布拉默套筒鎖的發(fā)明和啟示
［摘要］在世界鎖具發(fā)明史中，享譽(yù)最著的莫過(guò)于英國(guó)鎖具發(fā)明家的瑟夫·布拉默·的發(fā)明經(jīng)歷、發(fā)明思想以及對(duì)現(xiàn)代鎖具發(fā)明的影響，值得國(guó)內(nèi)鎖業(yè)同仁研究和學(xué)習(xí)，借以鼓舞面向新世紀(jì)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存的鎖具發(fā)明與制造業(yè)。
［主題詞］約瑟夫·布拉默 套筒鎖發(fā)明啟示
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在英國(guó)倫敦的機(jī)械工程技術(shù)研究所內(nèi)，所長(zhǎng)辦公室的墻上掛著三幅畫(huà)像，屋子兩側(cè)掛的是詹姆斯·瓦特和喬治·史蒂芬森的像，正當(dāng)中，也就是所長(zhǎng)椅子后面的墻上，掛著的正是約瑟夫·布拉默的像。
眾所周知，1769年，機(jī)械師詹姆斯·瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，而喬治·史蒂芬森于1814年發(fā)明了蒸汽機(jī)車(chē)即火車(chē)。并不為世人熟知的約瑟夫·布拉默(1748，04，15～1814，12，09)，則是18世紀(jì)英國(guó)最有才華的工程師和發(fā)明家，被國(guó)外機(jī)械史家譽(yù)為機(jī)械之父。他的制鎖工廠是英國(guó)機(jī)床工業(yè)的搖籃。
１入門(mén)
布拉默生于英國(guó)約克郡的斯顛波羅鎮(zhèn)。16歲成了跛子后，棄農(nóng)當(dāng)了木匠并制作家具。1778年，他29歲時(shí)取得了第一個(gè)專(zhuān)利——有關(guān)對(duì)水洗便器的重要改進(jìn)。以此作為勤奮實(shí)踐的良好開(kāi)端，布拉默開(kāi)始從事機(jī)械技術(shù)方面的發(fā)明和革新。
２研制防盜鎖
當(dāng)時(shí)，怎樣才能生產(chǎn)出不能輕易撬開(kāi)的鎖呢?這是鐵匠鋪鐵匠的看家本領(lǐng)。布拉默投身機(jī)械制作后，首先便全力以赴地試制新式樣的防盜鎖，因?yàn)檫@是他非常感興趣的發(fā)明新領(lǐng)域。約瑟夫·布拉默曾寫(xiě)過(guò)一篇題為“鎖具結(jié)構(gòu)研討”的專(zhuān)題論文，文中闡述了當(dāng)時(shí)的所謂防盜鎖的許多缺點(diǎn)。他指出：任何一把鎖都能被優(yōu)秀的鎖具專(zhuān)家或?qū)︽i具和鑰匙略知一二的罪犯所打開(kāi)。 布拉默承認(rèn)巴倫雙制轉(zhuǎn)片鎖(1778年英國(guó)專(zhuān)利)有許多優(yōu)點(diǎn)。但是，他也指出了這類(lèi)鎖的主要缺點(diǎn)：在鎖定位置，轉(zhuǎn)片匯露了鎖的秘密。由于轉(zhuǎn)片的底側(cè)有不規(guī)則的邊緣，可以把裹上蠟的鑰匙插進(jìn)鎖中，根據(jù)蠟被壓下或擦去的情況，配出一把新鑰匙。幾次嘗試開(kāi)鎖之后，能給鎖配出一把合適的新鑰匙。因?yàn)檗D(zhuǎn)片底邊已經(jīng)確切地顯示出鑰匙切口應(yīng)該具有的形狀，容易使鎖栓解除限位，所以布拉默建議：轉(zhuǎn)片底側(cè)應(yīng)該做得平直，而轉(zhuǎn)片凹口要切成不規(guī)則狀。那么，只有鎖匠能手可能打開(kāi)這種鎖。
３發(fā)明安全鎖具
1784年，布拉默在英國(guó)取得了一把著名套筒鎖的專(zhuān)利權(quán)。
他拋棄了以固定榫槽(古羅馬人發(fā)明)作為安全保證的原理，依靠完全不同于既往的工作原理，使用非常小的輕便鑰匙，安全保證在當(dāng)時(shí)是最好的，從而打消了人們對(duì)于榫槽鎖鑰匙的信任。此后的半個(gè)多世紀(jì)，布拉默套筒鎖成為最難撬開(kāi)的鎖。
