一种水运浑象仪枢轮动力控制系统 |
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| 申请号 | CN201410342764.9 | 申请日 | 2014-07-17 | 公开(公告)号 | CN104154198A | 公开(公告)日 | 2014-11-19 |
| 申请人 | 天津玑衡科技有限公司; | 发明人 | 罗宝琪; 罗明; 王世桐; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 水 运浑象仪枢轮动 力 控制系统，主要包括枢轮架、枢轮机构、 铁 拨牙、格叉控制机构、天衡关舌控制机构、左天 锁 和常开式右天锁以及平 水壶 ；枢轮机构安装在枢轮架上，格叉控制机构位于枢轮机构的右下侧，格叉控制机构的中心线与受水壶的中心线一致；天衡关舌控制机构位于枢轮机构上方，并且天衡关舌控制机构的中心线与 轮毂 外侧的铁拨牙中心线一致；通过左天锁和常开式右天锁进行控制，受水壶水满后，在上述结构的控制下达到了动力可控的目的；解决了水运浑象仪复原工作中的动力输出控制难题。发现了“枢轮”控制系统的科学结构。揭示了中国古代科学技术文明的真实性、准确性、科学性，颂扬民族科学成就和伟大贡献，弘扬爱国主义教育。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水运浑象仪枢轮动力控制系统，主要包括枢轮架、枢轮机构、铁拨牙、格叉控制机构、天衡关舌控制机构、左天锁和常开式右天锁以及平水壶； |
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| 说明书全文 | 一种水运浑象仪枢轮动力控制系统技术领域[0001] 本发明属于对中国科学文化遗产的研究技术领域，破译“宋代水运浑象仪”科学运转之迷揭示了中国古代科学技术文明的真实性，并科学破译了“枢轮”运行的科学之谜，特别是涉及一种水运浑象仪枢轮动力控制系统。 背景技术[0002] 中国古代科学技术和机械制造长期处于世界领先地位，据史料记载自汉唐以来就已经出现“水运轮”和“水运浑象”的文字记载，直至宋代的苏颂创造了世界第一架精准的天文钟“水运浑象仪”。 [0003] 水运浑象仪是北宋元祐年间(1086～1093)设计的一座大型天文仪器，集计时、观测、天体演示为一体，是中国古代罕见的大规模的科技杰作，它凝聚了中国古代科学技术在达到顶峰时期的天文历算、冶金铸造、机械工艺、建筑工程等多方面的多项成果，为中国古代具有代表性的重大发明创造。水运浑象仪主要用于科学普及，可以展示中国古代天文学和机械技术的伟大成就，对它的研究可以揭示其背后的科学思想，弘扬中华传统科技文明，具有一定的社会效益。 [0004] 在“钦定四库全书”的新仪象法要中详细的记载了“水运浑象仪”的图文史料。为此，中外学者做了大量的考证和复原，历时长达半个多世纪，尤其是新中国成立以后，中国历史博物馆的王振泽先生、中国科技大学的李志超教授、管学成等诸先生做了大量的科学的研究与考证。尤其是近五十年中国的台湾、日本及海内外的学者、专家采用了试验考古手段，还复原了1:1、1:3、1:5等多台复原的仪器，均存在长时间运转或者精准运转的问题。文献记载，1:1的“水运浑象仪”高达12米之巨。中国科技大学的李志超先生在《中国古代天文钟的历史》水运仪像志一书中指出“天衡关锁是极尽精细之作。