脫粒和軟蒲的直棱碌碡

尤 明 慶¹⁾

（河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454010）

摘？ 要：碌碡在江蘇興化專指?jìng)?cè)面開(kāi)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(kāi)鑿極大地增加了碌碡制作時(shí)間，但能夠提高摜把、碾場(chǎng)的脫粒效率，減小軟蒲時(shí)的滾動(dòng)阻力，而棱條尺度與土基的強(qiáng)度協(xié)調(diào)。
關(guān)鍵詞：碌碡，直棱，脫粒，軟蒲，滾動(dòng)阻力
中圖分類號(hào)： O313.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(xué)領(lǐng)域的教學(xué)研究工作。youmq@hpu.edu.cn
依文獻(xiàn)[1]所述，碌碡(Li zh u)，本名磟碡，原名陸軸，是用于壓實(shí)、破碎、脫粒的多種農(nóng)具的統(tǒng)稱，發(fā)明于西漢，三國(guó)、兩晉以后得到推廣應(yīng)用；其主要部件為石質(zhì)或木質(zhì)的輥?zhàn)?，具有圓柱、圓臺(tái)、鼓形、齒條等多種形狀，尺度差異較大。不過(guò)，筆者故鄉(xiāng)江蘇興化為水網(wǎng)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(zhǎng)75 cm左右，側(cè)面有深約3 cm的直槽，槽寬和間距相當(dāng)，約為4 cm。

