木轴锯梯形锯(「发明创造的故事」（31）——纺车的发明故事)

Posted 2023-05-29

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木轴锯梯形锯(「发明创造的故事」（31）——纺车的发明故事)

纺车的发明故事

纺车是用于从纤维材料如毛、棉、麻、丝中生产线或纱的设备。纺车通常有一个用手或脚驱动的轮子和一个纱锭。中国古代纺纱工具分纺锤、手摇纺车、脚踏纺车、大纺车等几种类型。

(1)纺锤

将松散的纤维拧成线条并拉细加捻成纱的过程叫纺纱，我国最早用于纺纱的工具是纺锤。

关于纺锤的具体出现时间，现在已无从查考。不过在河北磁山遗址的考古发掘中已有纺锤的主要部分--纺轮的出现，说明至迟在距今7000多年前就已有了纺锤。在距今5000多年前的浙江河姆渡遗址、陕西西安半坡遗址、姜寨遗址等处，都有大量石制或陶制纺轮出土，更表明纺锤已成为当时主要的纺纱工具了。

从古代这些遗物看，纺锤有单面插杆和串心插杆两种形式(图1)。它们都是由纺轮和锤杆两部分组成。锤杆一般用木、竹或骨制成。比较早的只是一根直杆，战国以后，出现了顶端增置铁制屈钩的锤杆。纺轮一般是用石片插杆纺锤或陶片经简单打磨而成。早期的纺轮其形式有扁圆形、鼓形、算珠形、梯形等，直径大都在五六厘米，重量在50-150克之间。随着纺织技术的发展，对纱线细度要求逐渐提高。稍晚的，大都是用黏土专门烧制而成的，其形式趋于轻薄，侧面呈扁平状或梭子状，直径略有缩小，重量在15-60克之间，有的还加以纹饰和彩绘。

图1串心插杆和单面插杆纺锤

纺锤的结构看起来很简单，但它的工作原理却很科学。它巧妙地利用物体自身的重量和它旋转时产生的力偶作功，使乱麻似的纤维被牵伸加捻，撮合成纱线。纺轮的外径和厚重，是决定成纱细度的关键。外径和重量较大，转动惯量也比较大，纺成的纱较粗;外径适中，重量较小，厚度较薄的，转动惯量虽小，可转动延续时间较长，因而成纱较细且比较均匀。这也是早期的纺轮较之晚期厚重的原因之一。

出土纺轮上的彩绘，多为红褐色，少量为黑色或黑褐色，以直线、弧线或卵点纹组成同心圆、辐射线等图案(图2)。这种装饰，其目的不仅是为了好看，而且是为了在旋转加捻时比较容易判断捻向，起到匀捻作用。

图2 出土纺轮彩绘示意图

纺锤的使用方法有吊锭法和转锭法两种。吊锭法所用的纺锤是单面插杆式，纺纱时先将要纺的散乱纤维放在高处或用左手握住，再从其中抽捻出一段缠在锤杆上端，然后用右手拇指、食指捻动锤杆，使纺锤不停地在空中向左或向右旋转，同时不断地从手中释放纤维。就这样，纤维在纺锤的旋转和下降过程中得到了牵伸和加捻，待纺到一定程度，把已纺的纱缠在锤杆上。如此反复，直到纱缠满锤杆为止。纺锤顺时针转动成Z捻纱，反之成S捻纱。

转锭法所用的纺锤是串心插杆式，因它的锤杆较之前者要长得多。使用时，纺锤不是悬吊在空中，而是倾斜地倚放在腿上，用手在腿上搓捻锤杆，使纺锤转动。由于转动空间的局限性，所纺的纱均为S捻。近代山西个别地方、云南白族、西藏藏族还保留了这种纺纱方法。

纺锤的出现，给原始社会的生产带来了巨大变革，是我国纺纱工具发展的起点。

(2)手摇纺车

用纺锤纺纱时，由于人手每次搓捻锤杆的力量有大有小，使得纺锤的旋转速度时快时慢，纺出的纱线极不均匀。而且用手搓动锤杆一次，纺锤只能运转很短的一段时间，纺出很短的一段纱。随着织造工序对纱线需求的骤增，纺锤效率低的缺陷越来越明显，使得人们不得不创造新的纺纱工具来替代，在人们实践中，手摇纺车应运而生了。

纺车最早出现在什么时候，现在还无法确定。长沙曾出土过一块战国时代的麻布，其经线密度每厘米28根，纬线密度每厘米24根，比现在每厘米经纬各24根的细棉布还要紧密。这样细的麻纱，用纺锤是纺不出来的，只有在纺车出现之后才有可能。据此推测，纺车大约在战国时期就已出现。

