。下卧轮是水轮，在水轮上装有若干板叶，以便借水的冲击使水轮转动。上卧轮是一个大齿轮，和水车上端轴上的竖齿轮相衔接。把水车装在河岸边挖的一条深沟里，流水冲击水轮转动，卧齿轮带动水车轴上的竖齿轮转动，也就带动水车转动，把水从河中深沟里车上岸来，流入田间，灌溉庄稼。
如果水源比较高，可以作大的立式水轮，直接安装在水车的转轴上，带动水车转动，这样可以省去两个大齿轮。
在利用流水作动力的灌溉机械上应用了一对大的木齿轮，把水轮的转动传递到水车的轴上，来带动水车把水刮上来，进行灌溉，这是元代机械制造方面的一个巨大的进步，也是人们利用自然力造福于人类的一项重大成就。

四、先进的粮食加工机械——水碓和水磨
谷物收获脱粒以后，要加工成米或面才能食用。我国古代在粮食加工方面发明了不少机械，如磨、碾、碓、扇车、罗等，后来又发明了用水力做动力的水碓和水磨，这些机械效率高，应用广，是农业机械方面的重要发明。
水碓是利用水力舂米的机械，在西汉末年就出现了，汉代桓谭（约前23—后50）的《桓子新论》里有关于水碓的记载。
水碓的动力机械是一个大的立式水轮，轮上装有若干板叶，轮轴长短不一，看带动的碓的多少而定。转轴上装有一些彼此错开的拨板，一个碓有四块拨板，四个碓就要十六块拨板。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要加工的稻谷。流水冲击水轮使它转动，轴上的拨板就拨动碓杆的梢，使碓头一起一落地进行舂米。利用水碓，可以日夜加工。
凡在溪流江河的岸边都可以设置水碓。根据水势的高低大小，人们采取一些不同的措施。如果水势比较小，可以用木板挡水，使水从旁边流经水轮，这样可以加大水流的速度，增强冲动力。带动碓的多少可以按水力的大小来定，水力大的地方可以多装几个，水力小的地方就少装几个。设置两个碓以上的叫做连机碓，常用的都是连机碓，一般都是四个碓。
磨，最初叫硙，汉代才叫做磨，是把米、麦、豆等加工成面的机械。磨用两块有一定厚度的扁圆柱形的石头制成，这两块石头叫做磨扇。下扇中间装有一个短的立轴，用铁制成，上扇中间有一个相应的空套，两扇相合以后，下扇固定，上扇可以绕轴转动。两扇相对的一面，留有一个空膛，叫磨膛，膛的外周制成一起一伏的磨齿。上扇有磨眼。磨面的时候，谷物通过磨眼流入磨膛，均匀地分布在四周，被磨成粉末，从夹缝中流到磨盘上，过罗筛去麸皮等就得到面粉。磨有用人力的、畜力的和水力的。用水力作为动力的磨，大约在晋代就发明了。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。
随着机械制造技术的进步，后来人们发明一种构造比较复杂的水磨，一个水轮能带动几个磨同时转动，这种水磨叫做水转连机磨。《王祯农书》上有关于水转连机磨的记载。这种水力加工机械的水轮又高又宽，是立轮，须用急流大水，冲动水轮。轮轴很粗，长度要适中。在轴上相隔一定的距离，安装三个齿轮，每个齿轮又和一个磨上的齿轮相衔接，中间的三个磨又和各自旁边的两个磨的木齿相接。水轮转动通过齿轮带动中间的磨，中间的磨一转，又通过磨上的木齿带动旁边的磨。这样，一个水轮能带动九个磨同时工作。

Answer 2

水车：利用水流的力量推动扇叶使其旋转，多用于灌溉，也可用于磨面、夯打。灌溉型是直立的，磨面则是水平的