脫粒和軟蒲的直棱碌碡

尤 明 慶¹⁾

（河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454010）

摘？ 要：碌碡在江蘇興化專指側面開有直槽的圓柱形石磙，用于稻麥的脫粒和蒲葉的碾壓。石槽開鑿極大地增加了碌碡制作時間，但能夠提高摜把、碾場的脫粒效率，減小軟蒲時的滾動阻力，而棱條尺度與土基的強度協(xié)調。
關鍵詞：碌碡，直棱，脫粒，軟蒲，滾動阻力
中圖分類號： O313.3 文獻標識碼：A

 

A stone-roller with straight grooves for grain threshing and papyrus softening

 

YOU Mingqing

(School of Energy Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, 454010, China)

Key words: Liuzhou, groove in stone-roller, grain threshing, papyrus softening, rolling resistance

本文于 2013-05-16 收到
1)？？ 尤明慶，男，1964年生，教授，從事巖石力學領域的教學研究工作。youmq@hpu.edu.cn
依文獻[1]所述，碌碡(Li zh u)，本名磟碡，原名陸軸，是用于壓實、破碎、脫粒的多種農具的統(tǒng)稱，發(fā)明于西漢，三國、兩晉以后得到推廣應用；其主要部件為石質或木質的輥子，具有圓柱、圓臺、鼓形、齒條等多種形狀，尺度差異較大。不過，筆者故鄉(xiāng)江蘇興化為水網地區(qū)，石制用物較少，因而均有專名；其中碌碡（讀為入聲的Luzhou）單指特殊的一種石磙（圖1），用于脫粒和軟蒲；直徑50 cm、長75 cm左右，側面有深約3 cm的直槽，槽寬和間距相當，約為4 cm。