古时纺车也称为軖车、纬车或繀〔sui岁〕车，这除了和各地方称呼不同外，主要和纺车的不同用途有关，有的用于并捻合线，有的用于络纬，也有的用来加捻牵伸。较早的纺车形制图像均见于汉代。1976年山东临沂银雀山西汉墓出土的一块帛画上，画有一名妇女操纵手摇纺车的形象。1952年山东滕县龙阳店出土的一块汉画像石上面，刻有几个形态生动的人物，正在纺车、织机和络车旁操作。除了上述两种文物之外，还发现许多汉画像石上边刻有纺车。出土的这些汉画像石，充分展示了汉代纺织生产活跃的景象，从中我们可以看出，纺车在汉代的应用已相当普及，也有理由推断纺车的出现应该远在汉代之前。

图3古代纺车图

古代常见的手摇纺车是由木架、锭子、绳轮和手柄四部分组成(图3)。木架是由连接在一起的右大左小呈“业”形的两个木框构成。锭子是用竹或木制成，它的一端穿插在左侧小木框两柱之间，另一端伸出木柱之外。柱内一端外套从绳轮过来的绳弦，柱外一端外套竹管或芦管，纱线绕上后就成为纡〔yu迂〕子。绳轮的结构，是以竹片或木片两条，圈成两个圆环，两者相距20-25厘米，分别用竹竿或木为辐撑于轴上，再用绳索在两竹环之间交叉攀紧成鼓状;绳轮的直径，视所纺纤维而定，一般在60-150厘米之间。它架放在右边的木框上，外面套着和锭子相连的绳弦，配着和轮轴相连的手柄。

另外，还有一种锭子装在绳轮上面的手摇多锭纺车。这种纺车较早形制见于宋人《女孝经图》和《纺车图》，从图中看，纺车的轮轴口固定有一块星形木板，锭子就装在上面并从反面伸出，也是用绳弦将绳轮和锭子相连。由于锭子安装方向和手柄相反，故操作时需二人配合;一人手摇木轮，带动锭子回转，一人在前面用手导引纤维。它与前文所记纺车相比，受加捻牵伸的线段较长，所以一般多用来加工质量要求高或捻度较大的纱线。

与纺锤相比，手摇纺车除了有较高的生产效率外，还可以根据所纺纱线的使用特点，高质量地加捻并合出粗细要求不同的丝或弦线。1972年长沙马王堆汉墓出土了一种名叫汉瑟的乐器，上面有用多根生丝合股加捻制成的25根瑟弦。这些弦被三条尾岳分为三组，即外九弦、中七弦和内九弦，其中最粗的直径有1.9毫米，逐次递减到最细的0.5毫米。为发出准确而协调的音律，每根弦都加工得极为均匀，如果不用纺车之类的纺纱工具，是很难加工到这样程度的。

手摇纺车由于具有结构简单，易于操作的特点，自它出现以来，就一直被我国各族人民广泛利用，即使普遍使用脚踏纺车后，它也没有被淘汰，一直流传至今。

(3)脚踏纺车

脚踏纺车是在手摇纺车的基础上发展起来的，它和手摇纺车的功能虽然相同，但前者在结构上有了改进。脚踏纺车的原动力来源于脚而不是手。脚使出的力通过增添的踏杆、凸钉和曲柄等传动机件，带动绳轮和锭子，作连续的圆周运动，从而使纺妇原来用于摇动纺车的右手解脱出来，改用双手进行纺纱或合线的操作。脚踏纺车不仅弥补了手摇纺车因只用一只手从事纺纱工作，难以很好地控制细短纤维，如丝絮或短丝，纺纱时纤维易相互扭结，造成纱粗细不匀的缺陷，也使得生产效率大幅度地提高。

脚踏纺车的最早出现时间还有待查考，在现在能见到的古文献中，有关它的最早资料是公元4到5世纪的我国东晋著名画家顾恺之为刘向《列女传•鲁寡陶婴》画的配图。原图虽已失传，但历代均有《列女传》翻刻本可据。其后，在元代王祯《农书》，明代徐光启《农政全书》，清代褚华《木棉谱》里，也分别出现了三锭脚踏棉纺车和五锭脚踏麻纺车，证明脚踏纺车自东晋时起一直都在广泛使用。

