李冰李金坡

(北京市通州區(qū)運(yùn)河中學(xué) 北京 101100)

2010年7月初，筆者參觀成都“武侯祠”時(shí)，見到了許多能工巧匠做的“木牛”“流馬”，萌生了自己也做一個(gè)的想法.于是認(rèn)真研讀了歷史文獻(xiàn)和眾多專家學(xué)者的研究文章，并參考網(wǎng)上的一些 “木?！薄傲黢R”實(shí)物圖片，形成了自己的想法，做出了 “木?！薄傲黢R”模型，如圖1.按其行走的方式，取名為“擺動(dòng)式步行機(jī)”.

圖1 “木?！薄傲黢R”實(shí)物模型

1 擺動(dòng)式步行機(jī)的構(gòu)造與運(yùn)行機(jī)理

擺動(dòng)式步行機(jī)的主要部件：車廂、車轅、車軸、一對(duì)活動(dòng)腿腳(可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng))、一對(duì)固定腿腳(與車廂固定在一起)，如圖2所示.腳的底部做成弧形，使整車成為一個(gè)不倒翁.車箱中間有隔板，將車廂分成前后兩部分，以便前后合理分配裝載物.調(diào)整車的重心，使車在不同斜坡路面都呈不倒翁狀態(tài)，以便在不同路面上都能“省力”行走.

圖2 擺動(dòng)式步行機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

步行機(jī)車軸安裝在車的中軸線上端.前后“車足”組成的弧形頂端也在中軸線上，與重力作用線“重合”.根據(jù)杠桿原理，用很小的力便可以搬動(dòng)車轅使其前后擺動(dòng).拉動(dòng)步行機(jī)邁步前行時(shí)，支持力作用線偏離重力作用線不大，仍可以用很小的力驅(qū)動(dòng)步行機(jī).

一般步行機(jī)行走時(shí)重心會(huì)上下移動(dòng)，需要外力克服重心做功.另外，步行機(jī)行走時(shí)一“動(dòng)”一“停”，運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)能不能充分利用.擺動(dòng)式步行機(jī)底部弧形的長(zhǎng)腳很好地解決了這一問題.行進(jìn)中利用擺動(dòng)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能貯存起來，回?cái)[時(shí)再轉(zhuǎn)化成動(dòng)能.因此，人力驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)式步行機(jī)行走在平地或較平緩的斜坡路面時(shí)，非常省力.

特別是走下坡路時(shí)，將車子的重心調(diào)整到車的后部，因車處在斜坡上，重心與兩腳接觸點(diǎn)(中心)仍在一條豎直線上.行走時(shí)，車子擺起來，先后仰，再前傾，前傾至水平位置時(shí)，前腳接觸不到地面，自然會(huì)向前“邁一步”落地.由于整車的重心下降了，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為更多的動(dòng)能，補(bǔ)充機(jī)械能的消耗.回?cái)[后仰時(shí)有足夠的能量后仰至前腳抬起的角度.重復(fù)前面的動(dòng)作，自動(dòng)下行.如果重心不合適，或坡度太小，稍加輔助便可行走.

上坡時(shí)將車子的重心調(diào)整到偏前的位置，行走與走平地相似，只是費(fèi)力一些.

2 對(duì)于“木牛”“流馬” 的研究

歷史上關(guān)于“木?！薄傲黢R”的記載文字很少.人們對(duì)這些描述的理解有很大的不同，主要的原因是沒有做出與古人描述相符的實(shí)物;一些做出的實(shí)物也沒有得到大家的認(rèn)同.我們的理解如下.

(1)“木?！薄傲黢R”是否是兩種不同的運(yùn)輸工具

歷史文獻(xiàn)中對(duì)“木?！钡拿枋鰝?cè)重功能和形態(tài)，對(duì)“流馬”則側(cè)重的是尺寸.綜合歷史文獻(xiàn)，“木?！薄耙荒_四足”，“流馬”“前后四腳”;“木?！迸c“流馬” 應(yīng)該是兩種不同的運(yùn)載工具.“木牛”“流馬”是同一個(gè)人設(shè)計(jì)并使用，用途都是運(yùn)糧，工作原理應(yīng)該相差不多，一脈相承.“流馬”是“木?！钡母倪M(jìn)版，結(jié)構(gòu)更合理.二者載重不一樣，“木牛”“載一歲糧”，“流馬”裝兩個(gè)“二斛三斗”.它們都應(yīng)是一種省力運(yùn)載機(jī)械，只是“載多行少”,運(yùn)輸效率都不高，沒有流傳下來.也可能因?yàn)椤耙丝纱笥茫豢尚∈埂保蛰d時(shí)不如載重時(shí)好用.另外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，而且是一次性運(yùn)輸機(jī)械.將軍糧運(yùn)到前線后，車就成了燒火做飯的燃料，不適于民用.

(2) “木?！薄傲黢R”是“輪車”還是步行機(jī)

后漢三國(guó)時(shí)期，輪車技術(shù)在我國(guó)已相當(dāng)成熟；雙轅車、獨(dú)輪車已經(jīng)被廣泛應(yīng)用.如果諸葛亮的“木?！薄傲黢R”是帶輪的車就不是創(chuàng)新，不會(huì)被史學(xué)家記錄.我們見到的我國(guó)古代的車有獨(dú)輪和雙輪兩種.因?yàn)楣糯妮d重車“輪”和“軸”是一體的(20世紀(jì)初還被廣泛使用)，雙輪車轉(zhuǎn)向很困難，四輪車更是不可思議.另外，使用過小推車的人都知道，推車上坡時(shí)雖然費(fèi)力，但幾個(gè)人合作可以拉拽行走.下坡時(shí)靠人力拉拽很難控制載重車的速度.難以想象一個(gè)獨(dú)輪車或四輪車裝了幾百斤軍糧行駛在秦嶺的棧道上，“上山下嶺，各盡其便”.再者，帶輪的車“載多行快”，一天走五十里不在話下，不可能是“載多行少”.綜上所述，“木?！薄傲黢R”不應(yīng)是帶輪的運(yùn)載機(jī)械，而是我們所不知道的一種省力機(jī)械.做出一個(gè)新的更省力的運(yùn)載機(jī)械是復(fù)原“木牛”“流馬”的關(guān)鍵.

