第5章 水车
山间溪流的声音，在清晨格外清晰。
水撞在石头上，溅起白沫，发出哗哗的响声，邓志远卷起裤腿，踩进溪水里，凉意瞬间从脚底窜上来，他沿着溪流往上游走了两里地，王老锤和三个矿工跟在后面。
溪流不大，水面宽约一丈，水深及膝，但水流湍急，冲击力不弱，这是山间溪流的特征，落差大、流速快。
邓志远蹲在溪边，捡了根树枝在地上画。
“从这里到矿山炉子旁边，直线距离约两百步。溪面到炉子的垂直落差，”他站起来，目测了一下地形，“约一丈二。”
“少爷要看什么？”王老锤不解。
“看水。”邓志远把树枝一丢，“这条溪，就是咱们的动力。”
他要造一座水车。
上射式水车，水从顶部灌入叶片，靠重力驱动转动，这种水车效率最高，能达到百分之六十五左右，但需要至少三米的落差。
邓志远在溪边勘察了半个时辰，选定了一处位置，溪流在这里有一道天然的小石坎，枯水期落差约两米，如果在石坎上方用石头垒一道简易石坝，把水位抬高到一丈，就能形成四米的有效落差。
“四米落差，流量按枯水期算，大约零点三立方米每秒。”他心里盘算，“功率大概是三到五马力，带动双缸风箱绰绰有余。”
“王师傅，我要在这里筑一道石坝，高五尺，把水蓄起来，然后在坝下建一座水车，”他用手比划了一下，“这么大。”
“多大？”
“一丈直径。”
王老锤瞪大了眼睛：“一丈？那得多少木头？”
“杉木板就行，三寸厚，叶片二十四片，轮毂用硬木。”邓志远从怀里掏出笔记本，翻到画好的图纸，“这是水车的结构图，你看。”
王老锤凑过来，看了半天，摇头：“少爷，这图老朽看不大懂，但老朽知道一件事，造这么大的水车，至少得半个月。”
“十天。”邓志远语气平静，“十天造好水车，五天安装调试，三个月之限只剩两个月，一天都不能浪费。”
造水车的核心难点不是叶片，而是传动系统。
水车转速很慢，每分钟八到十二转，但风箱需要的是每分钟十五到三十次的往复运动，所以需要增速，增速比大约一比三。
增速靠齿轮。
明末没有金属齿轮的标准化制造能力，但木质齿轮在宋代就已经广泛应用，水运仪象台上就有木制齿轮传动，王老锤对木工活不算陌生，铁匠世家出身，木工是基本功。
邓志远画了一套详细的齿轮图纸，大齿轮装在水车主轴上，直径约两尺，齿数三十六个，小齿轮装在传动轴上，直径约七寸，齿数十二个，大带小，增速三倍。
传动轴再通过曲柄连杆机构，把旋转运动转换成往复运动，带动两个风箱的活塞交替推拉。
“这就是整个传动链。”邓志远在地上用木炭画了一幅完整的示意图，“水车转，大齿轮转，小齿轮跟着转，传动轴转，曲柄连杆把旋转变成推拉，风箱就动了。”
王铁锤蹲在地上，两眼放光地盯着那张图。
“少爷，”少年忽然开口，“这个大齿轮和小齿轮……齿跟齿之间咬合的地方，是不是要做得很准？差一点就卡住了？”
邓志远看了他一眼：“对，齿距必须均匀，误差不能超过”他想了想，“一根头发丝到两根头发丝之间。”
王铁锤吸了口气，但没有退缩：“我来削。”
王老锤在旁边瞪了孙子一眼：“你削？你连大锯都拉不稳——”
“爷爷，”王铁锤抬起头，眼神异常认真，“我能行。”
邓志远看了少年几息，点了点头：“你来，我给你做量具。”
接下来的五天，整个矿山变成了一座大工地。
六个矿工分成两组，一组垒石坝，一组砍伐杉木、锯板，王老锤带着两个年纪大的矿工负责制作水车的轮毂和叶片框架。
邓志远亲手制作了一套简易量具，用铜片磨出几个标准齿距片，每片上的齿距完全一致，用来校验齿轮加工精度。
他把量具交给王铁锤：“每削完一个齿，就卡上去试，能卡进去、又不晃动，就合格。”
王铁锤接过量具，郑重地点了点头。
然后少年就蹲在树荫下，开始削齿轮。
