在中国古代，机械技术的发展历程源远流长。从早期的冶炼风箱，到后来印刷术的诞生，

手工业机械在中国的经济生活中得到了充分的发展，覆盖了各个领域。这些机械的应用和发明，不仅提高了生产效率，

也为中国古代手工业的发展奠定了坚实的基础。这也是中国工匠智慧和创造力的结晶。在众多的古代手工业机械中，

钻孔工具和冶金鼓风机械是非常重要的发明。正如《汉书》所说，“以贫求富，农不如工，工不如商”。

由于古代手工业的大发展，促进了农业和商业的繁荣，从而推动社会的进步。一、钻孔工具是一切手工业发展的基础。

虽然钻具的发明时间难以确定，但可以推断出它出现得非常早。钻孔技术与钻孔工具的发展直接相关，

可能与远古时期的“钻木取火”技术有关。考古发现，新石器时代晚期的石器和玉器上有细长的孔，

如甘肃永昌鸳鸯池出土的一个上面有孔的管状石器，其孔径不足1厘米，但长达22厘米。

这种细长的孔不可能是人手直接加工而成，必须用专门的工具才能完成。钻孔工具在古代常用牵钻和舞钻两种，其钻头呈扁形，

俗称扁钻。牵钻与横木杆不相连，用绳索将钻杆缠绕在横木杆上。工作时，钻头对准钻孔位置，由操作人员牵动横木杆，

横木杆上的绳索就带动钻杆作往复转动，钻头便向下钻出孔洞。舞钻则是在钻杆下装钻头，钻杆上有个大木块，其转动惯性较大，

能起到飞轮的作用。舞钻比牵钻稍大，其钻杆长七八十厘米，钻孔的大小由钻杆的长度决定。

操作人员通过皮条带动钻杆作往复转动，钻头便能够钻出孔洞。二、冶金鼓风机械也是古代手工业机械中的重要发明。

在古代，冶炼是一项非常重要的手工业活动。冶金鼓风机械是一种能够产生强劲气流的机械，用于烧炼铜、铁等金属。

它由风箱和风轮组成，工作时风轮转动带动风箱产生气流，将同等体积的空气压缩成同等体积的高压气体，将空气喷入炉中，

加速燃烧，使铜、铁等金属矿石得到高温烧炼。冶金鼓风机械的出现，大大提升了冶炼效率，促进了古代冶炼技术的发展。

总之，古代手工业机械的发明和应用，为中国古代手工业的发展奠定了坚实的基础，也促进了社会的进步。

随着工具材料的不断升级，从最初的石头到铜和铁，人类社会得以不断发展。而铜和铁的应用也取决于鼓风技术的不断进步。

只有有了人工鼓风，才能够冶炼出铜和铁。鼓风机械的发展经历了皮橐、木扇和水排，皮橐由羊皮、马皮或牛皮制成，

外形像一个大皮囊，上有便于手掌控皮橐开合鼓风的把手。皮囊上有进出风口，进风口与外面连通，出风口通过风管与冶炉相连。

目前，已在多处发现殷商时的陶质风管，这些都是古代冶铁技术的遗迹。在古代，鼓动皮橐的操作被称为“鼓”，

而冶炼铸造被称为“鼓铸”。汉代画像石上有橐，从中可以看出橐的形状及工作情况，中国历史博物馆后将其复原，

只是其上的皮橐是用于锻打的。为了提高炉温，需要加大送入炉内的风量，因此有时将皮橐做得很大，据《淮南子》记载，

“马之死也，剥之若橐”，可知当时的大橐是用整张兽皮制作而成的。为增加风量，又减少间隙时间，古代曾采用多个橐送风，

不少古籍中有“排橐”的记述，从而可知皮橐被成排使用。在皮橐之后，金属冶铸及锻打鼓风都使用木扇。

木扇是个上薄下厚的箱体，高1米左右，宽为70～80厘米，厚有30～50厘米，木扇门的上端连在木扇的箱体上，

能够内外开合。当木扇门向外转动时，木扇即可充气；木扇门向内转动时，即可向炉内鼓风，木扇门一开一合，

便达到鼓风的目的。木扇可以由人操作，也可以由水力推动。如果是一个木扇工作，只能间隙向炉内鼓风；若要连续向炉内送风，

必须两个或两个以上的木扇同时工作，即成排使用。冶金技术进步与冶金质量提高有赖于冶金炉温的提高，

而炉温的提高需要依靠鼓风技术的进步。水排作为一种以水为动力的冶金鼓风设备，是中国古代的一项杰出发明。通过传动机械，

