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农具手柄的联结

已有 3973 次阅读 2014-7-6 10:00 |个人分类:力学科普|系统分类:科普集锦|关键词:农具,手柄,火耕刀种| 农具, 手柄, 火耕刀种

照片来自网络,不作商业运用;谢谢摄影者和被摄影者。

1   先民在雨露霜雪之中渐渐地掌握了农业知识,食物来源稳定可靠,随之生命质量提高而人口数量增加。最初大约是火耕刀种:用火烧了杂草或秸秆,以石刀挖坑点种——种子埋入土中长势更好。“火耕刀种”乃后人之追记,而“刀耕火种”或许并非互文只是传抄讹误

《史记·货殖列传》、《汉书·武帝纪》以及汉·桓宽《盐铁论·通有》均有“火耕而水耨”之说,即火烧之后播下稻种,以水灌田而除草。王禹偁(954—1001)《畲田词·序》“……其民刀耕火种:大抵先斫山田,虽悬崖绝岭,树木尽仆,俟其干且燥,乃行火焉;火尚炽,即以种播之”颇为难解:初春之草及灌木似可直接着火,而砍伐树木即使铁制刀具亦极为不易;“火尚炽”又岂能播种。

耒是有尖端的木棒或兽骨,专用于点播;耜则是石质、木质、骨质或蚌质的片状物以挖掘泥土。想来先民种植多在春天,土地因寒冬冰胀疏松而能以简单工具耕垦。耜加柄后称耒耜,或仍称耜。由此开启了铲、锹、插、耙、锛、镐、锄、镢及铁搭等复式农具的发展进程。

2   耒耜是农具的源头,后世也作农具的泛称,如唐·陆龟蒙《耒耜经》。春秋之后原始耒耜已无实际应用,其联结方式不得而知。现农具工作部件为铁质,个别受力较小者端部加工成钉状直接插入木柄,此外多是局部加工出筒状以与木棒或竹竿联结。套筒形式随农具而变化。

开口向内的锥面套筒,木柄端部加工成相同或偏小的锥度,用力插入使木材径向压缩产生弹性力,引起两者之间的摩擦作用。锹的用力方向有助于结合紧密;镰刀的用力是手柄脱落方向,因而会在手柄上敲入铁钉以止动。此类农具的手柄加工较为便利。又,套筒若经模具浇铸或锻打而成,如图1所示镐头,则必然具有锥度。

锤、镐等受力较大而手柄较短,其前端加工成倒锥,而套筒加工为开口向外的锥面。由于装配方向与工作用力一致,联结效果最好(图1)。不过,这对套筒和手柄的加工要求颇高,普通农具似乎难以实现。又,倒提手柄砸向坚实平地,可使锤头或镐头因惯性而相对木柄向下运动,使柄受挤压而保持紧密。

3  若农具的手柄较长,常采用楔块联结手柄和套筒。其套筒多为矩形半圆拱,拱顶较宽,而底部较窄。依笔者所见,有三种楔块联结方式。

(1)锄头受力较小,可以利用单一楔块联结(图2及文前照片)。楔块锥度较小,从外向内敲入;套筒没有锥度或开口向外的锥面。此外,木柄曲率半径稍小于拱顶曲率半径,接触应力较高而产生显著变形;因两者表面并不平整,接触变形后会相互嵌合而联结可靠。楔块与手柄端部通常不会齐平,前者出露较多。

敲入楔块时锄头会向图示右侧移动,安装楔块应设法固定锄头在手把位置。楔块与套筒接触处应力较高,木材弹性变形会逐渐转化为不能恢复的塑性变形,内部应力逐步减小使摩擦力丧失,手柄联结就会变松。不过,锄头松动并不引起危险,因而可用这种简单方式联结。

(2)镢头、铁搭受力较大,且使用过程中高速挥动,需要更可靠的联结。套筒底部较窄,若使用图2所示的单一楔块,则接触处木材受力较大,容易松弛而丧失弹性力。因而通常增加套筒高度,在底部垫入开槽木块,再用楔块联结(图3)。

显然,木块的厚度增加,变形总量增加,联结的可靠性也有所增加;不仅如此,手柄拉力可以通过垫块内槽的侧面传递给镢头、铁搭,而不仅仅是套筒底部与木材接触处的摩擦力。这减缓了木材的受力,因而松弛得到缓解。不过,铁搭受力较大,垫块槽侧也容易沿纤维方向损坏,进而引起手柄的松动。

(3)铁搭中间两个齿条和旁边两个齿条贯穿形成一个套筒,其综合镢头和钉耙的功效,适用于南方潮湿粘土。图3所示吴江铁搭用于水田摊地,齿条瘦削;在敝乡江苏兴化,铁搭称为钉耙,既用于水田也用于旱地,其齿条较粗壮,重量以及受力更大,因而通常用两个楔块固定(图4)。手柄顶端一侧(图示右侧) 可略作修平;大楔块从下方自由插入,可与木柄一起支撑耙头——木柄与大楔块端头齐平,其尺寸之和略大于套筒高度;而后从上方再将小楔块锤入,由此产生压缩变形而提供水平方向作用力,引起摩擦力而使耙头和手柄紧密联结。

大楔块与套筒底部接触处因面积较小变形较大,通常形成局部凹入,从而确保大楔块的位置固定。这明显优于图2所示的单一楔块联结,铁搭不会因木材应力松弛而脱落;而凹陷部位的木材纤维完好,不会剪切破坏。

手柄-楔块组合的尺寸在套筒两侧都具有增大趋势,正常使用过程中铁搭不会松动。两个楔块的锥度都可以在装配过程中进行调整以适应套筒的形状和大小,制作较为容易;木柄与大楔块端头齐平,直接撞击地面即可利用惯性力使铁搭紧固。

4   种豆得豆,种瓜得瓜;但所得豆瓜之多少和优劣却与所做努力相关。先民早就知道了出力流汗的价值,说出“一份耕耘,一份收获”;因之整地用具种类完备而发展至善。

为了防止铁搭向下脱落,却用向下的小楔块即倒楔来固定,颇有些哲学意味。 

参考文献

周  昕. 中国农具通史. 济南:山东科学技术出版社,2010. 26-36;140-149.

崔德卿. 通过韩半岛铁搭看明清时代江南的水田农业. 中国农史,2012, (3): 106-121.



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