杜棋星看大家思维活跃,高兴的说:“说得都很好,就是应该这样,群策群力嘛。有这个劲头儿,就没有我们办不成的事儿。”
停了一下,才接着说:“推风箱,用水力是可以的。正好我们挨着一条大河,这就很合适嘛。不过,这水流有时快有时慢,如果直接用水流的力量来推动风箱,难免会出现时快时慢的情况,这就不方便了。这就叫动力输出不均衡。若是正好需要风箱出力的时候,水流慢了,得,那可就误了大事。所以,我们就要想办法。可以这样,我们可以在河岸边合适的地方,修一个小坝,然后把水从河里提起来,放到坝里,让水积起来,再于坝上开一个小口,让水流出来,以此力来推动风箱,哎,这就没有时快时慢的弊病了。”
刘得贵想了一下,说:“此法甚好。可以做一个水车,这个我们是会做的。让人车水进坝,再让水流下来,推动风箱。”
这人力水车是木匠们经常制作的,两人站在水车上,用双脚踩动水车木轴上的拐木,带动水车的水具,将水从河渠里提上来。农田里灌水很是得用的。
杜棋星却摇摇头,“这水车终究还是需要人手的,长时期踩水车,人也累得很。不如做一个可以自己提水的新式水车。”他想用兰州水车。
他随手拿起一个半臂直径的大齿轮,比划着介绍:“我们要做一个自己提水的新式水车,这种水车叫做自动水车,完全不需要人来踩踏就可以自己提水。主要部件就是一个非常大的木轮子,就象车轮子一样,也是使用辐条的。轮子最外缘有许多的斜向安装的长方形木头盒子,叫做水斗。这个水车的关键之处,就在于这个水斗是斜向安装的。”
杜棋星又抓起一根短木条来,当成水斗,“水斗这样斜着安装在轮子上,轮子转动,上面的水斗浸进水里,再从水里冒出来时,恰好是口在上而尾朝下,正好装得住水,当轮子转动九十度后,这个水斗又正好是口在下而尾朝上,正好把装的水倒出来。”
周山也拿起一个齿轮,边缘斜着钉上一根小木条。他将齿轮转了一圈,小木条模仿水斗,当水斗处于齿轮下方,刚刚转出水面时,其形态正好口子朝上,可以装水。再转得小半圈,正好口朝下,将水倒了出来。
这一番演示,众人就全看懂了。
王铁海赞道:“大司业,这个水车,虽然简单,真正是好用啊。完全不需要人去管它,水推着它就能昼夜不停的提水,省力,方便。想不到啊,如此简单,功用太大了。大司业真是聪明绝顶啊,卑职万分钦佩。”
杜棋星笑道:“铁海,你这油嘴滑舌的毛病总是难改。好了,大家都知道了自动水车的结构,刘得贵,你们先做个小模型试一试,看这个水斗做多大,水斗与轮子成多少度的斜角才最好。摸索清楚,再做个成品。成品轮子的尺寸,先做个小点的吧,我看有三臂可能就够用了。以后再做大一些的。”
安排了水车的制作,又说:“上次给大家演示了齿轮传动能够产生有规律的上下运动。我们这一次,需要的是有规律的前后运动,用来拉风箱嘛。这就需要在齿轮上,安装一个部件,这个部件,称为曲轴连杆。”
捡起一根短木条,钉在齿轮面上,再拿起一根长木条,两根木条用绳子系到一起。转动齿轮,短木条在齿轮面上做圆周运动,带动长木条一前一后的往复运动。
“这根短木条,叫做曲轴。这根长木条,叫做连杆。”
众人这一次倒是无人感叹,见得多了,反而没有什么值得惊奇的了。只要是大司业想做的东西,自然的,个个都简单得很,却又功用极大。这些装置,没有一个不是巧妙无比,也没有不好使的。
杜棋星说:“这次做出来的东西,就叫水力推机。水力推机轴上的传动轮要小一些,而从动轮要大一些。这样从动轮速度会慢,但是,产生的力量却大,才能推得动风箱。轴上的木叶子,四片,不要垂直于轴,而是斜向安装在轴上。”
刘得贵一愣,“为什么要斜着安,垂直安上去,正好完全承受水力,斜向安的话,有一部水力岂不是浪费了。”
