马钧字德衡,三国曹魏时扶风(今陕西兴平东南)人。他一生刻苦好学,对于机械制造有着特别浓厚的兴趣,专心致志地埋头钻研,终于成为一代卓越的机械发明家。他一生的创造发明很多,其中著名的有如下几种:
改进织机。我国很早就利用织机织造提花织物。大约从春秋战国到秦汉,逐步形成出一种多综多蹑的脚踏织机。“综”是控制经线的机件,可使织机上的经线一开一合,上下运动,以便穿梭;“蹑”是踏具。汉宣帝时(公元前73一前48年),织机的综、蹑数各达120个,东汉时则降为各50或60个。这么多的综、蹑,操作非常复杂,生产效率很低。为了简化操作,提高生产率,马钧对织机作了重大的改进。他把蹑数大幅度减少,制成了12蹑、50综和12蹑、60综的织机。这不但使操作大大简化,生产率提高,而且由于工艺要求降低,提高了织机的性能,织出的织物的花纹图案更加精美。
制造指南车。指南车是中国古代的一项重大机械发明。传说在上古时期有两个部落,一个姓姜,首领是神农氏炎帝;一个姓姬,首领是黄帝。另又有一个九黎部落,首领叫蚩尤,常侵袭姜姓和姬姓部落。在一次蚩尤与神农的战斗中,神农因迷失方向而战败。于是神农向黄帝求援,黄帝便造了指南车,与神农共同抵御蚩尤。因有指南车指引方向,终于大败九黎部落,生擒蚩尤。还有一个传说,说周公时,居住在东南亚的越裳氏派使者晋见周成王,归国时周公为了让使者不致迷路,便造了一辆指南车送给他们。
传说当然不能代替史实,指南车什么时候由什么人发明?现还无法知道。一次马钧在朝会上听到有人议论指南车只是史书的虚构,根本就不存在。他不同意这种看法,认为古时曾有过指南车,只是已经失传了,只要肯研究,把指南车重新制造出来并不难。认为没有指南车的人便讥笑他,说:“先生名钧,字德衡。钧是器物的模型,衡是用来确定物品轻重的。难道没有轻重的标准就可以作模型吗?”马钧不善辞令,没有反唇相讥,只是说:“仅用语言争论没什么用处,不如做做试验才能有个结果。”于是,马钧研制成指南车。这是一种由车子和一个木人构成的指向机械,车中装有可自动离合的齿轮传动装置,并与木人相连,木人有一只手指向前方。不管车辆朝什么方向行走,在自动离合齿轮装置的作用下,木人的手都指向南方。
图9 指南车复原图
创制龙骨水车。马钧居住在魏都洛阳,一次他看到有一片地,可以辟作园圃,但因地势较高,灌溉困难,他便制造了一种新式的引水工具翻车(即龙骨水车),“灌水自覆,更入更出”,可连续提水,“其巧百倍于常”(《三国志·方技传·马钧传》),运转轻便省力,儿童都可操作,效率比其他提水工具高得多。
制造水转百戏。当时有人送魏明帝一种木制玩具,上面有各种戏剧的人物和禽兽造型,形态优美,制作精致,但却是固定不动的。魏明帝便令马钧进行改造。马钧用木头做了一个大轮,以水为动力推动轮运转,再利用齿轮装置与戏中的人物、禽兽相连,使其活动,成为“变化万端”的水转百戏。
图10 汉代画像石上的记里鼓车
此外,马钧还改进过连弩(一种可以连续发射的弩弓)和发石车(一种发射石块的武器)。
马钧的这些创造发明,即使是用现代的眼光来看也是了不起的,何况是在1700多年前。当时有人用“巧思绝世”来评价他,可说是再确切不过了。
在中国古代,与指南车并称的另一种机械发明是记里鼓车。它发明于汉代,这是一种利用减速齿轮系统,带动车上木人而报告车行里程的机械。每当车行一里或10里时,木人就会击鼓,由击鼓的次数就可以了解已行走了多少路程。它与指南车一起,体现了我国古代机械技术的辉煌成就。