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中国机械简史(一)

来源:时代集团 发布日期:2017-03-09 15:52:32

  中国是世界上机械发展最早的国家之一。中国的机械工程技术不但历史悠久,而且成就十分辉煌,不仅对中国的物质学问和社会经济的发展起到了重要的促进作用,而且对世界技术文明的进步做出了重大贡献。 中国机械发展史可分为六个时期:①形成和积累时期,从远古到西周时期。②迅速发展和成熟时期,从春秋时期到东汉末年。⑧全面发展和鼎盛时期,从三国时期到元代中期。④缓慢发展时期,从元代后期到清代中期。⑤转变时期,从清代中后期到解放前的发展时期。⑥复兴时期,解放后的发展时期。每个时期又可分为不同的发展阶段。

(一) 传统机械的形成和积累时期
  这一时期是中国机械发展的第一个时期,石器的使用标志着这一时期的开始。这是一个十分漫长的时期,经历了三个发展阶段。
  第一个阶段相当于旧石器时代。这一阶段的工具主要用石料和木料制作,同时也有一些骨制工具。在工艺方面以石器打制工艺为主,主要是经过敲击和初步修整使石块成石器。这一阶段后期出现了磨制的石器,使工具的形状趋于合理。当时的石器工具的种类有砍砸器、刮削器、石锤、尖状器、石球、石矛和石镞等,这时出现的其他材料的工具有木捧和磨制的骨针等。弓箭的出现表明这时的机械技术已有了一定的水平。
  第二个阶段相当于新石器时代。这一阶段在石器制造方面以磨制工艺为主,同时对石器的制造有了一套完整的工艺过程。对石器的选择、切割、磨制和钻孔等都有了一定的要求。这一阶段出现了大量的生产工具、如锛、斧、铲、凿、磨盘、磨棒、杵臼、钻、网坠、纺轮、犁、刀、锄、耘田器等。工具的种类不但有所增加,而且出现了不少专用工具。这时还出现了原始纺织机、制陶转轮等较复杂的机械,反映了这一阶段机械的发展水平有了显著的提高。
  第三个阶段大约从新石器时代末期到西周时期。从动力方面看,这一阶段已经开始使用畜力和风力作为原动力。古车和风帆的出现标志着新的动力出现。商代已经开始用牛来耕地。这一阶段已广泛使用犁来耕地。农业机械的种类更多,还出现了桔槔、辘轳等复合机械工具。在旧石器时代就已出现铜器,但没有大量使用。商代青铜工具和器械开始得到较广泛的应用,到西周时期,青铜冶铸技术达到了高潮。青铜器的出现标志着一种新的机械技术和制造工艺的诞生。青铜冶铸工艺在这一阶段经历了由低级到高级逐渐成熟的过程。从使用单面范和双面范制作小件器物,发展到用多块范、芯组成的复合范制作大型器件。商中期已广泛使用分铸法等先进工艺。这一阶段后期,陶范熔铸技术得到了进一步的发展。
  总的来看,这一时期在动力方面由只利用人力发展为人力、畜力等并用。在材料方面由以石质材料为主发展为以木、铜质材料为主。在结构方面由简单工具发展为复合工具和较为复杂的机械。在原理方面从杠杆、尖劈等原理的利用发展为对惯性、摩擦、弹性和重力等原理的利用。在制造工艺方面经历了由石器制造工艺向铜器和其他机械工艺的转变。这些情况说明在这一时期中国传统机械技术已经形成并有了一定的发展。
(二) 传统机械的迅速发展和成熟时期
  从春秋时期开始,我国传统机械的发展进入了一个新的时期。这一时期铁器开始得到使用,使古代机械在材料方面取得了重大突破。钢铁技术的产生和发展为制造高效生产工具提供了条件。随着钢铁技术的产生、铸造、锻造和柔化处理等机械热加工技术在这一时期得到了迅速发展。从春秋时期开始,就已用生铁来铸造多种机械,特别是农业机械。这一时期锻造工艺有了新的发展,许多工具都是用锻造方法制成的。战国早期就已出现铸铁柔化处理技术,到东汉末期,大多数铸造的机械工具都经过了柔化处理。
  在动力方面,这一时期除使用前面的动力外,开始利用水力为机械的原动力,出现了一些水力机械。在结构原理方面也有新的突破。在不少机械上出现了齿轮机构、凸轮机构和曲柄连杆机构等复杂的传动机构。水排、水碓、指南车以及浑天仪、地动仪等机械的出现反映了这一时期的机械在结构原理方面已经达到了相当高的水平。
