水风车插画-小工艺品水动风车的制作

立式风车 背景简介 立式风车是一种由风力驱动使轮轴旋转的机械,旋转的轮轴带动磨或水车,从而达到磨麦或取水灌溉的目的,它发明于宋代。南宋刘一止(1078～1161)《苫溪集》卷三:“老龙下饮骨节瘦,引水上诉声呷呀。初疑蹙踏动地轴,风轮共转相钩加。……残年我亦冀一饱,谓此鼓吹胜闻蛙。”这里,“风轮”当指风车的风轮,“钩加”应指风车与翻车之间的传动。从“残年”二字推断,这当是1140～1150年前后的事。明代,徐光启《农政全书》卷十六记,“近河南及真定诸府(在今河南、河北两省内),大作井以灌田”,“高山旷野或用风轮也”。《天工开物》卷一又记,扬郡(今江苏省扬州、泰州、江都等地)“以风帆数扇”驱动翻车,“去泽水以便栽种”。 立式风车动画模拟 立式风车的复原模型图 风车的早期记载过于简略,没有指出装置的结构形式和叶片(风帆)数。明代童冀的《水车行》对零陵(今湖南水州及广西全州一带)使用风力翻车的情景作了如下描述:“零陵水车风作轮.缘江夜响盘空云。轮盘团团径三丈,水声却在风轮上。……轮盘引水入沟去,分送高田种禾黍,盘盘自转不用人,年年只用修车轮。”对照清代的记载,可以断定,这种直径达三丈的风车为立轴式(或称立帆式)“大风车”。 原理和结构简介 清中叶,周庆云在《盐法通志》卷三十六中描述了立轴式风车的构造原理:“风车者,借风力回转以为用也。车凡高二丈余,直径二丈六尺许:上安布帆八叶,以受八风。中贯木轴,附设平行齿轮。帆动批转,激动平齿轮,与水车之竖齿轮相搏,则水车腹页周旋,引水而上。此制始于安凤官滩,用之以起水也。长芦所用风车,以坚木为干,干之端平插轮木者八。如车轮形。下亦如之。四周挂布帆八扇。下轮距地尺余,轮下密排小齿;再横设一轴,轴之两端亦排密齿与轮齿相错合,如犬牙形,其一端接于水桶,水桶亦以木制,形式方长二三丈不等,宽一尺余。下入于水,上接于轮。桶内密排逼水板,合乎相之宽狭,使使无余隙,逼水上流入池。有风即转,昼夜不息。……”又按:“一风车能使动两水车。譬如风车平齿轮居中,驭驶两水车竖齿往来相承,一车吸引外沟水。一车吸引由汪子流于各沟内未成卤之水。 晚清林昌彝《砚桂绪录》则介绍了立轴风车的装用方法:“山阴汪禹九《雨韭鑫笔记》载造风车车水之法,极为巧便,尝谓船使风篷,随河路之湾曲尚可宛转用之,若于平地作风车以转水车,可代桔槔之多费人力,亦不必如舟帆之随时转侧也。风车之篷用布蒲、竹篾者。皆可架车于平地四面有风处,风车圈各有笋。互相接续于水车,如钟表内铜圈然。其水车一如田问常用之式,置于水中亦有笋以接风车,随之而转。又风车上下另加篷两扇,斜侧向里,留篷以逼风入车更得力。惟水车置于河道内,殊碍行船,可于堤外开一水窦,通堤内开沟三五丈,引水入大池中,池中置水车,岸上置风车,随风所向转水灌田。……昔余过浙江处州,舟中曾见乡村中用此法以车水。”其中,“风车圈”系指卧置大齿轮,“笋”即齿轮的齿。另加的两扇“篷”起着导风于风轮的作用,扩大了风能利用面积。 据陈立调查,20世纪50年代初,仅渤海之滨的汉沽塞上区和塘大区就有立轴式风车约600部。民间有诗云:“大将军八面威风,小桅子随风转动,上戴帽子下立针,水旱两头任意动。” 立轴式风车采用形似八棱柱的框架结构,又称“走马灯”或大风车。立轴上部镶接8根辐杆,下部镶接8根座杆。桅杆与辐杆、座杆、旋风榄、篷子股相联,挂上风帆,即构成风轮。立轴与铁环的配合,以及针子与铁轴托(铁碗)的配合,构成两副滑动轴承。平齿轮固定在立轴下部,与一个小的竖齿轮(旱头,有17或18个齿)啮合。竖齿轮通过其方孔,装在直径约7寸的大轴上,并可在轴上左右移动,以实现齿轮的啮合与分离,起离合器的作用。大轴上装着主动链轮(水头,12个齿),驱动龙骨。 汉沽立式风车结构简图 天津塘沽风车挂帆法 阜宁风车挂帆法 1.扬绳(4根粗铁丝或木杆拉在大柱1) 2.辐杆(伞盘秤) 3.铁环(将军帽) 4.立抽(大将军。直径大于8寸,高22尺)5.旋风榄6桅杆(小桅子)7.风帆(风篷,8个) 8.座杆9针子(锥形铁轴端) 10.平齿轮(车盘,车圈,直径10尺,88个齿) 11.篷子股(支杆) 12.大柱。注:括号内为别名与规格。 风帆的构造原理与中国式船帆无异。每面帆以滕圈套在桅扦上,上端系游绳(升帆索)吊挂在辐杆的滑车上。帆的靠近立铀的一边用缆绳(帆脚索)拉系在临近的一个桅杆下部。通过收放游绳来调节帆的高低及帆的受风面积。风吹帆,推动桅杆,使立轴和平齿轮转动,驱动翻车。风压与帆的面积、升挂高度及安装角度有关。风大时,一个平齿轮可驱动两台甚至三台翻车。 在风车启动之前,调节转速的主要措施是选择风帆的升挂高度,另一办法是增减缆绳的长度,改变风帆与缆绳及风轮半径方向的夹角。根据刘仙洲所记,天津塘沽地区风车的风帆在拉紧时与风轮半径重合(上中图)。苏北阜宁风车的风帆在拉紧时与风轮半径成一初始角(上右图)。 立式风车最为巧妙之处在于风车运转过程中风帆的方向自动调节(如图)。风帆为船帆式。帆并非安装于轮轴径向位置,而是安装在轴架周围的八根柱杆上。帆又是偏装,即帆布在杆的一边较窄,在另一边较宽,并用绳索拉紧。如图,当风作用于A时,帆为顺风,帆与风向垂直 (受力最大)并被绳拉紧;转到位置C时,帆被吹向外,帆面与风向平行;至E处再恢复迎风位置。利用绳索的松紧和帆的偏装,它可以利用戗风或逆风,如同在船帆中一样。这种装置方式使帆可以自由随风摆动,而不产生特别的阻力,帆在外周转动的有效风力作用范围,超出180度。如在位置G,开始转入顺风,帆还可以利用部分风力少量作业。这种船帆式风车的特色,为中国所独有。 风帆及其受力转动示意图 20世纪五六十年代中国还有很多立式风车、出于它体积庞大,占地面积较多、20世纪80年代中期已被电动或内燃机水泵替代。 知识点 1、立式风车是一种由风力作为原动力,来驱动轮轴旋转的机械。 2、立式风车是采用风力作为原动力,是绿色能源,环保能源。 3、立式风车最为巧妙之处在于风车运转过程中风帆的方向自动调节。 4、立式风车主要结构由平齿轮、立轴和风帆等组成的回转运动。 5、以实现齿轮的啮合与分离,起离合器的作用。

