机械传奇(一)珍妮:我可能是个假发明家

摘要

一提起珍妮机,很多熟知工业发展的人都会公认它是第一次工业革命的肇始。但大家可能不知道,发明珍妮机的人,其实并不叫珍妮,而是珍妮的父亲——詹姆斯·哈格里夫斯。

​​文/方子敬

一提起珍妮机,很多熟知工业发展的人都会公认它是第一次工业革命的肇始。但大家可能不知道,发明珍妮机的人,其实并不叫珍妮,而是珍妮的父亲——詹姆斯·哈格里夫斯。

想要说明白珍妮机为什么是工业革命的肇始,先要了解纺线是怎么回事。

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​首先,拿到羊毛后进行除杂清洗等处理,主要是植物比如树叶和杂草。

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​之后把羊毛纤维拉松,越松越好,蓬松到最大程度,这样纺线的时候可以拉出很长很长的纤维而不断,下图是疏松后的羊毛。

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​棉花的处理方法也类似。

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​手纺线有棒槌纺和纺车纺两种,上图是棒槌纺线。

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​左手捻线,也就是棒槌(从上往下看)逆时针转的同时,再抽丝之后就成羊毛线了。之后再不断进行续捻,使线不断延长,就成为了真正意义上的毛线。

大家还可以看下面这段视频,就明白了。

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​刚才的手工棒槌纺线法,完全可以用纺车代替,原理也基本相同。上图是中国古代纺车,大家可以看到,这时候纺车上的纱锭还是横着的,一个大转轮只能带动一个纺锭。

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​关于大纺车的结构,在王祯《农书》中有文字说明和附图。虽然书中文字过于简单,附图亦失其真,不能很好地反映大纺车的原貌仔细分析一下,仍可大概地窥知其面目。大纺车的结构可分为加捻卷绕、传动和原动三大部分。加捻卷绕部分由车架、锭子、导纱棒和纱框等机件构成,32个锭子基本上还是按照脚踏纺车的原理,采用绳弦集体传动方式来带动旋转的;传动部分由传动锭子和传动纱框组成,它们是完成加捻和卷绕麻缕的主要机件;原动部分随采用的原动力种类不同,而略有差异。最初出现的大纺车是用人力摇动的,原动机构是一个和手摇纺车绳轮相同的大圆轮,轮轴端也装有一个用于摇转的曲柄,只是圆轮直径比之手摇纺车的>绳轮要大得多,需要专人用双手来摇动。由于人力摇动大纺车是一种繁重的体力劳动,因此后来在水力资源丰富的地区,又出现了以水力作为原动力来驱动大纺车。水力大纺车的原动机构是一个直径很大的水轮,它和大纺车左侧的竹轮以木轴相连,当河流之水连续不断地冲击木轮上的辐板时,水轮旋转,从而也带动竹轮跟着旋转,使大纺车运行起来。

大纺车特别是水转大纺车不同于原有纺车的特点:一是锭子数多达几十枚;二是加捻和卷绕同时进行;三是利用自然力驱动。

前两点使大纺车具备了近代纺纱机械的雏形,适应大规模的生产。原来手摇纺车或脚踏纺车每天最多纺纱1—3斤,而大纺车一昼夜可纺100来斤,纺绩时需集中多家的麻才能满足它的生产能力,所以当时许多农家都将绩成的麻缕送到有大纺车的作坊,请其代为加工,而节省出大量劳力。后一点是我国古代将自然力运用于纺织机械的一项伟大发明。据王祯《农书》记载,水转大纺车在“中原麻苎之乡,凡临流处多置之”,说明我国在13世纪时已经普遍应用这种纺纱机械了。西方以水力作为纺织机械的原动力使用是18世纪后期的事情,比中国晚了四个多世纪。

元以后,由于大纺车只能对纤维进行加捻和卷绕,不具备牵伸功能,无法完成牵伸引细纱条的任务,不适于棉纺的需要,所以在棉花逐渐向全国普及,麻布在平民衣着中的主要地位开始被棉布取代的情况下,用者逐渐减少,但是具备了近代多锭纺纱机械雏形,适应大规模生产的大纺车在纺织工具发展史上所起的作用却是不可抹煞的。

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​接下来就要讲一讲珍妮机了,这事情还要从1764年里的一天说起。英国兰开郡有个纺织工詹姆斯·哈格里夫斯,那天晚上他回家,开门后不小心一脚踢翻了他妻子正在使用的纺纱机,当时他的第一个反应就是赶快把纺纱机扶正。

