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摘要 云南红河哈尼梯田传统蓄力犁是哈尼梯田文化中的重要内容，是农耕文化的代表。从云南红河哈尼梯田区域传统农具发展历史、类型、结构特点、力学性能和工作特性上进行研究，从结构上了解和研究了犁的特点，对哈尼族传统蓄力犁的保护有重要意义。同时，对哈尼梯田传统蓄力犁的研究有助于保护珍贵的文化遗产。
关键词 哈尼族；梯田；传统蓄力犁
中图分类号 S222.11 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）18-322-04
云南哈尼族根据自己的地理环境，结合当地的梯田文化，发明了适合自己耕作的哈尼族蓄力犁，并使其成为哈尼族农耕文化的经典代表。研究哈尼族蓄力犁的演变及特点有助于保护哈尼梯田世界文化遗产，通过对其外形实际尺寸测量及结构分析，找到其结构特点；研究力学性能、工作特性有助于对这种传统的耕作工具进行保护和复原。
1 哈尼族蓄力犁简介
哈尼族蓄力犁是一种轻便的短曲辕犁，是由古代的江东犁演变而来的[1]。哈尼族蓄力曲辕犁的主要功能是翻土、耕地。曲辕犁主要分为犁架和犁铧两部分，犁架主要由木材来制作，犁铧由铁来做成。制作工艺较简单：犁架多采用楗、梢等来连接固定，这样不仅轻便灵活，而且更坚固耐用；犁铧采用铁制冶炼、捶打来实现，犁铧锋利，有利于耕作。
1.1 哈尼族蓄力犁的改进
农具的改进以及广泛采用，对唐朝农业生产的发展起了重要作用。唐以前笨重的长直辕犁，回转困难，耕地费力。哈尼族农民在长期生产实践中，根据他们所处的地理环境、生活空间、梯田的特殊地域分布，创造出了适合自己耕作的哈尼族蓄力曲辕犁[2]。
哈尼族蓄力犁的整个犁体要比其他少数民族的蓄力犁小，哈尼族蓄力犁的犁底和犁柄是连成一体的，这大大减小了犁的整体尺寸，这样便于在梯田里耕作，由于梯田处于山上地段，农民们扛犁比较费力，所以，哈尼族的蓄力犁整体尺寸比起其他的蓄力犁来说就要小一些。
1.2 哈尼族蓄力犁的构造
哈尼族蓄力犁也是由唐朝的曲辕犁演变而来的[3]，犁部件的名称大多数没有变化，一部分部件根据自己的耕作情况有了明显的变化，哈尼族蓄力犁各部件名称见图1。
2 哈尼族蓄力犁结构分析与研究
2.1 力学体系
哈尼族蓄力犁的主要力系有：牛的牵引力F牛、犁自身的重力G、土壤阻力f1、各连接处的摩擦力f2、人的作用力F人、力所产生的转矩M[4]，其受力分布见图4。
2.2 平衡稳定性分析
蓄力犁在工作过程中可以近似看成匀速运动状态，平方向合力为0，所以其受到的牵引力与阻力是一对平衡力：F牛+F人=F阻。
将3个力分解以后得到水平方向：
F1+F3=f阻；
竖直方向：F2+F4=Fn。
自身重力和土壤支持力是一对平衡力G=F5。
在水平方向上：F1+F3-f=0，合力为0，故一般做匀速运动；
在竖直方向上：
F2+F4+F5-G-Fn=0，合力为0，使犁在竖直方向处于平衡状态，耕作时不会出现上下浮动。由于受到的牵引力和人的作用力对犁产生力矩M1、M2，故土壤阻力对犁也有一个力矩M3，3个力矩平衡：
M1-M2-M3=0。
在工作过程中不会产生扭转、翻转，这使得犁、牛、土壤和人在耕作过程中处于一个动态平衡中，使得耕作顺畅，保证耕作质量。
3 有限元分析
3.1 工作部件有限元分析 从图5分析，犁体受力主要是在分土的两侧，容易产生变形，导致耕作效果不好。
从图6可知，金属部件受力主要集中在犁体的两侧，会引起变形，但是变形不大，对工作效果影响不大。
3.2 犁辕有限元分析
犁辕主要是将牛的拉力传递到犁架的一个部件，承受牛的拉力和耕作过程中犁架其他部件给予的多方作用力。
