中國谷風(fēng)車裝置的演進與外傳
王佩良 張若彤 柏蓮花
（湖南工商大學(xué)數(shù)字媒體工程與人文學(xué)院）
除“四大發(fā)明”外，我國還有許多杰出的發(fā)明成果傳諸世界，造福各國，為人類文明發(fā)展作出卓越貢獻，風(fēng)扇車就是其中之一。風(fēng)扇車，又稱扇車、風(fēng)車、飏扇、揚車、揚谷器，是一種利用流體力學(xué)、慣性、杠桿、輪軸等物理原理，人為地迫使空氣流動，以將谷物和雜質(zhì)、塵土分離的一種復(fù)雜農(nóng)機具。我國的風(fēng)扇車歷史悠久，應(yīng)用廣泛，梳理其源流演變的發(fā)展軌跡，對于增強文化自信，傳承優(yōu)秀文化，具有獨特意義。
一、先秦出現(xiàn)簸箕揚扇
谷物在脫粒之后，水稻是帶穎殼的稻谷，小麥?zhǔn)菬o穎殼的凈籽粒。稻谷或麥粒必須與秸稈、碎葉、碎莖等雜物分離，得到純凈的谷物，才能入倉貯存，方便炊飯食用。脫粒后的谷物須有一個清選過程。在古代，原始的揚谷方式是在有風(fēng)的時候，將谷粒拋入空中，讓風(fēng)吹走糠秕，籽粒落在地上。為此，古人創(chuàng)造了一些簡單的揚谷工具，如簸箕、揚場木锨和篩子等。
簸箕的歷史可追溯到先秦時期。商周時期，出現(xiàn)了以竹或藤條編制成的谷物清選農(nóng)具“簸箕”。這也是最簡單的利用人造風(fēng)清選谷物的農(nóng)具。簸箕的出土實物不多見，但在許多地方出土了手持簸箕的陶俑。簸揚是谷物脫殼后進行除雜的一道工序，用簸箕盛上谷物，將其舉至頭頂上方，將谷物揚出，飽滿的谷物較重，落至地上，秕谷較輕，會被風(fēng)吹到遠處，秕谷分離。此外，手腕有節(jié)奏地抖動簸箕，糠秕逐漸被簸到簸箕前部邊緣，籽粒則留在簸箕后部，實現(xiàn)糠秕和籽料的分離。揚場木锨形似鏟土鐵锨，但更輕便，使用時可視風(fēng)力大小和風(fēng)向變化調(diào)整摔場的力度、角度或揚場的方向。篩子最初多采用兩手端著左右晃動的方式進行篩分。明代以后，篩子大多吊在支架上使用，更加省力高效。
在現(xiàn)代，篩子仍未淘汰，廣泛應(yīng)用于飼料與谷物加工中。篩子可以將大雜物與谷粒、細碎雜物分開。為了方便揚場和堆集谷粒，古人還制作一種場上專用的長柄木杴，南方則有竹飏杴。這些可代替簸箕撮谷粒向空中拋撒。
在對谷物脫粒篩選過程中，人們發(fā)現(xiàn)自然風(fēng)能夠加快篩谷去糠的速度與效率。人們最先只在有風(fēng)的天氣揚場，以去除糧食中的秕糠。后來，人們?yōu)榱思{涼避暑，發(fā)明了手搖扇子，以人造風(fēng)乘涼。我國早在原始社會就已經(jīng)掌握風(fēng)扇扇風(fēng)的工作原理?！段镌酚涊d：“舜始造扇?！蔽鲿x《古今注·輿服》記載：“五明扇，舜所作也?！庇纱丝芍?，舜帝發(fā)明扇子。
受此啟發(fā)，人們根據(jù)風(fēng)扇原理創(chuàng)制揚扇，從而克服自然條件的束縛，在無風(fēng)的天氣也能揚場。扇子小，則風(fēng)小。扇子大，則風(fēng)大。揚場需要大扇子，才能有效吹除糠秕。使用大扇子很費勁，人們借鑒門扇原理，將大扇子上下端固定于軸承內(nèi)，再在門上安裝把手，抓住手把就可以方便省力地擺動扇子，使之往復(fù)張合，達到扇風(fēng)的效果。西漢元帝（前48－前33）時，黃門令史游《急救篇》記載：“碓、碨、扇、隤、舂、簸、揚?！贝颂幍摹吧取笨赡苁菍﹂_式的揚扇。