一块樟木板固定在木桩上，王铁锤拿着一把旧锯和一把锉刀，一齿一齿地锯、一齿一齿地锉，每削完一齿，就用铜片刻距片卡一下，太紧了就再锉两下，太松了……太松了就废掉重来。
邓志远每隔半个时辰来看一次。
第一天，王铁锤做了六个齿，废了两个。
第二天，十二个齿，废了一个。
第三天，二十个齿，零废品。
到第四天，小齿轮的十二个齿全部完成，邓志远拿过铜片刻距片逐个校验，每一个齿都能卡进去，间隙均匀，几乎感觉不到晃动。
“大齿轮呢？”
王铁锤爷爷那边的大齿轮也快完成了，三十六个齿，靠的是他四十年的木工手感，虽然不如孙子精密，但误差也在可接受范围内。
邓志远把小齿轮和大齿轮对在一起试了试，咬合顺畅，转动灵活，没有卡顿。
“善。”他长出了一口气。
第五天，石坝完工。
六个矿工用五天时间，在溪流上用石头垒起了一道五尺高、八尺长的石坝，坝体不算精致，缝隙用黄泥填塞，上游蓄起了一个小小的水塘，水面比下游高出约四米。
水车安装在坝下的石坎处。
三米直径的木质水车矗立在溪水之上，二十四片杉木叶片排列整齐，水车的主轴两端架在石砌的支座上，主轴另一端连接着大齿轮。
大齿轮和小齿轮咬合，小齿轮的轴连接着传动轴，传动轴另一端是曲柄连杆机构。
连杆的末端，连接着两个并排的木制风箱。
风箱是邓志远花了两个晚上画图纸、白天让王老锤制作的双缸结构，两个木缸内径约八寸，行程一尺二，活塞是木芯外包牛皮，涂桐油密封，每个缸的出风口装有一片薄牛皮片作为单向阀，只允许空气流向炉膛，不允许回流。
两个风箱的出风管汇入一个木制的汇风室，汇风室再通过陶管连接炉膛风口。
整个系统的逻辑很简单：水车转一圈，大齿轮带动小齿轮转三圈，曲柄连杆让两个风箱各完成一次推拉，每一次推拉都鼓风，也就是说，水车转一圈，鼓风六次，水车每分钟转十圈，每分钟鼓风六十次。
“风量够不够？”王老锤问。
邓志远心里算过：每次鼓风约零点零六立方米，每分钟六十次就是三点六立方米，比四个壮汉拉皮风囊的风量大三倍，而且
“不会累。”他说。
接下来的两天，水车的各个部件陆续安装到位，邓志远带着人把主轴架好，齿轮咬合，连杆接上风箱，每一个环节都反复检查了两三遍，王老锤蹲在齿轮旁边，用铜片刻距片一个一个地校验齿距，确认无误后才点头。
四月二十一，午后。
一切就绪。
邓志远站在石坝上方，手里拿着一面小旗，王老锤站在炉子旁边，紧张得手心冒汗，王铁锤蹲在风箱旁边，两眼死死盯着水车的叶片。
“开坝。”
两个矿工搬开石坝上的挡水木板，蓄积的溪水轰然涌下，冲击在水车的叶片上。
水车动了。
起初很慢，叶片刚吃水，转动迟缓，发出嘎吱嘎吱的声响，然后越来越快，水流冲击的力量逐渐克服了静摩擦力，水车转速稳步提升。
大齿轮转动，小齿轮跟着飞转，传动轴嗡嗡振动，曲柄连杆开始往复运动，两个风箱的活塞一推一拉，交替进行，像两只巨大的肺在呼吸。
风箱出风管口传来呼呼的风声。
一股强劲的气流，通过陶管，直吹炉膛。
王老锤站在炉前，感受到扑面而来的热风，眼睛越睁越大。
“这……这是风？”他把手伸到风口前，差点被吹了个跟跄，“比以前四个人拉风囊还猛？”
邓志远蹲在水车旁，拿树枝在地上算：“四个人拉风囊，每人每分钟约鼓风零点二立方米，四个加起来零点八，现在水车每转一圈鼓风零点零六乘以六，零点三六，一分钟转十圈，三点六，而且只要溪水不断，它不停。”
王老锤听不懂数字，但他听懂了“不停”两个字。
“少爷，”他的声音有些发颤，“这东西……能日夜不停？”
“日夜不停。”
“刮风下雨呢？”
“刮风下雨溪水也在流。”
王老锤站在那里，呆呆地看着转个不停的水车，眼眶突然就红了。
他想起了邓守仁，老爷在世的时候，最愁的就是鼓风，四个人拉风囊，累得半死，风还不够旺，夏天工人中暑，冬天手冻得拉不动，要是有了这个……
