粮加工工具水碓和水磨

谷物收获脱粒以后，要加工成米或面才能食用。我国古代在粮食加工方面发明了用水力做动力的水碓和水磨。

水碓是利用水力舂米的机械，水磨是一种古老的磨面粉工具。这些机械效率高，应用广，是农业机械方面的重要发明。

西汉学者桓谭在他的《桓子新论》里，最早记载了水碓这种利用水力舂米的机械。

水碓的动力机械是一个大的立式水轮，轮上装有若干板叶，轮轴长短不一，看带动的碓的多少而定。

转轴上装有一些彼此错开的拨板，一个碓有4块拨板，4个碓就要16块拨板。拨板是用来拨动碓杆的。每个碓用柱子架起一根木杆，杆的一端装一块圆锥形石头。

下面的石臼里放上准备要加工的稻谷。流水冲击水轮使它转动，轴上的拨板就拨动碓杆的梢，使碓头一起一落地进行舂米。利用水碓，可以日夜加工。

凡在溪流江河的岸边都可以设置水碓。根据水势的高低大小，人们采取一些不同的措施。如果水势比较小，可以用木板挡水，使水从旁边流经水轮，这样可以加大水流的速度，增强冲动力。

水碓在西晋时期有了改进。西晋时期著名的政治家、军事家和学者杜预，总结了我国劳动人民利用水排原理加工粮食的经验，发明了连机碓。

带动碓的多少可以按水力的大小来定，水力大的地方可以多装几个，水力小的地方就少装几个。设置两个碓以上的叫做连机碓，常用的都是连机碓，一般都是4个碓。

杜预连机碓的构造大概是水轮的横轴穿着4根短横木，与轴成直角，旁边的架上装着4根舂谷物的碓捎，横轴上的短横木转动时，碰到碓捎的末端。

对它施压，另一头就翘起来，短横木转了过去，翘起的一头就落下来，四根短横木连续不断地打着相应的碓梢，一起—落地舂米。

入唐以后，水碓记载更多，其用途也逐渐推广。大凡需要捣碎之物，如药物、香料、乃至矿石、竹篾纸浆等，皆可用省力功大的水碓。

继后不久，水磨又根据此原理被发明了。南北朝时期科学家祖冲之造水碓磨，可能是一个大水轮同时驱动水碓与水磨的机械。

这些成就表明古代水碓技术的大发展。至少可以说，杜预发明的连碓，是蒸汽锤出现之前所有重型机械锤的直系祖先。18世纪西方的锻锤，其实是水碓之复制品而已。

磨，是把米、麦、豆等加工成面的机械。磨有用人力的、畜力的和水力的。舂米工具由杵臼到脚踏碓到水力碓的进步，特别是多个齿轮连带转动的连磨的利用等，都较过去大大提高了效率。

我国在春秋时期就出现了简单的粉碎工具杵臼。杵臼进一步演变为汉代的脚踏碓。这些工具运用杠杆原理，具备了破碎机械的雏形，不过粉碎动作仍是间歇的。

最早采用连续粉碎动作的破碎机械，是春秋末期由鲁班发明的畜力磨。

磨用两块有一定厚度的扁圆柱形的石头制成，这两块石头叫做磨扇。下扇中间装有一个短的立轴，上扇中间有一个相应的空套，两扇相合以后，下扇固定，上扇可以绕轴转动。

两扇相对的一面，留有一个空膛，叫磨膛，膛的外周制成一起一伏的磨齿。

上扇有磨眼。磨面的时候，谷物通过磨眼流入磨膛，均匀地分布在四周，被磨成粉末，从夹缝中流到磨盘上，过罗筛去麸皮等就得到面粉。

用水力作为动力的磨，它的动力部分是一个卧式水轮，在轮的立轴上安装磨的上扇，流水冲动水轮带动磨转动。

这种磨适合于安装在水的冲动力比较大的地方。假如水的冲动力比较小，但是水量比较大，可以安装另外一种形式的水磨：动力机械是一个立轮，在轮轴上安装一个齿轮，和磨轴下部平装的一个齿轮相衔接。水轮的转动是通过齿轮使磨转动的。这两种形式的水磨，构造比较简单，应用很广。

随着机械制造技术的进步，后来人们发明一种构造比较复杂的水磨，一个水轮能带动几个磨同时转动，这种水磨叫做水转连机磨。

王祯《农书》上有关于水转连机磨的记载。这种水力加工机械的水轮又高又宽，是立轮，须用急流大水，冲动水轮。轮轴很粗，长度要适中。

在轴上相隔一定的距离，安装三个齿轮，每个齿轮又和一个磨上的齿轮相衔接，中间的三个磨又和各自旁边的两个磨的木齿相接。

水轮转动通过齿轮带动中间的磨，中间的磨一转，又通过磨上的木齿带动旁边的磨。这样，一个水轮能带动9个磨同时工作。

上述这些粮食机械除用于谷物加工外，还扩展到其他物料的粉碎作业上。是我国古人智慧的结晶，也是人类文明史进步的标志。

[旁注]

桓谭　（公元前23年～公元50年），字君山，沛国相人，即现在的安徽濉溪县西北。东汉哲学家、经学家、琴家。爱好音律，善鼓琴，博学多通，遍习五经。桓谭的《桓子新论》很受时人和后世学者重视。稍晚的王充很推许《桓子新论》，给予很高的评价。

杜预　（222年～285年），字元凯，京兆杜陵，位于现在的陕西西安东南。西晋时期著名的政治家、军事家和学者，灭吴统一战争的统帅之一。博学多通，多有建树，被誉为“杜武库”。著有《春秋左氏经传集解》及《春秋释例》等。

祖冲之　（429年～500年），字文远。祖籍范阳郡遒县，即今河北涞水县。南北朝时期杰出的科学家。他的主要成就是把圆周率推算到小数点后7位，人们他的名字被命名为“祖冲之圆周率”，简称“祖率”。他还创立了《大明历》，是当时世界上最先进的历法。

鲁班　（公元前507年～公元前444年），姓公输，名般，又称公输子、公输盘、班输、鲁般。故里在山东滕州。春秋末期到战国初期鲁国土木工匠。鲁班是我国古代的一位出色的发明家，2000多年以来，他的名字和有关他的故事，一直在广大人民群众中流传。我国的土木工匠们都尊称他为“祖师”。

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先进农机具的发明和采用是我国古代农业发达的重要条件之一。《世本》说鲁班制作了石磨，《物原·器原》又说他制作了砻、磨、碾子，这些粮食加工机械在当时是很先进的。另外，《古史考》记载鲁班制作了铲。

鲁班除了发明粮食加工机械，还在木工工具、兵器、仿生机械、雕刻、土木建筑等方面有许多发明。当然，有些传说可能与史实有出入，但却歌颂了我国古代工匠的聪明才智。鲁班被视为技艺高超的工匠的化身，更被土木工匠尊为祖师。