但是当他弯下腰来的时候,却突然愣住了,原来他看到那被踢倒的纺纱机还在转,只是原先横着的纱锭变成直立的了。他猛然想到:如果把几个纱锭都竖着排列,用一个纺轮带动,不就可以一下子纺出更多的纱了吗? 哈格里夫斯非常兴奋,马上试着干,第二天他就造出用一个纺轮带动八个竖直纱锭的新纺纱机,功效一下子提高了八倍。

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​上图是改进版的珍妮机。

手摇的大转轮通过传动皮带连接带有滚筒的转轴,每个滚筒用皮带连接下方的锭杆的从动轮,使大转轮能够带动垂直纺锭旋转。

粗纱滚筒上缠绕的粗纱穿过可移动张力桿(图上标注是繁体字,通“杆”)上的压板,钩住垂直纺锭的锭杆。可移动张力桿是一个能在滑道上前后移动的车子,上面装有上下二块压块,拉起后能通过粗纱让其缠绕在垂直纺锭,放下后能压住粗纱,利用垂直纺锭上锭钩的拉伸力将粗纱拉长变成细纱。

纱线被锭杆钩住后就被握持住了,可移动张力桿上的压板也握持了纱线,纺时转动大转轮带动转轴,转轴通过皮带转动从动轮带动锭杆,这就是纱线的加捻过程。将张力桿向前推就是一个拉伸过程。

完成后小小的倒转一下大转轮再顺转,使的纱线从锭杆钩上脱下。放下锭子上的压板使锭子与锭杆同轴转动,将纱线卷绕到锭子上。整个过程就完成了。

如果还是不明白,就看下面这段视频。

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1764年,哈格里夫斯制成了以他女儿珍妮命名的纺纱机。四年以后,哈格里夫斯在诺丁汉与别人合资开办一家纺纱作坊,并且用珍妮纺纱机生产针织用纱。由于当年他没能申请到专利(当时申请专利非常麻烦,甚至要得到英国国会的批准),因此只能自己生产“珍妮机”来赚钱。“珍妮机”不但效率高,而且纺出的纱质量也比较好,因此哈格里夫斯的生意不错,“珍妮机”也渐渐流传开来了。

这天夜晚,哈格里夫斯夫妇晚餐后正在谈论“珍妮机”给他俩带来的日渐富裕。突然一阵杂乱的脚步声出现在他家门口,然后,门被粗暴地撞开,一群怒气冲冲的男男女女冲进来。他们不由分说,将房里制作好的“珍妮机”通通捣毁:“你制作的害人机器见鬼去吧!”甚至有人还放火,点燃了哈格里夫斯的房屋。他们夫妇俩被赶出了兰开郡的小镇。

原来,英国工业革命发生后,大量失去土地的农民涌入城市,为工场主打工谋生。当时英国占领了印度作为殖民地,印度生产的棉纺织品价廉物美,热销一时,引发了英国本土棉纺业的繁荣。但是,织布机械由于机械工人凯伊发明飞梭技术,生产率大大提高。织布需要的棉纱,却还是依靠众多家庭手工业的纺车慢慢纺出来。所以棉纱供不应求,收购价格较高。“珍妮机”的发明使棉纱产量上升,于是,织布厂收购棉纱价格下跌。那些没有使用“珍妮机”的纺纱工人不但产量低,而且棉纱又卖不出好价钱。日子久了,他们的怒气爆发,才有捣毁机器那一幕的发生。

失去了“珍妮机”的哈格里夫斯夫妇不得不流落诺丁汉街头,但他俩还是努力改进“珍妮机”。1770年,哈格里夫斯获得了专利;到了1784年,“珍妮机”已增加到八十个纱锭。四年后英国已有两万台“珍妮机”了。

但珍妮机纺出的纱还是显得粗,后来塞缪尔·克隆普顿发明了走锭精纺机,也就是骡机。这种机器纺出的纱柔软精细,很快得到应用。

但无论是“珍妮机”和“骡机”在当时都必须依靠水力作为动力源,因此建厂就只能在水边,这限制了纺织机械化的推广。而就在这时,瓦特的蒸汽机也应运而生,成为了第一次工业革命的核心推动力量!

作为第一次工业革命的旗手,瓦特先生即将闪亮登场!

原文链接:

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