飏扇目前僅見于漢代文物。據(jù)統(tǒng)計，四川彭山、成都市青白江、雙流牧馬山、瀘州、綿陽、德陽、宜賓，山東滕縣、江蘇徐州等地共出土20多件手持飏扇的漢代陶俑或畫像磚石。1930年，山東滕縣宏道院出土“對舂揚扇”畫像石：“中有兩人，各執(zhí)一杵，在臼前對面而舂。其后立一揚扇，一人弓步，一手扶扇柱，另一手拉扯扇頁。扇前一人雙手高舉一簸箕，正往下傾倒谷物，地上已有一堆糧食。這種揚扇大多以竹子制成，并利用彎形的彈力裝置，通過拉扯形成往返運動產(chǎn)生持續(xù)的風(fēng)源以揚去秕糠?！贝颂帲职鍫钗镎吲c持杵臼者相配合，是將糠秕與籽粒分離的作業(yè)場景。在四川彭縣出土的畫像磚上，一人在碓旁執(zhí)圓框傾倒已舂之谷，另一人則用大型飏扇風(fēng)谷。
近年，徐州漢畫像石館征集到一塊“舂米圖”，“右面殘缺處刻有四人踐碓舂米，其中一個天真可愛的小孩子正在腳踏石堆舂米，接著有一人在杵臼，上面懸掛著兩條魚；畫像中間刻有二人物，一人用簸箕去糠秕，一人手持飏扇。”這也是利用揚扇去除糠秕的勞作圖。揚扇具有優(yōu)點，操作簡便；但也有不足，需要兩人配合，無法形成連續(xù)的風(fēng)源，效率較低。
二、西漢發(fā)明飏扇車
西漢時期，人們在門式風(fēng)扇的基礎(chǔ)上，將風(fēng)葉增多，將扇子的運動方式由擺動改造為轉(zhuǎn)動，由單頁改造為多頁，轉(zhuǎn)動風(fēng)輪，就能形風(fēng)，由此發(fā)明旋轉(zhuǎn)式揚谷風(fēng)扇車。據(jù)葛洪《西京雜記》記載，西漢末年，著名機械師丁緩“又作七輪扇，連七輪，大皆徑丈，相連續(xù)，一人運之，滿堂寒顫?！薄捌咻喩取笔情_放式旋轉(zhuǎn)扇車，單純用葉面鼓風(fēng)，沒有氣流集中裝置，也不考慮離心流場中的氣流方向，表明人們對離心原理的應(yīng)用處于“扇動即有風(fēng)，有風(fēng)即可”的層面。
除文獻記述外，還有許多出土文物可以印證。20世紀(jì)70年代以來，中原地區(qū)出土多件西漢末至東漢時期的陶扇車和陶米碓。這些陶扇車都安裝臥軸式扇輪，可連續(xù)轉(zhuǎn)動，利用扇輪轉(zhuǎn)動慣性，節(jié)省人力；在軸兩側(cè)加裝擋板，引導(dǎo)部分氣流吹向糧食；軸部沒有進風(fēng)口，屬于扇車的不成熟類型。1969年，在河南濟源縣泗澗溝西漢晚期墓中出土有陶米碓與陶風(fēng)車的作坊明器，風(fēng)車在米碓右側(cè)，車箱為梯形，中部有方漏斗形高檻，檻下有窄縫啟門。啟門的左右兩端各有一個很小的啟門軸孔。啟門下邊的正面有方形出米口；在出米口右側(cè)的正面上挖有圓形風(fēng)口，在和風(fēng)口相應(yīng)的對面中心處有安裝風(fēng)扇的曲軸孔。在風(fēng)扇后部塑有一個立俑，雙手搖風(fēng)車。在檻的左側(cè)為斜坡形空箱，系盛谷糠的地方。這套陶米碓與陶風(fēng)車的發(fā)現(xiàn)，證明西漢晚期就以風(fēng)車加工谷物。1985年，山東臨淄金嶺鎮(zhèn)1號東漢初明帝至章帝時期墓出土1件陶扇車與陶米碓模型。1987年11月，山西運城市芮城城南村東漢墓出土4件帶有扇車的釉陶磨坊明器，形制基本相同。2003年，河南濟源西窯頭村10號西漢末期墓出土1件褐釉陶扇車與陶米碓。美國奈爾遜美術(shù)館藏1件漢代陶扇車作坊。
據(jù)不完全統(tǒng)計，我國共出土漢代陶風(fēng)扇車明器10件，9件分布在洛陽及其周邊。兩漢時期，河洛地區(qū)出現(xiàn)了糧食加工業(yè)，將小麥磨粉做成餅食用的消費習(xí)慣，刺激風(fēng)扇車的發(fā)明。這些出土文物表明西漢時期已發(fā)明風(fēng)扇車，這要比歐洲早1400多年。
最初的揚谷扇車是靠人手搖動，需要兩人配合。在扇車左側(cè)的軸頭上裝一根類似拖拉機搖把的曲柄，一人拿條板凳與扇車平行臉朝后坐在曲柄前，另一人則面向扇車站在側(cè)面，一開始緩緩搖動曲柄，使扇車款款轉(zhuǎn)動起來，待車軸和風(fēng)葉產(chǎn)生慣性轉(zhuǎn)動后，放開曲柄，扇車旁的兩人就要一遞一把地打動曲柄，給扇車加力，使風(fēng)葉保持高速運轉(zhuǎn)，扇車才能產(chǎn)生持續(xù)的強勁風(fēng)力。長時間做這種機械動作，非常辛苦。打扇車勞動量大，還有一定危險性，手掌和飛速旋轉(zhuǎn)的鐵曲柄不斷接觸，稍有不慎便會碰傷。
