آلات تحضير وتجهيز الأرض للزراعة (آلات الحرث Tillage machines)

1. المحاريث الحفارة The chisel plows:

يعتبر المحراث الحفار أكثر ألفة للفلاح المصري، نظرا لتشابهه الكبير مع المحراث البلدي القديم، حيث ساعد ذلك على انتشار استخدام هذا النوع من المحاريث في مصر. وتقوم هذه المحاريث بالتعامل مع الطبقة السطحية للتربة في حدود 15 – 20 سم ، حيث تعمل على شق وتفتيت هذه الطبقة بصورة جيدة ولكنها لا تستطيع قلب تلك الطبقة مما ينقص من مميزاتها، بينما تتميز المحاريث الحفارة بالآتي:

• مناسبة للعمل بأنواع التربة المختلفة (التربة القلوية ، الملحية ، الغدقة والأراضي حديثة الاستصلاح).
• سهولة ضبطها وشبكها مع الجرار.
• تحتاج لقوة شدة أقل نسبيا من المحاريث الأخرى.
• تكاليف تشغيلها واستهلاكها للوقت أقل من المحاريث الأخرى.
• لا تحتاج التربة إلى طاقة كبيرة لتسويتها بعد العمل بالمحاريث الحفارة عن المحاريث الأخرى، نظرا لاستواء التربة نسبيا بعد عملية الحرث بالمحاريث الحفارة.
• تتميز برخص ثمنها عن المحاريث الأخرى على الإطلاق.
• يتم تصنيعها بشكل كامل وناجح محليا مما يساعد علي تقليل نسبة البطالة.
• مناسبة للعمل بالمساحات الصغيرة، كما أن صيانتها بسيطة وسهلة وغير مكلفه.

وبالإضافة لما سبق فإن المحاريث الحفارة يوجد منها ما هو مجرور خلف الجرار مستخدما قضيب الشد شكل (1)، وهى مزودة بعجلات لحمل الإطار ومجموعة من الروافع الميكانيكية للتحكم في عمق الحرث. وقد يكون المحراث من النوع المعلق بالجهاز الهيدروليكي شكل (2)، حيث يقوم الجهاز الهيدروليكي بحمل المحراث عن طريق تعليقه بنقاط التعليق الثلاثة الخاصة بالجهاز ويتم التحكم في عمق الحرث عن طريق أذرع الجهاز الهيدروليكي، وتتميز تلك المحاريث بأنها خفيفة الوزن وسهلة التشغيل والمناورة أثناء العمل.

الأجزاء الرئيسية للمحاريث الحفارة:

* الإطار (The frame): وهو عبارة عن هيكل حديدي مصمم بحيث يتحمل الإجهادات التي تواجهه أثناء العمل ويرتبط به مجموعة من القصبات والتي يثبت بها أسلحة المحراث.

* القصبات (The shanks): وهو عبارة عن قضيب من الصلب ذو مقطع مستطيل للتغلب على مقاومة الانحناء. ويوجد أنواع مختلفة من القصبات بغرض تحمل الصدمات التي تواجهها أثناء عملية الحرث، فهناك قصبات صلبه مزودة بياي ذو معامل مرونة عالي مركب بمنطقة اتصال القصبة مع الإطار ليعطي القصبة المرونة الكافية التي تحميها من الكسر أثناء التصادم مع الأرض الصلبة. وهناك القصبات المرنة والمصنوعة من الصلب الزنبركي ذو الشكل الانسيابي والمنحني للخلف بقدر يحمى القصبة من الكسر أثناء إجراء عملية الحرث بأرضي يوجد بها حجارة والشكل (3) يعرض بعض من أنواع القصبات.