有人這樣描述秦嶺棧道：“古代的棧道并不陡峻.原來古代人開通褒斜棧道是非常聰明的.他們選擇了在秦嶺山中最緩的一條道路，不知不覺就上了山，然后不費(fèi)勁就下去了，很像現(xiàn)在的盤山公路.”擺動(dòng)式步行機(jī)正適用于這類道路.“載多而行少”， “宜可大用，不可小使”.它很可能與諸葛亮的運(yùn)行原理相同.

3 對(duì)“木?！薄傲黢R”的理解

(1)對(duì)“木?！薄傲黢R”結(jié)構(gòu)解讀

一腳四足——有一個(gè)(對(duì))活動(dòng)牛腿(腳)，其他不動(dòng)的腿不算數(shù);四只腳(足).

頭入領(lǐng)中——彎曲的牛頭“長(zhǎng)”在后面的車廂中，沒有脖子.牛頭的作用除裝飾外還可掩藏制動(dòng)機(jī)關(guān).

舌著于腹——舌頭固定在“腹”上.如果照“造木牛流馬法”理解，舌頭應(yīng)該是一個(gè)掛鉤，用于拴牛鞅,如圖3.

圖3 “木牛”“流馬”中的牛舌

如果它的功能如《三國(guó)演義》所描述的是控制手柄，如筆者制作的步行機(jī)，舌頭是固定在腹中連桿上的，則輔助部件有與車軸相連的牛舌連桿.活動(dòng)腿腳與車軸、牛舌、連桿固定在一起，運(yùn)行時(shí)一起擺動(dòng).牛舌實(shí)際上是一個(gè)掛鉤.當(dāng)扭轉(zhuǎn)牛舌掛在車廂前端的橫杠上，整車不能再走動(dòng).這一功能是按《三國(guó)演義》中的描述做的，實(shí)際意義不大.

載多而行少，宜可大用，不可小使——與當(dāng)時(shí)普遍使用的運(yùn)載車輛相比載重量大，但行走慢.滿載使用比空車使用更好.為了證明擺動(dòng)式步行機(jī)比帶輪的車省力，同時(shí)也是為了證明其實(shí)用性，我們做了一個(gè)與現(xiàn)代小推車差不多大小的步行機(jī)，裝載150多公斤，一個(gè)人很容易驅(qū)動(dòng).如果不是考慮車子本身的承重，可以裝載更多.

曲者為牛頭——牛頭是彎曲的，可能僅是一個(gè)裝飾.

雙者為牛腳——牛腿是一對(duì).

橫者為牛領(lǐng)——車廂前部有一個(gè)橫杠稱為牛領(lǐng)，其功能有可能是輔助駕馭.

轉(zhuǎn)者為牛足——牛足的底部是彎曲的弧形.

垂者為牛舌——牛舌的安裝方向向下.

曲者為牛肋——應(yīng)該是車廂兩旁的護(hù)欄，主要的承重部件(模型是由車廂板代替).

立者為牛角——牛角向上，可能是控制小車轉(zhuǎn)向的操縱手柄，也可能只有裝飾作用.

攝者為牛鞦軸——車轅末端的小立柱.用于拉車或是控制車轉(zhuǎn)彎.

牛仰雙轅——“木?！薄傲黢R”走路的形態(tài)，一抬頭(車擺起來)車就走起來.

人行六尺，牛行四步——這是“木?！薄傲黢R”走路的步子大小；六尺約1.5 m.

載一歲糧，日行二十里，而人不大勞——描述 “木?！薄傲黢R”的功能.載一歲糧應(yīng)該是一個(gè)大概的數(shù)，在250～300 kg左右，容積在0.4 m3.

(2)流馬尺寸解讀

“肋”及各孔位置,如圖4,圖5.

圖4 “肋”的各孔位置

圖5 “木?！薄傲黢R”中“肋”的示意圖

形制如象，徑面四寸三分.孔徑中三腳杠——孔徑中是說雙肩榫，三腳杠是說每對(duì)腿上有三根橕子.版方囊二枚——前后兩個(gè)方形箱子，可以調(diào)節(jié)重心，這是自動(dòng)行駛的關(guān)鍵.筆者的模型中沒有做成兩個(gè)，只是分成了前后兩部分，這樣結(jié)構(gòu)才合理.文獻(xiàn)中給的“方囊”尺寸是其內(nèi)徑，換算(1尺=24.2厘米)成現(xiàn)代的尺寸合0.1 m3,能裝糧食150市斤左右，與兩個(gè)“二斛三斗”差不多.

靬長(zhǎng)四寸，徑面四寸三分——這塊手掌大小的皮子，像是軸上的墊，或綁在車兩端的手墊.

圖6 制作的“流馬”模型

關(guān)于“流馬”的制作，我們用10 cm為一尺制作模型，如圖6.完全按照文獻(xiàn)尺寸制作.整體也做成不倒翁.與“木牛”的差別主要是前腿活動(dòng)，走路步子更大，走得更快.后軸偏中心后面，這樣便于上坡行走.下坡時(shí)加了“后載克”這個(gè)“平衡物”，調(diào)節(jié)合適也能自動(dòng)行走.