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研究生:楊子佳
研究生(外文):YANG,TZU-CHIA
論文名稱:水力加工裝置的復原設計
論文名稱(外文):Reconstruction Design Of Water-powered Processing Devices
指導教授:林聰益林聰益引用關係
指導教授(外文):LIN,TSUNG-YI
口試委員:吳益彰黃馨慧
口試委員(外文):WU,YI-JHANGHUANG,SIN-HUEI
口試日期:2017-01-17
學位類別:碩士
校院名稱:南臺科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:水力加工裝置連機水碓水力打鐵裝置復原設計
外文關鍵詞:water-powered processing deviceswater-driven pestlewater-powered trip hammer devicereconstruction design
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水力加工坊為古代重要加工物料之場域,其將水力作為動力來源,致使加工裝置進行運動與作功。其中,水力加工裝置包含糧食加工裝置與工業加工裝置等。本研究是以綠能科技教育為目的,採用傳統的水力加工裝置為內容來建構一個綠能教育場域的水力加工坊。亦即本研究是以古機械為元素進行創新設計,包含以傳統的上射式水輪作為動力輪,利用19世紀的皮帶傳動系統,來驅動歐美洲古代的打鐵裝置和中國古代的連機水碓。
本研究首先是根據針對古代的水力動力機械、連機水碓、及打鐵裝置、皮帶傳動裝置進行史料研究與構造分析,在進行水力加工坊的需求確認和問題定義後,訂定出設計規範,並利用電腦輔助設計與工程分析軟體(CAD/CAE)進行各項古機械的復原設計。其中,連機水碓為一項糧食加工裝置,是用來舂搗物料的裝置,其以《農書》與《天工開物》兩者型式進行復原設計;水力打鐵裝置為一項歐美洲的冶金加工裝置,是用來鍛打金屬物料的裝置,其主要是依據Georgius Agricola《De re metallica(論礦冶)》來進行復原設計。
水力加工坊是具有實用性、可操作性、能演示的水力加工作坊,其能連結傳統技術工藝與歷史文化,含括的知識內容豐富,具有完整性和系統性的知識。不但是具有獨特性的水力循環動力系統,更是創新教育的動力引擎,可作為一水力式綠能節源的教育場域。

Water-powered processing workshops were important fields for processing materials, where water-powered was used as the power source for the working of the processing device. The water-powered processing devices contained food processing devices and industrial processing devices. Aiming at green technology education, traditional water-powered processing devices are applied to construct a water-powered processing workshop in the green education field in this study. That is, ancient mechanisms are used as the elements for the creation design, including the traditional overshot waterwheel as the power wheel and the belt-drive system in the 19th century to drive ancient trip hammer devices in Europe and America and ancient water-driven pestles in China.
Ancient water-powered mechanisms, water-driven pestles, trip hammer devices, and belt-drive devices are first studied the historical record study and analyzed the structure in this study. After determining the requirement and defining the problem of water-powered processing workshops, design specifications are set and computer-aided design and engineering analysis software (CAD/CAE) is utilized for the reconstruction design of various ancient mechanisms. A water-driven pestle, the food processing device, is used for hulling materials; two types in Agricultural Books and The Exploitation of the Works of Nature are applied to the reconstruction design. A water-powered trip hammer device is the metallurgical processing device in Europe and America for forging metal materials; Georgius Agricola’ De re metallica is applied to the reconstruction design.

A Water-powered processing workshop presents practicability, operability, and demonstrability, could be connected with traditional technology and historical culture, and covers rich integrated and systematic knowledge. It is not only a unique circulatory hydropower system but also the power engine of innovation education for hydraulic green energy education.


摘要i
英文摘要ii
誌謝iv
目次v
表目錄vii
圖目錄viii
第一章 緒論1
1-1 水力加工裝置的發展1
1-2 文獻回顧2
1-3 研究目的5
1-4 論文架構6
第二章 動力水輪的復原研究8
2-1 水輪的史料研究與構造分析9
2-2 上射式水輪的復原設計16
2-3 上射式水輪的復原製造34
2-4 小結36
第三章 連機水碓的復原研究37
3-1 連機水碓的史料研究與構造分析38
3-2 連機水碓的復原設計44
3-3連機水碓的復原製造59
3-4 小結60
第四章 水力打鐵裝置的復原研究61
4-1 水力打鐵裝置的史料研究與構造分析62
4-2 水力打鐵裝置的復原設計66
4-3 水力打鐵裝置的復原製造76
4-4 小結77
第五章 水力加工坊的設計78
5-1 需求確認與問題定義79
5-2 設計產生83
5-3 小結95
第六章 結論與建議96
6-1 結論96
6-2 建議97
參考文獻98
作者簡介101
1.林聰益,古中國擒縱調速器之系統化復原設計,國立成功大學機械工程學系,博士論文,2001。
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3.蕭國鴻、顏鴻森,古中國書籍具插圖之機構,2015。
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8.趙雅書,《中國農業史論集》的〈中國水車之演變〉,2011。
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10.《資治通鑑》魏元帝景元四年(西元263年),維基文庫,https://zh.wikisource.org/,2017/1/3。
11.陳廷章[唐],《水輪賦》,http://www.qb5200.com/xiaoshuo/49/49757/4480668.html,2017/1/3。
12.連機水碓,江西景德鎮,https://read01.com/L7Kygd.html,2017/1/3。
13.內政部-建築物基礎構造設計規範,http://glrs.moi.gov.tw/LawContentDetails.aspx?id=FL003834,2017/1/3。
14.小栗富士雄、小栗達男,機械設計圖表便覽,眾文圖書,2005
15.大西清,機械設計製圖便覽,全華圖書,2014。
16.桓子新論,中國哲學書電子化計劃維基,http://ctext.org/wiki.pl?if=gb&res=883233,2017/1/3。
17.連機水碓,中國浙江溫州澤雅鎮,http://cn.made-in-china.com/info/article-7293954.html,2017/1/3。
18.許慎[漢],《說文解字》,徐鉉[宋],中華書局,中國,2013。
19.Georgius Agricola《De re metallica》,1556,(中譯本為《坤輿格致》,由李天經主持,天主教傳教士湯若望與楊之華、黃宏憲等一起合作翻譯而成,全書共有四卷)。
20.Pliny《Natural History》,1669。
21.Hay Creek Trip Hammer,Cornwall Iron Furnace,
http://www.brhoward.com/hay_creek_trip_hammer.html,2017/1/3.
22.Frohnauer Hammer,https://de.wikipedia.org/wiki/Frohnauer_Hammer,2017/1/3.
23.Eisenhammer Dorfchemnitz,Museum
http://www.eisenhammer.dorfchemnitz.de/,2017/1/3。
24.Letheringsett watermill's,維基百科,
https://en.wikipedia.org/wiki/Letheringsett_Watermill,2017/1/3。
25.連軸器,http://justfinding.blogspot.tw/2013/04/round-and-round-4172013.html,2017/1/3.
26.方爪離合器,http://mail.scvs.ntpc.edu.tw/~gupeen/top1/chap6/htm/chap6-42.htm,2017/1/3.
27.帶移動裝置,http://www.practicalmachinist.com/vb/archive/index.php/t-115012.html,2017/1/3
28.瑤里水碓作坊群,https://www.youtube.com/watch?v=kwUeKZxwJHQ,2017/1/3。
29.Frohnauer Hammer作坊,https://www.youtube.com/watch?v=eA_I7P0cp_M,2017/1/3。
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