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第10章 机械发明与制造专家马钧

马钧,字德衡,生于扶风,即今陕西兴平,三国时期的著名机械制造专家。

他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做出了巨大贡献。

马钧从小善言谈,喜欢思索,善于动脑,同时注重实践,勤于动手,尤其喜欢钻研机械方面的问题。他早年生活比较贫困,长时间住在乡间,比较关心生产工具的改革。他虽然一生不大得志,但刻苦钻研,设计制造出多种机械。

马钧生活在封建军阀混战、社会动荡不安的东汉末年。在当时,魏、蜀、吴三国的统治者,为了增强自己的力量,都比较注意恢复和发展生产,而恢复和发展生产,就需要解决生产中遇到的一些技术问题。

而马钧恰恰生于曹魏统治下的扶风,这里地处渭河平原,农业和手工业生产都比较发达,是一个经济繁荣的地区。他为了解决生产实践中的问题,搞出了许多科学技术发明。

马钧的成名,是在他到京城洛阳做官之后。魏明帝曹叡在位时,他在魏国朝廷里担任博士。根据史书上的记载,马钧担任博士时,生活仍然比较贫困。为了摆脱困境,他潜心钻研技术,希望能在这方面有所作为。马钧的发明创造,就是这时从改进织绫机开始的。

织绫机是我国古代一种织丝机具,能织出提花的丝织品。在当时,这种织绫机,每台有50组或60组经线,需要120个踏板。织成一匹散花绫,要用两个月时间。

由于工序复杂,费时费力,因此织出来的绫,价钱很高,“匹值万钱”,普通老百姓根本买不起。马钧决心将这种织绫机加以改良。他经过深入钻研,多次试验,终于改制成功,造出了新式的织绫机。

马钧改制的织绫机,把原来织机上50组或60组经线合并成12组,这样,只需要安装12个踏板就行了。同时,他还在织机上设计安装了一些别的装置,使之操作起来更为灵便。

经过马钧的改进,新织绫机不仅更精致,更简单适用,而且生产效率也比原来的提高了四五倍,织出的绫锦,花纹图案奇特,花型变化多端,受到了广大丝织工人的欢迎。

新织绫机的诞生,是马钧一生中最早的贡献,它不仅推动了我国古代丝织技术的发展和提高,而且为后来制造和推广家庭使用的织布机奠定了基础。

如果说马钧发明的织绫机的改良推动了手工业生产的发展,那么,他发明的“翻车”则极大地推动了农业生产的发展。

当时,洛阳城里有一块空地,很适合于种植蔬菜。但是因为这里的地势较高,无法引水灌溉,所以一直荒芜着。马钧看到这种情况,觉得让这块可耕地荒芜下去,非常可惜。于是,他为了把这块荒地改成菜园,决心研制一种提水工具,解决灌溉问题。

经过长时间的思索和精心设计,一种新型的提水工具终于创制出来了。这种工具名叫“翻车”。马钧又进行了多次试验,证明翻车能够把河水提上坡地,非常管用。

据史书记载,马钧制造的翻车,能够“灌水自覆,更入更出”。就是说,翻车能够将河水刮上岸来,自动倾倒流出,而且循环不停。

因为翻车内用来刮水的木板叶,是一节一节地连接起来的,好像龙骨一样,所以也称为“龙骨水车”,简称水车。又因为它操作时是用双脚踩动,所以又叫做踏车。

由于它的结构灵巧,不需要花费多大的力气,因此连小孩子都可以操作。翻车运转起来,提水的效率大大提高了。这样,不仅使洛阳城内的那片荒地变成了菜园,而且在我国农村中很快得到普遍的推广应用,大大促进了农业生产的发展。

马钧发明的翻车,一直流传了下来。在元代王桢的著作《农书》和明代徐光启的著作《农政全书》中,都记述了马钧创制翻车之事。根据这两部书中的记载,可以知道马钧翻车的构造。

翻车的车身用木板做成长约6米的槽,槽的宽度不等,槽内有行道板一条。木槽的两头安装大小轮轴;大轴在木槽上头,小轴在木槽下头。再将一片一片连接起来的板叶,套在轮轴上面。大轴两端各带拐木,置于岸上木架之间。

操作时,人扶着木架,踏动拐木,板叶随着轮轴转动起来,于是河水就沿着槽内的行道板被刮上岸来了。王桢赞叹说:“水具中机械巧捷,唯此为最。”对于翻车的发明,给予了很高的评价。

马钧还成功制造了指南车。传说我国上古时代,黄帝在同蚩尤作战时,曾使用过指南车,辨明方向。西周时,周公也制作过指南车,但是没有流传下来。马钧对这种指南车非常有兴趣,很想将它制造出来。于是,马钧夜以继日地苦心钻研,过了一段时间,终于把指南车制造成功了。

这辆指南车在实际表演中非常灵巧,无论驾车的人将它向东南西北哪个方向转动,车子上站立着的木人始终手指南方。其中巧妙之处,简直无法用语言表达出来。人们交口称赞马钧,就连皇上也很佩服。

指南车也称司南车,是用来指示方向的两轮车。它的发明,是我国古代机械制造方面的一项重大成就。可惜的是,马钧制作的指南车,既没有实物保存和流传下来,它的制造方法也没有记载。

除了织绫机、龙骨水车和指南车,马钧还创制了一种能够连续射出石头的军事器械,名叫“发石车”,也可称之为射石机。

提到射石机,还得从诸葛亮发明的连弩说起。当时,魏国与蜀国之间经常发生战争。蜀国丞相诸葛亮创制了一种武器,利用机械力量连续发射箭矢,称为“连弩”。据说每次能射出10枝箭,杀伤力强,对魏国将士的威胁很大。

