更深露重,吴家堡的灯火早已熄灭,唯有叶青云的住处还亮着一盏油灯。窗纸上,他伏案的身影被灯光拉得很长,桌上摊着几张粗糙的麻纸,上面用炭笔勾勒着密密麻麻的线条 —— 那是他苦思半夜画出的滑轮组(机械葫芦)图纸。城墙建设到关键阶段,工匠们吊装青砖、巨石全靠人力扛抬,动辄需要五六人才能搬动一块千斤重的基石,不仅效率低下,还常有工匠扭伤腰肢,研发省力的吊装工具,已成了当务之急。
叶青云揉了揉发酸的眼睛,指尖划过图纸上的 “三组滑轮” 结构 —— 他想起初中物理课上学的滑轮组原理,三组定滑轮与动滑轮组合,能将重物的重量分摊到多根绳索上,理论上能省三分之二的力,原本需要六人扛抬的巨石,用滑轮组只需两人拉动绳索就能吊起。但在这个没有工业机床的时代,如何做出精度足够的滑轮,成了最大的难题。
“直接锻打肯定不行。” 叶青云喃喃自语,之前唐师傅锻打的铁件多是大刀、长矛这类形状简单的物件,滑轮需要圆形的轮盘,中间还要留出穿轴的圆孔,轮盘边缘得有凹槽用来卡绳索,锻打根本无法保证轮盘的圆度和凹槽的均匀度,稍有偏差,滑轮转动时就会卡顿,甚至磨断绳索。
他的目光落在桌上的陶碗上 —— 陶碗是用模具烧制的,形状规整,大小一致。“对了,铸造!” 叶青云猛地拍了下桌子,油灯都晃了晃。用铸造的方法,先做木胎模具,再用精砂翻模,就能做出形状规整的滑轮轮盘,不仅效率高,还能保证精度。这个念头一出,他立刻重新铺开麻纸,开始细化图纸:滑轮轮盘直径定在一尺二,厚度三寸,中间圆孔直径两寸,边缘凹槽宽一寸、深半寸,刚好能卡住麻绳;轴要做成长两尺、直径两寸的实心铁棍,两端要打磨光滑,减少转动摩擦;外面还要铸一个铁盒,用来固定滑轮组,铁盒两侧留出穿轴的孔,顶部焊一个挂钩,方便固定在城墙的支架上。
窗外的天渐渐泛白,叶青云终于完成了全套图纸 —— 包括滑轮轮盘、轴、铁盒的零件图,还有滑轮组的组装图,甚至在图纸旁标注了尺寸和材料要求:轮盘和铁盒用精铁铸造,轴用锻打后的精铁打磨,确保足够坚固。他小心翼翼地把图纸叠好,揣在怀里,快步走向食堂 —— 这个时辰,唐师傅应该正在食堂吃早饭,正好把图纸交给她。
食堂里飘着玉米粥的香气,工匠们三三两两地坐在桌边吃饭。叶青云一眼就看到了唐师傅,她正拿着一个白面馒头,和几个冶铁工匠讨论着什么。“唐师傅,有急事找你。” 叶青云走过去,把图纸放在桌上。
唐师傅放下馒头,拿起图纸仔细看了起来,眉头渐渐皱起:“叶首领,这画的是啥?三个圆盘子,还有铁盒子,是用来干啥的?”
“这是滑轮组,也叫机械葫芦,用来吊装重物的。” 叶青云指着图纸解释,“你看,把这个铁盒固定在城墙上,里面的三个滑轮组合起来,绳子绕在滑轮上,一端挂钩子挂重物,另一端让人拉,原本需要六个人扛的巨石,用这个工具,两个人就能拉起来,能省不少力气。”
唐师傅眼睛一亮:“还有这么省力的工具?要是真能成,建城墙搬基石就不用愁了!” 她又看向图纸,“那这圆盘子(滑轮轮盘)怎么做?用锻打吗?我让工匠们把精铁烧红,锤打成圆形,再钻个孔,应该能成。”
叶青云摇摇头:“锻打不行。你看这轮盘边缘有凹槽,中间有圆孔,锻打很难保证凹槽均匀、圆孔居中,要是轮盘不圆,转起来会卡顿,甚至磨断绳子。得用铸造的方法做。”
