东风西渐说扇车

2022-11-22 16:24陈巍
中国科技教育 2022年7期
关键词:风扇风力

陈巍

民以食为天,中国人惯常吃大米或面食,在超市里我們很容易找到成袋或散装的米面。脑海里浮现着煮熟米饭的样子,眼前的生米都仿佛变得香喷喷起来。俗话说“生米煮成熟饭”,那生米又从哪儿来?或许你一下子就能答上来,米来自于水稻,面则是把小麦磨碎后得到的。

不过,农田里收获的谷穗,并不能像蔬菜瓜果那样从枝头摘下就能放进嘴里吃,那些果子去掉皮吃固然更甜软可口,不去皮也不差。就像剥葡萄和吐葡萄皮,可以看成吃葡萄时增加趣味无伤大雅的两种选择。然而对于稻米黍粟等粮食作物,带皮或不带皮蒸煮它们差别就很大——也许我们的祖先曾经带着皮吃它们,但因为口感太差,他们也不得不思考改进办法。

先民们发现,谷粒与谷皮密度不同,把它们晒干减小黏着性后,借助风力容易让它们分离。基于这种认识,他们设计了许多利用风力去除稻谷影响食用的外壳的方法,例如在空地上摊开粮食,用木锨把谷粒扬起,这时如果有风,就能把糠枇、灰尘和小虫吹走。扇车就是两千多年在中国已经出现的一种高效风选机械,它从借助风力进展到制造风力,因此也是今天风选脱粒机的雏形。

何为扇车

扇车,又称风扇车、飏扇、扬谷器。它属于速度型离心式鼓风器。它能够用旋转风扇制造出风力,分离经打谷后收集起的谷粒,以及仍吸附在谷粒上的茎叶、小虫、尘土等杂物,也可以把混合到一起的不同类型粮食分开。它的结构并不复杂,并且容易操作,这使之成为一种颇为有趣的传统农业机械,一些地方的农具展览中经常可以看到这种机械的身影。

扇车基本全部用乡村容易找到的木料制作,仅有极个别零件为铁制。它的形状很特别,有点像哨子,又近似于吹头发用的吹风机,一端是圆鼓鼓的腹部,另一端是向外敞开准备让轻飘飘的谷皮被吹走的出风口。扇车上方开有便于倒入粮食的漏斗,下方则有一到两个让粮食流出的出糠口。在圆鼓鼓的一端内部,是可以用摇把转动的风扇轮。使用时,操作者以合适速度转动摇把,风扇转动叶片不断吹出风来,风力可以把从漏斗倒入的稻谷里较重的好米、较轻的次米,以及最轻的糠皮等吹出不同距离,落至相应位置。

与木锨、簸箕等其他传统清选农具相比,扇车拥有许多优点。它可以几乎不间断地工作,一方面摇把可以周而复始地进行圆周运动,一方面清选过的稻谷可以方便地倒回漏斗,再次清选进一步去除杂质。扇车也无需占用大片空地,在室内也可以工作,这也意味着它不受天气影响。扇车手柄摇动起来不需花费很大力气,更不用插电,妇孺也可参与劳动,它几乎可以随时随地开展工作。正因为这些优点,直到今天中国乡村不少农家院里,仍摆放着风扇车。

古老工具

扇车早在汉朝时就已经很常见了。汉代史游在教人练习书法的《急就篇》在列举农具时,有“碓碨扇随舂簸扬”等。唐代的颜师古注释说“扇,扇车也,隤,扇车之道也”,也就是“扇隤”似乎是同义词。近百年来河南、山西和山东等地出土过多件西汉末至东汉的陶制扇车明器,它们往往与碓组成粮食去皮、清选的加工作坊遗址,成为反映庄园生活的庭院模型中的重要组成部分。显然早在两千多年前的汉代农业中,扇车就活跃于农业活动中。

扇车体现了人们自主转化创造动力,而非简单依靠自然风力的尝试。它的结构造型和水轮颇有相近之处,不过观察水轮和风扇车之间的差异,它们之间建立联系仍要跨越结构、动力、用途等多方面阻隔,也许在风扇车之前还有一些现在未知的前序发明。

