CN201989834U - 复原设计的木牛流马 - Google Patents

Abstract

本实用新型的名称为：复原设计的木牛流马，属仿照四腿动物的行走方式，由人力操纵的古代运输工具。根据罗贯中在三国演义一书中描写的木牛流马的称呼、形状、作用，各部分个组成的相互位置、尺寸以及木牛流马的整体功能。仿效四腿动物的行走方式，将木牛流马的四只完全相同的牛腿分成两组，左后腿和右前腿为左侧组，左前腿和右后腿为右侧组，用左右两组摆杆与同位置两只牛腿组成四杆机构，并用左右两个摆动架分别将两组四杆机构连接，再用立轴和拨叉拨动摆动架，实现牛腿行走动作。由髋关节、牛鞦轴、转动轴和转动连杆组、插销、插孔板等组成两组转弯机构。当每只牛腿处在最后面位置时，令转动轴的立轴孔与相应的髋关节的立轴孔同轴，使木牛流马先转弯后，再实现转弯行走。由牛舌、牛鞅、锁定摆块组成的制动机构，转动牛舌，能将锁定摆块提起或放下，控制木牛流马的行走和制动。

Description

复原设计的木牛流马

技术领域

仿照四腿动物的行走方式，由人力操纵的古代运输工具。

背景技术

三国时期，诸葛亮在六出祁山与魏军作战时，为了解决山区的粮米运输难题，专门设计了一种称做木牛流马的运输工具。罗贯中在所著三国演义中记载：“造木牛之法云：‘方腹曲头，一脚四足；头入领中，舌着于腹。载多而行少：独行者数十里，群行者二十里。曲者为牛头，双者为牛脚，横者为牛领，转者为牛足，覆者为牛背，方者为牛腹，垂者为牛舌，曲者为牛肋，刻者为牛齿，立者为牛角，细者为牛鞅，摄者为牛鞦轴。牛仰双辕，人行六尺，牛行四步。每牛载十人所食一月之粮，人不大劳，牛不饮食’。‘造流马之法云：肋长三尺五寸，广三寸，厚二寸二分：左右同。前轴孔分墨去头四寸，径中二寸。前脚孔分墨二寸，去前轴孔四寸五分，广一寸。前杠孔去前脚孔分墨二寸七分，孔长二寸，广一寸。后轴孔去前杠分墨一尺五分，大小与前同。后脚孔分墨去后轴孔三寸五分，大小与前同。后杠孔去后脚孔分墨二寸七分，后载克去后杠孔分墨四寸五分。前杠长一尺八寸，广二寸，厚一寸五分。后杠与等。板方囊二枚，厚八分，长二尺七寸，高一尺六寸五分，广一尺六寸：每枚受米二斛三斗。从上杠孔去肋下七寸：前后同。上杠孔去下杠孔分墨一尺三寸，孔长一寸五分，广七分：八孔同。前后四脚广二寸，厚一寸五分。形制如象，靬长四寸，径面四寸三分。孔径中三脚杠，长二尺一寸，广一寸五分，厚一寸四分，同杠耳’”。

木牛流马究竟是何物？由于木牛流马的失传，引起后人的诸多猜测，第一种意见认为是“独轮车”，电视剧新三国演义中的木牛流马就是该种意见的典型例证；第二种意见认为是“新颖的自动机械，运用齿轮原理制作的自动机械”；第三种意见认为“木牛、流马是四轮车和独轮车”；第四种意见认为“木牛、流马为二个物件”；更有甚者认为木牛流马根本不存在，说罗贯中只会写小说，不懂机械，在书中编造的。如此等等，众说纷纭。有人按着他们自己的猜测和理解做出了实物，并在公众面前展示，声称自己复原了木牛流马。神奇绝妙的木牛流马为后人留下的神秘色彩，由于古人对木牛流马及其各组成部分的称呼不同，也可能夹杂方言之故，千百年来无人能解，真正的木牛流马至今并未被复原。