“铸造?” 唐师傅愣住了,旁边的冶铁工匠也纷纷抬头,脸上满是疑惑,“叶首领,‘铸造’是啥法子?咱们只听过锻打、锻造,从没听过铸造啊。”
叶青云早料到他们会有疑问,拉过一张空桌子,拿起一块木炭,一边画一边讲解:“铸造,简单说就是先做一个模具,把熔化的铁水倒进模具里,等铁水冷却后,打开模具,就能得到想要的形状。就像咱们做陶罐,先做陶模,再把陶土填进去,烧好后就是陶罐,铸造和这个道理差不多,只不过材料换成了铁。”
他先画了一个木胎:“第一步,做木胎。找一块干透的松木,按照图纸上滑轮轮盘的尺寸,把木头削成圆形,中间钻个圆孔,边缘刻出凹槽,这个木胎要和咱们想要的滑轮轮盘一模一样,只是材料是木头。”
唐师傅点点头:“这个不难,村里有好几个木匠,削个木胎没问题。”
“第二步是翻模,这是最关键的一步。” 叶青云又画了一个方形的砂箱,“找一个用木板钉的砂箱,把木胎放在砂箱中间,然后往砂箱里填精砂 —— 注意,这精砂不能是普通的沙子,得筛选干净,去掉杂质,再加入少量粘土和水,搅拌均匀,这样砂才能粘在一起,不会散掉。填砂的时候要边填边用锤子轻轻敲打,把砂砸紧实,保证砂能把木胎的形状完全印下来,包括中间的圆孔和边缘的凹槽。”
他顿了顿,又画了两个砂箱:“砂箱要做两个,一个做上模,一个做下模。先把木胎放在下砂箱里,填砂紧实后,再盖上上砂箱,继续填砂、砸实。等砂都紧实了,把上砂箱拿开,小心地把木胎从下砂箱里取出来 —— 这时候,两个砂箱里就会留下和木胎一模一样的空模腔,两个模腔合在一起,就是一个完整的滑轮轮盘模具。”
唐师傅听得很认真,时不时提问:“那填砂的时候,怎么保证砂能把木胎的凹槽印清楚?要是砂太松,取了木胎,模腔就塌了咋办?”
“问得好!” 叶青云赞许地点点头,“所以砂里要加粘土和水,比例很重要 —— 粘土加太多,砂会变硬,取模的时候容易粘在木胎上;加太少,砂又不紧实,容易塌。我估计,每一百斤精砂加十斤粘土、五斤水差不多,你们得先试验几次,找到最合适的比例。另外,填砂的时候,要用小锤子一点一点敲,尤其是凹槽和圆孔这些细节地方,要保证砂能填满,砸实,这样模腔才清晰、牢固。”
他继续讲解第三步:“第三步是合模。把上砂箱和下砂箱对齐,用铁销固定好,防止浇筑的时候移位。然后在砂箱顶部钻一个小口,叫‘浇口’,用来倒铁水;再在侧面钻几个小口,叫‘冒口’,用来排出模具里的空气,防止铁水冷却后出现气孔。”
“第四步就是浇筑了。” 叶青云指着冶铁炉的方向,“把精铁放进竖式高炉里熔化,烧成铁水,温度一定要够高,让铁水足够稀,这样才能填满模腔的每个角落。然后把铁水从浇口慢慢倒进模具里,注意速度要均匀,不能太快,不然会冲垮模腔;也不能太慢,不然铁水没倒完就冷却了。”
最后一步,叶青云画了一个冷却后的滑轮轮盘:“铁水倒完后,让模具自然冷却,不能浇水急冷,不然铁件会开裂。等完全冷却后,打开砂箱,取出铸造好的滑轮轮盘,再用砂轮把表面的毛刺打磨掉,中间的圆孔再用镗刀镗光滑,这样一个滑轮轮盘就做好了。轴和铁盒也用同样的方法铸造,轴铸造好后再锻打一下,增加强度,然后打磨光滑。”
唐师傅拿着图纸,又看了看叶青云画的铸造步骤,心里渐渐有了谱:“我明白了!就是先做木胎,再用砂做模,最后倒铁水成型。虽然没做过,但听着可行,我这就回去试验!”