如圖1所示，是布拉默套筒鎖結(jié)構(gòu)和開(kāi)鎖動(dòng)作示意圖(鎖栓未畫(huà)出)�！ ℃i栓受控于鎖殼(outer case)內(nèi)的圓筒形塞子(barrel)，塞子內(nèi)輻射狀分布的縱向槽溝里，是帶凹口的長(zhǎng)方形滑板(slide)，滑板又被鎖定圓盤(pán)(locking plate)上的凹口鎖定。滑板也為中心彈簧所定位，并被推向鑰匙孔方向。布拉默滑板是精心設(shè)計(jì)并被首次置于鎖內(nèi)充當(dāng)活動(dòng)障礙物的。
圖1布拉默鎖及其開(kāi)鎖示意
布拉默鑰匙是一只小圓筒，頂部縱向開(kāi)出不同深度的槽口。為了滿(mǎn)足安全需要，提供足夠多的鑰匙開(kāi)齒排列數(shù)目，布拉默使用了6個(gè)金屬滑板，以軸向安排在圓筒芯(barrel)里，滑板能被細(xì)管狀鑰匙嚙合。每個(gè)滑板邊緣上的開(kāi)槽位置，都一一對(duì)應(yīng)于鑰匙管前端的特殊齒槽深度。
要想開(kāi)鎖，需插入鑰匙，當(dāng)使滑板槽口都同時(shí)處在固定的圓形鎖定盤(pán)的盤(pán)面高度時(shí)，鑰匙就可以帶動(dòng)滑板和圓筒芯一起旋轉(zhuǎn)，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鑰匙，于是釋放(例如甩出或拉回)鎖栓。
若任何一個(gè)滑塊其槽口不與鎖定盤(pán)處于同一平面，都將阻止鑰匙和圓筒芯旋轉(zhuǎn)。另外，如果一個(gè)或多個(gè)滑板被壓離中心彈簧，而超出各自的動(dòng)作位置，那么滑板不易復(fù)位。
４發(fā)明制鎖機(jī)床
不久，布拉默鎖就馳名各地了，訂購(gòu)這種鎖的訂貨單蜂擁而至。
由于布拉默鎖是以機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性作為代價(jià)換取了成功，其結(jié)果是手工制作費(fèi)用昂貴。只有在發(fā)明一整套設(shè)計(jì)優(yōu)良的精密制鎖機(jī)床之后，才能保質(zhì)保量地生產(chǎn)布拉默鎖。 布拉默為了應(yīng)付訂貨也忙碌起來(lái)，急需雇擁有熟練技術(shù)的機(jī)械工。就在這個(gè)時(shí)候，原來(lái)在沃爾里奇兵工廠勞動(dòng)的18歲的機(jī)械工亨利·莫茲利(1771-1831年)，在順利完成了布拉默設(shè)計(jì)的各種考核項(xiàng)目之后，應(yīng)聘投入了布拉默的門(mén)下。 在1770年以前，機(jī)械師使用的機(jī)床大部分是中世紀(jì)就開(kāi)始使用的。布拉默為了制造套筒鎖，也制作了一系列制鎖機(jī)床，如新式機(jī)床、金屬車(chē)床、刨床(1802年)等。 為了把鎖芯精確地鏇成圓柱形，莫茲利經(jīng)過(guò)努力，于1794年制作了刀具的自動(dòng)給進(jìn)裝置——給進(jìn)箱，這是批量生產(chǎn)鎖具的車(chē)床本該早就具備的，也是莫茲利的第一項(xiàng)機(jī)械發(fā)明。1794年造出的鐵制車(chē)床，經(jīng)過(guò)改革，又于1797年造出了更加出色的車(chē)床，并按布拉默的合同做出了合格的布拉默鎖。 布拉默發(fā)明的新式機(jī)床、刨床使用了他自己發(fā)明的水壓機(jī)(1795年)。 布拉默本人曾這樣寫(xiě)道：“我發(fā)明的水壓機(jī)的主要特點(diǎn)是：它是用水和其它液體使各種機(jī)械裝置運(yùn)轉(zhuǎn)。這種水壓機(jī)可以根據(jù)使用目的產(chǎn)生巨大的存貯動(dòng)力。進(jìn)而，運(yùn)動(dòng)和力可以從一種機(jī)械傳遞到另外的一種機(jī)械的部位上。” 約翰·菲埃利也曾這樣描述過(guò)：“在布拉默的秘密工廠里，擁擠地?cái)[放著加工鎖的零件使用的各種機(jī)床，有一些技師在忙碌著。這些機(jī)床都是精心制作的，井井有條地布局在工廠里，組成了一條完整的制鎖用自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。