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一、工具:

正方形折纸一张,剪刀,胶水,木棍,钉子

二、方法步骤:

首先我们裁好一张正方形的折纸,颜色随意。

如图所示,沿虚线对折一下,沿另外一个对角再对折一下

沿折痕,将四个对角剪开2/3左右。

交错向中心折,超出中点1CM,但不要折,如图,要留有弧度。

四个角折回来之后,用胶水粘好,风车完成。

一、 风车的样式结构和主要材料 (一) 风车的样式和结构 论其风车的样式,有这么几种。一种是单杆的,只有主架,成对的风轮都装在主架上。上面的风轮可多可少。为了美观、好看,还有加有附架的,增加的附架数量,同样可多可少,但要考虑主架的承重。附架加的多,风轮就加的多。这可以根据需要设计。 风车的结构主要有以下几个部分组成: 1、主架部分 2、耳框部分3、附 架部分 4、风轮部分5、泥鼓部分 (二) 风车的主要材料 高粱秆、塑料杆、塑料纸、鼓圈、轮轴、风轮。 二、 风车各部分的加工 (一)主干部分的加工 1、 选材 准备好高粱秆,当然越多越好,从中选出粗一些、直一些的作为主干。将高粱秆根部损坏的部分和捏起来发软的部分截掉。选取的数量与制作的风车数量而定。 主架的长短,依制作的的风车大小而定,如本款风车主架总长120厘米左右。它是怎么计算出来的呢?如一个耳框长度8厘米,耳框间隔12厘米,手柄留30―50 厘米,我们作5个耳框,以此类推,风车的长度就被确定了。如果做得数量大,还可做出简易磨具,提高效率。从主架的承重上看,考虑高粱秆的结实程度,一般附 架不宜过多。截好长度后,接下来进行下一步烘烤矫直。 2、 烘烤矫直 烘烤主干时,火不宜太旺,容易烤糊。但也不要太弱,最好以小火苗为宜。烘烤时,要将凸起朝下,不断转动,避免烤糊。感觉发软,稍微发烫时,便可像这样矫直。最后目测一下。不要有明显的弯曲即可。否则制成风车,重心偏移,风轮不爱转也不响。 3、 穿孔 主干烘烤之后,按一个8厘米,一个12厘米的间隔顺序穿孔,上面介绍过8厘米是耳框的长,12厘米是耳框的间隔。之后反过来,拿锥子在孔的另一侧,通顺一下备用。之后准备6厘米长的牙签,中间撅断后,穿入主架的孔中,尖锐的一端在外面。接着加工耳框部分。 (二)加工耳框 1、 料材加工 耳框的制作材料,应选取高粱秆上端较细的部分,截取耳框的用材,每18厘米为一段,截好后,在每段的两端5厘米处,各挖一个V型凹槽。之后用温水浸泡。 2、 温水浸泡 用不低于50度的水浸泡10分钟左右,目的是使它柔软,可以使材料折而不断。先由一端从V形槽处向下折,戳入牙签中,之后另一端下折戳入。将所有的耳框完成后,同样进行目测。保证在一条直线上。之后逐个用皮筋加固。 3、 烫孔 接下来就要在耳框和主架之间烫孔,目的是放入轮轴。把直径3--4毫米的铁钎子加热之后直到烧红,在耳框一端3厘米处烫孔,两根杆都要穿透。要注意:一是动作要快。二是要从秆的中心点垂直穿入。三是要按顺序进行。 上面说的轮轴经过加工,其作用是即可作轮的轴,又可能传导风轮的力给鼓锤。 4、 做轮轴 风轮的轴,它中间粘着驱动鼓槌的挡板,在风力的作用下,可连续敲击鼓面,发出声音来。