魔爪文学

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第21章 研发农业灌溉工具之筒车和龙尾车（第1页）

第四十三日至四十五日

研制第三种灌溉农具筒车：亦称“水转筒车”。据史料记载，原来筒车大约发明于隋而盛于唐，在那个华夏世界有1000多年的使用历史。在目前这个世界还没有出现。

钟鹏举设计的筒车，它是一种利用水流冲击水轮转动的灌溉机械。它能够连续取水，提高灌溉效率，适用于有水流的地方。

筒车一般要安装在有流水的河边上，且挖有地槽，被引入地槽的急流推动水轮不停转动，从而将地槽里的水通过水轮上的木筒或竹筒提升到高处，最终流进农田进行灌溉。

具体就是上下各有一个轮子，下轮一半淹在水中，两轮之间有轮带，轮带上装有很多尺把长的竹筒管。流水冲击下面的水轮转动，竹筒就浸满了水，并自下而上地把河水带到高处倒出。

筒车的筒起到了叶轮的作用是承受水的冲力，获得的能量使筒车旋转起来。并克服筒车的摩擦阻力、以及被提升的水对筒车的反力矩。当转过一定角度，原先浸在水里的竹筒将离开水面被提升。筒底所在的外环半径大于筒口所在的内环，由于两者为同心圆，所以在低处时，竹筒盛水，在高处时，竹筒泄水。可以通过调整水槽的位置和长度，使水槽能够接到更多的水。

当筒车旋转太慢，或者提不起水，可在筒车上装一些木板或竹板，便于筒车从水中获得更多的能量，也可以将筒车浸入水中更深一些，来获得能量。当水流的速度较低时，竹筒也要相对小一些，否则，筒车从水中获得的能量有限，不足以克服被提起的水对筒车的反力矩。如此往复，循环提水。

筒车是靠激流冲击来实现自动运转的，所以筒车的使用受到一定地形限制，比较适合于山区丘陵地带。

钟鹏举仿造的原则都是参照目前这个世界没有经历过的唐宋元明清时期的先进农具，再按以前那个世界现代的机械原理按照目前具备的一些条件加以升级改良。

对于筒车钟鹏举核心的升级方向：适合于平原灌溉和平缓的河道；关键部件全钢轻量化、闭式传动、精准控制。

采用钢制传动系统：

一.闭式齿轮箱替代开放式木质齿轮组：设计三级行星齿轮增速箱（传动比1:15），采用渗碳钢齿轮（模数3-5），配合青铜蜗轮蜗杆实现1:15增速传动，将水流冲击的低转速转化为高效提水动力。效率提升90%。

二.双轮差动机构设计：采用16mn钢制造双链轮差动机构，配合Φ20mm钢制链条（节距152.4mm），两个钢制转轮通过链条连接，主转轮受水流冲击驱动，副转轮通过离心力平衡力矩，减少轴承磨损；通过齿轮传动增加筒车的转速和扭矩，提高提水效率，传动效率提升至92%。

采用链条传动就是将竹筒连接成链条状，绕过筒车的转轮和上方的导向轮，使竹筒在循环提水过程中更加稳定，减少竹筒之间的碰撞和损坏。

通过齿轮传动系统和链条传动的应用，筒车的转速和扭矩得到提升，竹筒能够更快速、稳定地完成提水动作，单位时间内提水量大幅增加，相比传统筒车可提高30%-50%左右的提水效率。

另外可以根据用户的需要替换转轮材料，将原本的木质转轮替换为金属材质，增加转轮的强度和耐腐蚀性，延长使用寿命。

金属材质的转轮和塑料或复合材料的竹筒，具有更高的强度和更好的耐腐蚀性，能抵御水流长期冲刷和自然环境侵蚀，使筒车的整体使用寿命从原本的5-8年延长至10-15年。

通过对比，钟鹏举做的比唐宋时的筒车效率提升三倍，提水量每小时由12立方增加到48立方。

第四种高转筒车：这是夏国元代一部农业生产技术和经验进行全面总结的农学巨着《王祯农书》中提到的一种改进型筒车，使之能够将水提升到更高的地方，特别适合水位较低而地势较高的农田灌溉。