* الأسلحة (The shares): يصنع السلاح من الحديد بمختلف أنواعه وذلك تبعا للأرض المتعامل معها، حيث يصنع من الزهر للتعامل مع التربة الرملية والأراضي الصفراء بينما يصنع من الصلب عالي الكربون للتعامل مع الأراضي الطينية. كما يختلف شكل ونوع السلاح تبعا لنوع العمل المكلف به. حيث يوجد سلاح لسان العصفور (يناسب العمل بالأراضي الخالية من الحشائش والتي يتم فيها زيادة عمق الحرث). سلاح ذو الطرفين وهو مماثل في الشكل لسلاح لسان العصفور إلا أن أطرافه الاثنين مدببتين، بحيث يمكن استخدام أحد الأطراف عند حدوث كسر للأخر. كما يوجد نوع أخر من الأسلحة يستخدم في التخلص من بقايا جذور النباتات بالتربة

وهو ما يطلق عليه بسلاح رجل البطة، الشكل (4) يعرض الأنواع المختلفة للأسلحة.

أسس الميكنة الزراعية الآلات الزراعية

شكل (1): المحراث الحفار المقطور

شكل (2): محراث حفار معلق

شكل (3): أنواع من قصبات المحاريث الحفارة

شكل (4): أشكال من أسلحة المحراث الحفار

كيفية ضبط عمق الحرث:

يتم ضبط عمق الحرث للمحاريث المقطورة والمعلقة في الورشة كما يلي:

أ. المحاريث المقطورة:

توضع قطعة من الخشب بسمك مساوي لعمق الحرث أسفل كل عجلة من عجلات المحراث، ثم تدار رافعة ضبط العمق حتى يحدث تلامس للأسلحة الأمامية والخلفية مع سطح الأرض. وبذلك يمكن إنزال المحراث إلى الحقل وقد سبق تحديد عمقه بالورشة.

ب. المحاريث المعلقة:

يوضع المحراث في مستوي أفقي مع تجهز قطعة خشبية ذات سمك مساوي لعمق الحرث، ثم يحرك ذراع رافعة ضبط العمق ويرفع العجل لأعلى حتى يحدث تلامس لعجل ضبط العمق مع سطح القطعة الخشبية. يعلق المحراث بالجرار ويتحكم السائق عن طريق أذرع الجهاز الهيدروليكي في خفض ورفع المحراث حتى يحدث تلامس لعجل ضبط العمق مع سطح الأرض وتكون الأسلحة قد تعمقت بالمقدار المحدد مسبقا. في حالة عدم دوران عجل ضبط العمق فإن ذلك يدل على أن عمق الحرث قد انخفض فيقوم السائق بتعديل ذلك. وعلى العكس إذا لوحظ حدوث انضغاط للتربة نتيجة عجلة ضبط العمق فإن ذلك يدل على أن عمق الحرث قد زاد ويجب تعديل ذلك.

الشبك الراسي للمحاريث المقطورة:

تتميز هذه المحاريث بعدم وجود قوي ضغوط جانبية، كما هو الحال في المحاريث القلابة. كما أن وجود الأسلحة بشكل منتظم ومتماثل يجعل موقع منظم الشبك في منتصف الإطار. وبالتالي فإن عملية الشبك للمحاريث المقطورة مع قضيب الشد بالجرار يعتمد على الضبط الراسي فقط دون الضبط الأفقي. بحيث يقع كل من نقطة الشبك (منظم الشبك للآلة مع قضيب الشد بالجرار) مع نقطة الشد (مركز ثقل الجرار) مع مركز المقاومة للمحراث مع التربة على استقامة واحدة كما هو مبين بالشكل (5).

شكل (5): الشبك الراسي للمحاريث الحفارة

الأسباب الرئيسية وراء نظام وضع الأسلحة بالمحاريث الحفارة:

حيث توضع الأسلحة على صفين أو أكثر، بحيث يكون العدد الفردي الأصغر في مقدمة المحراث وفى اتجاه الحرث وذلك لتقليل قوى المقاومة الواقعة على الأسلحة. كما أن المسافة بين كل سلاحين تكون في حدود 50 سم وبينما توضع الأسلحة بشكل تبادلي في المنتصف ما بين الصف الأمامي والخلفي فتصبح المسافة بين خطوط الحرث 25 سم. وذلك لتفادى حدوث حشر للتربة والأعشاب وبقايا المحصول السابق بين الأسلحة. وتبعا للشكل التركيبي للمحاريث الحفارة توضع الأسلحة على صفوف وعدد أسلحة كل صف مختلف عن الأخر، لذلك فإن عرض المحراث النظري (عرض الحرث) يمكن حسابه من العلاقة التالية:

عرض المحراث النظري = عدد الأسلحة2 x المسافة بين كل سلاحين في الصف

2. المحاريث القلابة المطرحية Mold-board plows :

يقوم هذا النوع من المحاريث بقطع عمق معين من التربة ثم قلبها على إحدى الجوانب كما هو واضح بالشكل (6). ومما يميز عملية قلب التربة أنه يؤدى إلى دفن الحشائش وبقايا المحاصيل السابقة، حيث يصبح ذلك مادة غذائية متوفرة بالتربة (كبقايا البرسيم والفول لتوفير الأزوت بالتربة). بينما يعيب عملية قلب التربة، ظهور الأملاح على السطح وعلى الأخص بالأراضي الملحية. وتتوفر هذه الأنواع من المحاريث في صورة محاريث مقطورة (Trailed) تتصل بالجرار عن طريق قضيب الشد ويضبط عمق الحرث بها ميكانيكيا. وأخرى محاريث معلقة (Fully mounted)، تتصل بالجرار عن طريق أذرع الجهاز الهيدروليكي ويتم رفعها وخفضها والتحكم في عمق الحرث من خلال الجهاز الهيدروليكي. كما يوجد نوع نصف معلق (Semi mounted) حيث يتصل المحراث بقضيب الشد ويتم رفع وخفض الأسلحة هيدرولكيا.

شكل (6): صورة فوتوغرافية لمحراث قلاب مطرحي نصف معلق به ستة أسلحة أثناء تشغيله بالحقل

الأجزاء الرئيسية للمحاريث القلابة المطرحية:

شكل (7) يعرض رسما تخطيطيا يبين الأجزاء الرئيسية المكونة للمحاريث القلابة المطرحية.

شكل (7 أ)

شكل (7 ب)

شكل (7 أ ، ب): الأجزاء الرئيسية المكونة للمحراث القلاب المطرحي

شكل (8) يبين مجموعة مختلفة من أبدان المحراث القلاب المطرحي والتي تناسب ظروف العمل المتعددة. فنجد أن الشكل الأول يستخدم بشكل عامGeneral purpose) )، الشكل الثاني للاختراق المتوسط (Semi digger)، الشكل الثالث يستخدم بشكل عام مع السرعات العالية (General purpose ‘high speed’)، الشكل الرابع يستخدم للاختراق المتوسط ومع السرعات العالية ( Semi digger ‘high speed’ ( والشكل الخامس يستخدم للاختراق بعمق كبير ) Deep digger).

كيفية ضبط عمق الحرث:

أ. ضبط العمق للمحاريث المقطورة:

يضبط عمق الحرث كما تم توضيحه سابقا مع المحاريث الحفارة المقطورة.

ب. ضبط العمق للمحاريث المعلقة:

بداية يجب وضع المحراث أفقيا تماما، بحيث يلامس كل من عجلة الاخدود الخلفية وأسلحة المحراث سطح الأرض. حيث يوجد بالمحاريث القلابة المعلقة عجلة لضبط العمق، بحيث تضبط هذه العجلة ليكون الفرق في الارتفاع بينها وبين عجلة الاخدود الخلفية مساوي لعمق الحرث المطلوب. ومن الممكن معرفة ذلك العمق من خلال وضع كتلة خشبية سمكها مساوي لعمق الحرث أسفل عجلة ضبط العمق. ويجب أن يلاحظ السائق أثناء عملية الحرث أن عجلة ضبط العمق ملامسة لسطح الأرض ويحدث لها دوران أثناء التشغيل، حيث يعد ذلك دليل على عمق الحرث المضبوط.