发明内容

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：按着罗贯中在三国演义书中所描写的木牛流马各组成部分的名称、形状、作用、尺寸、相互位置尺寸及整体功能等，并将其中未提及和遗漏部分进行补充设计，模拟行走类四腿动物的行走方式，应用3D设计手段，复原设计出诸葛亮设计的仿生山地运输工具木牛流马见图1、图2。

书中所提“造木牛之法”是对木牛流马各组成部分的名称、形状、作用以及木牛流马的整体性能的综合描述，“造流马之法”则是给出了各组成部分的具体位置和尺寸。为了不影响操作人员在推动时的视线，木牛流马的总高度设定为1200mm，牛腿上下两轴孔间的设计长度为370mm，步距为500mm，其中开始的250mm由人力驱动，后250mm为木牛流马自己行走。两侧牛腿中心距离为688mm，两肋内间距设定为250mm，其余均按书中给定的尺寸设计。为了制作和测量方便，采用1米等于3尺的比例；为了简化制作方法，对一些相拼零件的固定等将木楔、榫卯结构改用木胶粘贴后螺钉固定。

一种复原设计的木牛流马其特征在于：它由牛头、牛角、牛舌、牛鞅、锁定摆块、牛背、板方囊、牛领、牛肋、牛缘、框架、牛腿、牛脚、牛足、靬、摆动架、摆杆、立轴、拨叉、转动轴、连接板、髋关节、牛鞦轴、连杆组、插孔板、插销及各种轴等部件组成；左右四只牛肋分别与牛缘固定后再与框架固定，形成一个承载架构和人力操纵把手，牛头固定在框架上，牛舌上的带有限位装置的立轴用两个带孔的对开木板中做90°转动，对开木板固定在牛头中，牛鞅一端拴在牛舌上的立轴上，另一端分成两条绕过框架上的小轴后拴在锁定摆块上，锁定摆块能在固定在框架后侧的横轴上转动，形成制动机构；牛背固定在框架上 面，牛领分成左右两个，分别横向固定在左右两只板方囊的前端，底面与板方囊的底面平齐，用插板封住前面的出口，板方囊上面采用可抽插的盖版封住，其底面和靠紧牛肋的侧面用螺钉与牛肋固定；四只髋关节采用立放的轴分别与牛肋形成转动连接，牛腿上方插入髋关节中，用轴形成转动连接，下方用轴与牛脚形成转动连接，牛足插入牛脚中，用轴贯穿形成转动连接，牛脚两侧用靬封堵防止轴滑出；摆动架的上方与摆杆用小轴形成转动连接，两只摆杆分别吊挂在框架中间的前后两只横轴上，下方用连接板、转动轴与牛腿形成转动连接，通过立轴和拨叉形成牛腿的行走机构；插孔板固定在框架的后侧的下面，框架后面用木板封盖，牛鳅轴上方用固定在该木板上方的轴形成摆动连接，插销穿过牛鳅轴下方的方槽后插入插孔板的孔中，形成木牛流马的直线或转弯行走机构。

本实用新型的有益效果是，装载重量多，操作省力，适用于山间小路和古栈道上的运输。即能在平地直线、转弯行走和制动，又能在上、下坡路面直线、转弯行走和制动。比用骡马等牲畜托运可省却粮草及水的消耗。

附图说明

图1为木牛流马前侧面视图，图2为木牛流马后侧面视图，图3、图4为木牛流马结构组成图，其中(1)牛舌，(2)牛鞅，(3)框架，(4)牛脚，(5)牛足，(6)靬，(7)牛腿，(8)转动轴，(9)摆杆，(10)拨叉，(11)摆动架，(12)锁定摆块，(13)连杆组，(14)髋关节，(15)牛肋，(16)牛辕，(17)插销，(18)牛鞦轴，(19)插孔板，(20)立轴。