使皮制鼓风橐或木扇等鼓风器开合，将空气送入冶铁炉以铸造农具。水排的发明无疑是冶金鼓风技术的一大改进，

推动了古代冶铁技术的发展。水排是一种利用水作动力的装置，常被用于冶金炉等的鼓风。据记载，

水排的发明早在中国建武七年（公元31年），南阳太守杜诗就曾经“造作水排”，并得到了百姓的欢迎。

卧轮式水排有详细的记载，《农书》中介绍了卧轮式水排和立轮式水排两种形式，并绘有卧轮式水排图。

卧式水轮受到水流的冲击，主轴下部的水轮开始转动。主轴带动大绳轮同时转动，再通过绳素带动小绳轮转动，

小绳轮端面上的偏心推动一连杆及曲柄带动一卧轴作往复回转。卧轴另一端的曲柄推动一连杆，该连杆的另一端连接木扇门，

即带动木扇门开合，从而向炉内鼓风。传动链的长度很长，但是首尾尺寸都可以确定。木扇的尺寸应与冶金炉相近，

且高度不能过高，以方便操作人员。需要注意的是，木扇门应该画在木扇之内，而非木扇之外。

立轮式水排的立式水轮装在卧轴上，通过凸轮推动从动件及连杆带动木扇门向炉内鼓风。

秋千索起到稳定从动件及连杆动作的作用，劲竹及撑索的长度应根据劲竹的弹力来确定。拐木的直径应该选择恰当的值，

以保证木扇的行程不会过小或过大。木扇的尺寸应与卧轮式水排相近。在对立式水排进行恢复时，

发现由于拐木推动偃木时摩擦力的变化不稳定，木扇的工作也不稳定；劲竹的弹力也不可靠，有时能弹起，有时不能弹起。因此，

关于水排末端应该是皮橐还是木扇的问题一直存在争议。从功能上考虑，

无论是皮橐还是木扇作为传动系统的末端都可以满足要求。从古代情况来看，

用木扇替代皮橐进行冶金鼓风应该是一个漫长的过程。在这段很长的时间中，既有使用木扇，也有使用皮橐的情况。因此，

最初的水排可能使用木扇或皮橐都有可能。事实上，水排末端使用何种鼓风器并不会影响水排的结构和功能。

水排的出现大大提高了冶金质量，同时降低了成本。正如《三国志》中所述，使用水排的好处是前者的三倍，

意思是水排取代了一百匹马，工作效率大大提高。水排的发展非常迅速，得到了广泛的应用，在许多古籍上都有相关记载。另外，

关于将在地方主政官员称为“父母官”的说法，与水排的发明者朴诗有很大关系。这一说法源于《后汉书》，记载了西汉末年，

南阳太守召信臣治理南阳百姓的情况，“民得利，蓄积有余”，“吏民亲爱信臣，号之曰召父”。另据《后汉书》记载，

杜诗担任南阳太守时，将南阳治理成为“小天府”。百姓将杜诗与召信臣相比后说“前有召父，后有杜母”，

从而形成了“父母官”的称呼。风箱方面，活塞式风箱出现在宋代是比较可信的说法。当时使用皮橐鼓风的风量和风压较小，

而使用木扇鼓风则密封性较差，影响了风压。此外，皮橐和木扇之间存在送风间隙。活塞式风箱克服了这些缺点，

具有较大且稳定的风量和风压。大型的活塞式风箱需要四个人拉动才能运作。古代活塞式风箱的外形是由木扇箱体发展而来的，

它具有两个冲程，活塞作往复运动。上面的活门（即阀门）设计非常巧妙，确保向一个方向送风。

《天工开物》中有关于活塞式风箱外形和工作情况的记载。当把手向右移动时，右侧的阀门打开，

风进入后从风道送入炉内；当把手向左移动时，左侧的阀门打开，风进入后同样从风道送入炉内。

古代的活塞式风箱可以分为方形和圆形两类。方形活塞式风箱形状类似于长方形箱子，长约60-80厘米，有些甚至长达1米，

而短的则只有50厘米左右。相比于长度，高度和宽度稍小，高度通常大于宽度。圆形活塞式风箱则是一种特殊情况。

在风箱内部，活塞可以水平移动，从而产生风力的压缩和释放。活塞通过管道与进风口和出风口相连，

使得进入风箱的空气可以被压缩，随后通过出风口释放，从而产生稳定的风力。后来，方形活塞式风箱被广泛应用于古代冶炼、

农田灌溉和轮船航行等领域。通过控制活塞的移动速度和频率，可以调节风压和风力的大小，以满足不同工艺的需求。