واستكمالا للأجزاء المركب منها المحاريث القلابة المطرحية، فنجد أن هناك مجموعة من العجل المساعد لتلك المحاريث أثناء تشغيلها:

1 . عجلة الأرض البلاط:

توجد هذه العجلة مع المحاريث المقطورة فقط، وتقوم بحمل المحراث. ويكون عمق الحرث هو الفرق في الارتفاع ما بين عجلة الأخدود الخلفية وعجلة الأرض البلاط ، كما هو واضح بالشكل (6).

2 . عجلة الأخدود الأمامية:

توجد مع المحاريث المقطورة فقط وهى تسير داخل أخر أخدود لأخر سلاح من المرة

السابقة للحرث. بالإضافة لمساعدة تلك العجلة على حمل إطار المحراث إلا أن الوظيفة الرئيسية لهذه العجلة هو اعطاء تأكيد للسائق بأن عملية الحرث تمت دون ترك أرض بلاط أو حدوث تداخل في عملية الحرث.

3. عجلة الإخدود الخلفية:

نظرا لوجود قوى جانبية تقع على المحاريث القلابة المطرحية أثناء تشغيلها فإنه لمعادلة تلك القوي يركب عجلة مع المحاريث القلابة المقطورة والمعلقة، بحيث توضع هذه العجلة مائلة على المستوى الراسي بزاوية 45^o تقريبا، كما هو مبين بالشكل (6). حيث تسير هذه العجلة في أخر أخدود لأخر سلاح وتكون مرتكزة في ركن الأخدود لتقاوم تلك القوى الجانبية.

الخلوص الأفقي (التقعر الأفقي) Horizontal clearance:

وهو تعبير يطلق على المسافة الأفقية بين جسم المسند وحائط الأخدود، وهو في حدود 1سم إلى 2 سم. وقد تسمي هذه المسافة بالتقعر الأفقي. وترجع أهمية هذه الخلوص في أنها تحافظ على عرض الحرث، كما أنها تقلل من الاحتكاك بين جسم المسند بالمحراث وحائط الأخدود، الشكل (9 أ) يوضح ذلك.

الخلوص الراسي (التقعر الراسي) Vertical clearance :

وهو تعبير يطلق على المسافة الراسية بين حافة المسند وقاع الأخدود، وهو في حدود 1سم إلى 2 سم. وقد تسمي هذه المسافة بالتقعر الراسي. وترجع أهمية هذه الخلوص في أنها تحافظ على عمق الحرث، كما أنها تقلل من الاحتكاك بين حافة المسند بالمحراث وقاع الأخدود، والشكل (9 ب) يبين ذلك.

    شكل (9 أ) الخلوص الأفقي             شكل (9 ب) الخلوص الراسي

كيفية تحديد مركز المقاومة علي أسلحة المحاريث القلابة المطرحية:

الغرض من تحديد مركز المقاومة هو اختيار أنسب مسافة بين العجل الخلفي للجرار حتى يتسنى ضبط المحراث ليكون في منتصف الجرار لتقليل الضغوط الجانبية على المحراث المطرحي وذلك نتيجة لقلب التربة علي جانب واحد من الأسلحة. ولقليل هذه القوى الجانبية يتم وضع عجلة الأخدود الخلفية لتسير داخل أخر أخدود لأخر سلاح مع ترك مسافة أفقية قدرها 5 سم بين العجلة وحائط الأخدود حتى يحافظ على العجلة من التآكل. وكما هو واضح بالشكل (10)، فإن مركز المقاومة لسلاح المحراث القلاب المطرحي يكون في نقطة تقع على بعد (1 / 4) عرض السلاح من ناحية المسند ، ومركز المقاومة للمحراث يقع في نقطة تمثل محصلة القوى الواقعة على مجموع الأسلحة.

