Инженерная мысль

 
Мельницы. Простейшие орудия для размола зерна появились в Китае еще в эпоху неолита. Среди них были различные зернотерки, ступки и жернова, приводившиеся в движение вручную. В чжоуское время использовались зернотерки, состоящие из деревянной или каменной ступы и песта, подвешиваемого на деревянном рычаге. Надавливая на этот рычаг ногами, подымали и опускали пест в ступу, что и позволяло осуществлять шелушение или помол зерна.
 
Приблизительно в 267 г. Ду Юй изготовил механическую зернотерку, приводимую в движение энергией воды. В этом устройстве, соединяющем рычажную зернотерку с водяным колесом, был использован принцип преобразования кругового движения в возвратно-поступательное. На оси колеса с лопастями, опущенными в водяной поток, были установлены две пары диаметрально противоположных штырей. При вращении колеса каждый штырь зацеплял рычаг с пестом, поднимая его. Опускался же он под действием собственного веса.
 
Постав самой древней и простой китайской ротационной мельницы состоял из двух жерновов, представляющих собой каменные диски, из которых один лежал на другом. В центре нижнего диска (лежняк) был укреплен короткий вертикальный железный вал, а в центре верхнего диска (бегун) находилось отверстие, благодаря которому он надевался на вал. Нижний жернов был неподвижен, а верхний можно было вручную вращать вокруг вала. На соприкасающихся поверхностях обоих жерновов имелись желоба и зубцы. Через отверстие в верхнем жернове зерно засыпали в желоба. Размолотое зерно проникало сквозь промежутки в зубцах и высыпалось в сборный поддон. После последующего просеивания размола через сито получали чистую муку. У ротационных мельниц были и другие конструкции. С эпохи Хань изготовляли продольные мельницы, в которых размольный камень укреплялся вертикально и вращался в углублении. Использовались мельницы с двумя жерновами, установленными вертикально рядом друг с другом. Имелась конструкция, в которой два жернова укреплялись на противоположных концах оси, в центре которой находился дифференциальный механизм. Жернова при этом двигались в округлом желобе.
 
Помимо ручных ротационных были мельницы, приводимые в действие животными и водой. Последнюю, называемую шуй мо, изобрел Ван Жун приблизительно в 300. Она приводилась в движение горизонтальным водяным колесом, которое было жестко насажено на вертикальный вал. Нижний конец вала помещался в каменную втулку, находящуюся на дне водного протока. Его верхний конец проходил через отверстие на нижнем жернове, установленном над водяным колесом на деревянной платформе, и был жестко всажен в верхний жернов. При вращении водяного колеса вращался и верхний жернов.
 
В эпоху Цзинь также стали использоваться мельницы с вертикальным водяным колесом. Если в них жернова располагались горизонтально, то на вале водяного колеса устанавливалось зубчатое колесо. Оно сцеплялось с горизонтальным зубчатым колесом, находящимся ниже вала мельницы и прикрепленным к верхнему жернову, который был свободно насажен на ось, прикрепленную к нижнему жернову. За счет данного зубчатого механизма передавалось вращательное движение от водяного колеса к верхнему жернову.
 
Позднее был изобретен более сложный механизм водяной мельницы, в котором одно водяное колесо приводило в движение несколько жерновов одновременно. Такая мельница упомянута Ван Чжэнем в «Нун шу» («Книга о земледелии»). Ее большое водяное колесо было установлено вертикально и нижней своей частью опущено в поток воды. Вал колеса был достаточно толстым и подходящей длины. На валу на некотором расстоянии друг от друга были установлены три зубчатых колеса. Каждое из них зацеплялось своими зубьями с горизонтальным зубчатом колесом, которое было соединено с подвижным верхним жерновом, лежащим на нижнем. В свою очередь, каждое из этих трех зубчатых горизонтальных колес сцеплялось с двумя другими зубчатыми колесами, находящимися сбоку от главного вала и установленными на соответствующих верхних жерновах. Одно водяное колесо приводило в действие сразу девять жерновых поставов.
 
