上古时代的运输,全靠手提、肩扛、背负、撬引完成。后来又以马牛驮运。随着生产发展、社会进步,产品交易不断增多,产生了对运输工具的需求,创造出滚木、轮与轴,最后出现了陆地运输车辆。原始的车轮没有车辐,这种车轮在汉、唐时代著作中称之为“辁”。夏代前后出现了无辐条的辁和有辐条的车轮。由辁到轮,车辆的行走部件发生了一次大变革,为殷代造车奠定了基础。商代,我国已经能制造相当高级的两轮车,且车轮有辐条,结构精致华美;周代采用了油脂作为轴承的润滑材料;春秋战国时期出现了高架车辆、巢车等新型车辆。1980年出土的秦始皇陵铜车马,代表了当时车辆制造的最高工艺水平。汉代车辆种类很多,轺车是东汉时通用的交通工具,汉代马车上用的是先进的胸带式系驾法,当时欧洲采用的多是效率较低的颈带式系驾,而采用胸带式系驾法要晚于中国6个多世纪。汉朝以后出现了采用齿轮传动的指南车和记里鼓车,汉魏时期盛行独轮车,晋朝盛行牛车。
西周马车 这辆复原的车为独辕,一衡,四轭;轮大,车箱小,采用“轭式系驾法”,使四匹马曳引,可达到很高的速度。
铜轺车 东汉时轺车已是通用的交通工具,甘肃武威擂台汉墓出土。
晋朝牛车 双轮双直辕,仅有9个轮辐,辕在轮轴之上较高处,车体较小。山西太原北齐墓出土。
秦始皇陵铜车马
秦始皇陵铜车马,公元前2世纪秦代制造,1980年出土于西安秦始皇陵墓西侧。
大型彩绘铜车马共两乘,一号铜车马是战车,二号铜车马是安车。车、马驭手均为铸造成型,鞍上有金银错纹饰,均按1:2的比例制造,造型完全与真实车马相同,制作精良,外形美观,神情生动。它的制作体现了2200年前中国古代劳动人民精湛的铸造、金属加工和高水平的组装技术,是中国机械史的瑰宝,被誉为世界奇观之一,影响巨大。
铜马车制造工艺复杂,技术水平高,反映了秦代高度发达的车辆配置。更展示了精湛的铸造工艺、金属加工工艺和连接组装工艺。如热加工工艺方面,车辆篷盖的铸造,一号车的车篷面积很大,长178cm、宽129.5cm,但厚不足4mm,而且是拱形,形状复杂,其铸造极为困难,但成功地解决了这一难题,说明当时铸造水平之高。冷加工工艺,应用了钻、凿、锉、磨、雕刻等加工方法,做工精致。组装工艺,铜车马很复杂,仅二号车马就有3462个零部件(包括金银制零件1720件),采用了铸接、焊接、嵌接、插接、铆接、销接、活绞页连接及过盈配合等多种工艺,展示了很高的工艺技巧。
它的制作过程的标准化,反映在设计、取材、工艺各个方面的要求都极为严格。秦陵铜马车出土的零件误差都很小。主要零件都经过精铸、连接、修补、打磨、抛光大致相同的工艺过程,保证零件尺寸误差及表面粗糙度都很小。估计当时对零件的质量有明确要求,具备一定的工艺装备和生产技术及检验制度,保证了机械设计标准化的实施。铜车马设计的标准化也体现在所用材料上。铜、锡、铅等主要材料的成分配比都符合《考工记》中有关要求;有关零件均按不同要求选择适当材料配比。
秦始皇陵铜车马,其结构设计合理、制作工艺精良、质量管理严格,是科技史上震惊世界的杰出成果。
指南车和记里鼓车
指南车的结构有两种可能,利用机械系统之定向性或磁铁的指极性。其出现时间有多种说法:西晋崔豹《古今注》及《志林》等古籍说,黄帝与蚩尤作战,选指南车为雾中士兵引路;《西京杂记》认定指南车最早出现在西汉;《魏略》认为指南车是三国时马钧的发明。长时期以来传说指南车是黄帝时期的发明,但现今研究认为中国磁铁的发现时间为公元前3世纪,与五千多年前黄帝发明指南乍,时间上有很大矛盾。现今的指南车(包括宋代的指南车)是齿轮传动并配有自动离合装置,依靠齿轮传动系统及离合装置来指向,此种指南车出现应在齿轮出现之后。西汉时出现了金属齿轮,而木齿轮的使用当更早些。因此,最早西汉时出现指南车比较可信。指南车起源很早,古代多次复制,但均未留下资料,直到宋代才有完整的资料。
西汉时出现记里鼓车。车中装有减速齿轮系统和凸轮杠杆等机械设置的古代车辆。利用车轮的传动,带动齿轮传动,变换为凸轮杠杆作用,使木人抬手击鼓,每行走一里击鼓一次,自报里程,与现代车辆上的里程表相似。
指南车与记里鼓车是姐妹车,它们同为皇帝出行时的仪仗车。指南车以简单的结构,就能使木人的手臂始终指向南方,关键在于传动机构或连或断的设计;记里鼓车有一套减速齿轮系,始终与车辆同步转动,再经过传动机械,令木人击鼓以计所行里程。我国古代的指南车及记里鼓车是古代巧妙的自动化机械系统,构思灵巧,构造相当复杂,它体现了我国机械制造的高度水平,是我国古代机械制造技术的杰出代表。
木牛流马——古代的独轮车
根据《三国志·蒲元别传》的记载,诸葛亮率蜀汉军队伐魏时,为运军粮,由蒲元创出适用山地小道的木牛流马。关于这种运输工具的构造,后人说法大致有四:一是认为木牛流马是独轮车;二是认为是奇异发明,是“机器人”;三是认为木牛是独轮车,流马时四轮车;四是不明确木牛流马是什么。
现在经过考证研究,较多的学者认为是一种木制的独轮车。有适合于山地小道行走条件的结构设计特点,如车斗物料的装载使全车重心低;推送的结构方便省力;便于山地的刹车。独轮车盛行于汉魏时期,在当时是一种既经济又应用广泛的交通工具,在交通运输史上是一项十分重要的发明。