单锭脚踏纺车

五锭脚踏纺车

从各部古书所画脚踏纺车的图形来看，各种纺车除绳轮直径和锭子数稍有差别外，形状结构基本相同，都是由纺纱和脚踏两部分机构组成。纺纱机构和手摇纺车相似，有锭子、绳轮和绳弦等机件;脚踏机构有曲柄、踏杆、凸钉等机件。曲柄装在绳轮的轮轴上，由一个短连杆和下边脚踏杆的左端连接。脚踏杆的偏右端则和凸钉衔接在一起。当脚踏杆左右两边交替着被双足踏动的时候，踏杆以凸钉支点为分界的动力臂沿相反方向作圆锥形轨迹转动，并通过曲柄带动绳轮和锭子作逆时针方向转动，完成加捻牵伸工作。

纺车上绳轮直径的大小，锭子数的多寡，是由所纺纤维性质决定的。如不需牵伸的麻纤维，在并捻合线时，轮径可尽可能地增大，锭子数可多至五枚;而纺棉时锭速和锭子数受纤维充分牵伸条件的限制，不能过高，故轮径较小，锭子数最高为三枚。黄道婆改革纺车使之适于纺棉，就是从改变轮径和锭子数着手的，王祯《农书》将纺车分为纺棉的木棉纺车和纺麻的小纺车也是出于这个原因。

(4)大纺车

唐宋时期，由于社会经济和商品贸易有了较大的发展，社会对纺织品需求量大大增加，出现了许多脱离农业生产而专门从事手工纺织生产的劳动者。用原有的手摇纺车和脚踏纺车纺纱已经不能满足市场需要和专业化生产，如何提高纺纱生产率成为社会提出的一个急待解决的技术问题，于是在各种传世纺纱机具的基础上，逐渐产生了一种有几十个锭子的纺麻大纺车。这种纺车的起源及创制情况，在古文献中缺少明确的记载，它的形制直到元代才被收录在王祯《农书》里。应该指出的是，古代一项技术从产生到广泛应用，一般都要经过一段相当长的时间，从王祯所说“中原麻苎之乡”皆使用大纺车的情况来看，它的出现时间可能在北宋或更早一些(图6)。

关于大纺车的结构，在王祯《农书》中有文字说明和附图。虽然书中文字过于简单，附图亦失其真，不能很好地反映大纺车的原貌，但我们仔细分析一下，仍可大概地窥知其面目。按王祯《农书》对大纺车结构的文图解析，大纺车的结构可分为加捻卷绕、传动和原动三大部分。加捻卷绕部分由车架、锭子、导纱棒和纱框等机件构成，32个锭子基本上还是按照脚踏纺车的原理，采用绳弦集体传动方式来带动旋转的;传动部分由传动锭子和传动纱框组成，它们是完成加捻和卷绕麻缕的主要机件;原动部分随采用的原动力种类不同，而略有差异。

最初出现的大纺车是用人力摇动的，原动机构是一个和手摇纺车绳轮相同的大圆轮，轮轴端也装有一个用于摇转的曲柄，只是圆轮直径比之手摇纺车的>绳轮要大得多，需要专人用双手来摇动。由于人力摇动大纺车是一种繁重的体力劳动，因此后来在水力资源丰富的地区，又出现了以水力作为原动力来驱动大纺车。水力大纺车的原动机构是一个直径很大的水轮，它和大纺车左侧的竹轮以木轴相连，当河流之水连续不断地冲击木轮上的辐板时，水轮旋转，从而也带动竹轮跟着旋转，使大纺车运行起来。

图6王祯《农书》中的大纺车图

大纺车特别是水转大纺车不同于原有纺车的特点:一是锭子数多达几十枚;二是加捻和卷绕同时进行;三是利用自然力驱动。前两点使大纺车具备了近代纺纱机械的雏形，适应大规模的生产。原来手摇纺车或脚踏纺车每天最多纺纱1-3斤，而大纺车一昼夜可纺100来斤，纺绩时需集中多家的麻才能满足它的生产能力，所以当时许多农家都将绩成的麻缕送到有大纺车的作坊，请其代为加工，而节省出大量劳力。后一点是我国古代将自然力运用于纺织机械的一项伟大发明。据王祯《农书》记载，水转大纺车在“中原麻苎之乡，凡临流处多置之”，说明我国在13世纪时已经普遍应用这种纺纱机械了。西方以水力作为纺织机械的原动力使用是18世纪后期的事情，比中国晚了四个多世纪。

元以后，由于大纺车只能对纤维进行加捻和卷绕，不具备牵伸功能，无法完成牵伸引细纱条的任务，不适于棉纺的需要，所以在棉花逐渐向全国普及，麻布在平民衣着中的主要地位开始被棉布取代的情况下，用者始渐减少，但是具备了近代多锭纺纱机械雏形，适应大规模生产的大纺车在纺织工具发展史上所起的作用却是不可抹煞的。