图7中犁辕受力主要有来自牛的拉力F牛以及来自犁箭和犁梢的反作用力F反。在工作时犁辕受力F牛方向与水平方向有一定角度，其夹角一般与牛的体形有关，但由于哈尼族地区蓄力用耕牛体形大体相同，所以F牛与水平面夹角角度总体变化不大[5]。根据分析，犁辕在受力时会发生一定的变形，由于F牛方向向上，在力的作用点处位移最大，会上下摆动，在耕作过程中由于犁辕上下摆动，会出现耕深不一致情况。但是由于实际工作过程中也会随时调整犁梢来调整耕深，所以犁辕受力上下对蓄力犁整体工作影响不大。
从图7中可以看出，应力和应变不大，故不会出现犁辕断裂情况。这是由于人们在长期实践过程中逐渐积累改进的结果，对于犁辕的选材和粗细都经过了长期时间和实践的检验。
3.3 犁箭的有限元分析
哈尼族蓄力犁的犁箭主要有2个作用，一是固定犁壁，二是连接犁辕和犁梢。所承受的力有3个，一个是犁辕给予的作用力，一个是犁壁给予的，一个是犁梢给予的。其最主要的力是犁辕给予的一个拉力F。具体受力作用下的应力应变如图8所示。
3.4 犁梢的有限元分析
犁梢是犁架中一个重要部分，是工具与人之间的一个连接，在工作过程中直接将工作时遇到的地面情况反馈给人，便于人及时做出调整。哈尼族蓄力犁的犁梢是将一般的犁底和犁梢合二为一，形成一个整体，这样可以减少连接，避免更多的磨损，同时在力的传递上更加直接，也减少了犁架内部的摩擦力。哈尼族蓄力犁的犁梢上有2个主要的工作部件，一个是犁箭，一个是犁铧（犁镵一般固定在犁底上）。主要承受3个力，犁铧的作用力，犁箭的作用力以及人的作用力。具体受力作用下的应力应变如图9所示。
图9显示，犁梢受力以后的应力应变及位移情况，犁梢在受力时，将其简化为来自人的作用力，以及犁铧的阻力（将其简化为固定作用力），其主要作用结果是犁梢在人握持的地方容易发生位移，变化较大，容易前后摆动，影响作业效果，会出现耕深不一样情况；应力应变主要集中在弯曲位置，因此在设计时要将这个地方进行加粗处理，防止由于应力过大出现断裂。哈尼族蓄力犁在长期实践过程中已经将这个地方进行加粗处理，这是长期实践和无数次经验教训的结果。所以传统农具在设计上已经将最易损坏的地方进行强化处理，是现代设计中值得借鉴和学习的。 3.5 哈尼族蓄力犁整体有限元分析
哈尼族蓄力犁其结构特点具有典型的稻田耕作犁的特点[6]，其发展过程中也借鉴了其他蓄力犁的特点，其犁辕没有曲辕犁那么弯曲，但是其犁辕有一定的弯曲，并且朝下，其受力和曲辕犁一样，所以也属于曲辕犁。由于木材和工匠制作犁辕技术的不一样，每个民族制作的蓄力犁都有不同，带有各自民族的特点。其具体受力有限元分析如图10所示。
从图10中可以看出，哈尼族蓄力犁在工作过程中应力应变都不大，其结构完全满足工作需要，由于在单个结构分析时其部件会出现一定的位移，在整体结构中内部作用力相互抵消，可以看作一个整体，所以应力应变最容易发生在切土碎土部件，因为这个部件直接与土壤接触，也是力的最直接做工点。由图10可以看出，犁铧发生位移会最明显，在作时，其承受的力碰撞是最大的，所以这个部件也是最容易磨损的。故在现代犁的设计上对于犁铧的研究也是最深入和最多的。
4 结语
当前，我国对文化遗产的保护正在加强，但是很多地方由于当地人民对这些珍贵的文化遗产认识不足、保护不足造成了很多珍贵的农具已经不再存在。随着农业机械化的发展，传统的农具正在快速消失，现在已经几乎没有人会用传统的犁耙等传统的农具，对传统农具的研究和保护迫在眉睫[7]。云南的哈尼梯田成为世界文化遗产，让梯田更加有文化意义，研究哈尼梯田传统蓄力犁使梯田更加具有农耕气息，是梯田保护的一个方式。
此外，该课题的研究方法及研究成果对其他地区少数民族的传统农具研究也有重要的借鉴意义。
参考文献
[1] 谓知.曲辕犁[N].中国文物报，2010-08-13（008）.
[2] 夏学禹.论中国农耕文化的价值及传承途径 [J].古今农业，2010（3）：88-98.
[3] 单霁翔.从文化景观到文化景观遗产（下）[J].东南文化，2010，215（3）：7-12.
[4] 角媛梅.哈尼梯田自然与文化景观生态研究[M].北京：中国环境科学出版社，2009：11-12.
[5] 崔凤奎.solidworks机械设计[M].北京：机械工业出版社，2007.