“老爷，”他在心里说，“您看，少爷做到了。”
水车运转的头两天，出了三个问题。
第一个：风箱漏气，牛皮密封不严，活塞和缸壁之间有缝隙，鼓出来的风打了折扣，邓志远让王铁锤在缸壁内侧涂了一层猪油和草木灰的混合物，既润滑又密封，漏气量明显减少。
第二个：单向阀被吹翻，风量大的时候，薄牛皮片被气流吸住打不开。邓志远把牛皮片削薄了一半，又在根部加了一根竹片做支撑筋，问题解决。
第三个最严重，传动轴在第二天半夜断了，大齿轮传递的力矩太大，木轴从中间扭裂。
邓志远半夜被声响惊醒，跑过去一看，水车空转，齿轮散落一地。
“木轴扛不住。”他蹲下来检查断面，“樟木不够硬，换，用铁力木。“
“铁力木？”王老锤皱眉，“长汀没有那东西。“
邓志远沉默片刻：“那就用硬铁木，县城南边的木料行应该有，明天，不，今天就去买。”
他顿了顿，看着散落一地的齿轮和断轴，吐了口浊气。
“齿轮不用重做，铁锤做的小齿轮没问题，换轴就行，加粗两分，再在齿轮啮合面嵌一层铁皮，减少磨损。”
王铁锤在旁边揉了揉眼睛，他半夜也被惊醒了，现在穿着单衣站在夜风里，但二话没说，转身就去拿工具。
“铁锤，先去睡两个时辰，天亮再干。”
少年摇了摇头：“少爷，我把备用的铁皮先裁好。”
邓志远看了他一眼，没有再劝。
第二天一整天，王铁锤裁铁皮、邓志远检查断轴残件、王老锤带人砍了一根新的铁力木料，三个人几乎没合眼。
四月二十三，傍晚。
传动轴换好，水车重新运转。
风箱呼呼作响，气流稳定而强劲。
邓志远站在炉子旁边，感受着从风口涌出的热风，炉膛里的木炭已经烧得通红，热浪灼人。
“王师傅，明天试炉。”
王老锤点点头，目光灼灼。
一切准备就绪，炉膛改造完毕，水力风箱就位，矿石备了五百斤，木炭四百斤，石灰石一百斤。
明天，就要看这座新炉子能不能炼出像样的铁来。
三个月之限，还剩五十三天。
水撞在石头上，溅起白沫，发出哗哗的响声，邓志远卷起裤腿，踩进溪水里，凉意瞬间从脚底窜上来，他沿着溪流往上游走了两里地，王老锤和三个矿工跟在后面。
溪流不大，水面宽约一丈，水深及膝，但水流湍急，冲击力不弱，这是山间溪流的特征，落差大、流速快。
邓志远蹲在溪边，捡了根树枝在地上画。
“从这里到矿山炉子旁边，直线距离约两百步。溪面到炉子的垂直落差，”他站起来，目测了一下地形，“约一丈二。”
“少爷要看什么？”王老锤不解。
“看水。”邓志远把树枝一丢，“这条溪，就是咱们的动力。”
他要造一座水车。
上射式水车，水从顶部灌入叶片，靠重力驱动转动，这种水车效率最高，能达到百分之六十五左右，但需要至少三米的落差。
邓志远在溪边勘察了半个时辰，选定了一处位置，溪流在这里有一道天然的小石坎，枯水期落差约两米，如果在石坎上方用石头垒一道简易石坝，把水位抬高到一丈，就能形成四米的有效落差。
“四米落差，流量按枯水期算，大约零点三立方米每秒。”他心里盘算，“功率大概是三到五马力，带动双缸风箱绰绰有余。”
“王师傅，我要在这里筑一道石坝，高五尺，把水蓄起来，然后在坝下建一座水车，”他用手比划了一下，“这么大。”
“多大？”
“一丈直径。”
王老锤瞪大了眼睛：“一丈？那得多少木头？”
“杉木板就行，三寸厚，叶片二十四片，轮毂用硬木。”邓志远从怀里掏出笔记本，翻到画好的图纸，“这是水车的结构图，你看。”
王老锤凑过来，看了半天，摇头：“少爷，这图老朽看不大懂，但老朽知道一件事，造这么大的水车，至少得半个月。”
“十天。”邓志远语气平静，“十天造好水车，五天安装调试，三个月之限只剩两个月，一天都不能浪费。”
造水车的核心难点不是叶片，而是传动系统。