今人困惑之处是左天锁之用在逻辑上不通，也是各家失败的关键”。需要说明书的：经考证古代文献《新仪象法要》中所述的“左天锁”实际上是“右天锁”，属于笔误，本申请按照“右天锁”进行的论述；所以至今尚无科学译注和科学解释。是水运浑象仪研究的空白。其中关键枢轮控制系统的科学复原存在较大的困惑。 [0005] 《新仪象法要》里对枢轮控制系统的工作过程有记载：“受水壶之东与铁枢权格叉相对，格叉以距受水壶，壶虚即为格叉所格，所以能受水，水实即格叉不能胜壶，故格叉 落，格叉落即壶侧铁拔牙击开天衡关舌，制动天条，天条动则天衡起，发动天衡关，左天锁开即放枢轮一辐过。”可见，枢轮控制系统是一个精密的联动控制系统。枢轮控制系统的重要作用：是控制枢轮作准确、稳定、长久等时脉冲运行，输出动力，为整个“水运浑象仪”提供动力。 [0007] 而“水运浑象仪”的核心技术是长久、稳定、均匀准确的脉动运行，那么何为长久稳定何为均匀脉动根据文献记载和前辈学者的研究成果，早已确立了“枢轮”上均布36只水斗(受水壶)，这是学界公认的也是符合文献记载的。设：每斗水充满时间25秒，那么运转一周需要15分钟，控制36次，1小时动力控制系统需要动作144次，也就说24小时需要控制3456次，每周24192次，每月96768次。因此这个需要就成了科学复原的难题和核心技术。至今未能突破。所以，由枢轮所驱动的“浑天仪”、“浑象仪”以及报时机构就根本实现不了同步天体运行、星相测算，报时计刻准确的功能。 [0008] 另外，枢轮运行的速度上还应当实现一定范围内的有效控制(即变速、调整或如钟表的快慢调整功能)就无法实现精准运行，尤其在室外天气下，气候变化的影响都造成“水运浑象仪”运转的科学性。而本申请解决了上述的技术问题，达到了十万次运行无控制故障。 [0009] 在本申请文件中主要的部件名称采用古文献记载的、古今中外公认，而且共用的名称。例如枢轮、受水壶、天衡、天条，关舌、左右天锁、兔头、铁拨牙、格叉等等。 发明内容[0010] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种揭示了中国古代水运浑象仪枢轮动力控制系统。 [0011] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种水运浑象仪枢轮动力控制系统，主要包括枢轮架、枢轮机构、铁拨牙、格叉控制机构、天衡关舌控制机构、左天锁和常开式右天锁以及平水壶； [0012] 其中所述的枢轮架包括有一组左天柱和一组右天柱；所述左天柱和右天柱均包括两个前天柱和后天柱，以及连接前天柱和后天柱的侧梁；左天柱和右天柱上端部之间连接有一组上横梁；左天柱和右天柱中部连接有一组下横梁；上横梁和下横梁之间连接有中 立柱；所述的左天柱和中立柱分别与上横梁之间连接有左斜梁和右斜梁； [0013] 所述的枢轮机构安装在上述的下横梁上；主要包括枢轮，所述的枢轮包括两组轮毂单体，每组轮毂单体均由轮辐支撑，轮辐的内侧固定安装在轴套上，所述轴套内穿装有轮轴，所述轮轴通过轮座固定安装在下横梁上；所述的两组轮毂单体之间安装有受水壶；在受水壶的外侧均固定安装有36对壶牙；在前侧壶牙的外侧安装有铁拨牙； [0014] 所述的铁拨牙包括环形本体的外圆周设有36个齿牙，铁拨牙的齿牙位于上述单侧相邻的两个壶牙的中间位置； [0015] 所述的格叉控制机构位于枢轮机构的右下侧，并安装在托板上，所述的托板固定安装在下横梁的右端，所述格叉控制机构的中心线与受水壶的中心线一致； [0016] 