С IV–V вв. изготавливались так называемые «дробильные телеги» (мо чэ), т.е. передвижные мельницы для очистки риса с помощью молотков и для размола пшеницы с помощью жерновов, приводившихся в действие цепным или ременным приводом от колес телеги, на которой они устанавливались.
 
Мотыги и плуги. Ко времени династии Тан китайцы изобрели множество сельскохозяйственных орудий: различные мотыги, плуги, бороны, валки, сеялки. Позднее уже было мало нововведений, поскольку имеющиеся сельскохозяйственные орудия прекрасно подходили для практиковавшегося в Китае типа ведения хозяйства. Прочные железные мотыги, применявшиеся уже с VI в. до н.э., позволяли эффективно разрыхлять почву с сохранением ее влажности, что чрезвычайно важно на сухом и ветреном севере Китая. В I в. до н.э. стали производить улучшенный вариант мотыги («лебединая шея»), которая имела разнообразные сменные лезвия. С ее помощью можно было легко пропалывать растения, не повреждая их.
 
Треугольные каменные лемеха, служившие рабочей частью плуга, остальные части которого делались из дерева, изготавливались на территории Китая уже в IV тыс. до н.э. С XIV в. до н.э. там использовались бронзовые лемеха. В VI в. до н.э. китайцы впервые в мире стали делать железные лемеха. В III в. до н.э. начали изготовлять более совершенный вариант лемеха, состоявшего из двух соединенных в центре крыльев, которые подрезали пласт почвы и отбрасывали его от плуга.
 
В Китае применялось два типа плугов. Первый имел только лемех, а второй – еще и отвал, позволяющий переворачивать поднимаемый пласт почвы. Во II–I вв. до н.э. применялись четыре разновидности отвалов. На Западе до XI в. использовали безотвальный плуг – «скребущий землю», а первые европейские отвалы, сопоставимые по эффективности с китайскими, появились только в XVIII в.
 
В IV в. до н.э. в Китае применялся плуг, на котором стояли распорки, позволявшие регулировать наклон лемеха и, следовательно, глубину вспашки, которая должна была варьироваться в зависимости от почвы, сезона и погоды.
 
В I в. до н.э. были построены государственные литейные заводы во многих областях страны. Железо стало общедоступным, поэтому плуг могли иметь и небогатые люди.
 
Подробное описание плуга впервые приведено в книге о пахотных орудиях, озаглавленной «Лэй сы цзин» («Канон сохи и плуга») и написанной в конце эпохи Тан Лу Гуй-мэном. Рассматривается достаточно совершенный тип – «плуг из Цзяндуна» (цзяндун-ли). Он состоит из металлических лемеха и отвала, деревянных передней и задней стоек, ручки, полоза, изогнутого грядиля, приспособления для регулирования наклона лемеха и т.д. – всего 11 деталей. Лу Гуй-мэн специальными терминами обозначает лемех и отвал и дает определение их функций, согласно которому «то, что поднимает пласты почвы, называется лемехом, а то, что переворачивает их, называется отвалом». Указывает размеры каждой из деталей плуга: длина грядиля – около 2,7 м, а длина и ширина лемеха – соответственно около 40 и 30 см, общая длина плуга около 3,6 м. Судя по описаниям и рисункам плугов в энциклопедиях эпох Юань и Мин, плуги со временем стали делаться более легкими и с более коротким грядилем.
 
Китайцы иногда устанавливали парус на плуге для использования энергии ветра вместо тяглового животного.
 