水车转速很慢，每分钟八到十二转，但风箱需要的是每分钟十五到三十次的往复运动，所以需要增速，增速比大约一比三。
增速靠齿轮。
明末没有金属齿轮的标准化制造能力，但木质齿轮在宋代就已经广泛应用，水运仪象台上就有木制齿轮传动，王老锤对木工活不算陌生，铁匠世家出身，木工是基本功。
邓志远画了一套详细的齿轮图纸，大齿轮装在水车主轴上，直径约两尺，齿数三十六个，小齿轮装在传动轴上，直径约七寸，齿数十二个，大带小，增速三倍。
传动轴再通过曲柄连杆机构，把旋转运动转换成往复运动，带动两个风箱的活塞交替推拉。
“这就是整个传动链。”邓志远在地上用木炭画了一幅完整的示意图，“水车转，大齿轮转，小齿轮跟着转，传动轴转，曲柄连杆把旋转变成推拉，风箱就动了。”
王铁锤蹲在地上，两眼放光地盯着那张图。
“少爷，”少年忽然开口，“这个大齿轮和小齿轮……齿跟齿之间咬合的地方，是不是要做得很准？差一点就卡住了？”
邓志远看了他一眼：“对，齿距必须均匀，误差不能超过”他想了想，“一根头发丝到两根头发丝之间。”
王铁锤吸了口气，但没有退缩：“我来削。”
王老锤在旁边瞪了孙子一眼：“你削？你连大锯都拉不稳——”
“爷爷，”王铁锤抬起头，眼神异常认真，“我能行。”
邓志远看了少年几息，点了点头：“你来，我给你做量具。”
接下来的五天，整个矿山变成了一座大工地。
六个矿工分成两组，一组垒石坝，一组砍伐杉木、锯板，王老锤带着两个年纪大的矿工负责制作水车的轮毂和叶片框架。
邓志远亲手制作了一套简易量具，用铜片磨出几个标准齿距片，每片上的齿距完全一致，用来校验齿轮加工精度。
他把量具交给王铁锤：“每削完一个齿，就卡上去试，能卡进去、又不晃动，就合格。”
王铁锤接过量具，郑重地点了点头。
然后少年就蹲在树荫下，开始削齿轮。
一块樟木板固定在木桩上，王铁锤拿着一把旧锯和一把锉刀，一齿一齿地锯、一齿一齿地锉，每削完一齿，就用铜片刻距片卡一下，太紧了就再锉两下，太松了……太松了就废掉重来。
邓志远每隔半个时辰来看一次。
第一天，王铁锤做了六个齿，废了两个。
第二天，十二个齿，废了一个。
第三天，二十个齿，零废品。
到第四天，小齿轮的十二个齿全部完成，邓志远拿过铜片刻距片逐个校验，每一个齿都能卡进去，间隙均匀，几乎感觉不到晃动。
“大齿轮呢？”
王铁锤爷爷那边的大齿轮也快完成了，三十六个齿，靠的是他四十年的木工手感，虽然不如孙子精密，但误差也在可接受范围内。
邓志远把小齿轮和大齿轮对在一起试了试，咬合顺畅，转动灵活，没有卡顿。
“善。”他长出了一口气。
第五天，石坝完工。
六个矿工用五天时间，在溪流上用石头垒起了一道五尺高、八尺长的石坝，坝体不算精致，缝隙用黄泥填塞，上游蓄起了一个小小的水塘，水面比下游高出约四米。
水车安装在坝下的石坎处。
三米直径的木质水车矗立在溪水之上，二十四片杉木叶片排列整齐，水车的主轴两端架在石砌的支座上，主轴另一端连接着大齿轮。
大齿轮和小齿轮咬合，小齿轮的轴连接着传动轴，传动轴另一端是曲柄连杆机构。
连杆的末端，连接着两个并排的木制风箱。
风箱是邓志远花了两个晚上画图纸、白天让王老锤制作的双缸结构，两个木缸内径约八寸，行程一尺二，活塞是木芯外包牛皮，涂桐油密封，每个缸的出风口装有一片薄牛皮片作为单向阀，只允许空气流向炉膛，不允许回流。
两个风箱的出风管汇入一个木制的汇风室，汇风室再通过陶管连接炉膛风口。
整个系统的逻辑很简单：水车转一圈，大齿轮带动小齿轮转三圈，曲柄连杆让两个风箱各完成一次推拉，每一次推拉都鼓风，也就是说，水车转一圈，鼓风六次，水车每分钟转十圈，每分钟鼓风六十次。
“风量够不够？”王老锤问。
邓志远心里算过：每次鼓风约零点零六立方米，每分钟六十次就是三点六立方米，比四个壮汉拉皮风囊的风量大三倍，而且