所述格叉控制机构包括格叉杆、格叉杆的左端部安装有兔头，所述的兔头上安装有可调式格叉，格叉杆上靠近兔头侧设有支点，所述的支点上穿装有第一关轴，所述第一关轴两侧安装在第一关轴座上，格叉的尾端悬挂有枢权；格叉控制机构的前端部的格叉与上述的受水壶外侧的壶牙对应，并托起枢轮机构水平中心线下的第一对受水壶位置的壶牙； [0017] 所述天衡关舌控制机构与上述的格叉控制机构为相互独立的安装结构，所述天衡关舌控制机构位于枢轮机构上方，并且天衡关舌控制机构的中心线与轮毂单体外侧的铁拨牙中心线一致； [0018] 天衡关舌控制机构包括天衡、天关、左天锁、常开式右天锁以及关舌，在天衡的中间位置设有支点，支点上穿装有第二关轴，所述第二关轴安装在第二关轴座上，第二关轴座固定安装在连接前后中立柱的中间横梁上，天衡的左端部安装有天关，所述天关与中间支点之间设有用于安装常开式右天锁的连接孔；天衡的右端设置有天权；天衡的下方通过天条连接关舌，所述关舌右端安装有第三关轴，所述第三关轴安装在第三关轴座上，所述第三关轴座固定安装在托板的下表面；所述的关舌左端位于铁拨牙上的两个齿牙之间，且伸入，关舌左端伸入的距离为从铁拨牙的齿牙齿顶圆周线向内1～2mm；关舌左端的中心距离上方齿牙2/3～1/4处； [0019] 左天锁和常开式右天锁对称位于天关的两侧，并固装在左右斜梁上； [0020] 常开式右天锁包括右天锁盒，所述右天锁盒固定安装右斜梁上，在常开式右天锁盒内设有右天锁棒，所述右天锁棒上设有偏置式支点，所述支点上穿装有右天锁轴，所述右天锁轴固定安装在右天锁盒上，右天锁棒的长端设有天锁绳，所述天锁绳的上端部连 接天衡；右天锁棒的短端位于铁拨牙侧； [0021] 左天锁包括左天锁盒，所述左天锁盒固定安装左斜梁上，在左天锁盒内设有左天锁棒，所述左天锁棒上设有偏置式支点，所述支点上穿装有左天锁轴，所述左天锁轴固定安装在左天锁盒上，所述左天锁棒的长端位于铁拨牙侧； [0022] 所述安装在天衡左端的天关，包括两个天关本体，两个天关本体之间通过天关轴活动铰接有天关摆；天关摆的下端伸入下方铁拨牙的两个齿牙之间，并且与齿底圆接触； [0023] 所述平水壶与受水壶之间设有引水端，所述引水端对应受水壶的壶口位置，并且为受水壶连续受水。 [0024] 本发明还可以采用如下技术措施： [0025] 所述壶牙的壶牙为一体结构，主要包括壶圈，壶圈的外圆周设有36个壶牙；两组壶牙相对设置。 [0026] 所述关舌的前端部安装有可调整式关舌调整片，关舌调整片与铁拨牙相对应； [0027] 所述关舌上套装有限位架。 [0028] 所述天衡的右端横梁上安装控制天衡尾端左右、上下摆动的控制架。 [0029] 本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明发现一种能够精准、均衡、稳定对古代天文仪器的动力输出装置水运“枢轮”实施长期有效脉动运行的控制技术。该系统结构为水运浑象仪的重要组成部分，为水运浑象仪的研究和复原工作提供了理论依据和实体支撑，发现了枢轮控制系统的控制法则，即天衡关舌控制机构与格叉控制机构是分离式控制，两个机构之间不存在直接传导关系；发现了天关和右天锁的工作奥秘，并通过以上发现，成功设计并制造了枢轮控制系统，在实验运行中，验证了它的可靠性和等时脉动性；解决了水运浑象仪复原工作中的动力输出的控制难题。