马钧看到连弩后,认为这种武器巧妙固然巧妙,但是还不够完善;如果再改进一下,可以将杀伤力提高5倍。他没有去改进连弩,而是创制了一种轮转式射石机。原来有一种单发式射石机,每次只能射出一块石头,而且射出的石头往往被敌方城楼上悬挂的湿牛皮挡住落地了,因此威力不大。

马钧经过研究后,将原来的射石机加以改制。他制作一个木轮,将几十块石头挂在木轮上,利用机械力不断地转动木轮,然后割断拴石头的绳子,于是石头就接连不断地向敌方的城楼射去。其速度如闪电一般,十分厉害。

在制造射石机的过程中,马钧曾在车轮上悬挂几十个砖头瓦块做过试验,能够射出几百步远。这种轮转式射石机,在当时来说,真可以算得上是一种远射程的先进攻城武器。

马钧在传动机械方面的研究,造诣是很深的,成绩也是极其卓著的。“水转百戏”的研制成功,也能说明这一点。

有一次,有人进献给魏明帝一种木偶百戏,造型相当精美,可那些木偶只能摆在那里,不能动作,魏明帝觉得很遗憾。

魏明帝问马钧:“你能使这些木偶活动吗?”

马钧肯定地回答道:“能!”

魏明帝遂命马钧加以改造。

没有多久,马钧则成功地创造了“水转百戏”。他用木头制成原动轮,以水力推动,使其旋转,通过传动机构。

这样,上层的所有陈设的木人都动起来了。有的击鼓,有的吹箫,有的跳舞,有的耍剑,有的骑马,有的在绳上倒立,还有百官行署,真是变化无穷。并且这些木人出入自由,动作极其复杂,巧妙程度使原来的百戏木偶无法比拟。

“水转百戏”的研制成功,在我国古代木偶艺术中,应该说是非常卓越的创造。它虽然是供封建统治者玩乐的东西,但从另一方面看,马钧已能熟练掌握和巧妙利用水利和机械方面传动的原理。

马钧在机械设计和制造方面的才能当时就已闻名于天下,受到人民的钦佩。南朝史学家裴松之为《三国志》作注时写道:“时有扶风马钧,巧思绝世。”这是对马钧的恰当评价。

在中国古代科学技术史上,马钧是古代机械制造专家的杰出代表,他的功绩和名字将永载史册,为后人所铭记。

[旁注]

散花绫 绫,斜纹地上起斜纹花的我国传统丝织物。是在绮的基础上发展起来的。始产于汉代以前,盛于唐、宋。绫光滑柔软,质地轻薄,用于书画装裱,制作衬衫、睡衣等。用作装裱图画、书籍以及高级礼品盒等的称裱画绫。

黄帝 华夏始祖之一,人文初祖。本姓公孙,长居姬水,即今陕西武功漆水河,故改姓姬,居轩辕之丘,故号轩辕氏,出生、建都于有熊,故亦称有熊氏,因有土德之瑞,故号黄帝。他以统一中华民族的伟绩载入史册。

蚩尤 上古时代九黎族部落酋长。在4600多年以前,黄帝战胜炎帝后,在今河北省涿鹿县境内,展开了与蚩尤部落的战争——涿鹿之战,蚩尤战死,东夷、九黎等部族融入了炎黄部族,形成了今天中华民族的最早主体。

周公 姓姬,名旦,又称周公旦,也称叔旦。周文王的儿子,周武王的弟弟,周成王的叔叔。谥“文公”。西周初期杰出的政治家、军事家和思想家。周公思想对儒家的形成起了奠基性的作用,后代儒家常将周公、孔子并称。

王桢 字伯善。生于元代东平,即今山东省东平。元代农学、农业机械学家。其所著《王祯农书》,总结了元朝以前农业生产实践的经验,全面系统地解释了广义农业生产所包括的内容和范围,在中国农学史上占有极其重要的地位。

裴松之 字世期,南朝宋河东闻喜,即今山西省闻喜人。后移居江南。著名史学家,为《三国志注》作者。与裴骃、裴子野祖孙三代有史学三裴之称。

魏明帝曹叡(204年~239年),字元仲。曹操之孙。三国时期曹魏的第二位皇帝。能诗文,与曹操、曹丕并称魏之“三祖”。在位时前期,成功防御了吴、蜀的多次攻伐,平定鲜卑,攻灭公孙渊;而后期大兴土木,临终前托孤不当,导致后来朝政动荡。

徐光启(1562年~1633年),字子先,号玄扈。明朝南直隶松江府上海县人。明末科学家、农学家、政治家。谥号“文定”,赠太子太保、少保。科学研究范围广泛,以《农政全书》影响最大,被称为中国古代农业的百科全书。

诸葛亮(181年~234年),字孔明,号卧龙或伏龙。生于琅琊阳都,即今山东省临沂市沂南县。三国时期蜀汉丞相、杰出的政治家、军事家、发明家、文学家。封武乡侯、武兴王,谥号“忠武侯”。后世极推诸葛亮为忠臣楷模,智慧化身。

[阅读链接]

有一次,马钧和两个官员在朝廷上争论关于指南车的事。两个官员说,古代根本没有指南车,记载的是虚假的。

马钧说:“古代是有指南车的。我们没有去想到它罢了”,两人嘲笑他说:“您大名是钧,大号是德衡。‘钧’是陶器的模具,‘衡’是定东西轻重的,你现在这个‘衡’定不出轻重,还想做得出模具来吗?”

马钧说:“讲空话,瞎争论,还不如试一试可以见效。”

后来,马钧就把指南车造成了。从此之后,天下人都佩服他的技术高明了。

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