在其它任何地方都看不到這種機(jī)床。 布拉默的弟子莫茲利在布拉默工廠里任總工長(zhǎng)時(shí)，親自制作了這些機(jī)床……這些機(jī)床能準(zhǔn)確地動(dòng)作，而且在機(jī)床上還配置了測(cè)微螺旋�！� 使用了首批制鎖機(jī)床，可以批量生產(chǎn)布拉默鎖。因此，布拉默成為首批放棄鍛爐改用機(jī)械加工工具的制鎖技師之一。特別應(yīng)該指出的是，布拉默是和年輕的助手亨利·莫茲利(后來(lái)成為著名的工程隊(duì)、工廠主)合作研制出制鎖機(jī)床和水壓機(jī)的。 此前，一直到19世紀(jì)初，鎖具仍由手工制作。每個(gè)鐵匠都有自己的一套鎖具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式————將許多杠桿轉(zhuǎn)片、榫槽和內(nèi)部的凸輪加入特定的鎖中。類(lèi)似地，鑰匙也包含其獨(dú)特性。較大的鎖具曾使用過(guò)20個(gè)轉(zhuǎn)片，重達(dá)2.5公斤。 布拉默所開(kāi)創(chuàng)的時(shí)代，使制鎖活動(dòng)從鎖匠手工制作的小王國(guó)，一躍而入城市的工業(yè)制造階段。
５懸賞開(kāi)鎖
如圖2所示，是日本鎖史資料曾選用過(guò)的布拉默鎖實(shí)物分體圖。 布拉默對(duì)自己發(fā)明的安全鎖的安全性能很有把握。1784年，他將這種鎖放在位于倫敦最繁華的皮卡蒂里大街的自家店鋪窗里展出，在旁邊引人注目的地方貼出懸賞告示，上面寫(xiě)道：“如能拆開(kāi)或打開(kāi)本鎖，饋贈(zèng)200金幣�！� 在長(zhǎng)達(dá)67年之中，布拉默鎖抵御了無(wú)數(shù)次的異常開(kāi)鎖嘗試而安然無(wú)恙。圖2布拉默鎖實(shí)物圖
國(guó)外鎖具史家指出：即使布拉默鎖被撬，也決不是尋常竊賊所為，因?yàn)槊總�(gè)滑板都必須對(duì)齊，控制盤(pán)必須以正確方向旋轉(zhuǎn)后，方能開(kāi)鎖。
６套筒轉(zhuǎn)芯控制原理
套筒轉(zhuǎn)芯控制機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，在鎖具史上具有里程碑式的重要性，它為套筒轉(zhuǎn)芯彈子鎖(1861、1865年美國(guó)專(zhuān)利，小林納斯·耶魯發(fā)明)的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。 區(qū)別于僅用鑰匙去驅(qū)動(dòng)鎖栓的費(fèi)耗人力的古典開(kāi)鎖傳動(dòng)方式，以發(fā)明家布拉默的套筒轉(zhuǎn)芯滑板鎖為典型代表，使得鎖定機(jī)構(gòu)可以置入一個(gè)體積不大的套筒之中，通過(guò)轉(zhuǎn)芯作為中介，傳動(dòng)小鑰匙對(duì)于鎖栓的控制。這樣，既省力，又能防止撬鎖賊通過(guò)鑰匙孔，去直接觸及鎖中最為敏感的部分——鎖栓。 套筒轉(zhuǎn)芯結(jié)構(gòu)為鎖具的小型化奠定了基礎(chǔ)，其獨(dú)特的圓柱體外廓，更使其耐受外力的程度大大優(yōu)于傳統(tǒng)形狀的鎖殼。
７發(fā)明原型
深受用戶(hù)愛(ài)戴卻使竊賊感到不快的布拉默鎖，其控制原理的發(fā)明原型是什么呢? 讓我們?cè)倩厮莸讲祭?1748～1814年)的時(shí)代。在他發(fā)明套筒鎖之前，瓦特已經(jīng)發(fā)明了實(shí)用蒸汽機(jī)。布拉默也對(duì)蒸汽機(jī)非常感興趣，后來(lái)自己便發(fā)明了水壓機(jī)。 在國(guó)外，法國(guó)物理學(xué)家巴本(1647～1714年)于1608年發(fā)明了壓力鍋。1690年，他創(chuàng)造性地最先設(shè)計(jì)了汽缸——活塞裝置。 