基本介紹
- 中文名：獨輪車
- 別稱：手推車
- 歷史：5000年前
- 發明：諸葛亮
- 說明：運物、載人工具
- 中國記載：2世紀漢朝墓地壁畫
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手推獨輪車
獨輪車俗稱“雞公車”、“二把手” “土車子”。在全國許多地方都有分布。在近現代交通運輸工具普及之前，是一種輕便的運物、載人工具，特別在北方，幾乎與毛驢起同樣的作用。過去的獨輪車，車輪為木製，有大有小。小者車盤平；大者高於車盤，將車盤分成左右兩邊，可載物，也可坐人，但兩邊須保持平衡。在兩車把之間，掛“車絆”，駕車時搭在肩上，兩手持把，以助其力，獨輪車一般為一人往前推，但也有大型的獨輪車用以載物，前後各有雙把，前拉後推，稱作“二把手”。由於車子只是憑一隻單輪著地，不需要選擇路面的寬度，所以窄路、巷道、田埂、木橋都能通過。這樣非常適用於茶區生產運輸，又由於是單輪，車子走過，地面上留下的痕跡，是一條直線或曲線，所以又名“線車”。
獨輪車以只有一個車輪為標誌。由於重心法則，極易傾覆，奇怪的是，中國古代人用它載重、載人，長途跋涉而平穩輕巧，因此，它的創製者和第一個駕駛者必定是有膽有識的機械工程師。至於獨輪車的車轅，其長短、平斜，支桿高低、直斜及輪罩之方橢、幾乎隨地而異、隨人而異。
力學分析
車輪的敏感度依據地面崎嶇程度而改變。
車輪的大小直接影響了獨輪車的表現。車輪必須夠大才能在崎嶇的路面上不被卡住。這樣亦令車輪更有效率。雖然改變車輪的懸臂（Cantilever）位置可以增大車輪的大小，但是研究指出車輪增大的程度有其極限。
縱向位置分析
雖然依靠車輪去減少前進的阻力，但是使用了單一車輪（或是單一軸心）不能避免操縱者需要支撐部分負載的事實。對獨輪車的其中一樣主要關注的地方正是其靜態力學的研究。
外加的作用力
考慮獨輪車在平地平衡的狀態下，提出了三個在外施加的作用力。
- 代表獨輪車本身及其負載的重量的力，施加在重心 上。
- 代表車輪對獨輪車底盤的作用力，施加在車輪連結中心 上。之前對車輪的個別研究證實如果車輪和獨輪車底盤間的支點是完美的話（即沒有摩擦力），此作用力與地面為垂直的。
- 代表操縱者在手柄施加在一點 的作用力，由以下研究得出。
獨輪車在三種力間達至的平衡。
由牛頓運動定律中的慣性定律可以得出兩個有關以上三種力的關係：
- 力的總和為0：
(1) : 力矩的總和為0：而假定車輪中心為，可以得出以下關係：
(2) : 操縱者需要負擔的力量
首先，由於負載的重量及地面的作用力均是垂直的，如果要滿足條件(1)的話，則操縱者本身所施加的力也必須要垂直。以車輪本身為固定點的話，則操縱者本身要施加向上垂直的力才可以和負載的向下的力取得平衡。依照操縱者和車輪本身需要共同分擔負載的事實而改變的方程式如下：
- (1) : 其強度為：而把固定點放在車輪 後， 被消去而得出負載 與操縱者的作用力 的力矩 的直接關係：
- (2) : 而透過擴展力矩的方程式，可以得出：，或是 以上闡述了發生在車輪上的槓桿原理的關係。而為了節省操縱者負擔負載所需的力量，有以下三種不同方法：減少負載，從而減少 ，則會有違當初使用獨輪車的目的。可以用以下方式：增加 ，即增加連結支架的長度，但當長度增加至某極限便會令獨輪車難於操縱。減少 ，把此原理髮揮至極限便會把負載放在車輪上。達至操縱者不需要任何力量便可以支撐負載，經典例子如人力車。以上原理亦套用在手推車上，從而能夠移動較重的貨物。而手推車為了增加可以負擔的負載，減少了車輪的大小從而減少本身重量，但是因此便犧牲了在崎嶇路面的穩定性。而為了解決穩定性的問題而由單輪改變為兩輪車。除此之外，因為歷史的演進，手推車底架變得撓起亦有助重心接近車輪，達到減少的效果。