图5为牛腿、牛脚、牛足组成图，图6为牛腿图，图中箭头所指为限位支撑面，图7为牛脚，图8为牛足，图9为牛脚分布图，图10为干燥皮革靬分布图，图11为框架、牛肋、牛辕结构图，图12为左右摆动架、转动轴、摆杆、立轴和拨叉装配图，图13为左摆动架、摆杆、转动轴结构图，图14为右摆动架、摆杆、转动轴结构图，图15为髋关节分布图，图16为髋关节爆炸图，图17为牛鞦轴、插孔板、插销、髋关节结构图，图18为直线行走机构图，图19为转弯行走机构图，图20为板方囊、牛领结构图，图21为板方囊、牛领爆炸图，图22为牛背图，图23为行走时牛舌、锁定摆块位置图，图24为牛舌转动后锁定摆块位置图，图25平地行走时人对牛缘的推抬力分析图，图26上坡路面行走时人对牛缘的推抬力分析图，图27下坡路面行走时人对牛缘的推抬力分析图。

具体实施方式

将四条结构相同的牛腿分成两组，左后腿和右前腿为左侧组，左前腿和右后腿为右侧组，在牛脚两侧贴装靬(6)，防止牛腿和牛脚间的轴在行走过程中滑出。牛腿、牛脚、牛足、靬结构和位置分布见图图5、图6、图7、图8、图9、图10。木牛流马两侧各有两只牛肋(15)，一只牛辕(16)，中间用一个框架(3)将其固定见图11。在两侧牛肋中间安装左右两个由上杠、下杠、前杠、后杠、三脚杠组成的摆动架(12)，每个摆动架各由两个摆杆(9)分别吊挂在框架上，摆杆的上轴孔前后位置尺寸与同位牛腿上轴孔的前后位置尺寸相同，摆杆两轴孔间的距离与牛腿上的上轴孔到中间转动轴孔间的距离相等，每只摆杆与同位牛腿平行，每两只摆杆与相应两只牛腿组成一组四杆机构——俗称磕头机构。每只牛腿通过牛腿上的转动轴(8)分别用连接板与两个摆动架(12)连接，用立轴(20)和拨叉(10)拨转两个摆动架，通过操作人员推抬牛辕(16)使两组牛腿呈相反方向的前后摆动，实现木牛流马的向前行走，见图12、图13、图14。当木牛流马由处在最前面位置的两只牛腿着地成站立状态时，操作者向下压牛辕，令处在最前面的两只牛腿沿牛脚与牛足接触的圆弧面转动，使木牛流马向后倾翻，直到处在最后位置的另两只牛足着地支撑时，再向后拉抬牛辕，使木牛流马后退，如此反复操作，即可实现木牛流马向后行走。

在牛腿下面设置限位面，见图6，因有髋关节四侧内表面和牛腿下面的限位面限制，木牛流马无论站立或行走都不会倾翻倒地。设计结果得到，一组处在最前面位置的牛腿撑地时，其处在最后面位置的另一只前腿比处在最前面的牛腿高出地面22.25mm呈踏空状态，处在最后面位置的后腿比处在最前面位置的后腿高出地面12.23mm呈踏空状态，使木牛流马在行走时，处在踏空状态的牛腿方能无阻碍的移动。

在牛腿上面设置一个围绕牛肋上的立轴转动的髋关节(14)，牛腿与髋关节形成转动连接，髋关节的结构 见图15、图16。当牛腿处在最后位置时，将每只牛腿中间转动轴的立轴孔与髋关节上的立轴孔设计在同一轴线位置。令处在最后位置的两只牛腿先通过牛鞦轴(18)的左右摆动，用插销(17)、插孔板(19)限位，拨动相应的连杆组(13)，带动相连的两只髋关节、牛腿根据道路弯曲情况先做左右10°、20°、30°转动后，再实现转弯行走，见图17、图18、图19。

牛腹、板方囊、牛领的结构见图9，牛背结构见图10。

令牛舌(1)转动90°后，通过牛鞅(2)，绕过横轴放下锁定摆块(11)，使一只锁定摆块与同侧的摆动架后端顶死，另一只锁定摆块在与其同侧的摆动架上空放，使木牛流马制动。转回90°后两只锁定摆块被提起，重新恢复行走状态，见图11。