[6] 郭晋西，郭学琴.solidworks及COSMOSMotion机械仿真设计[M].北京：清华大学出版社，2006.
[7] 彭凤玲.世界遗产视角下哈尼梯田的保护与管理探析[J].红河探索，2013（5）：43-45.
关键词 哈尼族；梯田；传统蓄力犁
中图分类号 S222.11 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）18-322-04
云南哈尼族根据自己的地理环境，结合当地的梯田文化，发明了适合自己耕作的哈尼族蓄力犁，并使其成为哈尼族农耕文化的经典代表。研究哈尼族蓄力犁的演变及特点有助于保护哈尼梯田世界文化遗产，通过对其外形实际尺寸测量及结构分析，找到其结构特点；研究力学性能、工作特性有助于对这种传统的耕作工具进行保护和复原。
1 哈尼族蓄力犁简介
哈尼族蓄力犁是一种轻便的短曲辕犁，是由古代的江东犁演变而来的[1]。哈尼族蓄力曲辕犁的主要功能是翻土、耕地。曲辕犁主要分为犁架和犁铧两部分，犁架主要由木材来制作，犁铧由铁来做成。制作工艺较简单：犁架多采用楗、梢等来连接固定，这样不仅轻便灵活，而且更坚固耐用；犁铧采用铁制冶炼、捶打来实现，犁铧锋利，有利于耕作。
1.1 哈尼族蓄力犁的改进
农具的改进以及广泛采用，对唐朝农业生产的发展起了重要作用。唐以前笨重的长直辕犁，回转困难，耕地费力。哈尼族农民在长期生产实践中，根据他们所处的地理环境、生活空间、梯田的特殊地域分布，创造出了适合自己耕作的哈尼族蓄力曲辕犁[2]。
哈尼族蓄力犁的整个犁体要比其他少数民族的蓄力犁小，哈尼族蓄力犁的犁底和犁柄是连成一体的，这大大减小了犁的整体尺寸，这样便于在梯田里耕作，由于梯田处于山上地段，农民们扛犁比较费力，所以，哈尼族的蓄力犁整体尺寸比起其他的蓄力犁来说就要小一些。
1.2 哈尼族蓄力犁的构造
哈尼族蓄力犁也是由唐朝的曲辕犁演变而来的[3]，犁部件的名称大多数没有变化，一部分部件根据自己的耕作情况有了明显的变化，哈尼族蓄力犁各部件名称见图1。
2 哈尼族蓄力犁结构分析与研究
2.1 力学体系
哈尼族蓄力犁的主要力系有：牛的牵引力F牛、犁自身的重力G、土壤阻力f1、各连接处的摩擦力f2、人的作用力F人、力所产生的转矩M[4]，其受力分布见图4。
2.2 平衡稳定性分析
蓄力犁在工作过程中可以近似看成匀速运动状态，平方向合力为0，所以其受到的牵引力与阻力是一对平衡力：F牛+F人=F阻。
将3个力分解以后得到水平方向：
F1+F3=f阻；
竖直方向：F2+F4=Fn。
自身重力和土壤支持力是一对平衡力G=F5。
在水平方向上：F1+F3-f=0，合力为0，故一般做匀速运动；
在竖直方向上：
F2+F4+F5-G-Fn=0，合力为0，使犁在竖直方向处于平衡状态，耕作时不会出现上下浮动。由于受到的牵引力和人的作用力对犁产生力矩M1、M2，故土壤阻力对犁也有一个力矩M3，3个力矩平衡：
M1-M2-M3=0。
在工作过程中不会产生扭转、翻转，这使得犁、牛、土壤和人在耕作过程中处于一个动态平衡中，使得耕作顺畅，保证耕作质量。
3 有限元分析
3.1 工作部件有限元分析 从图5分析，犁体受力主要是在分土的两侧，容易产生变形，导致耕作效果不好。
从图6可知，金属部件受力主要集中在犁体的两侧，会引起变形，但是变形不大，对工作效果影响不大。
3.2 犁辕有限元分析
犁辕主要是将牛的拉力传递到犁架的一个部件，承受牛的拉力和耕作过程中犁架其他部件给予的多方作用力。
图7中犁辕受力主要有来自牛的拉力F牛以及来自犁箭和犁梢的反作用力F反。在工作时犁辕受力F牛方向与水平方向有一定角度，其夹角一般与牛的体形有关，但由于哈尼族地区蓄力用耕牛体形大体相同，所以F牛与水平面夹角角度总体变化不大[5]。根据分析，犁辕在受力时会发生一定的变形，由于F牛方向向上，在力的作用点处位移最大，会上下摆动，在耕作过程中由于犁辕上下摆动，会出现耕深不一致情况。但是由于实际工作过程中也会随时调整犁梢来调整耕深，所以犁辕受力上下对蓄力犁整体工作影响不大。