隋唐時期，風(fēng)扇車基本沿襲漢代的結(jié)構(gòu)，主要有風(fēng)輪、輪軸、輪架、風(fēng)葉、手柄等部件。去除秕糠的扇車多是方形外殼。在打谷場揚谷時，也可用沒有外殼的敞開式扇車扇風(fēng)，簡單易行。唐玄宗使用水力驅(qū)動的扇車納涼：“毒暑方盛，上在涼殿，水激扇車?！彪S著時代的變遷，民間風(fēng)扇車也在不斷變化。宋代的《武經(jīng)總要》記載用風(fēng)扇車向地道中吹煙氣。
宋代，有飏扇、扇車、田扇、車等名稱。風(fēng)扇車作為一種重要的農(nóng)具，受到政治家和文學(xué)家的重視，在很多農(nóng)書中有詳細記載。北宋梅堯臣《和孫端臾寺丞農(nóng)具詩十五首·飏扇》：“田扇非團扇，每來場圃見。因風(fēng)吹糠籺，編竹破筠箭。任從高下手，不為寒暄變。去粗而得精，持之莫言倦?！北彼瓮醢彩逗褪ビ徂r(nóng)具詩·飏扇》：“精良止如留，疏惡去如擯。如擯非爾憎，如留豈吾吝。無心以擇物，誰喜亦誰慍。翁乎勤簸飏，可使糠粃盡?！狈从吵鏊未L(fēng)扇車已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用。
三、元代發(fā)明腳踏式風(fēng)扇車
元代王禎《農(nóng)書》有“農(nóng)器圖譜”，是我國傳統(tǒng)農(nóng)具之集大成者?！稗r(nóng)器圖譜九·杵臼門”對各類風(fēng)扇車的構(gòu)造、原理和使用方法有詳細說明。風(fēng)扇車作為一種分離籽粒與糠秕的農(nóng)具，以前大多是手搖式鼓風(fēng)作業(yè)，王禎在《農(nóng)書》中首次提到腳踏風(fēng)扇車，飏扇“復(fù)有立扇、臥式之別，各帶掉軸，或手轉(zhuǎn)足躡，扇即隨轉(zhuǎn)?！泵鞔旃鈫ⅰ掇r(nóng)政全書》也記述扇車，書中繪有“扇車足躡圖”。
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，清選谷物有兩道工序。第一道工序是將收獲在場圃間的農(nóng)作物進行脫粒加工，清選糧食籽粒中的秸稈、糠殼、塵土等雜物，對風(fēng)力大小和穩(wěn)定性要求不高，風(fēng)揚、車扇兼用。第二道工序是糧食籽粒的去殼加工，清選出谷殼，得到凈米，主要用風(fēng)扇車、簸箕，不用風(fēng)揚。這道工序需要有風(fēng)力適中、穩(wěn)定、均勻的風(fēng)流才能達到理想的清選效果。
風(fēng)力過大或過小，都無法將米與糠或飽秕谷物有效分離。《天工開物》對風(fēng)扇車清選不同糧食有詳細記載。《天工開物·攻稻》記載：“凡去秕，南方盡用風(fēng)車扇法。北方稻少，用揚法，即以揚麥?zhǔn)蛘邠P稻，蓋不若風(fēng)車之便也。凡稻去殼用礱，去膜用舂用碾。凡既礱，則風(fēng)扇以去糠秕，傾入篩中團轉(zhuǎn)。”《天工開物·攻麥》記載：“小麥?zhǔn)斋@時，束稿擊取，如擊稻法。其去秕法，北土用揚，蓋風(fēng)扇流傳未遍率土也?！薄短旃ら_物·攻黍稷粟粱麻菽》記載：“凡攻治小米，揚得其實，舂得其精，磨得其粹。風(fēng)揚車扇而外，簸法生焉?！捕箵糁?，用風(fēng)扇揚去莢葉，篩以繼之，嘉實灑然入廩矣。”