“不会累。”他说。
接下来的两天，水车的各个部件陆续安装到位，邓志远带着人把主轴架好，齿轮咬合，连杆接上风箱，每一个环节都反复检查了两三遍，王老锤蹲在齿轮旁边，用铜片刻距片一个一个地校验齿距，确认无误后才点头。
四月二十一，午后。
一切就绪。
邓志远站在石坝上方，手里拿着一面小旗，王老锤站在炉子旁边，紧张得手心冒汗，王铁锤蹲在风箱旁边，两眼死死盯着水车的叶片。
“开坝。”
两个矿工搬开石坝上的挡水木板，蓄积的溪水轰然涌下，冲击在水车的叶片上。
水车动了。
起初很慢，叶片刚吃水，转动迟缓，发出嘎吱嘎吱的声响，然后越来越快，水流冲击的力量逐渐克服了静摩擦力，水车转速稳步提升。
大齿轮转动，小齿轮跟着飞转，传动轴嗡嗡振动，曲柄连杆开始往复运动，两个风箱的活塞一推一拉，交替进行，像两只巨大的肺在呼吸。
风箱出风管口传来呼呼的风声。
一股强劲的气流，通过陶管，直吹炉膛。
王老锤站在炉前，感受到扑面而来的热风，眼睛越睁越大。
“这……这是风？”他把手伸到风口前，差点被吹了个跟跄，“比以前四个人拉风囊还猛？”
邓志远蹲在水车旁，拿树枝在地上算：“四个人拉风囊，每人每分钟约鼓风零点二立方米，四个加起来零点八，现在水车每转一圈鼓风零点零六乘以六，零点三六，一分钟转十圈，三点六，而且只要溪水不断，它不停。”
王老锤听不懂数字，但他听懂了“不停”两个字。
“少爷，”他的声音有些发颤，“这东西……能日夜不停？”
“日夜不停。”
“刮风下雨呢？”
“刮风下雨溪水也在流。”
王老锤站在那里，呆呆地看着转个不停的水车，眼眶突然就红了。
他想起了邓守仁，老爷在世的时候，最愁的就是鼓风，四个人拉风囊，累得半死，风还不够旺，夏天工人中暑，冬天手冻得拉不动，要是有了这个……
“老爷，”他在心里说，“您看，少爷做到了。”
水车运转的头两天，出了三个问题。
第一个：风箱漏气，牛皮密封不严，活塞和缸壁之间有缝隙，鼓出来的风打了折扣，邓志远让王铁锤在缸壁内侧涂了一层猪油和草木灰的混合物，既润滑又密封，漏气量明显减少。
第二个：单向阀被吹翻，风量大的时候，薄牛皮片被气流吸住打不开。邓志远把牛皮片削薄了一半，又在根部加了一根竹片做支撑筋，问题解决。
第三个最严重，传动轴在第二天半夜断了，大齿轮传递的力矩太大，木轴从中间扭裂。
邓志远半夜被声响惊醒，跑过去一看，水车空转，齿轮散落一地。
“木轴扛不住。”他蹲下来检查断面，“樟木不够硬，换，用铁力木。“
“铁力木？”王老锤皱眉，“长汀没有那东西。“
邓志远沉默片刻：“那就用硬铁木，县城南边的木料行应该有，明天，不，今天就去买。”
他顿了顿，看着散落一地的齿轮和断轴，吐了口浊气。
“齿轮不用重做，铁锤做的小齿轮没问题，换轴就行，加粗两分，再在齿轮啮合面嵌一层铁皮，减少磨损。”
王铁锤在旁边揉了揉眼睛，他半夜也被惊醒了，现在穿着单衣站在夜风里，但二话没说，转身就去拿工具。
“铁锤，先去睡两个时辰，天亮再干。”
少年摇了摇头：“少爷，我把备用的铁皮先裁好。”
邓志远看了他一眼，没有再劝。
第二天一整天，王铁锤裁铁皮、邓志远检查断轴残件、王老锤带人砍了一根新的铁力木料，三个人几乎没合眼。
四月二十三，傍晚。
传动轴换好，水车重新运转。
风箱呼呼作响，气流稳定而强劲。
邓志远站在炉子旁边，感受着从风口涌出的热风，炉膛里的木炭已经烧得通红，热浪灼人。
“王师傅，明天试炉。”
王老锤点点头，目光灼灼。
一切准备就绪，炉膛改造完毕，水力风箱就位，矿石备了五百斤，木炭四百斤，石灰石一百斤。
明天，就要看这座新炉子能不能炼出像样的铁来。
三个月之限，还剩五十三天。