高转筒车是古代夏国农用工具，筒车的一种，属于提水机械。所谓高转筒车是指其提水高度较一般筒车加大，必须藉助湍急的河水冲动。

这种筒车的适用范围是水很低而岸很高，应用其它筒车不可能将水提升到这么高，而应用高转筒车时，水的提升高度可以很高（引低处水灌溉高处农田）。高转筒车的发明在一定程度上加快了农业的发展，巧妙地运用了水力，节省了劳动力。

高转筒车在隋唐五代的长江流域得到广泛应用。

钟鹏举自己设计这种高转筒车的独特构造就是在岸上和水中各装一个能转动的大轮，水中的轮必须半个轮子浸没在水中。上下二轮间绕以用绳索和小竹筒相间连成的长链环。为避免长链环磨损得快，钟鹏举把其改为钢链条，使之经久耐用。

高转筒车其运水部件如井车，其上、下都有木架，各装一个木轮，轮径约四尺（一尺约合0.32公尺）轮缘旁边高、中间低，当中做出凹槽，更显凹凸不平，以加大轮缘与竹筒的摩擦力。下面轮子半浸水中，两轮上用竹索相连，竹索长约一尺，竹筒间距离约五寸，在上

;下两轮之间、在上面竹索与竹筒之下，用木架及木板托住，以承受竹筒盛满水后的重量。

高转筒车也用人力或畜力转动上轮。绑着竹筒的竹索是传动件，当上轮转动时，竹索及下轮都随着转动，竹筒也随竹索上下。当竹筒下行到水中时，就兜满水，而后随竹索上行，到达上轮高处时，竹筒将水侵泻到水槽内，如此循环不已。带动连成串的小竹筒盛水，沿水槽而上，可在高岸上从低水源地区取水。

虽然都是借助水力，但是高转筒车的载水结构是水筒，水转翻车的载水结构是轮叶。高转筒车效率比较低，必须必须藉助湍急的河水冲动。而水转翻车转化能量效率较高，所以不追求水流湍急，甚至水势越缓越好，一旦水势太强，容易使龙骨板破裂不堪使用。

南宋以来，筒车在使用过程中不断完善，并渐行推广普及。明、清之际，安康各县都可见到筒车。地方志书多有记载。诸如平利坝河的筒车垭，紫阳县的筒车沟，宁陕县汶水河的筒车湾这些至今沿用的地名，即可探寻到当年的踪迹。在汉滨区迎风乡黄洋河畔，至今仍可看到筒车风姿。它们在喷珠溅玉、浇灌农田的同时，也成了人们旅游观光的靓丽风景。

钟鹏举的核心方案就是把这种元代改良过的高转筒车专门改为适应于山地梯田15°-30°梯田的提水机械。

核心突破：皮带传动+变速器+钢索卷扬。

传动装置改良。

一.使用皮带传动：将原有的传动装置由竹索传动改为皮带传动，可根据需要选择合适的皮带型号和长度，调整传动比，使高转筒车的运行更加灵活。

二.安装变速器：在传动系统中安装变速器，根据不同的水位和水流速度，调整高转筒车的转速，以达到最佳的提水效果。

皮带传动和变速器的应用，使转速调节更加灵活，能根据实际需求快速调整提水效率，在相同时间内可提更多的水，满足不同地形和灌溉规模的需求。

变速器可根据水位和水流速度实时调整转速，确保高转筒车在各种工况下都能保持最佳运行状态，提高了对复杂水利条件的适应性。

提升装置改良。

一.垂直提升系统：Φ15mm镀锌钢索卷扬机，配合直径600mm钢制卷筒，最大扬程突破80米；蜗轮蜗杆减速器（传动比1:30）实现低速大扭矩输出，适应陡坡地形。

二.改进竹筒设计：在竹筒内部安装单向阀，使水只能向上流动，避免在提升过程中水流倒流，提高提水效率。

三.增加导向装置：在高转筒车的提升通道两侧安装导向轮或导轨，使竹筒在提升过程中更加平稳，减少晃动和碰撞。

改进的竹筒设计和增加的导向装置，使竹筒在提升过程中更加平稳，减少了晃动、碰撞和漏水现象，提高了高转筒车运行的稳定性和可靠性，降低了因部件损坏而导致故障的概率。

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