  这一时期的农业机械发展很快,出现了三脚楼这样的重要播种机械。还发明了高效粮食加工机械—风扇车。磨、碓等谷物加工机械都已出现,并有了很大的发展。东汉时期还出现了用了齿轮传动的连磨和用水力推动的槽碓和水碓。西汉时期已有犁壁出现,到东汉时期犁的结构已经基本定型。在纺织机械方面出现了手摇纺车、布机和提花机等重要机械。这一时期的造船技术已比较发达,橹、舵、帆等部件逐渐完善了起来,并且能够制造大型的楼船和战船。
  在这一时期,生产过程中的机械系统有了很大的变化。许多机械已用自然力代替人力作为原动力。对机械的操作开始由直接操作向间接操作转变。动力和运动的传输开始由机械本身来完成。对机械的控制开始由人的直接控制向间接控制发展。水排、水碓和马排等机械具备了机器的基本组成要素,都已具有原动机、传动机构和工作机构三个组成部分。机器的出现反映了机械系统的发展达到了很高的程度。
  在这一时期,我国的机械技术迅速发展,传统的铸造、锻造、柔化处理技术不断提高,逐渐趋于成熟。各种农业机械大都出现并大致定型。造船、纺织机械技术已达到成熟阶段。从动力、材料、工艺和结构原理等多方面看,我国传统机械已发展到成熟阶段。
(三) 传统机械的全面发展和鼎盛时期
  从三国时期到元代中期是中国机械发展的第三个时期。与前两个时期相比其主要特点是机械的总体技术水平有了极大的提高,古代机械得到了全面发展。这一时期经过了两个发展阶段。 
  第一阶段为三国到隋唐五代时期,是传统机械持续发展时期。这一阶段在工艺方面有较大进步。锻造农具开始在农具中古主导地位。铸造技术有了新的发展,出现了一些大型铸件。水力机械在这一阶段得到了进一步发展,两晋时期出现了自动磨车、舂车、水碾等水力机械。东汉时期发明的提水翻车得到了改进和推广。同时还发明了高转筒车等灌溉工具。唐代耕犁的结构有新的改进,出现了可以转动的犁槃装置。这一阶段的造船技术有了新的发展,发明了明轮船。此外,在兵器、纺织机械和天文仪器等方面也有新的发展。
  第二个阶段是宋元时期,这是中国传统机械发展的高峰时期。这一阶段,在农业机械方面有很大的进步。宋代出现了锻制的犁刀装置,还较广泛采用了铁搭,踏犁等新式农具。各种水力机械得到了更广泛的利用。这一阶段出现了论述农业机械的专著。宋代曾之谨的《农器谱》 (已失传)对农具的形制进行了专门论述。元代王祯《农书》中的“农器图谱”部分对当时的农业机械和许多生产工具进行了详细的说明和论述。“农器图谱”为以后对农业机械和生产工具的研究和记述打下了基础。在这一阶段,纺织机械有新的发展。王祯《农书》中记述的水力大纺车,脚踏棉纺车等纺织机械反映了当时纺织机械的水平达到了很高的程度。兵器制造技术在这一阶段发展很快,出现了管形火器和喷射火箭等新式武器。在宋代、许多新型船纷纷出现,造船技术趋于鼎盛。特别应指出的是,这一阶段在天文仪器方面取得了重大突破,出现了莲花漏法、太平浑仪、假天仪、水运仪象台和简仪等重要仪器和装置。我国传统的天文仪器这时已发展到高峰阶段。这一阶段还有一些重大的发明,如出现了活字印刷术和双作用活塞风箱,还发明了冷锻和冷拔工艺。
  在第三个时期,我国出现了许多杰出的机械制造家,如马钧、祖冲之,李皋、张思训、燕肃、苏颂、郭守敬和王祯等,为传统机械的发展作出了重要贡献。这十时期的机械不但种类多,而且水平高、创造性强。中国在机械加工、农业机械、纺织机械;造船和仪器制造等多方面都走在了世界的前列。不少机械传到了国外,对世界科学技术的发展产生了一定的影响。这时期是传统机械全面发展和鼎盛时期,也是中国机械史上的繁荣时期。  
 
来源:制造业常识服务中心
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