破译古代天文仪器动力输出装置“枢轮”运行的科学之谜。发现了“枢轮”控制系统的科学结构。确证了李约瑟先生在“中国古代科学技术史”一书中阐述的“在欧洲钟表的擒纵技术发明以前，中国的宋代就已经发明了类似装置”的推论。揭示了中国古代科学技术文明的真实性、准确性、科学性，颂扬民族科学成就和伟大贡献，弘扬爱国主义教育。附图说明 [0030] 图1是本发明的结构示意图； [0031] 图2是本发明的结构位置示意图； [0032] 图3是图2的立体结构示意图； [0033] 图4是枢轮架结构示意图； [0034] 图5是枢轮机构结构示意图； [0035] 图6是格叉控制机构结构示意图； [0036] 图7是天衡关舌控制机构结构示意图； [0037] 图8是天关结构示意图； [0038] 图9是一体式壶牙结构示意图； [0039] 图10至图13是本发明工作原理图。 [0040] 图中：1、枢轮架；1-1、左天柱；1-2、右天柱；1-3、侧梁；1-4、上横梁；1-5、下横梁；1-6、中立柱；1-7、左斜梁；1-8、右斜梁；1-9、轮座；2、枢轮机构；2-1、枢轮；2-2、轮毂单体； 2-3、轮辐；2-4、轴套；2-5、轮轴；2-6、受水壶；2-7、壶牙；2-71、环形本体；2-72、壶牙；3、铁拨牙；3-1、环形本体；3-2、齿牙；4、格叉控制机构；4-1、托板；4-2、格叉杆；4-3、兔头；4-4、格叉；4-5、支点；4-6、第一关轴；4-7、第一关轴座；4-8、枢权；5、天衡关舌控制机构；5-1、天衡；5-2、天关；5-20、天关本体；5-21、天关轴；5-22、天关摆；5-3、左天锁；5-30、左天锁盒；5-31、左天锁棒；5-32、偏置式支点；5-33、左天锁轴；5-4、常开式右天锁；5-40、右天锁盒；5-41、右天锁棒；5-42、偏置式支点；5-43、右天锁轴；5-44、天锁绳；5-5、关舌；5-6、支点；5-7、第二关轴；5-8、第二关轴座；5-9、中间横梁；5-10、连接孔；5-11、天权；5-12、第三关轴；5-13、第三关轴座；5-14、天条；5-15、关舌调整片；6、平水壶；7、限位架；8、控制架； 具体实施方式[0041] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下： [0042] 请参阅图1至图9，一种水运浑象仪枢轮动力控制系统，主要包括枢轮架1、枢轮机构2、铁拨牙3、格叉控制机构4、天衡关舌控制机构5、左天锁5-3和常开式右天锁5-4以及平水壶6； [0043] 具体请参阅图4，其中所述的枢轮架1包括有一组左天柱1-1和一组右天柱1-2；所述左天柱和右天柱均包括两个前天柱和后天柱，以及连接前天柱和后天柱的侧梁1-3； 左天柱和右天柱上端部之间连接有一组上横梁1-4；左天柱和右天柱中部连接有一组下横梁1-5；上横梁和下横梁之间连接有中立柱1-6；所述的左天柱和中立柱分别与上横梁之间 连接有左斜梁1-7和右斜梁1-8； [0044] 具体请参阅图5，所述的枢轮机构2安装在上述的下横梁上；主要包括枢轮2-1，所述的枢轮包括两组轮毂单体2-2，每组轮毂单体均由轮辐2-3支撑，轮辐2-3的内侧固定安装在轴套2-4上，所述轴套内穿装有轮轴2-5，所述轮轴通过轮座1-9固定安装在下横梁1-5上；所述的两组轮毂单体之间安装有受水壶2-6；在受水壶的外侧均安装有36对壶牙 2-7；所述的壶牙可以单独制作，请参阅图8，并将其分别对称固接在受水壶的两侧；也可以做成整体结构，即所述壶牙为一体结构，主要包括壶圈2-71，壶圈的外圆周设有36个壶牙 2-72，两组壶牙相对设置。