ولتوضيح ذلك، نفرض أن لدينا محراث قلاب مطرحي مكون من 3 أبدنة، عرض البدن الواحد 40 سم فإن

بعد مركز المقاومة من جهة اليمين = 40 + 30 = 70 سم . (كما بالشكل (10))

وبفرض سمك العجل الخلفي للجرار = 44 سم فإنه من الممكن حساب المسافة بين العجل الخلفي للجرار كما يلي:

المسافة بين العجل الخلفي للجرار = 2 (نصف سمك العجلة الخلفية + 5 سم خلوص

+ بعد مركز مقاومة الأسلحة من جهة اليمين).

= 2 ( 22 + 5 + 70 ) = 194 سم.

شكل (10) تحديد مركز المقاومة والشبك الأفقي للمحاريث القلابة المطرحية

المحاريث القلابة المطرحية ذات الاتجاهين Reversible ploughs :

لرفع الكفاءة الحقلية لتلك المحاريث عن طريق تقليل الزمن الضائع في المرور علي راس الحقل، صمم محراث قلاب مطرحى بمجموعة مزدوجة من الأسلحة بحيث تكون كل مجموعة عكس الأخرى وتمثل كل مجموعة محراث قلاب قائم بذاته. بحيث يتم حرث التربة وقلبها في اتجاه واحد وتكون الجرات بجوار بعضها البعض كما هو واضح الشكل (11).

شكل (11) صورة فوتوغرافية لمحراث قلاب مطرحي ذو اتجاهين Reversible ploughs

الشبك الراسي للمحاريث القلابة المطرحية المقطورة:

الشكل (12) بين الشبك الراسي السليم للمحاريث القلابة المطرحية. والشبك الراسي لتلك المحاريث مشابه تماما للمحاريث الحفارة المقطورة. حيث يكون كل من مركز المقاومة علي المحراث ونقطة الشبك للمحراث ونقطة الشد على الجرار على استقامة واحدة، لتجنب التغيير في عمق الحرث.

الشبك الأفقي للمحاريث القلابة المطرحية المقطورة:

الشكل (10) يوضح الشبك الأفقي السليم للمحاريث القلابة المطرحية المقطورة. والهدف الشبك الأفقي السليم هو تقليل قوي الضغوط الجانبية على المحراث ، بحيث يكون مركز المقاومة على المحراث ونقطة الشبك بالمحراث ونقطة الشد على الجرار علي استقامة واحدة وفي منتصف الجرار.

النقطة A و B نقطة الشبك ، النقطة C مركز المقاومة على المحراث ، النقطة D مركز القدرة

شكل (12): الشبك الراسي للمحاريث القلابة المطرحية المقطورة

3. المحاريث القلابة القرصية Disk plows:

يعتبر عمل هذا النوع من المحاريث مكمل لعمل المحراث القلاب المطرحى، حيث تقوم المحاريث القرصية بعملية قطع وتفتيت وقلب التربة (أنظر الشكل 14) كما هو الحال مع المحاريث المطرحية . إلا أن المحاريث القلابة القرصية تعمل بشكل أفضل في الأراضي الجافة والأراضي شديدة اللزوجة وكذلك في الأراضي التي قد يكون بها بقايا جذور عميقة لمحصول سابق. توجد المحاريث القرصية في صور مختلفة ، فمنها المقطور Trailed ، المعلق Mounted والنصف معلق Semi-mounted . والشكل (15) يبين الأجزاء الرئيسية المركب منها المحراث القلاب القرصي.

شكل (14): صورة فوتوغرافية لمحراث قلاب قرصي معلق أثناء تشغيله بالحقل

شكل (15): الأجزاء الرئيسية المركب منها المحراث القلاب القرصي

للتحكم في عرض قطع السلاح وكذلك عمق أو اختراق القرص فإنه يتم من خلال ضبط كل من زاوية القرص وزاوية ميل القرص.

1. زاوية القرص Disk angle :

وهى زاوية تصنع ما بين مستوي القرص واتجاه عملية الشد، بحيث يتم ضبطها لتكون في حدود ال 45^o. حيث يتم من خلال هذه الزاوية التحكم في عرض قطع السلاح وبالتالي التحكم في عرض عملية الحرث، أنظر للشكل (16 أ).

