在浩瀚的历史长河中,中国古代劳动人民以无尽的智慧与创造力,留下了无数令人惊叹的发明创造。其中,指南车与记里鼓车,作为古代自动化技术的杰出代表,不仅展现了古代工匠的高超技艺,更在机械史和计量史上留下了浓墨重彩的一笔。今天,就让我们一起穿越时空,从自动化的视角,生动有趣地探索这两大古代“黑科技”。
指南车:自动指向的奇迹。
起源与传说
我国古代指南車的发明。指南车,又称司南车,是中国古代用于指示方向的一种神奇装置。据传說始于黄帝(元前2698-2599年)或周公时代(公元前 1100年左右),根据刘仙洲先生的考证,最早可推到西汉(公元前 200年),印使是再保守,也应该是东汉时代(公元78-139年)[1][2]。指南车不仅在战场上发挥了重要作用,还成为了皇家仪仗的一部分,象征着皇权的威严与智慧。
自动化原理
与现代的指南针利用地磁效应不同,指南车采用的是一种更为复杂的机械传动系统。其核心在于一个可以自由转动的装置,通常不是磁针,而是通过齿轮和差速器的巧妙组合,实现方向的自动指示。想象一下,无论车辆如何转向,指南车上的木人(或称为仙人)总能准确无误地指向南方,这背后隐藏的自动化原理令人称奇。
结构揭秘
指南车的车身通常由木质材料制成,内部则是一个精密的机械传动系统。以北宋燕肃的指南车为例,这是一辆双轮独辕车,车身上立一木人,伸臂指南。车内有多个齿轮,包括足轮、附足子轮、小平轮和大平轮等,它们通过复杂的咬合关系,确保木人手臂的方向始终不变。
当车辆直行时,左右的小平轮被悬挂起来,不参与传动;而当车辆转弯时,一侧的小平轮会下降,与附足子轮和大平轮产生传动关系,通过齿轮的转动来抵消转弯带来的角度变化。这样,无论车辆如何行驶,木人的手臂都能稳定地指向南方,实现了方向的自动指示。
自动化视角下的指南车
从自动化的角度来看,指南车无疑是一个高度智能化的机械装置。它不需要外部能源输入,仅凭车辆自身的运动就能实现方向的自动指示。这种设计不仅体现了古代工匠对机械传动的深刻理解,更展示了他们在自动化控制方面的非凡智慧。
记里鼓车:古代“计程表”的辉煌
百度百科的介绍:记里鼓车,又称记里车、大章车,中国古代用来记录车辆行过距离的马车,构造与指南车相似,车有上下两层,每层各有木制机械人,手执木槌,下层木人打鼓,车每行一里路,敲鼓一下,上层机械人敲打铃铛,车每行十里,敲打铃铛一次。晋惠帝(259年—306年)太傅崔豹撰《古今注》记载:“大章车,所以识道里也,起于西京,亦曰记里车。车上为二层,皆有木人,行一里,下层击鼓;行十里,上层击镯。《尚方故事》有作车法”。根据(唐)杜佑《通典》记载,东晋安帝义熙十三年(417年),刘裕灭后秦,获记里鼓车。《孙子算经》中一道除法计算题,“今有长安洛阳相去九百里,车轮一匝一丈八尺,欲自洛阳至长安,问轮匝几何?”,显然和记里鼓车有关。