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滑轮:改向与省力的起重轮

定滑轮改方向、动滑轮省一半力、滑轮组放大数倍:几根绳几个轮,千斤变几十斤。

滑轮器物图:木轮、轴架与滑轮组
器物线稿示意。

图解

滑轮三种绕法受力分解图:定滑轮、动滑轮、滑轮组
定滑轮、动滑轮、滑轮组:三种绕法的受力分解。
井架定滑轮配辘轳提吊的工地场景
井架定滑轮配辘轳提吊的工地场景。

解决什么问题

人力提重有极限,方向还别扭。定滑轮改方向、动滑轮省一半力、滑轮组把省力放大数倍——几根绳几个轮,井上、船上、工地上就能把千斤变成几十斤。

历史背景

《墨子·经说下》有”挈”的提重论说,学者普遍释读为滑轮受力分析,是文献最早的滑轮记载之一。四川汉代画像砖盐场图中,井架顶装定滑轮、绳索连辘轳提卤的装置已完整可见。复滑车与差动滑轮(民间所谓”神仙葫芦”的思路)随后世起重业逐渐成熟。

原料与前置条件

坚木轮坯(车制或拼板)、轴(硬木或铁)、绳(麻绳、竹篾索)、挂点(井架、三脚架、梁)。轴孔加铁衬、上油可延寿——没有轴承也能用,只是费力些。

过程概览

车木轮、刻绳槽 → 装轴穿架 → 定滑轮:轮固于架,绳过轮即改向 → 动滑轮:轮挂重物下,一端固定一端拉,省力一半 → 滑轮组:多轮组合,拉力约等于重除以承重绳段数 → 配辘轳绞盘收绳,完成起重。

关键难点

摩擦是隐形成本:木轴木轮涩滞,省力打折,轴要细磨加油。绳径须匹配轮槽——细绳跳槽、粗绳卡槽。心里要有失效顺序:绳先断还是轴先裂,承重件一律多留余量。

成品如何辨识

好滑轮转匀无跳摆、槽光滑不咬绳、架起绳走直线不偏磨。试吊先半载再满载,听异响——木件开裂前会出声。

规模化障碍

滑轮组省的是力不是功:省力几倍,拉绳长度也几倍,作业节奏变慢。起重上限仍受材料约束(木轮麻绳的强度天花板),千斤以下才是它的主场,更重的活要多机分段。

关联技术

与辘轳绞盘组成起重三件套;脚手架、三脚架提供支点;井盐天车、船帆索具是同构应用。

原料

  • 坚木轮坯
  • 轴(硬木或铁)
  • 麻绳或竹索

工具与设备

  • 车削工具
  • 井架或三脚架
  • 梁架挂点

来源

  • 《墨子·经下/经说下》("挈"条(滑轮提重论说))—— 先秦对滑轮提重受力关系的文献记载
  • 四川汉代画像砖(盐场图)(成都扬子山等出土画像砖)—— 井架定滑轮配合辘轳提卤的汉代图像证据
  • 《中国科学技术史·机械卷》(陆敬严、华觉明)(起重机械相关章节)—— 滑车辘轳等起重机械的形制演变
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