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一台清代拍秒苏钟的修复

2014-06-07  wwwijhyt...

2010年初,武汉市一位古董钟表收藏家偶然淘得一台残损严重的双铃打点报刻古旧苏钟,找到笔者要求修理。此钟外壳原为红木插屏式,但屏座和底座缺失,上面的机壳也已散架。雕花面板和搪瓷面盘尚在。整个机心酷似一件出土的青铜器,通体布满兰、绿、褐等色混杂的铜、铁锈斑与锈垢,机心内零部件基本尚在但锈蚀严重 ( 见下组图 ),钢铁制件尤甚,已经无法拆解。

    需要修复的这台双铃打点报刻古旧苏钟的擒纵机构与多数常见的苏钟不同,其擒纵轮是一种12齿“蟹爪轮”( 等分为6组,每组2齿,形似螃蟹爪,是“丁字轮”的一种 ),钟摆则是周边有调节螺丝的游丝摆轮。这正是所谓的“拍秒”机构 ( 即运行时秒针看似每秒钟跳行一格,有的早期“拍秒”怀表亦属此类 )。根据此钟的形制、结构和工艺特点,当属清代中晚期中国自造的丁字轮拍秒苏钟。


一台清代拍秒苏钟的修复

 

    笔者虽有50余载业余修理钟表的经历,也未曾修过这出土文物般的古钟。鉴于此钟存世较少和这位藏家的恳切要求,我以尝试和探索的心态,经过多方努力,终于使之得以复活。

清洗除锈,落架检测

    由于此钟多处锈垢结成团块,所有螺丝均已不能旋动,整机无法拆卸。为安全起见,决定不使用强化学除锈剂,而主要采用超声波清洗的物理方法。清洗液中加入适量清洗剂,以6振头、250瓦超声波清洗,历时12天,每天10小时以上。实践证明,此法不仅安全、有效,而且能较好地保留原夹板和零件表面的“包浆”,这一优点,恰能较好地达到古董物件“修旧如旧”的要求。

    经这样清洗,大面上的锈垢基本清除,机心得以落架分离。在对所有零部件作进一步手工精细清理之后,再对各个系统分别进行测量和计算,以取得基本参数,为下步修理提供依据。为此分别测量走时、报时、指示各个轮系内每个齿轮的尺寸、齿数、相关中心距等,推算相关齿轮模数,分析其功能和运行特征。

经过测算得知:

1. 此钟走时系统的塔轮每天运转2圈,根据塔轮上螺旋形链条沟槽数 ( 约近15圈 ),可知它原设计连续走时约为7天。

2. 秒轮每小时转56圈,并非如现代钟表的秒针那样每分钟转1圈,它转一圈实际上是1.0714……分钟。可见这秒针实际上只是在时针和分针之外增加的一个更有动感的主要起装饰作用的指针,并不宜用作准确计秒。这在那个时代的苏钟里是常见的。

3. 此钟的摆频为13440拍/小时,或224拍/分,或112周/分,这是修理后期调校运行快慢的依据。

4. 报时系统塔轮每转一圈击锤敲铃156次,而每日两轮1至12点报时小计156次,加上每小时报刻6次(一、二、三刻分别以双铃敲1、2、3次)、24小时小计144次,故打点报刻每天合计300次,塔轮每天转2圈,能保证与走时系统同步运行而略有余量。

5. 报时系统每次击锤风轮转数为70圈。根据各零部件清理的具体情况,凡仍可继续使用的予以留用;凡有部分残损但尚能修复的归入待修之列,并相应绘图注明 ( 如某些齿轮、齿轴及杂件等 );凡已完全损坏不可修复的,则根据原件进行精确测绘 ( 如某些齿轮、蟹爪轮、摆轴等 ),有的需使用投影仪测量,还有的需要根据该零件与其他零件的相关位置和功能要求,进行必要的设计。

残损零部件的修理与制作


一台清代拍秒苏钟的修复

 

    在前述准备之后,开始对此钟进行修理。

    首先是对前后夹板、发条等作基础性的维修。因锈蚀嵌死在夹板上的断螺丝和齿轮轴榫等,都一一取出,对螺孔进行清理,必要时再行攻丝,并按其规格选配或制作螺丝。逐一清理各齿轮轴眼,磨损严重的重新镶嵌铜眼。发条要从条盒内取出,经去锈、除垢、内外钩整形并全面加涂润滑油脂后装回条盒待用。

    第二步对辅助性零部件进行维修。将断为数节的链条重新铆接,并检验其强度。走时、报时两个系统的塔轮,要拆开检修其上条棘轮、棘爪、棘爪簧等,保证上条动作灵活、止逆牢靠。原摆轮、蟹爪轮轴孔外的钢片托均锈烂,以优质钢片重新配制。前夹板前面指针轮系和报时系统的部分立柱、链条引导簧、打锤回弹簧、挡锤支架、双锤联动组件以及快慢针等附属杂件、均按原样式、规格和材质逐一重做。