風(fēng)扇車的驅(qū)動有手搖式和足踏式兩種。手搖式風(fēng)車能根據(jù)實際需要很好地控制葉輪轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生風(fēng)力適中、均勻穩(wěn)定的風(fēng)流。足踏式風(fēng)車是通過腳踩踏拉繩控制葉輪旋轉(zhuǎn)，很難將葉輪控制在生產(chǎn)需要的某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，也不能產(chǎn)生恒定的風(fēng)力和風(fēng)速。在實際生產(chǎn)中，經(jīng)過脫粒后的糧食籽粒中往往夾雜有雜碎的秸稈、禾穗等，在高檻內(nèi)下泄的過程中很容易堵塞匾縫，采用足踏驅(qū)動，可以將操作者的雙手解放出來，較好地控制高檻內(nèi)糧食籽粒下泄的均勻性。這種驅(qū)動方式能將操作者腿部力量甚至身體的重量作用于足底，踩踏拉繩驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，作用于葉輪的驅(qū)動力在力度和持久性方面要遠大于操作者手搖作用于葉輪的力，能使葉輪持久地保持較高的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生較大的風(fēng)力，更好地滿足第一道工序繁重的清選工作。這種敞開風(fēng)箱結(jié)構(gòu)的足踏式風(fēng)扇車是古代用于“場圃間”，清選“穰籺相雜”的“麥禾等稼”，即《王禎農(nóng)書》記載的“扇車”。
足踏式風(fēng)扇車主要包括簨軸、扇葉、掉軸、高檻、匾縫、導(dǎo)風(fēng)板、拉繩等部件。足踏式風(fēng)扇車使用時，要先將固定于掉軸端的拉繩均勻纏繞在掉軸上，之后將拉繩另一端選擇適當(dāng)?shù)奈恢霉潭ㄓ诘孛?，未被纏繞于掉軸上的拉繩要處于拉直伸展?fàn)顟B(tài)；然后用腳向下用力踩踏拉繩，即可驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生風(fēng)流工作。因慣性作用，拉繩被完全放開后，會被反向自動纏繞到掉軸上，待拉直后，操作者再次踩踏拉繩，葉輪即反向轉(zhuǎn)動，如此葉輪即可轉(zhuǎn)動不停生風(fēng)進行清選作業(yè)。兩側(cè)的導(dǎo)風(fēng)板將風(fēng)流匯聚到儲料斗處，保證足夠的風(fēng)力。這種依據(jù)慣性原理，通過柔性拉繩驅(qū)動機具工作軸雙向旋轉(zhuǎn)做功的驅(qū)動方式，和木匠的鉆孔工具類似。
足踏式風(fēng)扇車的設(shè)計思路反映出古人在風(fēng)扇車原動力和功用上所作的創(chuàng)新。在結(jié)構(gòu)上，足踏式風(fēng)扇車結(jié)構(gòu)簡單，制作便易，半敞開式風(fēng)箱結(jié)構(gòu)使葉輪的直徑和寬度足夠大，能產(chǎn)生強大的風(fēng)流，以滿足第一道清選工序的需要，“凡揚不在宇下，必待風(fēng)至而后為之；風(fēng)不至，雨不收，皆不可為也”的狀況得到改變，從而擺脫自然風(fēng)束縛，大大提高農(nóng)業(yè)清選的時效性。王禎《農(nóng)書》稱贊足踏式風(fēng)扇車的效率，“比之杴擲箕簸，其功多倍?！碑?dāng)然，足踏式風(fēng)扇車也有弊端，操作者踩踏柔性拉繩，不能使葉輪同向持續(xù)旋轉(zhuǎn)，必須周期性變換運轉(zhuǎn)方向。這種采用柔性拉繩足踏驅(qū)動方式的風(fēng)扇車僅能產(chǎn)生較大的風(fēng)流，無法根據(jù)實際需要產(chǎn)生恒定的風(fēng)流。足踏式風(fēng)扇車的啟?？刂埔膊蝗缡謸u式風(fēng)扇車方便快捷。足踏式風(fēng)扇車驅(qū)動方式的缺陷，也使其傳播受到局限?！短旃ら_物·攻麥》記載：“其去秕法，北土用揚，蓋風(fēng)扇流傳未遍率土也?！睘榱丝朔浔锥?，古人將其驅(qū)動方式從踩踏柔繩改為曲柄連桿機械機構(gòu)。
