立帆式大风车的复原分析.ppt

立帆式大風車的復原分析,研究生:林彣峯 日期:102年5月15日,Reconstruction Analysis of Vertical Shaft Type Windmill,內容大綱,研究動機 文獻回顧 研究目的 立帆式風力龍骨水車機構分析與灌溉能力分析 結論,研究動機,大風車相關的技術資料，在古籍史料中未有明確的紀載，其內部詳細的構造無法得知。 大風車已復原故對其進行復原分析，完整記錄與分析大風車工藝的技術與原理並保存即將消失之大風車的工藝技術。,文獻回顧（史料記述）,劉一止（南宋），苕溪集，卷三，臺灣商務印書館，1983，台北。（最早紀載大風車的文獻） 童冀（明代），水車行，上絅齋集（收入文津閣四庫全書），卷三，北京商務印書館，2005。 周慶雲（清），鹽法通志，卷三十六，轉引自中國科技史資料選編農業機械。,根據已經掌握的文獻，風力翻車的記載始于南宋劉一止（1078-1161年）苕溪集卷三：水車村田高仰對低窊，咫尺溪流有等差我欲浸灌均兩涯，天公不遣雷掩車。老龍下飲骨節瘦，引水上泝聲呷呀初疑蹙踏動地軸，風輪共轉相鉤加。嗟我婦子腳不停，日走百里不離家。綠芒刺水秧初芽，雪浪翻壠何時花？農家作勞無別想，兩耳未厭長嘔啞。殘年我亦冀一飽，謂此鼓吹勝聞蛙。 明代童冀的水車行對零陵使用風力翻車的情景做了如下描述：“零陵水車風作輪，緣江夜響盤空雲。輪盤團團徑三丈，水聲卻在風輪上。輪盤引水入溝去，分送高田種和黍。盤盤自轉不用人，年年秖用修車輪。” 對照清代的記載，我們可以斷定，這種直徑達三丈的風車為立軸式風車，又名立帆式風車，或走馬燈，或大風車。 清中葉，周慶雲在鹽法通志卷三十六裏記述了立軸式風車的構造原理：“風車者，借風力回轉以為用也。車凡高二丈餘，直徑二丈六尺許。上安布帆八葉，以受八風。中貫木軸，附設平行齒輪。帆動軸轉，激動平齒輪，與水車之豎齒輪相搏，則水車腹頁周轉，引水而上。此制始于安鳳官灘，用之起水也。 長蘆所用風車，以豎木為幹，幹之端平插輪木者八，如車輪形。下亦如之。四周掛布帆八扇。下輪距地尺餘，輪下密排小齒。再橫設一軸，軸之兩端亦密排齒與齒輪相錯合，如犬牙形。其一端接於水桶，水桶亦以木制，形式方長二三丈不等，寬一尺餘。下入于水，上接於輪。桶內密排逼水板，合乎桶之寬狹，使無餘隙，逼水上流入池。有風即轉，晝夜不息。,研究目的,立帆式大風車的復原分析，主要研究分析項目如下： 機構分析： 將立軸式風力龍骨水車分為動力、傳動、工作等三大系統進行其構造與工作原理的分析。 灌溉分析： 主要針對工作系統龍骨水車的灌溉效率進行分析，根據蘇北水稻的生長期距，約略估算出一畝田一天所需水量，而龍骨水車需工作多久才能完成灌溉。 。,傳動系統包含齒輪機構（車輞、旱撥）、跨軸、以及鏈條傳動機構（水撥、龍骨、杌掇子）。 鏈條傳動機構是水撥（主動鏈輪）、龍骨（鏈條）、杌掇子（從動鏈輪）所組成。,立帆式風力龍骨水車機構分析,以蘇北鹽城市射陽縣（城南首）水稻各生育期耗水量為例。 其中，以分蘗期和拔節孕穗期的平均每日耗水量較大， 約1522mm/日。 江蘇省鹽城市響水縣為了建造濱海風力發電廠，因此於2004年10月在江蘇省鹽城市響水縣建立了兩個風速站，一個是海邊的風速站，風速站皆離地10m。 蘇北鹽城市之內陸地區年平均風速約為2.7m/s，而濱海地區年平均風速約5.3m/s左右。 鹽城市響水縣海邊與縣站兩地一整年24小時各時的平均風速值。由可知內陸地區白天的風速較大，從7、8點鐘風速就開始增大，中午最大，下午6、7點便逐漸變弱，在9時至17時間之9個小時平均風速約為3.5m/s，相當於3級風。,根據本研究復原的立軸式風力龍骨車於2006年7月在射陽縣海河鎮的運轉測試情況（七月份-由下表知平均風速為2.5 m/s），測得轉速約在34轉/分間(新車運轉磨合期較費力)，若以牛帶動則測得每分鐘大約3.33轉。 根據柳堡的故事影片內之許多風力龍骨水車運轉的畫面，算得轉速在35轉/分間（由影片場景推估風速應不到3級風）。 水稻在拔節孕穗期的最大平均每日耗水量22mm/日做為水車灌溉需求量，因此生育期在七月。 平均風速為2.5 m/s，則取大風車轉速為每分鐘3轉，一天24小時可灌溉66畝水田。,結論,將以復原之立帆式大風車進行完整的復原分析：機構分析、灌溉分析。 針對1