在前侧壶牙的外侧安装有铁拨牙3。 [0045] 所述的铁拨牙3包括环形本体3-1，在环形本体3-1的外圆周设有36个齿牙3-2，铁拨牙的齿牙的平面位置位于上述单侧相邻的壶牙之间，或者位于一体结构的两个壶牙2-72的中间位置； [0046] 具体请参阅图6，所述的格叉控制机构4位于枢轮机构2的右下侧，并安装在托板4-1上，所述的托板固定安装在下横梁1-5的右端下，所述格叉控制机构的中心线与受水壶 2-6的中心线一致； [0047] 所述格叉控制机构4包括格叉杆4-2、格叉杆的左端部安装有兔头4-3，所述的兔头上安装有可调式格叉4-4，格叉杆上靠近兔头侧设有支点4-5，所述的支点上穿装有第一关轴4-6，所述第一关轴两侧安装在第一关轴座4-7上，格叉的右端悬挂有枢权4-8；格叉控制机构前端部的格叉与上述的受水壶外侧的壶牙2-7对应，并托起枢轮机构水平中心线下的第一对受水壶位置的壶牙2-7，或者一体结构的壶牙2-72； [0048] 具体请参阅图7、图8和图2，所述天衡关舌控制机构与上述的格叉控制机构为相互独立的安装结构，所述天衡关舌控制机构5位于枢轮机构上方，并且天衡关舌控制机构的中心线与轮毂单体外侧的铁拨牙3中心线一致； [0049] 天衡关舌控制机构5包括天衡5-1、天关5-2、左天锁5-3、常开式右天锁5-4以及关舌5-5，在天衡的中间位置设有支点5-6，支点上穿装有第二关轴5-7，所述第二关轴安装在第二关轴座5-8上，第二关轴座固定安装在连接前后中立柱1-6的中间横梁5-9上，天衡5-1的左端部安装有天关5-2，所述天关与中间支点之间设有用于安装常开式右天锁5-4的连接孔5-10；天衡的右端设置有天权5-11；天衡的下方通过天条5-14连接关舌5-5，所述关舌右端安装有第三关轴5-12，所述第三关轴安装在第三关轴座5-13上，所述第三关轴座固定安装在托板4-1的下表面；所述的关舌左端位于铁拨牙上的两个齿牙之间， 并距离上方齿牙2/3～1/4处，且伸入，关舌左端伸入的距离为从铁拨牙的齿牙齿顶圆周线向内伸入 1～2mm；为了实现可调性，始终保持关舌与铁拨牙的上述位置关系，关舌的左前端部安装有可调整式关舌调整片5-15，关舌调整片与铁拨牙相对应； [0050] 左天锁5-3和常开式右天锁5-4对称位于天关5-2的两侧，并固装在左右斜梁(1-7、1-8)上； [0051] 常开式右天锁5-4包括右天锁盒5-40，所述右天锁盒固定安装右斜梁1-8上，在常开式右天锁盒内设有右天锁棒5-41，所述右天锁棒上设有偏置式支点5-42，所述支点上穿装有右天锁轴5-43，所述右天锁轴固定安装在右天锁盒上，右天锁棒的长端设有天锁绳5-44，所述天锁绳的上端部连接天衡5-1上的连接孔5-10；右天锁棒的短端位于铁拨牙3侧，与铁拨牙3中心相对； [0052] 左天锁5-3包括左天锁盒5-30，所述左天锁盒固定安装左斜梁1-7上，在左天锁盒内设有左天锁棒5-31，所述左天锁棒上设有偏置式支点5-32，所述支点上穿装有左天锁轴5-33，所述左天锁轴固定安装在左天锁盒上，所述左天锁棒5-31的长端位于铁拨牙侧； [0053] 所述安装在天衡5-1左端的天关5-2，包括两个天关本体5-20，两个天关本体之间通过天关轴5-21活动铰接有天关摆5-22；天关摆的下端伸入下方铁拨牙的两个齿牙之间，并且与齿底圆接触； [0054] 所述平水壶6与受水壶2-6之间设有引水端，所述引水端对应受水壶的壶口位置，并且为受水壶连续受水。 [0055] 为了提高关舌上下运动的稳定性，在所述关舌5-5上套装有限位架7。 [0056] 为了防止天衡尾端上下、左右摆动，在所述天衡的右端侧梁1-3上安装的控制架8。 [0057] 本发明的工作原理：请参阅图10至图13； [0058] 本系统中左天锁和右天锁：左天锁5-3、天关5-2、常开式右天锁5-4虽然属于天衡关舌机构但他们特殊的工作形式是本发明的重要环节：左天锁盒5-3及左天锁棒5-32是通过左天锁轴与左天锁盒的支点配合连接，由于支点偏左，左天锁棒的右端永远自然下垂。使枢轮机构的铁拨牙只可右旋转不可左回。 [0059] 右天锁5-4也是由右天锁盒5-40与右天锁棒5-41支点配合，因为支点偏左；右天锁棒5-41右端自然下垂。左端上昂并通过右天锁盒与右斜梁1-8连接；右天锁棒5-41的右端有天锁绳5-44与天衡5-1连接；当天衡5-1左升时拉动天锁绳5-44；使右天锁棒的右端上升左端下行抵住铁拨牙3；本右天锁为常开式右天锁。 [0060] 请参阅8，天关5-2是由天关本体5-20和天关摆5-22组成，天关摆可以绕天关轴5-21作中心左右100°转动。 [0061] 枢轮机构运行原理：由于枢轮2-1上方注水管向受水壶2-6不停的注入水流，因格叉机构右端枢权4-8的重锤作用，通过第一关轴4-7将格叉4-4挑起，并抵住受水壶2-6的壶牙2-7，此时枢轮2-1静止不动；由于水量的不断积累，水量超过枢权4-8重量时，格叉机构左降右升。枢轮2-1开始由启动到缓动至慢性冲动，即文献中所讲“格叉不抵受水壶”冲过格叉，运动中的枢轮2-1带动其右下的铁拨牙3此时压迫冲开关舌5-5使关舌下行，由关舌下行拉动天条5-14，而天条又与天衡连接，使天衡5-1在第二关节轴5-7的作用下右边下行，左边上行，因此抬起天关5-20，拉起天锁绳5-44。使右天锁棒5-41右升左降，抵住枢轮机构的铁拨牙3，使枢轮骤然停车，如图12。由于撞击的力量，枢轮2-1反弹，即文献中的“激轮左回”。左回的结果一是被左天锁棒5-31挡住；二是使右天锁棒5-41与铁拨牙3迅速脱开，由于天关5-20的重力作用下，右天锁棒5-41迅速复位。使右天锁棒又处于常开状态。此时枢轮2-1仍有储存能量，继续右转但受水壶2-6已空，被早已复位的格叉4-4抵住，此时枢轮2-1处于停止状态，但受水壶2-6还在不断的受水，当水满后又一个循环重新开始，循环不已。 [0062] 综上所述，本发明发现了枢轮控制系统的控制法则，即天衡关舌控制机构与格叉控制机构是分离式控制，两个机构之间不存在直接传导关系；发现了天关和右天锁的工作奥秘，并通过以上发现，成功设计并制造了枢轮控制系统，在实验运行中，验证了它的可靠性和等时脉动性；解决了水运浑象仪复原工作中的动力输出的控制难题。破译古代天文仪器动力输出装置“枢轮”运行的科学之谜。发现了“枢轮”控制系统的科学结构。确证了李约瑟先生在“中国古代科学技术史”一书中阐述的“在欧洲钟表的擒纵技术发明以前，中国的宋代就已经发明了类似装置”的推论。揭示了中国古代科学技术文明的真实性、准确性、科学性，颂扬民族科学成就和伟大贡献，弘扬爱国主义教育。 |
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