下面我们说说它的加工,选长10厘米,直径3毫米的竹签备用,要求圆柱形、光滑,两头尖。在其中间部分,对粘两张纸片,纸张的尺寸是长3厘米,宽2厘米。纸质要厚实些,像结实一些的挂历纸。加工完成之后,穿入烫通的孔中备用。下面说说附架的加工。 (三) 加工附架 首先是选材,选高粱秆的中间靠上的部位,特点是:细、直、软,附架的作用就是在风车上增加风轮,使风车变大,更气派、更好看。至于做的多大,一定要以实际需要而定,二是看风车的结实程度。本例介绍的风车,做了三个附架,附架要作成等腰三角形,比较美观、结实。 附架的总长125厘米,其等腰三角形的两个边长40厘米,另外一个边45厘米。我们就在其两端的40厘米处,挖一个V形槽,围成等腰三角形,这样附架就做成了。下面介绍泥鼓部分的制作。 (四) 泥鼓的制作 1、 鼓圈的制作 用粘性土加温水和泥,水温30―40度即可,一般每2公斤土加入半公斤温水,反复搅拌。和好后,揉成这样的泥团,晾上一个小时即可。之后,用这样的磨具成型。磨具的特点是有一个中心柱,外加3层套管,套管越多,可作多种尺寸的鼓圈,鼓圈的大小以设计而定。我们这里制作一个3厘米直径的鼓圈。操作时,调好口径,其模具对准泥团的中央,用力压下,边缘抹平后,即可脱模。之后用2厘米长的小钉,扎入泥圈的中心部位,晾干后备用。 2、 做鼓面 泥鼓是风车发出响声的部位。我们按直径3厘米剪一个圆纸片,纸的选材同样是挂历纸,或者旧画报均可。剪完之后最好粘上蜡油,可以将蜡块化开,用镊子夹着纸片粘蜡油,一是鼓面更结实,二是声音更响亮。晾干后粘在鼓面上即可。 3、 鼓锤的制作 选这样的塑料管,剪成5厘米长备用。下面介绍风轮的制作。 (五)风轮的制作 风轮是风车最出彩儿的部分了,它不但好看,风吹轮动,给纸鼓的鼓锤提供了动力,可连续敲击鼓面,发出嘎嘎嘎的响声。风轮的大小其实也不是固定的,依个人的设计而定。只要结实、美观即可。咱们先说说作轮吧。 1、 做圈 我们选这样的塑料管,长40厘米,围成直径约13厘米的圈,接口的一端插入另一端口即可。 2、 做纸轮 选这样的塑料纸,其特点是:花色多,质地结实,重量轻。一般在市场上可以买到。 这里我们做一个16条的风轮,取一段长50公分的塑料纸,对折,对折、再对折,用刀子将对折两侧的每一层依次裁开,在相邻的一侧折一个2厘米的印,之后,转90度对折,再对折,之后用夹子夹住,用剪刀依次剪成2厘米宽的条。注意要留出2厘米的距离,不可剪断。用6厘米长的塑料管,夹在其条的中间对折,用线缠上数圈,扎紧。之后在做好的圈上抹胶。分16等份,胶水使用快干胶即可。 晾干后将剪好的塑料条粘上,注意要按同一方向进行。使纸条的顺序方向一致。这样可以避免风轮有的转有的不转。这样风车的各部分制作完成。下面我们进行风车的组装。 四、 组装风车 在风车各个部分做好之后,就可以组装了。将泥鼓钉在主架上,将小鼓锤插入卷好的皮筋上。将副架分别钉在主架上,要求两侧与主架的对称,相交的地方用小钉钉住,并用皮筋捆扎结实,副架的间隔为30厘米。两个边各安装一个泥鼓,安装的方法与主干的基本相同。将风轮分别对称安装在轮轴上。并要保证轮条的方向一致。使进风同一方向。这样就会避免风轮有的转有的不转。做好之后可稍作调整。