Многорядная сеялка. Примитивная однорядная сеялка была известна в Месопотамии уже во II тыс. до н.э. Но в Европе сеялки не использовались до XVI в. и посев семян производился вручную, простым разбросом, что приводило к большой потере зерна и неравномерному засеванию поля, затруднявшему прополку и сбор урожая. Археологические находки китайских железных сошников от сеялок датируются II в. до н.э. Это были, вероятно, однорядные сеялки. В 85 до н.э. чиновник Чжао Го представил правительству доклад об изобретении трехрядной «сеялки-плуга», которую тянул один вол, ведомый одним человеком, и которая позволяла «засеять около 100 му [2] (6,6 га) земли за один день». По декрету императора У-ди [1] ее приказано было применять по всей стране. Однако большее распространение получили упрощенные двухрядные сеялки, одну из которых описал Ван Чжэнь в «Нун шу» (изд. в 1314). Ее основу составляют две стойки с поперечной рукояткой. На стойки внизу насаживаются небольшие железные сошники, а в середине прикрепляются оглобли и короб для семян. В коробе имеется два отверстия, которые соединены с полостями, выдолбленными в нижних частях стоек. При движении сеялки сошники делали борозды достаточной глубины, и в них из короба по полостям в стойках высыпались семена в количестве, которое регулировалось специальным деревянными клапанами, стоящими на выходе полостей. За сеялкой волочилась доска, привязанная к ней и предназначенная для разравнивания почвы.
 
Прялка. В эпоху неолита китайцы использовали для прядения простое ручное веретено – небольшой керамический или каменный диск с отверстием в центре, в который вставлялся стержень. Прядильщик должен был держать стержень в одной руке и крутить диск другой. При этом волокно вытягивалось и скручивалось. Когда скручиваемая нить достигла определенной длины, ее наматывали на стержень. Этот процесс повторялся, пока не получался необходимый моток пряжи.
 
Существенное усовершенствование ручного прядения наступило при создании прялки с приводом веретена от вращающегося колеса, которая была в 20 раз эффективнее ручного веретена. Точная дата ее появления пока не известна, а самое раннее описание найдено в словаре «Фан янь» («Местные говоры», около н.э.) Ян Сюна(53 до н.э. – 18 н.э.). Самое раннее изображение одноверетенной колесной прялки датируется эпохой Западной Хань и представляет собой рисунок на шелке, найденный в местечке Иньцюэшань в округе Линьи (пров. Шаньдун). Несколько подобных изображений найдены на восточноханьских рисунках на камне. Колесная прялка являлась достаточно популярным инструментом для производства пряжи в эпоху Хань, и, возможно, она была изобретена несколько раньше.
 
Прялки на ханьских рисунках подобны изображенной в книге «Тянь гун кай у» («Использование даров неба/природы», 1637) Сун Ин-сина. В эпоху Мин такая ручная колесная прялка использовалась не только для прядения пеньки, шелка и хлопка, но и для намотки шпульки утка в челноке. Кроме ручной в это время существовали педальная и гидравлическая прялки. Точная дата изобретения педальной прялки пока не установлена. Первое ее изображение встречается на одной из картин Гу Кай-чжи (ок. 345–406). Она имеет три веретена. В «Нун шу» («Книга о земледелии», 1314) Ван Чжэня дается описание и рисунок подобной педальной прялки для хлопка с тремя веретенами и прялки для пеньки с пятью веретенами. Ван Чжэнь описал и прялку с 32 веретенами, на которой за сутки можно было производить около 50 кг пеньковой пряжи. Она приводилась в действие педалями или водяным колесом и могла обслуживать сразу несколько крестьянских хозяйств.
 
Китайская традиция связывает ряд новшеств в прядении и ткачестве с некой ткачихой Хуан Дао-по, жившей в XIII в. Она родилась в деревне Уницзин в округе Сунцзян (пров. Цзянсу), но позже переехала в Ячжоу (теперь Ячэн) на острове Хайнань, где ей довелось познакомиться с методами изготовления хлопковых тканей женщинами народности ли. Вернувшись в 1295 на родину, Хуан Дао-по на основе этих методов реорганизовала местное текстильное дело. В частности, она разработала усовершенствованную модель педальной прялки для хлопка с тремя веретенами и стала использовать технологию отделения хлопка от семян с помощью металлической биты. Благодаря ее деятельности были повышены качество и объем производимой хлопковой пряжи, и вскоре район Сунцзян стал крупным текстильным центром. Позднее возник культ «матушки Хуан», и в ее честь на ее родине в XVIII в. была сооружена кумирня.