而把支撐負載由車輪承擔後，如果要移動獨輪車，便只要施加與地面平衡的作用力，其強度等於其加速度及質量的積。而此加速與獨輪車的結構並無關係。而此情況在兩輪或是四輪的運貨馬車都是一樣的。而移動的順暢度則視乎地面情況，在堅實的路面行走會比高草或泥濘的路面行走容易得多。
斜坡的平衡
當獨輪車在斜坡上時，地面的作用力方向便不再與獨輪車的重量平行，因此而需要操縱者的加入才能平衡。
上坡中的獨輪車。
上坡情況
在向上推的情況，三種力的交會點在地面上，而操縱者必須向上施力才能平衡獨輪車。如果操縱者不方便地把獨輪車的平面支撐著的話，則操縱者附出的作用力仍然合理。獨輪車在上斜及落斜是的外表相同，操縱者本身均需要抵消摩擦力。而與在平地行走相比，推上斜坡需要大得多的力量。
下坡中的獨輪車。
下坡情況
而向下移動時，情況便相反，三種力的交會點在地面下。研究及事實指出操縱者本身需要比平地時施加差不多的力。負載的內容則會加重了問題，特別如果負載是液體的情況。如果在上斜的情況操縱者可以提高獨輪車的平面，但落斜的情況便不可能因為獨輪車的支撐腳會撞到地面。
橫向位置分析
在正前方觀察獨輪車便會考慮到獨輪車有搖晃翻倒的危機。因為在中央有車輪的關係，令情況像一個倒槓桿，而操縱者本身便要維持獨輪車的左右平衡。
作用力方向實際上的不平行
當獨輪車在載入穩定的負載下直立，操縱者以相等的力量提升手柄。問題在於載入的負載不穩定或是獨輪車並不是完美地垂直。在此情況下獨輪車重量的作用力便不再與車輪對地面的作用力在同一個垂直平面上。此差距產生一個引致翻側的力偶，令操縱者必須在相反的手柄施加作用力才能抵消。
研究指出地面與車輪間有摩擦力，而其作用力的方向可以傾側。實際上即使在摩擦係數近乎零的冰面上，獨輪車仍然可以沒有問題地轉動。此必須的摩擦力並沒有為獨輪車的前進帶來阻礙，而來自側面的摩擦力則像是以路軌指導車輪行走。
假定翻側發生的情況
現今的定量研究的注意力放在獨輪車維持翻側階段的粗略分析。其假設令獨輪車翻側的作用力只放在其中一個手柄上，而力矩間的平衡的描述提供了獨輪車重量與操縱者發出的作用力的關係。
在前方視點的獨輪車，包括平衡及翻側狀態。
車輪與地面在接觸瞬間的作用力：
- , 所以.而以操縱者發出的作用力為視點的話：
- .注意因為選擇了最佳的研究角度，所以以上數值只是最小的力量。為了減少操縱者需要發出的作用力可以減少負載 ，但與使用目的相反。
- 降低重心 ，但需要減少車輪的大小或像上一點一樣要減少負載。提高手柄 及加長 。
- 最後方法就是不要翻側獨輪車，在三角函式 顯示一個微弱的傾側（幾度）不會構成問題，但傾側角度繼續增加會令情況急速變壞。如果負載是液體的話，由於傾側令其形態改變，會導致重心同時往易於傾側的方向轉移而令情況惡化。
發展歷史
漢朝考證
雖然有輪的運貨車在5000年前已經出現，獨輪車的發明通常會追溯至中國，儘管此說有眾多爭議。中國獨輪車的最早描述在2世紀漢朝墓地壁畫及磚墓浮雕中發現。在四川成都一個年代為118年的墓中壁畫，發現繪有推著獨輪車的人。在四川沈府君闕發現年代約為150年的石浮雕，亦刻有推著獨輪車的人。二十四孝中便有孝子董永利用名為"鹿車"的獨輪車載著父親到處移動的故事，並描述在山東武梁祠年代為147年的壁畫上。但有比以上更早期的證據可以追溯至公元前1世紀及1世紀。在5世紀的後漢書中提及了發生在前30年共挽鹿車的成語故事，故事中鮑宣的妻子與鮑宣一同推著鹿車回鄉成親。期後發生在20年，反對篡位者王莽(前45年–23年)的赤眉起義中，趙憙為自己喬裝和把其妻子放在他的鹿車上，並聲稱其妻子十分不適而成功通過暴徒的詢問，從而避過危險。