1920年，在山西督軍兼省長閻錫山授意下，山西農(nóng)學(xué)編輯會編輯《山西農(nóng)學(xué)農(nóng)具圖說》，在“第二編選種器·第一章扇車”記載一種腳踏扇車圖，其腳踏扇車的驅(qū)動就采用曲柄連桿機械機構(gòu)。“腳踏扇車也是虎頭扇車一種，全體不甚大差。惟攪軸是木的，下拴踏板，用腳踏轉(zhuǎn)……踏板用木料制成，共長二尺八寸，使用時用腳踏住踏板，上下掀動，風(fēng)輪就要旋轉(zhuǎn)，比手打省力。普通多用一個，也有用兩個的?！边@也是文獻記載中唯一的腳踏扇車圖，說明歷史上曾使用過這種形制的扇車。由此可知，其驅(qū)動機制不是繩索纏繞式的往復(fù)運動，而是常見的曲柄連桿機構(gòu)。
四、明代現(xiàn)出虎頭風(fēng)扇車
元朝是風(fēng)扇車成熟和發(fā)展時期，既有臥式敞開風(fēng)箱形扇車，也有臥式和立式兩種閉合風(fēng)箱式扇車。王楨《農(nóng)書》記載：“其制：中置箕軸，列穿四扇或六扇，用薄板，或糊竹為之。復(fù)有立扇、臥扇之別，各帶掉軸?！绷⑹缴溶囉兴臈l木腿。臥式扇車則無腿，重心較低，風(fēng)道短而向上傾斜。此種臥式扇車在民間亦稱為虎頭風(fēng)扇車，其器形高大，輪軸、扇葉粗大，風(fēng)道高翹，出風(fēng)口寬敞，運轉(zhuǎn)起來風(fēng)力較猛，勞動效率高，適用于揚麥、揚豆的去秕作業(yè)。這種風(fēng)扇車頂部沒有漏斗。所扇麥、豆、稻、粱等物不經(jīng)內(nèi)風(fēng)道，只過外部出風(fēng)口，飽滿籽粒落于風(fēng)口近處的下方，秕雜者飄落遠處，從而使飽秕分離、糧土分開，達到精選糧食的目的。這類風(fēng)扇車，需要兩人配合操作。有一幅晉南夏收扇麥圖：由一人專力搖動扇車，另一人踩上凳子，高舉簸箕，從風(fēng)道口向下灑麥，相互共同勞作。
2009年，山西太原市文物普查工作者在萬柏林區(qū)王家莊村居賢觀正殿兩側(cè)的山墻上（亦稱六郎廟）發(fā)現(xiàn) 20多平方米明代壁畫。據(jù)屋脊題記，該廟復(fù)修于明萬歷四十一年（1613）。壁畫分為兩部分，上面是龍王行云布雨圖，下面是老百姓農(nóng)事生活圖。圖中有多種傳統(tǒng)農(nóng)事器具，風(fēng)扇車。壁畫“麥?zhǔn)沾驁鰣D”共有8 人，中間是風(fēng)扇車，最左側(cè)的一人用木锨翻麥堆，右側(cè)一人用簸箕將脫粒后的麥子遞給中間人物。中間人物將簸箕遞給站在風(fēng)扇車上的男子。該男子用簸箕向風(fēng)扇車漏斗處傾倒谷物，被風(fēng)吹撒到前方的麥殼呈現(xiàn)清晰。在風(fēng)扇車后方，一男子正在俯身搖曲柄。搖車人的背后站立著兩位女子，左側(cè)是中年婦女，似乎在等風(fēng)扇車上的男子接過她手中的簸箕，并與在一旁的老嫗攀談。老嫗用手中的簸箕揚場，地下的麥堆依稀可辨。整幅畫面勞作場景緊張、自然，非常逼真?！帮L(fēng)扇車從外表看主要由車架、風(fēng)輪箱體、漏斗幾部分組成。其風(fēng)輪箱體為圓型，這種箱體是宋元以后才有的，早期的風(fēng)輪箱體是方形的?！苯?jīng)專家考證，這是我國最早的關(guān)于虎頭風(fēng)扇車的圖像。
在近代，山西、內(nèi)蒙古地區(qū)仍沿用虎頭風(fēng)扇車。在山西稷山縣道光癸卯年（1843）建成的稷王廟獻殿前檐欄板木雕中也有虎頭風(fēng)扇車，稷王廟虎頭風(fēng)扇車的形制特點和勞作場景與居賢觀的類似，只是傾倒者站在一側(cè)的高凳上，而不是風(fēng)扇車上。