从图7中可以看出，应力和应变不大，故不会出现犁辕断裂情况。这是由于人们在长期实践过程中逐渐积累改进的结果，对于犁辕的选材和粗细都经过了长期时间和实践的检验。
3.3 犁箭的有限元分析
哈尼族蓄力犁的犁箭主要有2个作用，一是固定犁壁，二是连接犁辕和犁梢。所承受的力有3个，一个是犁辕给予的作用力，一个是犁壁给予的，一个是犁梢给予的。其最主要的力是犁辕给予的一个拉力F。具体受力作用下的应力应变如图8所示。
3.4 犁梢的有限元分析
犁梢是犁架中一个重要部分，是工具与人之间的一个连接，在工作过程中直接将工作时遇到的地面情况反馈给人，便于人及时做出调整。哈尼族蓄力犁的犁梢是将一般的犁底和犁梢合二为一，形成一个整体，这样可以减少连接，避免更多的磨损，同时在力的传递上更加直接，也减少了犁架内部的摩擦力。哈尼族蓄力犁的犁梢上有2个主要的工作部件，一个是犁箭，一个是犁铧（犁镵一般固定在犁底上）。主要承受3个力，犁铧的作用力，犁箭的作用力以及人的作用力。具体受力作用下的应力应变如图9所示。
图9显示，犁梢受力以后的应力应变及位移情况，犁梢在受力时，将其简化为来自人的作用力，以及犁铧的阻力（将其简化为固定作用力），其主要作用结果是犁梢在人握持的地方容易发生位移，变化较大，容易前后摆动，影响作业效果，会出现耕深不一样情况；应力应变主要集中在弯曲位置，因此在设计时要将这个地方进行加粗处理，防止由于应力过大出现断裂。哈尼族蓄力犁在长期实践过程中已经将这个地方进行加粗处理，这是长期实践和无数次经验教训的结果。所以传统农具在设计上已经将最易损坏的地方进行强化处理，是现代设计中值得借鉴和学习的。 3.5 哈尼族蓄力犁整体有限元分析
哈尼族蓄力犁其结构特点具有典型的稻田耕作犁的特点[6]，其发展过程中也借鉴了其他蓄力犁的特点，其犁辕没有曲辕犁那么弯曲，但是其犁辕有一定的弯曲，并且朝下，其受力和曲辕犁一样，所以也属于曲辕犁。由于木材和工匠制作犁辕技术的不一样，每个民族制作的蓄力犁都有不同，带有各自民族的特点。其具体受力有限元分析如图10所示。
从图10中可以看出，哈尼族蓄力犁在工作过程中应力应变都不大，其结构完全满足工作需要，由于在单个结构分析时其部件会出现一定的位移，在整体结构中内部作用力相互抵消，可以看作一个整体，所以应力应变最容易发生在切土碎土部件，因为这个部件直接与土壤接触，也是力的最直接做工点。由图10可以看出，犁铧发生位移会最明显，在作时，其承受的力碰撞是最大的，所以这个部件也是最容易磨损的。故在现代犁的设计上对于犁铧的研究也是最深入和最多的。
4 结语
当前，我国对文化遗产的保护正在加强，但是很多地方由于当地人民对这些珍贵的文化遗产认识不足、保护不足造成了很多珍贵的农具已经不再存在。随着农业机械化的发展，传统的农具正在快速消失，现在已经几乎没有人会用传统的犁耙等传统的农具，对传统农具的研究和保护迫在眉睫[7]。云南的哈尼梯田成为世界文化遗产，让梯田更加有文化意义，研究哈尼梯田传统蓄力犁使梯田更加具有农耕气息，是梯田保护的一个方式。
此外，该课题的研究方法及研究成果对其他地区少数民族的传统农具研究也有重要的借鉴意义。
参考文献
[1] 谓知.曲辕犁[N].中国文物报，2010-08-13（008）.
[2] 夏学禹.论中国农耕文化的价值及传承途径 [J].古今农业，2010（3）：88-98.
[3] 单霁翔.从文化景观到文化景观遗产（下）[J].东南文化，2010，215（3）：7-12.
[4] 角媛梅.哈尼梯田自然与文化景观生态研究[M].北京：中国环境科学出版社，2009：11-12.
[5] 崔凤奎.solidworks机械设计[M].北京：机械工业出版社，2007.
[6] 郭晋西，郭学琴.solidworks及COSMOSMotion机械仿真设计[M].北京：清华大学出版社，2006.
[7] 彭凤玲.世界遗产视角下哈尼梯田的保护与管理探析[J].红河探索，2013（5）：43-45.