杜棋星笑道:“这样子,做两种木叶子,一种是垂直安装上去,一种是斜向安装上去,看哪一种更好使。”
又安排了洪大山梅三桥两人带着铁成组的人,先用敞口炉子打制曲轴与连杆。这种粗笨的铁部件,现有的条件就可以制作出来。其它的所有部件,全使用优质木材制作,交给木匠们完成。
周山连忙先做了两个水力推机的轴,一个上面安装了四个垂直的木叶子,一个上面安装了四个斜方向的木叶子,木叶子都差不多大小。
然后用木条做了个固定轴的框架,就迫不及待的放到水里去测试了。
两个轴一下水,就看出来了,斜方向的水叶子,转动要快得多。非常明显,斜方向安装木叶子得到了更好的效果。
周山看了这个现象,皱着眉头苦思了一会,才说:“垂直方向安装木叶子,正面确实是承受了全部水力,但是,它在水里向前方动,也被水挡住了。所以,它的速度反而是慢了。”
杜棋星大笑,“对喽。水不仅会产生向前冲的力,推动木叶子转动。同时也会在木叶子反面产生一个阻力。垂直安装木叶子,反而慢得多。我们做事,一定要全面的考虑,这样才能更好的利用水力。”
又让木匠们在轴上绑上一根绳子,当木轴转动时,这根绳子就会缠绕在轴上,以铜漏计时,这样来粗略计算木轴转动的速度,以确定哪种角度的木叶子转动得最快。
众工匠忙了半天,最终确定了一个角度,此角度下,木轴以最短的时间将绳子绕在轴上。用量角板测得此角度为:五十八度。
众工匠第一次通过实验,得到了一种最优的机械部件,再不是由师傅传授或者完全靠手上的感觉来制作。
这一番经历,既新鲜又深刻,众人都是议论纷纷,触动很大。
泥瓦匠孙成带着一批人,找到一个合适的地方,以青砖砌成二臂高的墙,围成一座微型水库。没有水泥,孙成就用土办法,以三合土加糯米汁解决。
刘得贵与周山制作了一个小的自动水车模型,先放入河中试验,确定了水斗的最佳角度。由画匠韦德昌绘制出了一应的图形。
工匠们分成两班,一班做自动水车,一班做水力推机。
三米直径的水车轮,工程量并不大,第三天就做好了。在询问了马顺,了解到杜康河的一些水文条件后,找了一处最合适的河弯处,将水车架了起来。
将水车轮上的卡木拿掉后,水车较快的转动起来,轮上的水斗先浸入水里,出来时正好口向上,尾朝下,装水起来,转动小半圈后,水斗姿势成为口向下,尾朝上,正好将装起来的水倒出来,倾在一个木槽里。水顺着木槽流进小水库中。
水车稍嫌小了一点,提水效率马马虎虎,半天就装满了小水库。
这一次制作水力推机,杜棋星仅仅提供了思路,图纸是由韦德昌画的。当然,韦德昌画的立体图。
整个制作全部是由刘得贵周山主持完成的。这些木匠手艺相当高明,脑子也非常灵活,他们设计了两个轴,每个轴上带一个传动轮,带动两个大一倍的从动轮,两套曲轴连杆,一上一下,连接在风箱柄上。
所有工匠都围了过来,指点着水力推机,叽叽喳喳的议论。
杜棋星一声令下,拉起木闸门,连杆开始有力的前后移动,推动风箱柄,匀速往复运动。风箱呼哧呼哧工作起来。
人群静了一下,猛然爆发出震耳欲聋的欢呼声。
杜棋星也忘乎所以的与工匠们一起高声欢呼,兴奋得满脸通红。
他比工匠们还要激动。
这是人类历史上,迄今为止,最为复杂与精密的机械。虽然只用了四只齿轮,两套曲轴连杆,齿轮还是木制的,用前世的眼光看,这一套设备,简单得如同玩具。
但是,这是人类历史上,第一次造出了可靠的全自动机械工具。这一套工具完全可以无限制的复制。人类第一次可以自觉的依靠机械,使自然之力为我所用。这将带来生产力的巨大解放,使整个社会的劳动生产率实现不可思议的跨越。
华夏文明,有可能在这个巨大的变化中,获得压倒性的力量,彻底挫败野蛮民族的侵略企图。
也许,大宋有救了。
也许,历史真的会在此处发生一个巨大的拐弯。