1920年出版的《山西農(nóng)學(xué)農(nóng)具圖說》對圓虎頭風(fēng)扇車有詳細描述：“虎頭風(fēng)扇車，通體上下兩截，沒有出米斗和出糠斗的安置，也不另設(shè)風(fēng)筒，用輪筒板向前高出，以為替代，風(fēng)口寬敞，風(fēng)力強大，能扇大顆粒糧食，若扇細糧和碾米，卻不如米扇車精細?！睍兴涊d的虎頭風(fēng)扇車主要包括上輪筒、下輪筒、風(fēng)輪、中檔、底座、滾邊、溜斗、插板、護檔、風(fēng)口等部件。上輪筒和下輪筒尺寸相等。風(fēng)輪內(nèi)有12塊風(fēng)板，風(fēng)輪外安裝有鐵拐，其他部分多由榆、柳、槐木制成。由于風(fēng)力強勁，清選效果要比其他風(fēng)扇車好，但這種風(fēng)扇車不適合清選小顆粒的谷物。
虎頭風(fēng)扇車正面如老虎頭，其外形如虎踞。一個大風(fēng)箱，里面橫著一根裝有風(fēng)葉的木軸，木軸受力，帶動風(fēng)葉飛速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強風(fēng)。糧食和雜余因質(zhì)量不同會在出風(fēng)口分開。下方車架和箱體貼近地面，出風(fēng)口抬高，谷物傾瀉高度增加，揚谷效果較好。老式的扇車兩個側(cè)板上還畫著一個頭挽高髻的古裝美人，美人騎著一頭長角的怪獸，怪獸張著大口，吐出一道霓虹，霓虹的走向與扇車的風(fēng)向相同。據(jù)老輩人說那位古裝美人就是傳說中的風(fēng)神，那怪獸是她的坐騎風(fēng)吼獸。鄉(xiāng)村工匠們將神話傳說維妙維肖地雕刻在這些傳統(tǒng)的農(nóng)具上，以此表達內(nèi)心對美好的愿望。
五、明代創(chuàng)制圓筒風(fēng)車
早期風(fēng)扇車的風(fēng)輪箱體為長方形，風(fēng)輪運行時會在箱角形成渦流，風(fēng)輪運轉(zhuǎn)越快，渦流對風(fēng)輪的阻力越大，為應(yīng)付阻力而作出的無用功越多。為克服渦流現(xiàn)象，工匠將風(fēng)箱由方形巧妙地改為圓柱體，流線型結(jié)構(gòu)使空氣更流暢。這樣，勞動者搖動扇車時較為輕快，省力省時，從而提高勞動效率。
明萬歷三十一年（1603）刊刻的《顧氏畫譜》收錄了杜堇的一幅畫作，其中有圓筒狀鼓風(fēng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇車，風(fēng)扇車有兩個出糧口，一個在正面，一個在底部，出糧口交叉布置，使承接器具互不妨礙。在風(fēng)扇車的下方一前一后放置兩個簸籮，正好對應(yīng)風(fēng)扇車底部兩個出糧口，說明當(dāng)時風(fēng)扇車已實現(xiàn)三級清選，即沉實的籽粒、較好的籽粒與糠秕三者的分離。這幅畫作也是迄今所見圓筒風(fēng)扇車的最早證據(jù)。杜堇的這幅畫稿是我國風(fēng)扇車發(fā)展中上關(guān)鍵技術(shù)出現(xiàn)的確證資料。
1637年成書的《天工開物·粹精》繪有一具帶有圓筒狀鼓風(fēng)機構(gòu)的風(fēng)扇車，并且已使用能夠調(diào)整漏斗出糧口寬窄的扁縫。由此可見，15世紀(jì)晚期，我國已出現(xiàn)圓筒狀鼓風(fēng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇車，從而擺脫從漢代至元代風(fēng)扇車通行的梯形箱體或開放式箱體的形態(tài)，標(biāo)志著古代風(fēng)扇車的成熟。圓筒狀鼓風(fēng)結(jié)構(gòu)是飏扇的重大進步。它可以消除非圓筒狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象，使葉輪的轉(zhuǎn)動更流暢，鼓風(fēng)效果更佳，同時可調(diào)整寬窄的扁縫的出現(xiàn)，使同一風(fēng)扇車能夠通過調(diào)整扁縫的寬窄來適應(yīng)不同工序、不同糧食種類的清選作業(yè)。