1705年，英國(guó)鍛工托馬斯·紐可門(mén)(1663～1729年)在另一位工人考利的幫助下，從巴本的汽缸——活塞結(jié)構(gòu)出發(fā)，又采用了英國(guó)工程師塞維利(1650～1715年)發(fā)明的第一臺(tái)實(shí)用蒸汽機(jī)的靠冷凝蒸汽形成真空再由大氣壓力作功的原理，發(fā)明了一種更加適用的大氣活塞式蒸汽機(jī)。它有一個(gè)立式汽缸，底部封閉，通過(guò)一根閥門(mén)的進(jìn)汽管道與鍋爐相連。汽缸頂部則是開(kāi)放的，由活塞密閉。紐開(kāi)門(mén)蒸汽機(jī)身高10米，汽缸口徑大可至3米。 1765年，瓦特基本上完成了對(duì)紐可門(mén)機(jī)的重大改進(jìn)，1769年取得了關(guān)于蒸汽機(jī)的一項(xiàng)發(fā)明。
1776年，第一臺(tái)實(shí)用型瓦特蒸汽機(jī)(缸徑50厘米)在布魯姆菲爾德煤礦開(kāi)始實(shí)際使用。 噢，對(duì)了，身處蒸汽機(jī)的時(shí)代，怎能不心向汽缸和活塞呢? 作為思維敏銳的一流發(fā)明家，借蒸汽機(jī)的碩大汽缸和活塞原型一用，將飄渺的蒸汽控制，轉(zhuǎn)化為小巧的金屬筒形鑰匙的插入動(dòng)作，同時(shí)，在縮微的活塞——轉(zhuǎn)芯內(nèi)部，將原來(lái)加軸使用的葉片，放開(kāi)手腳，重新包裝，完成了機(jī)械編碼鎖定功能。 蒸汽機(jī)輸入蒸汽，蒸汽可以冷凝收縮，靠大氣壓使活塞做直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸出動(dòng)力；套筒鎖插入鑰匙，通過(guò)與滑板、鎖定盤(pán)的匹配，解除滑板和轉(zhuǎn)芯的鎖定，經(jīng)轉(zhuǎn)芯旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)鎖栓。
相比之下，兩者結(jié)構(gòu)多么相似!借助于將同時(shí)代的實(shí)用蒸汽機(jī)的汽缸--— 活塞結(jié)構(gòu)移植到發(fā)明新式安全鎖具，布拉默在鎖史上也開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)“蒸汽機(jī)”時(shí)代。布拉默鎖是微型的汽缸革新的汽缸，永垂鎖史的汽缸。
８發(fā)明啟示
什么是鎖具發(fā)明?據(jù)筆者獨(dú)家分析，從蒸汽機(jī)的發(fā)明到布拉默套筒鎖的發(fā)明，可以告訴讀者朋友您一個(gè)極好的發(fā)明范例。 每個(gè)時(shí)代的鎖具發(fā)明，都是充盈在歷史的尤其是當(dāng)時(shí)的空氣中的一切精神和物質(zhì)力量的重整和聚變，是人們應(yīng)對(duì)竊賊所做出的防護(hù)自身和財(cái)物的高級(jí)智力游戲的物化結(jié)果。鎖具發(fā)明所關(guān)聯(lián)的，不只是機(jī)械、電子、生物(遺傳)編碼原理的演進(jìn)，而且還包括一切與鎖鑰相關(guān)的內(nèi)容，例如，鎖具制造、安裝和維護(hù)等等。 瀏覽筆者新著《鎖具發(fā)明》(專(zhuān)利文獻(xiàn)出版社即發(fā))的筆觸，跟隨作者采用、研究的腳步讀者朋友很快便可發(fā)現(xiàn)：我們并沒(méi)有局限在一種文化所孳生的虛驕之中，而是努力實(shí)證地全方位多角度地探知，鎖具發(fā)明學(xué)、發(fā)明史中的真理性知識(shí)。
９撬鎖挑戰(zhàn)
1851年，美國(guó)鎖匠艾爾弗雷德·霍布斯在去英國(guó)參觀倫敦大博覽會(huì)期間，耗費(fèi)了51個(gè)小時(shí)之后，成功地撬開(kāi)了布拉默鎖，領(lǐng)到了獎(jiǎng)金。而為改進(jìn)布拉默鎖做出過(guò)貢獻(xiàn)的，也包括19世紀(jì)時(shí)的法國(guó)鎖匠菲歇、哈夫納、多爾瓦爾和勒爾米等人。在為布拉默鎖加裝多只滑板之后的改良布拉默鎖，至今仍象該鎖當(dāng)初那樣，廣泛應(yīng)用于銀行的保險(xiǎn)金庫(kù)之上。 |
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