四轮马车转向原理

建兴六年（228年）春，蜀汉丞相诸葛亮兵出祁山，开启了克复中原的战争序幕，但因街亭一战失利，蜀汉丧失了闪击曹魏的唯一一次机会，此后，诸葛亮被迫陷入与曹魏的拉锯战中。\n而困扰诸葛亮的除了强大的曹魏骑兵，还有那关山险阻的蜀道。由于战争进入了相持阶段，诸葛亮后续的4次北伐每每受困于粮草不继。\n

\n为了克服蜀汉人力畜力不足、道路崎岖的现实困难，诸葛亮将希望寄于运输工具的改造上。\n建兴九年（231年），“亮复出祁山，以木牛运，粮尽退军。”建兴十二年（234年），“亮悉大众由斜谷出，以流马运”。自此，木牛流马这种奇特的运输工具出现在历史舞台。\n史书没有明确记载木牛流马的出现对蜀汉军粮运输究竟起到了多大程度的改善，因为诸葛亮一死，蜀汉就立刻弃用了这种运输工具。为什么会出现这种现象呢？在回答这个问题之前，我们首先有要弄清楚“木牛流马”到底是怎样的运输工具。\n

\n老版《三国演义》在拍摄时，将木牛流马解读为一种形如牛的机械装置，可自行行走。显然，在连蒸汽机都没有的三国时代，这违背了能量守恒定律，是绝无可能的；而新版《三国》为了贴近实际，将木牛流马拍摄为独轮车。\n实际上，按照《诸葛亮集》的记载，木牛、流马应该是两种不同的运输工具，而且也绝不可能是独轮车。\n据成都羊子山二号汉墓考古出土的骈车画像砖证实，至少在东汉时期，独轮车就已经大量应用，名曰鹿车，合江汉棺上刻画的《董永侍父图》中也出现了独轮车，佐证了这一结论。\n

\n陈寿在评价诸葛亮时曾写道：“亮性长于巧思，损益连弩，木牛流马皆出其意”。如果诸葛亮仅仅是在原有独轮车基础上加了一个装饰性的牛头，改名木牛，对于增加蜀汉运力而言并无裨益，也绝配不上“巧思”这样的评价，更不会莫名失传。\n所以，木牛也好，流马也罢，必然是有了突破性的创造，才会有“工械技巧，物究其极”这样的记载。那么，木牛、流马究竟是什么呢？\n

\n裴松之在给《三国志》做注时，曾收集到了木牛流马的制作方法：“木牛方腹曲头，一脚四足……人行六尺，牛行四步，载一岁粮，日行二十里，而人不大劳”。“流马肋长三尺五寸，……前后四脚，广二寸，厚一寸五分，形制如象”。\n从史书记载中我们可以大体得知，木牛载重量大，行进缓慢，而流马载重量小，带有方囊。但因为没有图纸，我们还是无法得知这两种运输工具究竟是个什么样子。\n不过，四川成都新都区一处砖瓦厂意外出土的汉末三国时期的陶三轮马车，却刷新了我们的认知。\n

\n众所周知，此前我国考古发掘的马车均为两轮车，而西方则为四轮马车（四轮车行驶平稳，运量大），原因就在于转向装置在我国古代的马车中并未发现和运用。\n而四川出土的陶三轮马车前轮上安装有叉形转向装置，并配有扶手，这既减轻了前行的负重力，也解决了山路行驶时转弯半径小的难题，与诸葛亮发明木牛流马的初衷吻合。\n那么，这辆带有转向装置的三轮马车，是否就是诸葛亮的木牛流马呢？还不是。因为与《作木牛流马法》中记载的复杂结构还有较大差距。\n

\n诸葛亮不是神，不可能造出超出时代的东西，但却可以凭借巧思，对已有的运输工具作出突破性改进，如诸葛连弩就是在秦汉连弩基础上改良的，而解决了部分痛点的三轮马车，必然是诸葛亮构思的原型之一。\n如果我们将考古发现和史书中“木牛一脚四足，人行六尺，牛行四步”的记载结合起来看，会发现所谓的四足其实是四轮，而一脚则应该是前驱的转向装置，至于牛肋、牛齿、牛秋轴，则说明木牛的形制至少是要比三轮马车设计更为精妙奇特，带有某种机械装置，并且由人力驱动（人行六尺，牛行四步）。\n

\n虽然三国时期无法造出滚轴链条，但出土的战国齿轮、西汉记道车、东汉人字齿轮却向我们证实，古人造出带有机械原理的车辆并非不可能。所以，木牛应该是接近于现代三轮车的五轮车辆。\n至于为什么是五轮而不是三轮，这一点与后世大货车单侧配双轮原理类似，一是降低粮车倾覆的概率，二是缓解压力（木牛可运“一岁粮”，约为730斤）。\n

\n但是，木牛仅仅使用一次后就被诸葛亮弃用了，第五次北伐时，诸葛亮改用了流马，按照《作木牛流马法》的记载，木牛制作时仅仅标注了有哪些部件，而流马却详细标明了部件尺寸大小，并设计有前后杠孔和方囊。显然，流马应该是木牛的改良升级版。\n然而，流马在诸葛亮死后也遭弃用（秦皇汉武注：《三国演义》中姜维用木牛流马往铁笼山运粮属艺术创作），这显然不是工艺失传所能解释的。\n如果我们再回过头来看出土的陶三轮马车，就会发现前轮轴和叉形器的设计极易磨损，而比其设计工艺更为复杂的木牛流马，对部件的要求会更高，但这种高成本高损耗并未换来运输上实质突破，第五次北伐时诸葛亮依然受困粮草问题不得不在渭水屯田。\n

\n所以，这一高成本低效率的缺陷，无法让木牛流马得到大规模推广应用。诸葛亮一死，蜀汉再无使用的记载。在蜀汉灭亡33年后的西晋元康六年，天水羌人反叛，晋军以鹿车运成都米给军粮，重新改回了独轮车运输。\n参考资料：《三国志》《四川汉代画像砖》《晋书》《中国科学技术史》\n

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