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水运仪象台

北宋时代把浑仪、浑象和报时装置结合在一起的大型天文仪器,是苏颂、韩公廉等人设计制造的。宋元祐元年(公元1086年)开始设计,到元祐七年全部完成。它是中国古代的卓越创造。其中的擒纵器是钟表的关键部件。因此,英国科学家李约瑟等人认为水运仪象台“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。整座仪器高约12米,宽约7米,是一座上狭下广、呈正方台形的木结构建筑。其中浑仪等为铜制。全台共分三隔。下隔包括报时装置和全台的动力机构等。中隔是间密室,放置浑象(见浑仪和浑象)。上隔是个板屋,中放浑仪。

水运仪象台图(载苏颂《新仪象法要》)报时装置

在台南部,有五层木阁。上面第一层有三阁门,门口各有一木人。每逢时初,左门的木人摇铃;时正,右门的木人打钟;每刻则中门的木人击鼓。下面第二层只一个门,内中有手抱时辰牌的木人24个,按时轮流转到门口,指示时辰。第三层有96个抱牌木人,轮流出现在门口,以指示刻数。第四层门口有一个木人,在夜间按更、筹击钲。最下第五层木阁内有38个抱牌木人,在夜间轮流转出门口,指示更、筹数。每层木阁内都有相应的机轮或轮辋,上挂抱牌木人;或用拨牙拨动门口木人手臂敲打乐器。这些机轮都装在一根机轮轴上。机轮轴有传动机构和天柱相连。天柱是贯通全台上中下三隔的传动轴。天柱下有个下轮,与枢轮轴伸出的地毂相结合。当作为原动轮的枢轮转动时就经过地毂传动,使天柱旋转起来,由此带动全仪。

动力机构

在下隔的中央部分设有一个直径达 3米多的枢轮。枢轮上有72条木辐,挟持着36个水斗和勾状铁拨子。枢轮顶部和边上附设一组杠杆装置,它们相当于钟表中的擒纵器。在枢轮东面装有一组两级漏壶。壶水注入水斗,斗满时,枢轮即往下转动。但因擒纵器的控制,使它只能转过一个斗。这样就把变速运动变为等间歇运动,使整个仪器运转均匀。枢轮下有退水壶。在枢轮转动中各斗的水又陆续回到退水壶里。另用一套打水装置,由打水人搬转水车,把水打回到上面的一个受水槽中,再由槽中流入下面的漏壶中去。因此,水可以循环使用。打水装置和打水人则安置在下隔的北部。

水运仪象台复原模型(中国历史博物馆藏)浑象密室

浑象一半装在地柜里面,一半露出柜面。浑象中间的赤道带上装有齿牙。机轮轴的天轮和它相接,以带动浑象和天穹一起旋转。

浑仪板屋

浑仪结构和唐、宋浑仪类似,只是在中间一重三辰仪里加一个在赤道方向的天运环,环有齿牙,和天柱的上轮相接,由天柱通过天运环带动三辰仪一起转动。这是后世转仪钟的一个雏形。浑仪置于板屋内,屋顶板可自由摘除,是近代望远镜室活动屋顶的先驱。