獨輪車發明
獨輪車的第一個創製人究竟是誰？人們立刻會想到三國時蜀國丞相諸葛亮。《三國志》確實記下「木牛流馬，皆出其意」的文字，據考，木牛流馬也就是獨輪車。宋代高承撰《事物紀原》也將造獨輪車之功歸於諸葛亮。然而，據歷史記載，蜀國著名的鋼鐵技師蒲元曾上書諸葛亮，稟告造成木牛之事。故在諸葛亮之前，可能還有一些能工巧匠，已可造成獨輪車。根據漢畫像磚和一些文字記載，獨輪車的發明時間可上推到西漢晚年，或稱為「鹿車」、「轆轤車」。
三國以後，獨輪車被廣泛使用。宋應星在《天工開物?舟車》中描繪並記述了南北方獨輪車之駕法：北方獨輪車，人推其後，驢曳其前；南方獨輪車，僅視一人之力而推之。
北宋記載
由北宋畫家張擇端(1085年–1145年)畫作清明上河圖中描繪的單輪中式獨輪車。
張擇端在清明上河圖中的描述
張擇端在清明上河圖中的描述此外，由古代史家陳壽(233年–297年)所著的《三國志》中，指出蜀漢丞相諸葛亮在197年–234年間對獨輪車的發明作出貢獻。文中指出諸葛亮在231年發明了木牛流馬，並在對曹魏的作戰中用作軍事供應物品的運輸。裴松之在430年所作的註解中詳細描述了木牛流馬的設計，它有一個單獨大型的中心車輪，在代表牛的木製支架周圍有一個軸。在11世紀，宋朝(960年–1279年)學者高承在其著作《事物紀原》指出他當時的軸向前傾斜的小車（便於拉動），為諸葛亮木牛的直接後代。此外，高承亦指出三世紀的"流馬"獨輪車為軸向後傾斜的小車（便於推動）。
古希臘
獨輪車可能最早由古希臘發明。兩張分別在前408年至前407年及前407年至前406年在伊萊夫希納（Eleusis）的建築物資清單列出了“一個單輪車”(hyperteria monokyklou)：由於dikyklos及tetrakyklos意義為“雙輪車”及“四輪車”，而monokyklou在清單上位於“四輪車”及“四輪車的四輪”之間，解釋以上為單輪車像是一個最佳的解釋。但實際上並沒有古希臘使用獨輪車的證據。在希臘化時代亦沒有與此相關的證據。
越南東京的獨輪車
越南東京的獨輪車歐洲中世紀
獨輪車在歐洲出現的時間為1170年至1250年之間。中世紀的獨輪車普遍特色為其車輪位於或接近車的前方（與此相對的中式獨輪車，車輪通常位於正中間）。有關獨輪車的早期歷史研究因為明顯缺乏一個共同的專門用語而變得困難。英國科學歷史學家路易斯（M.J.T. Lewis）確定了英文與法文的原始資料中在1172年至1222年間有四處有關獨輪車的提及，其中三處為不同的稱呼。根據中世紀藝術歷史學家安德里亞·瑪提耶（AndreaMatthies），在中世紀歐洲有關獨輪車的最早參考檔案的日期為1222年，其內容為購買幾架獨輪車作為英國國王在多佛的工程之用。馬修·帕里斯（Matthew Paris）在1250年完成的Vitae Offarum中出現了最早描述獨輪車的英文手稿。。在13世紀，獨輪車被證明在建築、採礦工程及農業都有其作用。但是現存有關獨輪車的文獻及描述直到15世紀相對仍然較少。此外文獻亦只限於英國、法國及低地國家中找到。
中國風力獨輪車
中國的獨輪車，除由人推畜拉之外，更有在車架上，安裝風帆以利用風力推車前進的發明。這種車稱為「加帆車」，大約創製於5世紀。
