[发明专利]一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构

说明书

技术领域

本发明属于古代天文仪器模型领域，特别涉及一种用于水运仪象台的枢轮控制系统结构，主要用于科普。

背景技术

水运仪象台是北宋元祐年间(1086～1093)设计的一座大型天文仪器，集计时、观测、演示为一体，是中国古代罕见的大规模的科技杰作，凝聚了中国古代科学技术达到顶峰时期的天文历算、冶金铸造、机械工艺、建筑工程等多方面的成果，为中国古代具有代表性的重大发明创造。水运仪象台主要用于科学普及，可以展示中国古代天文学和机械技术的伟大成就，而且可以揭示其背后的科学思想，弘扬中华传统科技文明，具有一定的社会效益。

自二十世纪五十年代开始，国内外学者及研究机构对水运仪象台的复原投入了极大的关注。1958年，中国历史博物馆研究员王振铎按1∶5的缩小比例制作了第一个水运仪象台的复原模型；J.H.Combridge也在六十年代复原了水运仪象台的缩小模型；90年代后期，在台湾台中的自然科学博物馆产生了水运仪象台原大模型；随后在日本又制作完成了另一个原大的复原模型。然而由于古文献上有限的记载，还存在着很多有争议的问题。

《新仪象法要》里对枢轮控制系统的工作过程有记载：“受水壶之东与铁枢衡格叉相对，格叉以距受水壶，壶虚即为格叉所格，所以能受水，水实即格叉不能胜壶，故格叉落，格叉落即壶侧铁拔牙击开天衡关舌，制动天条，天条动则天衡起，发动天衡关，左天锁开即放枢轮一辐过。”可见，枢轮控制系统是一个精密的联动控制系统。枢轮控制系统有两个重要作用：输出转矩，为报时装置、浑仪和浑象的运转提供动力；控制枢轮转动的节奏，为整个系统提供时间基准。

水运仪象台枢轮控制系统各部分组成在《新仪象法要》里有记载，但是具体的结构记载不详。目前枢轮控制机构的研究和复原存在多种结论和方案。可大致分成两类：一类采用受水壶固结在枢轮的两相对辐板间，李约瑟和王振铎的复原采用此方案，李志超在《水运仪像志》中也支持这种方案；另一类则是推测受水壶通过转轴和枢轮联接，受水壶可相对枢轮摆动，英国的J.H.Combridge于1962年首先提出此方案，台湾和日本的复原都是基于此方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于古代水运仪象台的枢轮控制系统结构，该系统结构能够实现联动，精确控制枢轮的转动，输出转矩，为整个水运仪象台系统提供动力。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

枢轮的枢轮轴与水运仪象台台体之间通过滑动轴承连接，可相对于水运仪象台台体旋转；在枢轮的上方设置左天锁和右天锁，左天锁和右天锁的末端通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，左天锁为刚性杆，可绕自身末端关轴旋转，右天锁为末端固定的弹性杆；

天衡设置在枢轮和两个天锁之上，天衡的中部设置关轴，天衡通过关轴与水运仪象台台体上的横梁相连，关轴将天衡分为左侧的尾端和右侧的首端两部分，天衡可绕自身关轴转动；天关挂在天衡左侧的尾端，天关抵住枢轮上受水壶的铁拔牙，起阻碍作用；天权挂在天衡右侧的首端，通过调节天权的位置或重量来控制天衡首端相对天衡关轴的力矩；限位块在天衡关轴右侧的首端的上方，且与水运仪象台台体固定，防止天衡的首端上升太高；

天条的上端挂在天衡的首端上，天条的下端与铁鹤膝连接，并通过鹤膝与兔头连接；枢衡安装在在兔头的下方、枢轮的右侧，且枢衡与兔头之间存在1～3mm间隙，枢衡的中间位置通过关轴与水运仪象台台体相连，关轴将枢衡分为左侧的尾端和右侧的首端，枢衡可绕自身关轴旋转；枢衡左侧的尾端设置叉子形状的格叉，用于抵住枢轮上的受水壶；枢权挂在枢衡的右侧的首端，通过调节枢权的位置或重量来控制枢衡相对枢衡关轴的力矩；

关舌在枢衡的下方，其右侧的首端通过关轴与水运仪象台台体相连，关舌可绕关轴旋转，关舌中间位置通过软绳与上方的天衡相连接，关舌左侧的尾端可抵住受水壶；

所述鹤膝为由两根长度不同的金属条构成的“X”形结构，两根金属条可绕连接轴转动；两根金属条的上部各通过一根短杆与天条转动连接；较长金属条的顶部固接一根用于悬挂兔头的横杆，底部伸至关舌的上方，与关舌之间存在1～3mm的间隙；兔头中心为通孔，鹤膝隐于兔头之中，兔头顶面上设置两根兔耳结构，挂在鹤膝的横杆上，当鹤膝被触发后，两兔耳脱离天条，当兔头复位后，两兔耳又挂在天条上。

所述受水壶与枢轮固定连接，枢轮的圆周方向共分布有36个受水壶。

本发明的有益效果是：