清代乾隆年間頒行的《授時通考》記載：“風(fēng)扇車，與飏扇功用略同，而制尤備。以木為四柱，周以板穴，其尾以出糠。高可六尺，廣五尺余。左為圓形，以內(nèi)簨軸及扇，著其柄于外；右為方斗，盛谷實，底作扁縫，承以小門，門之樞亦見于外。其下作斜木斗二，正側(cè)并列，形如箕，皆下向。人以一手運軸，一手啟門，以瀉谷實。谷實重者，從正面木斗直下。粞稍輕，從旁列木斗出。糠灰最輕，即從尾穴隨扇飛出。農(nóng)家攻治米谷，最為便利。” 由此可知，圓形風(fēng)扇車具備三級篩選功能，重者谷實、稍輕者粞、最輕者糠灰各自出口。兒歌唱道：“四條腿腳四張嘴，糧食進去幾路走。一口二口吃下肚，三口吐殼滿天飛?！眻A筒狀風(fēng)箱體是風(fēng)扇車技術(shù)發(fā)展史上一個突破，因其出氣口分開設(shè)置，克服渦流的產(chǎn)生，使用更為輕快，功效更高。
扇車性能和效率差異反映出古代離心機械設(shè)計水平。扇車與水力機械都屬于流體工作類機械，設(shè)計原理相通，水流更直觀，可為扇車的創(chuàng)新提供啟發(fā)。封裝式扇車采用軸向進風(fēng)，表明古人對離心力作用下氣體流動路徑有了正確認(rèn)識。這是扇車封裝設(shè)計上又一重大進步。
六、清代改進谷風(fēng)車
明代的立式風(fēng)扇車風(fēng)道矮，鼓風(fēng)時氣流不通暢，清代工匠為克服其弊端便加高其風(fēng)道。又因其風(fēng)道過短，頭重腳輕，工作起來機身欠穩(wěn)定，且出風(fēng)口距離搖柄太近，操作者容易被揚棄的塵土雜物包圍，不利于身體健康。清代工匠逐漸加長風(fēng)扇車的風(fēng)道，提高機身尾部重量，使四條腿的承重平衡，機體相對穩(wěn)固，使揚棄的雜物飄遠，改善勞動環(huán)境。
清代還出現(xiàn)一種在古文獻中未見記載的切向出風(fēng)扇車。據(jù)田村真吾、馮立昇與張治中調(diào)查，清末至20世紀(jì)40年代，山西太原晉祠鎮(zhèn)、河北張家口、內(nèi)蒙古呼和浩特羅家營黑土凹村等地有這種切向出風(fēng)扇車，在細部結(jié)構(gòu)上采取一些特殊設(shè)計，出風(fēng)口方向順應(yīng)氣流走向，這也表明人們對離心原理、扇車內(nèi)型優(yōu)化有了充分認(rèn)識，并進行科學(xué)利用。這類扇車成為中國傳統(tǒng)扇車的最先進形態(tài)。
1996年，呼和浩特市博物館收藏一部從畢克齊馬王廟村委會征集的手工木制扇車。此扇車在扇輪外的軸心處裝有一個飛輪，前面的同一條線上應(yīng)有一個大飛輪及鏈條和搖把。扇車制作工藝非常精細，通身縱橫以卯榫銜接，雖多年輾轉(zhuǎn)，仍牢固如初。扇車在裝飾設(shè)計上體現(xiàn)審美與實用的有機結(jié)合。如漏斗的左、右、前三面，均以云頭造型，既美觀又實用。扇車的用料也非常講究。據(jù)70年代曾專做扇車的王貴兵師傅講：扇車的主要部件如軸、風(fēng)箱的外層及主要框架要用榆木，欞子要用樺木，風(fēng)板、風(fēng)箱的中間層用柳木，風(fēng)箱的底襯及一些幫板用楊木。這些不同木質(zhì)的用料，各有其不同的功能，而這些特點正符合扇車的實用要求。
據(jù)民國二十五年版《綏遠通志稿》41卷中記載：“大車每輛七八十元，扇車每架三十五六元，均銷于城鄉(xiāng)各地?！庇纱丝芍?dāng)時內(nèi)蒙古土默川已有專門制作扇車的作坊和工人，其價格較貴，只有大戶人家能承受。大青山以北的武川和四子王旗等地至今仍有農(nóng)戶使用手工木制扇車。
七、中國谷風(fēng)車外傳
中國的谷風(fēng)車裝置很早就傳入朝鮮半島和日本列島。在日本，中國的谷風(fēng)車被叫作“唐箕”。