一台清代拍秒苏钟的修复


上组图:拍秒钟修理图
19. 复制的蟹爪轮 20. 复制打锤回弹簧 21. 复制走条前棘轮 22. 复制前夹板立柱
23. 栽接齿轮轴榫 24. 复制风轮齿轴 25. 复制摆上托钢片 26. 复制蟹爪轮上托钢片

 

    第三步修理制作部分齿轮、齿轴。如打三轮、打四轮和跨轮轴下榫已断,分别进行栽接;打三轮片原尺寸偏小且与齿轴同心度差,重新制作并作了修正;走时发条轴上原缺调整初始力矩的棘轮,风轮齿轴因磨损和锈蚀已严重缺损,也都依样重做。所做各齿轴材料采用高碳易切削钢,铣齿后进行淬火和回火,以保证其强度和韧性;轮片则采用优质黄铜板,均与原件材质相当。由于是作坊式单件制作,轮片和齿轴均采用较原始的“成形铣”工艺,铣刀为自制硬质合金单刃式,磨制铣刀时刀头形状与原齿形比对,必要时用投影仪检测。

    第四步制作关键部件蟹爪轮,包括轮片和齿轴。钟表修理行业许多老前辈流传着一句话:“丁字轮,叮死人!”意指这种擒纵机构一是少见,二是其工作机理较难捉摸,因此修理起来费力劳神。本人过去多次修过几种丁字轮结构的怀表(也包括“拍秒”的),有些认识和体会,但也没有做过蟹爪轮,因此还是格外小心谨慎。首先,对原蟹爪轮残件作精细检测,尤其是它的尺寸、齿尖形状和方位角度,借助投影仪测量。其次,根据蟹爪轮齿尖的形状特征和角度,制订相应的加工方案及工序,重点保证关键部位力求精准,对于非关键部位(如轮辐形状)则作机动处理以方便制作。然后,按拟定的方案铣切加工蟹爪轮片和齿轴(轮片上有6个钢质三角形小立柱,也都按原样式规格制作,固定于相应位置),再进行热处理、打磨和铆合。

    第五步,钟的心脏摆轮部件的制作修配。残存原摆的摆轴及其轴上的“镰刀”均已锈烂,需重新制作。摆轴总长度和各部分的长度、直径及纵向沟槽,要根据其上下夹板间的空间以及与蟹爪轮的相互作用机理分别予以设定。“镰刀”的形状和尺寸,也按此原则处理,制作完成后与摆轮铆合。原摆轮周边的配重螺丝是钢制件,已全部锈烂,改用黄铜制作,装入摆轮进行初步的平衡调整。

组装与调试校准

    组装与调试按照先子系统、后整机的顺序进行。首先把走时、报时轮系及其发条盒装入夹板,走时系统的摆轮和报时系统的计数打锤机构都暂不装入,确认两个轮系运转灵活之后,再装入两系统的链条并上发条试验观察。


一台清代拍秒苏钟的修复

 

    在此基础上对走时系统进行调试。第一步是让钟能够“走动”。先将未装游丝而装有“镰刀”的摆轮装入,并上发条少许,如果擒纵机构(蟹爪轮和摆轮)各部分均正常,则走时轮系会按照正常运行的方向转动,摆轮也会因“镰刀”不断接收蟹爪轮传递来的能量补充而不停地单方向转下去。此时如果装上秒针,它就像“走”起来一样,并且是“拍秒”式运行。如果擒纵机构内存在任何故障,走时轮系就不会运转或中途停滞。摆轴上的“镰刀”的长短和它与轴上纵向尖槽的夹角,都需要在此阶段反复进行调整和验证,使之逐步完善。

    第二步是让钟能够“走准”。将摆轮装上游丝,游丝外桩的方位,须使得钟在未上发条、即无驱动力时,摆轴下部的纵向沟槽正对蟹爪轮轴心。这相当于普通叉瓦式擒纵机构“调整摆口”,在无动力时使摆轴上的圆盘钉正对擒纵轮轴心。否则,会造成“偏摆”,上条之后摆轮不能起摆,或者左右摆幅不对轮,两个半周期的间隔不均匀。

    在摆轮游丝系统能够正常动作之后,再对其运行快慢进行检测和调整。可利用标准表测定此系统的摆动频率,与原测算出的112周/分进行比较,便可确定游丝的有效工作长度是否合适,按照先慢而后逐渐调快的原则,确定正确的游丝总长度和工作长度。此钟在调试过程中发现,其原来游丝系铜质,虽未锈烂,但其扭矩显著过小,摆轮游丝的振动频率约70至80周/分,故推断它也可能并非原装。后经更换较硬的游丝,结合调整摆轮配重螺丝,终使它逐渐达到测算的标准。


一台清代拍秒苏钟的修复

 

    报时系统的调修,在走时系统调试之前或之后进行都可以。有关这方面的方法步骤,与普通苏钟完全相同,本文不另赘述。

    经过两个多月的努力,这台一百多岁高龄、原被认为再生无望的古钟终于得以复活。经实际运行,它的日差小于1分钟,满条连续走时可达5天。分析原因,是由于发条尾段动力不足且发条圈间摩擦较大。此时如将上条匙略为旋进一个小角度,使发条圈间状态稍有改变,它仍可以继续走完原钟设计的7天全程。

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