【纺车】发明创造的故事(31)——纺车的发明故事

纺车的发明故事

纺车是纤维材料(如毛、棉、麻、丝中生产线或线)使用的设备。纺车通常有用手或脚移动的轮子和纺锤。中国古代纺纱工具分为纺锤、手旋、脚旋、大型纺纱等多种类型。

(1)纺锤

把松散的纤维织成线，细丝，制成线的过程称为纺纱，我国最先用于纺纱的工具是纺锤。(威廉莎士比亚，纺纱、纺纱、纺纱、纺纱、纺纱、纺纱、纺纱)

对于纺锤的具体出现时间，现在不能再调查了。但是河北资产遗址的考古发掘中已经出现了纺锤的主要部分——旋转轮，表明从现在开始，7000多年前就已经有纺锤了。从现在开始，5000多年前的浙江武道遗址、陕西西安半坡遗址、江寨遗址等地出土了大量石制或陶制水轮，表明方竹在当时已成为主要纺纱工具。

从古代文物来看，纺锤有单面插入带和扭结插入带两种形式(图1)。它们都是由纺车和锤子组成的。锤子通常用木头、竹子或骨头制成。比较早的只是笔直的杆子，战国时代以后，顶端出现了一个铁钩的锤杆。纺车一般是用石板插入台纺锤或陶器简单打磨而成的。(威廉莎士比亚，模板，旋转，旋转，旋转，旋转，旋转)早期的旋转轮子是扁平的圆形、鼓、珠、梯形等，直径大部分在5 ~ 6厘米之间，重量在50 ~ 150克之间。随着纺织技术的发展，对纱线细度的要求逐渐提高。后来，大多数都是用黏土特别烧制而成的，其形态较轻，侧面平整或纺锤型，直径稍窄，重量在15-60克之间，有的涂上花纹和油漆。

图1串行和截面杠杆主轴

纺锤的结构看起来很简单，但工作原理很科学。它巧妙地利用物体本身的重量和旋转时产生的力，使杂乱的纤维牵引成丝。纺车的外径和厚度是决定纱线细度的关键。外径和重量较大，惯性量也较大，纺纱线较粗。外径适中，重量小，厚度薄，转动惯量小，但由于转动持续时间长，线更细，均匀。这也是早期纺车比晚期厚的原因之一。

出土的纺车上的油漆大部分是红褐色，少量是黑色或黑棕色，以直线、弧形或难点花纹形成同心圆、辐射线等图案(图2)。这种装饰的目的不仅是为了看，而且是为了旋转时容易判断灯芯，起到均匀的挖苦作用。

图2出土的旋转轮绘画示意图

纺锤的使用方法有纺锤法和回旋法两种。纺锤法中使用的纺锤是单面插入式的。纺纱时，首先将要纺纱的分散纤维放在高处或用左手抓住，然后抽出其中一段，缠在锤子顶部，然后用右手拇指和食指拧锤子，使纺锤在空中向左或向右继续旋转，同时继续从手上释放纤维。这样，纤维在纺锤的旋转和下降过程中受到牵引和扭转，在一定程度上旋转，将线缠在纺锤上。这样重复，直到线被锤子填满。主轴顺时针旋转为z绞纱，反之旋转为s绞纱。

主轴使用的主轴是管柱。因为锤子比以前长得多。使用时主轴不是悬在空中，而是斜靠在腿上，用手在腿上搓锤子，使主轴转动。由于旋转空间的限制，纺纱的网都是S扭曲的。近代山西个别地方、云南白族、西藏藏族也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的变化，是我国纺纱工具发展的起点。

(2)手旋

用纺锤纺线的时候，手每次搓锤子的力大而小，所以纺锤的转速快就慢，纺纱的线很不均匀。然后用手搓一下锤子，纺锤只绕很短的时间，可以纺出很短的一段线。随着对织造工艺的纱线需求激增，纺锤效率低下的缺陷越来越明显，人们不得不制造新的纺纱工具来代替，人们实战中出现了手轮车。(威廉莎士比亚，转，转，转，转，转，转)。

目前还不确定纺车最初是什么时候出现的。长沙出土了战国时期的一块麻布，其经线密度为每厘米28根，纬线密度为每厘米24根，比目前每厘米24根细棉布更为紧密。这样走的玛莎不能用纺锤纺纱，只有在纺车出现后才有可能。据推测，纺车在全国时代左右已经出现。

古代也被称为纺车、纬车或30[[[[[SUI]]车，这与各地方的称呼不同，主要与纺车的其他用途有关，有的用于捻线，有的用于捻纬，还有的用于牵引。以前的水雷型视频都可以在汉朝看到。1976年山东临沂市银鸟山西汉墓出土的丝绸画中描绘了一位女性操纵手推车的样子。1952年山东滕县龙阳店出土的韩化石上刻有几个生动的人物，在旋转、织机和汽车旁边操作。除了这两种文化遗产外，还发现了很多韩化石上刻着水雷。出土的这些汉化石充分展现了汉代纺织生产的活跃景象，从中我们可以看出，纺车在汉代的应用已经相当普遍。

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。