獨輪車在明末清初傳到歐洲後，引起了巨大反響。17世紀英國著名詩人彌爾頓(JohnMilton)在其長詩《失樂園》中，寫下「中國人利用風帆駕駛藤製的輕車」的詩句。
在狹窄的路上運行，其運輸量比人力負荷、畜力馱載大過數倍。這種車可以在鄉村田野間勞作，又方便在崎嶇小路和山巒丘陵中行走。陳毅元帥曾經說，淮海戰役是山東人民用小車推出來的。既是指的這種手推獨輪車。正是這種獨輪車，也體現了人民的力量。
獨輪車的創始者據說就是三國時的蜀相諸葛亮，它的前身就是木牛流馬。這種獨輪車，在北方漢族與排子大車相比身形較小，俗稱“小車”，在西南漢族，用它行駛時“嘰咯嘰咯”響個不停，俗稱“雞公車”。江南漢族因它前頭尖，後頭兩個推把如同羊角，俗稱“羊角車”。古時候，女子結婚後回娘家時，用的就是這種獨輪車，回娘家時，丈夫推著車子，妻子坐在上面，就這樣兩人雙雙回到娘家。獨輪車在當時是一種既經濟而用得最廣的交通工具，這在交通運輸史上是一項十分重要的發明。
在運輸工具方面，人力和水力並用，在技術上有進一步發展。南朝祖沖之所造日行百里的所謂千里船和南朝梁侯景軍中的160槳快艇，都是人力推進的快速艦艇，南北朝時期出現了車船。唐代的李皋對車船的改進起了承前啟後的作用。上古時代的運輸，全靠手提、頭頂、肩扛、背負、橇引完成。後來，又以馬、牛來馱運，隨著農業、畜牧業和手工業生產的發展，產品不斷增多，交換也開始發生，產生了對運輸工具的要求，逐步創造出滾木、輪和軸，最後出現了車這種陸地運輸工具。原始的車輪沒有輪輻，這種車輪在漢、唐時代著作中稱之為“輇”。《左傳》記載，曾做過夏王朝“車正”（車輛總管）的奚仲最善於造車。夏代前後，出現了無輻條的輇和各種有輻條的車輪；漢代陸賈的《新語》中還說奚仲“撓曲為輪，因直為轅”，創造了有輻的車輪。由輇發展到輪，使車輛的行走部件發生了一次大變革，為殷代造車奠定了基礎。殷商和西周時已有相當精緻的兩輪車。陸上交通運輸工具不斷發展。1980年出土的秦始皇陵銅車馬代表了當時鑄造技術、金屬加工和組裝工藝的水平。如東漢以後出現的指南車記和里鼓車。
中國獨輪車特點
與其後在歐洲中世紀發明不同（車軸在前方用作運送較輕的負載），車軸在中間的中式獨輪車令它們負擔起重很多的重量。中國的獨輪車通常能夠一次負擔起六個人的重量，而且它並不是把大量的重量施加在拉動的人或動物上，而是把重量平均分布在拉動者與車輪本身。由從17世紀歐洲到達中國的來訪者中對此十分讚賞，並受到荷蘭東印度公司的一位成員范巴瀾（Andreas Everardus van Braam Houckgeest）在1797年的著作中（精確描述了其設計及負重大的能力）表達對此的極度關注。
早期的獨輪車
早期的獨輪車現代的發展
獨輪車用途的頂點在1971年二月發生，由太陽神14號的太空人利用月球獨輪車去運送月球石。獨輪車在其原理不變下不斷改良，例如經過摩托化、可摺疊的獨輪車和把車輪改成充氣的。在1974年，英國發明家詹姆斯‧戴森（James Dyson）製作出他的球型獨輪車(Ballbarrow)，一個有球狀車輪的注塑膠制獨輪車。由本田技研工業製作的HPE60，一個電力輔助的一輪運搬機在1998年完成[31][32]。納米科技的發展顯示獨輪車的模式繼續啟發技師的靈感，從而出現了現今世上最小的機械裝置──納米手推車。
如今常見的獨輪車
如今常見的獨輪車2014.11.03訊息，Cycoped由24歲伯明罕人查克拉博蒂設計。騎車者可通過特製護目鏡（照片顯示）用大腦發出的電脈衝進行控制。護目鏡通過藍牙技術把這些信號傳送到一個智慧型手機應用程式上。