木牛流马在行走过程中，负责支撑的牛腿处在最前面和最后面位置时，木牛流马的倾翻力相反且最大，随着推抬牛辕使处在前面牛腿与地面夹角逐渐增大，其倾翻力随之减小，当与地面垂直时，倾翻力为“0”，超过该点后的倾翻力反倒会使木牛流马自己向前行走。在不考虑运动副的摩擦所增加的阻力时，木牛流马在不同路面上行走时所需理论推抬力举例计算如下。

木牛流马在平地路面行走的力分析见图12，操作者需要的最大理论推抬力计算如下：

木牛流马在20°上坡路面行走时的受力分析见图13，操作者需要的最大理论推抬力计算如下：

木牛流马在20°下坡路面行走时的受力分析见图14，随着木牛流马向前摆动，需要的拉住力会逐渐增大。通过分析计算得知，当下坡路面与水平线角度小于18°时，随着该夹角逐渐增大，操作者的最大推抬力会随之降低，当该角度等于或大于18°时，木牛流马行走全程都需要向后拉住。

复原设计的木牛流马，即能在平地直线、转弯行走和制动，又能在上、下坡路面直线、转弯行走和制动。

复原设计的木牛流马总宽度1462mm，用它在山区小路和古栈道上为作战部队运送粮米，以一万名部队十天所需粮米计算，需要木牛流马的数量已达300多辆，路上又不能多排并进，在出发、集结、食宿时，首尾两辆启动和到达的时间差会随着木牛流马数量的增加而延长，队伍中任何一辆因故停止时，在它后面的木牛流马也被迫停滞，直到故障排除后方能继续前进。而独行时则不会受到自身以外原因的影响，行进里程自然会多。罗贯中能在三国演义小说中，将诸葛亮设计的木牛流马描写得如此精辟，又能和故事情节结合的恰到好处，实属罕见。

复原设计的木牛流马与罗贯中在三国演义书中描写诸葛亮设计的木牛流马“载多而行少：独行者数十里，群行者二十里。人行六尺，牛行四步。每牛载十人所食一月之粮，人不大劳，牛不饮食。”完全相符。

Claims (1)

1.一种复原设计的木牛流马其特征在于：它由牛头、牛角、牛舌、牛鞅、锁定摆块、牛背、板方囊、牛领、牛肋、牛缘、框架、牛腿、牛脚、牛足、靬、摆动架、摆杆、立轴、拨叉、转动轴、连接板、髋关节、牛鞦轴、连杆组、插孔板、插销及各种轴等部件组成；左右四只牛肋分别与牛缘固定后再与框架固定，形成一个承载架构和人力操纵把手，牛头固定在框架上，牛舌上的带有限位装置的立轴用两个带孔的对开木板中做90°转动，对开木板固定在牛头中，牛鞅一端拴在牛舌上的立轴上，另一端分成两条绕过框架上的小轴后拴在锁定摆块上，锁定摆块能在固定在框架后侧的横轴上转动，形成制动机构；牛背固定在框架上面，牛领分成左右两个，分别横向固定在左右两只板方囊的前端，底面与板方囊的底面平齐，用插板封住前面的出口，板方囊上面采用可抽插的盖版封住，其底面和靠紧牛肋的侧面用螺钉与牛肋固定；四只髋关节采用立放的轴分别与牛肋形成转动连接，牛腿上方插入髋关节中，用轴形成转动连接，下方用轴与牛脚形成转动连接，牛足插入牛脚中，用轴贯穿形成转动连接，牛脚两侧用靬封堵防止轴滑出；摆动架的上方与摆杆用小轴形成转动连接，两只摆杆分别吊挂在框架中间的前后两只横轴上，下方用连接板、转动轴与与牛腿形成转动连接，通过立轴和拨叉形成牛腿的行走机构；插孔板固定在框架的后侧的下面，框架后面用木板封盖，牛鞦轴上方用固定在该木板上方的轴形成摆动连接，插销穿过牛尾下方的方槽后插入插孔板的孔中，形成木牛流马的直线或转弯行走机构。 

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