风扇车基本形态出现后,其细节随着实践不断演变。古代农书和当代工艺调查都揭示出针对不同时代、地域和作物种类,出现了许多类型的扇车。比如按照出粮口的多寡可以分单出粮口风扇车和多出粮口风扇车,根据驱动方式的不同分为手摇和脚踏等,也可以以扇车叶轮的放置方式分为立式和卧式两类。总的来说,我们可以看到从汉代到明代,扇车的车厢从长方体向圆筒状演进,箱体从开放式向封闭式变化,形态不断成熟,设计也逐渐改进。现存扇车显示在长期积累经验的帮助下,出现许多提高效率的细节设计。这些细节往往合乎机械学和空气动力学原理,并不了解这些原理的民间工匠能够实现这些设计,足以体现经年累世沉淀下来的智慧之美,也告诉我们动脑和动手二者既能各美其美,又能相辅相成。

如果把扇车稍加改动,比如去掉盛粮漏斗,并增加一级绳带传动,扇车就演变成原始的木制旋转式鼓风机。民国时期东北地区就有这样的家用鼓风机,在相距遥远的云南,清朝文献《滇南矿厂图略》则详细记载了扇机用于矿井通风的情况。建国后类似传统鼓风设备还曾在土法炼铁时派上用场。

东风西送

明代宋应星《天工开物》详细描绘了当时发展已经比较成熟的扇车,这部传统技术的百科全书的流传也带动了扇车的向外扩散。特别是在日本,1684 年刊行的佐濑与次右卫门的《会津农书》中,最早出现了扇车。在日本,扇车被称作“唐箕”,这个名字强调了它的来源。到18世纪初,唐箕很快成为日本农民惯常使用的风选工具。

那么扇车在西方又是如何出现和传播的呢?李约瑟等学者认为,17—18 世纪,中国的扇车有可能通过几条途径传播到欧洲。这几条途径很可能是由包括瓷器、水密隔舱等若干传入西方的中国发明共享的。这一时期,除在中国游历的传教士会在发回欧洲的报告里提到他们亲眼目睹的中国技艺外,我们也不能忽视下南洋的众多中国农民,把扇车带到爪哇等地,而驻扎当地,受过近代学术训练的学者有可能观察到这种相当先进的机械,将其知识通过近代学术网络传输回欧洲。

扇车在欧洲的传播过程是值得我们回味的。16世纪,当时商业和生产力都不太发达的中欧地区就出现了扇车。德国学者阿格里科拉在1556年出版的《论矿冶》中提到一种用于鼓风的扇车。它由人力、水力或风力转动,当使用人力时,它的箱体呈竖直放置的圆饼或方箱形,使用水力时它则可以是平放的圆饼形。当时文献比较清楚地标示它与中国有关,但目前还无法得知这种联系是如何建立的。

有海上马车夫之称的荷兰人和积极向海外发展的英国人,以及中欧的瑞士人在17世纪初开始提出一些关于农用扇车的构想。有趣的是,这些早期设计的外观也都对应于中国扇车发展的初期阶段,如17世纪常见的欧洲扇车设计大多呈现出方形风箱,而英格兰扇车是开放式的。如果荷兰人在南洋观察到中国农民使用的成熟样式扇车,为什么欧洲人还推出较落后的风扇车呢?后者有可能受到传教士送回的零星描述的启发。例如1575年西班牙传教士德拉达曾在关于中国的简短笔记中提到类似于风扇车的工具,这类记载不足以让欧洲人完全复原出扇车,但可以帮助有心的读者开辟思路,构想出处于发展初期的扇车模样。

直到1700—1720年之间,形式比较成熟的扇车才出现在西欧和北欧。它们恰逢农业机械快速发展的浪潮,相较于之前笨拙的清选方法,扇车展现出的高效率足以吸引更多仿造和改进的尝试。例如出粮口的结构更多与旧有的筛子相融合,以及在摇柄与叶轮之间设置齿轮联动装置实现省力目的等。内燃机发明后,人们又把扇车改装新的动力,生产出各类现代风选机。另一方面,从19世纪上半叶开始,风选也成为联合收割机集成的一项功能。在看到这些机械时,我们不能忘记源于中国汉朝的古老扇车。

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