中國的風(fēng)扇車傳入歐洲的時間比較晚。德國的“礦冶之父”格奧爾格烏斯·阿格里哥拉（Georgius Agricola）在1556年撰寫專著《論金屬》，其中記載有方形和筒形封裝4葉的扇車。此類扇車的進氣孔、出氣孔都位于箱壁外緣，轉(zhuǎn)軸和外殼也不是離心的，不能形成有效氣流。李約瑟認(rèn)為這種鼓風(fēng)器的工作效率必定很低。通過比對該書的1556年、1641年拉丁文本和1912年、1950年英文本，發(fā)現(xiàn)其插圖一致，或許是作者未按實物繪制，或許是該扇車從未實際使用過。真正情況是，1700-1720 年，荷蘭船員將中國的旋轉(zhuǎn)風(fēng)車帶到歐洲，瑞典人也從中國南方地區(qū)引入飏車。1720年，耶穌會傳教士將飏車輸入法國。
18世紀(jì)初，歐洲工程師改進設(shè)計，使飏車適合當(dāng)?shù)毓攘５拇笮?，并與機器打谷結(jié)合起來，演變?yōu)榻x心式風(fēng)機。直至今日，源自中國的旋轉(zhuǎn)風(fēng)車仍在第三世界國家廣泛使用，與歐洲現(xiàn)代的揚谷機相較，既便宜且實用。1920年代，美國魯?shù)婪颉せ裘窢栕珜憽妒炙囍袊?，其第二章為“農(nóng)業(yè)工具”。霍梅爾是第一位用照片和機械示意圖記錄描繪我國傳統(tǒng)農(nóng)具包括谷風(fēng)車的西方學(xué)者。1942年，日偽機構(gòu)華北產(chǎn)業(yè)科學(xué)所與華北農(nóng)事試驗場的二瓶貞一、松田良一撰寫《關(guān)于華北地區(qū)的農(nóng)具調(diào)查》，利用照相技術(shù)與工程制圖手段，對中國農(nóng)具包括谷風(fēng)車的尺寸作過翔實記錄。
1960年代，英國科學(xué)技術(shù)史專家李約瑟完成《中國科學(xué)技術(shù)史·機械卷》，對我國風(fēng)扇車有高度評價：“在旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇揚谷機的實用形式上，這是中國技術(shù)的又一典型項目。似乎確定的是，所有歐洲旋轉(zhuǎn)式氣體鼓風(fēng)機都從它演變出來。”他指出，無論怎樣演變，中國旋轉(zhuǎn)式風(fēng)扇車有一個驚人的特點：進氣口總是位于風(fēng)腔中央，因而它是所有離心式壓縮機的祖先。風(fēng)扇車是由中國傳向西方的重要機械和技術(shù)發(fā)明之一。
李約瑟所言甚是，中國風(fēng)扇車每經(jīng)一次改革，都是一種科技進步。它那不斷調(diào)整優(yōu)化的器形、進氣口、出風(fēng)口，都是中國古代勞動人民智慧的結(jié)晶，是中華民族的驕傲。近代以來，隨著皮帶、齒輪傳動的出現(xiàn)和畜力、水力、蒸汽、電力的應(yīng)用，風(fēng)扇車的動力不斷進步，扇車的質(zhì)地也由純粹木制改為部分甚至全部鐵制，使風(fēng)扇車更易制造，更加堅固耐用，大大減輕勞動強度，改善生產(chǎn)條件，提高生產(chǎn)效率。風(fēng)扇車的發(fā)明與改進，是我國勞動人民征服自然改造自然利用風(fēng)能的創(chuàng)舉，拓展谷物清選的時空范疇，體現(xiàn)了中國人的聰明才智，對世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至人類文明進程產(chǎn)生著深遠影響。
作者簡介：王佩良，湖南工商大學(xué)數(shù)字媒體工程與人文學(xué)院教授，博士，碩士生導(dǎo)師；湖南省伏羲文化研究會副會長，湖南省食文化研究會副會長，糯文糯語英漢同文館創(chuàng)始人，世界智慧科學(xué)院成員。
張若彤，女，湖南工商大學(xué)數(shù)字媒體工程與人文學(xué)院23級新聞與傳播專業(yè)碩士生。柏蓮花，女，湖南工商大學(xué)數(shù)字媒體工程與人文學(xué)院24級新聞與傳播專業(yè)碩士生。