她立刻放下碗筷,召集冶铁车间的工匠,带着图纸赶回冶铁炉。工匠们听说要做新工具,还能用 “铸造” 这种新法子,都很兴奋,纷纷围过来听唐师傅讲解步骤。唐师傅按照叶青云说的,先找木匠做木胎 —— 木匠用了半天时间,削出一个一尺二直径的圆形木胎,中间钻了两寸的圆孔,边缘刻出一寸宽、半寸深的凹槽,和图纸上的一模一样。
接下来是准备精砂。工匠们从河边筛来细砂,去掉石子和杂质,然后按唐师傅说的比例,每一百斤砂加十斤粘土、五斤水,搅拌均匀。一开始,砂要么太干,一捏就散;要么太湿,粘在手上甩不掉。唐师傅让工匠们调整比例,试了五六次,终于找到合适的配方 —— 一百斤砂加八斤粘土、四斤水,搅拌后的砂既能捏成团,又不粘手,轻轻一敲就能散开,刚好能用来做模。
然后是翻模。工匠们钉了两个三尺见方的砂箱,把木胎放在下砂箱中间,开始填砂。唐师傅亲自示范,用小锤子一点一点敲打砂,尤其是木胎边缘的凹槽,她蹲在地上,用小锤子轻轻敲了几十下,确保砂能填满凹槽。上砂箱盖好后,同样填砂、敲打,两个时辰后,砂终于填实了。工匠们小心翼翼地打开上砂箱,又慢慢取出木胎 —— 下砂箱里果然留下了一个完整的轮盘模腔,凹槽和圆孔都清晰可见,没有一点坍塌。
“成了!砂模做好了!” 工匠们兴奋地欢呼起来。唐师傅也松了口气,赶紧把上砂箱盖回去,用铁销固定好,在顶部钻了一个两寸的浇口,侧面钻了三个半寸的冒口。
接下来就是浇筑。冶铁炉早已烧得通红,炉工们把精铁块倒进炉里,鼓风箱 “呼呼” 地响,炉温越来越高,精铁块渐渐熔化,变成了通红的铁水。唐师傅让人把砂箱抬到炉口旁,炉工用特制的铁勺舀起铁水,慢慢倒进浇口 —— 铁水顺着浇口流入模腔,冒口处冒出阵阵白烟,工匠们都屏住呼吸,盯着砂箱,生怕出一点差错。
铁水倒完后,砂箱渐渐冷却,从通红变成黑色。唐师傅让工匠们等了一个时辰,才敢打开砂箱 —— 里面躺着一个通红的铁制轮盘,形状和木胎一模一样,边缘的凹槽、中间的圆孔都很规整,没有一点瑕疵!工匠们赶紧用铁钳把轮盘夹出来,放在地上冷却,等完全冷却后,用砂轮打磨掉表面的毛刺,再用镗刀把中间的圆孔镗光滑 —— 一个完美的滑轮轮盘就这样做成了!
“太好了!铸造真能成!” 唐师傅拿着轮盘,激动得手都在抖。接下来的几天,工匠们用同样的方法,又铸造出了另外两个滑轮轮盘、轴和铁盒。轴铸造好后,唐师傅又让人把轴放进炉里锻打了几次,增加强度,然后用细砂纸打磨得光滑如玉,确保转动时摩擦力最小。
组装滑轮组的那天,很多工匠都来围观。唐师傅先把三个滑轮轮盘装在轴上,两个定滑轮固定在铁盒顶部,一个动滑轮挂在下方的挂钩上,然后用麻绳按照叶青云图纸上的绕绳方式,从定滑轮开始绕,经过动滑轮,再绕回定滑轮,最后留出拉绳的一端。组装完成后,工匠们把铁盒顶部的挂钩固定在城墙的支架上,下方的挂钩挂了一块五百斤重的青石 —— 之前这块青石需要五六个工匠才能抬起来,现在两个工匠拉住绳索,轻轻一拉,青石就缓缓升了起来,平稳地吊到了城墙顶部!
“成了!真的省力!” 工匠们欢呼雀跃,纷纷围上来试拉绳索,每个人都不敢相信,这么重的青石,自己一个人就能拉起来。负责搬基石的老工匠张师傅,拉着绳索试了试,激动地说:“有了这东西,以后搬基石再也不用累得腰都直不起来了!叶首领真是有本事,连这种法子都想得出来!”
叶青云站在一旁,看着工匠们兴奋的样子,心里满是欣慰。他知道,这只是第一步 —— 有了铸造技术,以后还能铸造更复杂的工具,比如投石车的零件、冶铁炉的风箱部件,甚至以后研制大炮,也需要铸造技术。而这个小小的滑轮组,不仅解决了建城的吊装难题,更开启了吴家堡工匠们对新工艺的探索,为以后的技术发展打下了基础。
当天下午,工匠们就用滑轮组吊装了十块千斤重的基石,效率比之前提高了三倍,而且没有一个工匠受伤。唐师傅找到叶青云,递上一张新的图纸:“叶首领,我按照铸造的法子,画了一个更大的滑轮组图纸,想用来吊装城门的大铁门,您看行不行?”
叶青云接过图纸,只见上面画的滑轮组有五组滑轮,轮盘直径更大,铁盒也更厚实。他笑着点头:“太好了!城门的铁门有两千多斤,用这个大滑轮组,四个人就能吊起来,比之前用几十人扛省力多了。”
在城墙工地上,滑轮组还在不停地吊装着基石,绳索拉动的 “咯吱” 声、工匠们的笑声交织在一起,与远处冶铁炉的火光、运输队的马蹄声相映成趣。叶青云知道,随着铸造技术的推广和新工具的研发,吴家堡的建城进度会越来越快,而这座城池,终将在这些创新与努力中,成为乱世中最坚固、最繁荣的家园。而他深夜画出的那张图纸,和唐师傅们反复试验的铸造工艺,也将成为吴家堡从农耕时代到工业时代发展的第一步。
寸械擎空裂石声,微躯敢负泰山行。机旋暗蓄雷霆势,轴转轻移天地倾。
不恃霸王扛鼎力,唯凭巧构定权衡。莫言微末无雄魄,一掣风云动帝京。
吊装机械滑轮的研制成功,被大家命名为吊千斤(机械葫芦雏形)