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碌碡側面開鑿石槽極大地增加了制作時間，必然有相應的功效。不揣淺陋，試作如下解讀。
1？ 脫粒
在機械化年代之前，碾場是先進的脫粒方式：以牛拖拉碌碡在平鋪的稻稈或麥稈上滾動。碌碡兩端鑿孔固定軸栓，軸栓再連拉架。這與碾子的結構完全相同，不再細述。此外，碌碡兩端都是略微向外凸起，便于轉彎時拉架偏斜施載。如果場地較小，碌碡可以做成兩端略有差異，即錐度較小的圓臺體，便于繞圓周碾壓。不過，筆者所見生產隊的碾場（約在1974年），場地較大，都是直線碾壓，到邊轉彎，而碌碡是直圓柱形式。
碾場時鋪設禾稈較厚，壓實后也在半尺以上，碌碡滾過時沉降顯著，也就有多個棱條同時接觸禾稈，因而接觸力在一次滾動過程中會成間斷式變化，且局部有明顯的差別。這就對禾稈產生多次牽扯，獲得較好的脫粒效果。碌碡開槽增加了與禾稈之間的接觸面積，也增加了兩者之間的水平作用力，即有效工作阻力。拖拉碌碡需要很大的水平載荷，該載荷將轉換為禾稈之間的剪切作用力。禾稈、谷物之間的接觸狀態(tài)不同，就會引起相對滑移，使得谷物與禾稈脫離。牛拉碌碡碾過之后，就用丫杈翻轉禾稈輔助脫粒，且使再次碾壓禾稈時仍能產生壓縮變形和水平滑移。當然，對邊角沒有充分碾壓的禾稈，還得輔以打連枷^[2]才能完成脫粒。
禾稈之間不僅可以發(fā)生差異沉降，還會產生水平滑移，因而碌碡并不是純滾動，脫粒是碾、壓共同作用的結果。假若將平板擱置在禾稈上，其上施加載荷，除邊緣之處，平板下方的谷物并不會從禾稈上全部脫落，這與載荷的大小關系不大。據此也可以理解碌碡開槽對脫粒的效用。
農民自留地的水稻數(shù)量較少，有時也采用摜把脫粒：雙手握住稻稈底端，平放在碌碡上，略作整理；然后拉回、側身、舉起、轉身，摔向碌碡；經過三次左右的摜摔，調整禾稈在手中的位置，再摜摔兩三次，稻子就會與禾稈全部分離。顯然，快速向下運動的部分稻粒和禾稈受到碌碡棱條的阻礙而停止運動，部分尚有向前運動的空間；運動的差異會產生拉力和拉伸變形，使得稻粒與禾稈分離。毫無疑問，稻粒的慣性力是關鍵性因素。如果只是將稻穗摔向平板，脫粒效果顯然會較差。碌碡側面開槽提高了脫粒效率，充分體現(xiàn)虛實相依、有無共存、動靜互濟的哲學思辨。
與稻草不同，麥稈為中空的管狀結構，抗彎強度較高，但成熟之后因水分失去而變脆，容易折斷，不能以摔把方式脫粒，只能以碾場或打連枷的方式脫粒。又，自古就有“拾麥穗”的作業(yè)，如白居易《觀刈麥》中稱“更有貧婦人，抱子在其旁。右手秉遺穗，左臂懸敝筐。聽其相顧言，聞者為悲傷。家田輸稅盡，拾此充饑腸。今我何功德，曾不事農桑。吏祿三百石，歲晏有馀糧。念此私自愧，盡日不能忘”。
2？ 軟蒲
蒲草為多年生草本植物，生于湖沼；葉長而細，可達兩米以上；購回之后，先將其平鋪在地上曬干，以便長期保存；然后將葉從稈上逐片剝下，理直分類；再用水濕潤后以碌碡滾壓，俗稱軟蒲，即可用于農婦田間勞作之余的編席、做包和制扇。這些都是30多年前的日用之物，售給供銷合作社可得少許錢財，置換食鹽、肥皂、火柴以及過節(jié)之糖煙酒等物。所購之物多是計劃供應。
蒲葉脈管眾多，干燥脫水之后可見明顯的孔隙；而碾壓以及拉伸（后述）可排除空氣使纖維緊密接觸而增加粘結力；也使蒲葉變薄，彎曲時外側變形減小，柔軟平順。又，蒲草應在枯萎之前即“有勁兒”時采割，以免強度喪失；蒲葉曬干之前不能碾壓，否則細胞里水分被擠出，結構遭到破壞，降低強度，損壞品相；而碾壓時又需以水濕潤。水對植物纖維的強度、變形影響顯著。
碾壓蒲葉使用碌碡，碌碡很重，不過70歲的農村奶奶竟也能操控自如。軟蒲是個技術活兒。碌碡上開有直槽，人能夠穩(wěn)定站立，扶持、牽拉拴于房梁之長繩，便能使碌碡向前滾動，其間將雙腳輪換向后上方移動以保持平衡，而將腳立于碌碡后側即可停止。這與“獅子盤球^[3]”類似。因房間空間所限，碌碡只是在兩三米范圍內往復運動，滾動速度也就較低。
圖1所示碌碡已閑置于巷頭，兩端沒有軸孔，想來是用于當年的軟蒲。直徑 50 cm，長 75 cm，質量約350kg（已扣除棱槽處巖石）；人質量為 50 kg，滾動阻力系數(shù)以棱條寬度的一半即2 cm計算，則維持碌碡向前滾動需要將人體重心置于頂點前 14 cm 處。這大致要求雙腳輪換從圓心角30o移至 75o（從水平線向上計量），相當于緩慢地逐級登踏10 cm左右的臺階。軟蒲比踏車提水要輕松許多。若碌碡直徑45 cm，質量約290kg，驅動更為容易；不過，碌碡直徑進一步減小，人不易站立其上；碌碡質量過小，穩(wěn)定性降低，驅動反而困難。
若滾動阻力系數(shù)達到3 cm，則難以完全利用人體自重驅動碌碡，因而碌碡上棱條不能過寬。另一方面，軟蒲在剛度較低的土面上進行，棱條也不能過窄，以免增大對地面的應力而破壞。以前述參數(shù)計算，寬4 cm的單一棱條支承碌碡時，平均接觸應力為133 kPa（含軟蒲者的重力），已經達到或超過土基的極限承載能力^[4]，碌碡滾動形成的動態(tài)載荷使地面逐步變形而呈波浪狀。蒲葉在碾壓過程中受到凸出土基的抻拉，且對其產生壓力。該壓力有利于維持地面的最終穩(wěn)定。此外，軟蒲過程中蒲葉位置需作數(shù)次調整，使得各處變形均勻。
假如碌碡是圓柱面，其接觸地面的寬度大于4 cm，即超過一個棱條寬度。棱條支承可減小滾動阻力。碌碡停止時應為兩個棱條支承，土的變形會使支承應力趨于均勻，即58 kPa。該值與粘土強度相當或略小^[4]。如果棱條寬度減小，碌碡將會因粘土流變而陷入地中。
3？ 結語
碌碡開槽費棄了部分材料，增加了制作時間，但工作性能顯著改善。碾場時碌碡對禾稈作用非均勻的壓縮載荷并增大水平作用力，引起禾稈、谷物之間的相對位移，提高脫粒效率；摜把時碌碡棱條和直槽使得快速向下運動的稻粒和禾稈產生運動差異，因慣性力而引起拉力使得稻粒與禾稈分離。軟蒲碌碡的大小及棱條尺度，不僅滿足操控所需，減小滾動阻力，且與土基的強度協(xié)調。
人類為了更好地生活，發(fā)明了眾多器物。中國古代一直缺少科學意義上的力學分析和機械設計，能工巧匠只是依賴師徒相授的規(guī)制以及經驗、類推、比擬來工作；而社會實踐在流淌的時間中擇善而存。存在的總是合理，傳承的都已優(yōu)化。不過，以“拆（農家）院上樓”為標志的新農村建設以及工業(yè)經濟的展開，農業(yè)正在急劇演變，傳統(tǒng)農具也在快速消亡，正如生物滅絕一樣。

參考文獻
1？？ 周？ 昕. 中國農具通史. 山東科學技術出版社，2010. 439-449.
2？？ 周？ 靖. “一夜連枷響到明”打連枷的力學. 力學與實踐, 2012, 34(6)：91-95
3？？ 尤明慶. 關于獅子盤球力學原理的注記. 大學物理，2010, 29(6)：12-14.
4？？ 陳希哲. 土力學地基基礎 (第4版). 清華大學出版社，2004.