？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？圖1

碌碡側(cè)面開(kāi)鑿石槽極大地增加了制作時(shí)間，必然有相應(yīng)的功效。不揣淺陋，試作如下解讀。
1？ 脫粒
在機(jī)械化年代之前，碾場(chǎng)是先進(jìn)的脫粒方式：以牛拖拉碌碡在平鋪的稻稈或麥稈上滾動(dòng)。碌碡兩端鑿孔固定軸栓，軸栓再連拉架。這與碾子的結(jié)構(gòu)完全相同，不再細(xì)述。此外，碌碡兩端都是略微向外凸起，便于轉(zhuǎn)彎時(shí)拉架偏斜施載。如果場(chǎng)地較小，碌碡可以做成兩端略有差異，即錐度較小的圓臺(tái)體，便于繞圓周碾壓。不過(guò)，筆者所見(jiàn)生產(chǎn)隊(duì)的碾場(chǎng)（約在1974年），場(chǎng)地較大，都是直線碾壓，到邊轉(zhuǎn)彎，而碌碡是直圓柱形式。
碾場(chǎng)時(shí)鋪設(shè)禾稈較厚，壓實(shí)后也在半尺以上，碌碡滾過(guò)時(shí)沉降顯著，也就有多個(gè)棱條同時(shí)接觸禾稈，因而接觸力在一次滾動(dòng)過(guò)程中會(huì)成間斷式變化，且局部有明顯的差別。這就對(duì)禾稈產(chǎn)生多次牽扯，獲得較好的脫粒效果。碌碡開(kāi)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(zhuǎn)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(huì)引起相對(duì)滑移，使得谷物與禾稈脫離。牛拉碌碡碾過(guò)之后，就用丫杈翻轉(zhuǎn)禾稈輔助脫粒，且使再次碾壓禾稈時(shí)仍能產(chǎn)生壓縮變形和水平滑移。當(dāng)然，對(duì)邊角沒(méi)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(huì)產(chǎn)生水平滑移，因而碌碡并不是純滾動(dòng)，脫粒是碾、壓共同作用的結(jié)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(huì)從禾稈上全部脫落，這與載荷的大小關(guān)系不大。據(jù)此也可以理解碌碡開(kāi)槽對(duì)脫粒的效用。
農(nóng)民自留地的水稻數(shù)量較少，有時(shí)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(cè)身、舉起、轉(zhuǎn)身，摔向碌碡；經(jīng)過(guò)三次左右的摜摔，調(diào)整禾稈在手中的位置，再摜摔兩三次，稻子就會(huì)與禾稈全部分離。顯然，快速向下運(yùn)動(dòng)的部分稻粒和禾稈受到碌碡棱條的阻礙而停止運(yùn)動(dòng)，部分尚有向前運(yùn)動(dòng)的空間；運(yùn)動(dòng)的差異會(huì)產(chǎn)生拉力和拉伸變形，使得稻粒與禾稈分離。毫無(wú)疑問(wèn)，稻粒的慣性力是關(guān)鍵性因素。如果只是將稻穗摔向平板，脫粒效果顯然會(huì)較差。碌碡側(cè)面開(kāi)槽提高了脫粒效率，充分體現(xiàn)虛實(shí)相依、有無(wú)共存、動(dòng)靜互濟(jì)的哲學(xué)思辨。
與稻草不同，麥稈為中空的管狀結(jié)構(gòu)，抗彎強(qiáng)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(chǎng)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(tīng)其相顧言，聞?wù)邽楸瘋?。家田輸稅盡，拾此充饑腸。今我何功德，曾不事農(nóng)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(zhǎng)而細(xì)，可達(dá)兩米以上；購(gòu)回之后，先將其平鋪在地上曬干，以便長(zhǎng)期保存；然后將葉從稈上逐片剝下，理直分類；再用水濕潤(rùn)后以碌碡滾壓，俗稱軟蒲，即可用于農(nóng)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(cái)，置換食鹽、肥皂、火柴以及過(guò)節(jié)之糖煙酒等物。所購(gòu)之物多是計(jì)劃供應(yīng)。
蒲葉脈管眾多，干燥脫水之后可見(jiàn)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(jié)力；也使蒲葉變薄，彎曲時(shí)外側(cè)變形減小，柔軟平順。又，蒲草應(yīng)在枯萎之前即“有勁兒”時(shí)采割，以免強(qiáng)度喪失；蒲葉曬干之前不能碾壓，否則細(xì)胞里水分被擠出，結(jié)構(gòu)遭到破壞，降低強(qiáng)度，損壞品相；而碾壓時(shí)又需以水濕潤(rùn)。水對(duì)植物纖維的強(qiáng)度、變形影響顯著。
碾壓蒲葉使用碌碡，碌碡很重，不過(guò)70歲的農(nóng)村奶奶竟也能操控自如。軟蒲是個(gè)技術(shù)活兒。碌碡上開(kāi)有直槽，人能夠穩(wěn)定站立，扶持、牽拉拴于房梁之長(zhǎng)繩，便能使碌碡向前滾動(dòng)，其間將雙腳輪換向后上方移動(dòng)以保持平衡，而將腳立于碌碡后側(cè)即可停止。這與“獅子盤(pán)球^[3]”類似。因房間空間所限，碌碡只是在兩三米范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)速度也就較低。
圖1所示碌碡已閑置于巷頭，兩端沒(méi)有軸孔，想來(lái)是用于當(dāng)年的軟蒲。直徑 50 cm，長(zhǎng) 75 cm，質(zhì)量約350kg（已扣除棱槽處巖石）；人質(zhì)量為 50 kg，滾動(dòng)阻力系數(shù)以棱條寬度的一半即2 cm計(jì)算，則維持碌碡向前滾動(dòng)需要將人體重心置于頂點(diǎn)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(jì)量），相當(dāng)于緩慢地逐級(jí)登踏10 cm左右的臺(tái)階。軟蒲比踏車提水要輕松許多。若碌碡直徑45 cm，質(zhì)量約290kg，驅(qū)動(dòng)更為容易；不過(guò)，碌碡直徑進(jìn)一步減小，人不易站立其上；碌碡質(zhì)量過(guò)小，穩(wěn)定性降低，驅(qū)動(dòng)反而困難。
若滾動(dòng)阻力系數(shù)達(dá)到3 cm，則難以完全利用人體自重驅(qū)動(dòng)碌碡，因而碌碡上棱條不能過(guò)寬。另一方面，軟蒲在剛度較低的土面上進(jìn)行，棱條也不能過(guò)窄，以免增大對(duì)地面的應(yīng)力而破壞。以前述參數(shù)計(jì)算，寬4 cm的單一棱條支承碌碡時(shí)，平均接觸應(yīng)力為133 kPa（含軟蒲者的重力），已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)土基的極限承載能力^[4]，碌碡滾動(dòng)形成的動(dòng)態(tài)載荷使地面逐步變形而呈波浪狀。蒲葉在碾壓過(guò)程中受到凸出土基的抻拉，且對(duì)其產(chǎn)生壓力。該壓力有利于維持地面的最終穩(wěn)定。此外，軟蒲過(guò)程中蒲葉位置需作數(shù)次調(diào)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(guò)一個(gè)棱條寬度。棱條支承可減小滾動(dòng)阻力。碌碡停止時(shí)應(yīng)為兩個(gè)棱條支承，土的變形會(huì)使支承應(yīng)力趨于均勻，即58 kPa。該值與粘土強(qiáng)度相當(dāng)或略小^[4]。如果棱條寬度減小，碌碡將會(huì)因粘土流變而陷入地中。
3？ 結(jié)語(yǔ)
碌碡開(kāi)槽費(fèi)棄了部分材料，增加了制作時(shí)間，但工作性能顯著改善。碾場(chǎng)時(shí)碌碡對(duì)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(duì)位移，提高脫粒效率；摜把時(shí)碌碡棱條和直槽使得快速向下運(yùn)動(dòng)的稻粒和禾稈產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)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(dòng)阻力，且與土基的強(qiáng)度協(xié)調(diào)。
人類為了更好地生活，發(fā)明了眾多器物。中國(guó)古代一直缺少科學(xué)意義上的力學(xué)分析和機(jī)械設(shè)計(jì)，能工巧匠只是依賴師徒相授的規(guī)制以及經(jīng)驗(yàn)、類推、比擬來(lái)工作；而社會(huì)實(shí)踐在流淌的時(shí)間中擇善而存。存在的總是合理，傳承的都已優(yōu)化。不過(guò)，以“拆（農(nóng)家）院上樓”為標(biāo)志的新農(nóng)村建設(shè)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的展開(kāi)，農(nóng)業(yè)正在急劇演變，傳統(tǒng)農(nóng)具也在快速消亡，正如生物滅絕一樣。

參考文獻(xiàn)
1？？ 周？ 昕. 中國(guó)農(nóng)具通史. 山東科學(xué)技術(shù)出版社，2010. 439-449.
2？？ 周？ 靖. “一夜連枷響到明”打連枷的力學(xué). 力學(xué)與實(shí)踐, 2012, 34(6)：91-95
3？？ 尤明慶. 關(guān)于獅子盤(pán)球力學(xué)原理的注記. 大學(xué)物理，2010, 29(6)：12-14.
4？？ 陳希哲. 土力學(xué)地基基礎(chǔ) (第4版). 清華大學(xué)出版社，2004.