2. زاوية ميل القرص Tilt angle:

وهى زاوية تصنع ما بين مستوي القرص والمستوي الراسي، وغالبا تقع في الحدود ما بين 18^o إلي 22^o. حيث تتحكم هذه الزاوية في مدى اختراق سلاح القطع وبالتالي يتم التحكم في عمق عملية الحرث ، أنظر الشكل (16 ب).

شكل (16 أ): زاوية القرص Disk angle

شكل (16 ب): زاوية ميل القرص Tilt angle

4 . المحاريث الدورانية Rotary plows :

هذا النوع من المحاريث يستخدم في قطع وتفتيت الطبقة السطحية من التربة بكفاءة عالية إلا أن كثرة استخدامه في نفس التربة يعمل على تغيير خواصها وشكل تركيب حبيبات التربة لذلك لا ينصح باستخدامه بصورة متكررة ومستمرة لنفس التربة. بينما تتميز هذا المحاريث بمهارة وسرعة عالية في إجراء عمليات العزيق. وتحتاج هذه المحاريث إلى نوعين من الحركة، الأولى حركة دائرية للأسلحة تعمل على تفتيت وقطع التربة وهى مستمده من سرعة عامود الإدارة الخلفي (P.T.O)، بينما الحركة الثانية فهي حركة التغذية الأمامية التي تستمد من حركة الجرار الأمامية، ويتم التحكم في العمق ورفع وخفض الأسلحة من خلال القدرة المتاحة من الجهاز الهيدروليكي، الشكل (17) يبين شكل عام للمحراث الدوراني والشكل (18) يوضح أشكال وطريقة اختراق الأسلحة.

وآلية عمل هذا المحاريث تكمن في عملية التقطيع للتربة من خلال أسلحة القطع، والتي تقوم بقذف شريحة التربة المقطوعة بسرعة عالية لتصطدم بغطاء المحراث من الداخل مما يتسبب عنه عملية تفتيت للتربة المقطوعة. ومن العوامل التي تتحكم في درجة تفتيت التربة:

1. درجة رطوبة التربة، حيث أنه كلما قلة الرطوبة بالتربة ازداد درجة تفتيت التربة.

2. سرعة دوران أسلحة المحراث، بزيادة سرعة الأسلحة يمكن الحصول على درجة تفتيت أعلى للتربة.

3. السرعة الأمامية للجرار. وهذه السرعة متعلقة بسرعة دوران الأسلحة، حيث أنه من الممكن أن تكون سرعة الأسلحة عالية وسرعة الجرار منخفضة فنحصل على درجة تفتيت عالية ولكن قد يحدث تزاحم لشرائح التربة المقطوعة داخل المحراث مما يقلل من كفاءة عمل المحراث، وقد تكون سرعة الجرار عالية نسبيا مع سرعة دوران عالية للأسلحة قد يؤدي ذلك إلى قلة كفاءة عملية التفتيت. لذلك وجب التنسيق ما بين سرعة الجرار الأمامية وسرعة دوران المحراث للحصول على كفاءة تفتيت مناسبة.

4. درجة فتح غطاء المحراث.

شكل (17): الشكل العام للمحراث الدوراني

شكل (18): شكل وطريقة اختراق أسلحة المحراث الدوراني للتربة

كيفية توصيل الحركة من الجرار لأسلحة المحراث الدوراني :

حيث تنتقل الحركة من عمود الإدارة الخلفي بالجرار (P.T.O) عبر مجموعة من التروس المخروطية وجنازير النقل بعد مرورها علي وصلة تلسكوبيه معينة، كما هو واضح بالشكل (19).

شكل (19): توصيل الحركة من P.T.O. إلي أسلحة المحراث الدوراني

كيفية حساب القدرة اللازمة لشد المحاريث:

العوامل المؤثرة في حساب القدرة اللازمة لشد المحاريث:

1. نوع المحراث المستخدم (وكذلك نوع السلاح للمح ا رث الواحد).

2. نوع التربة، درجة الرطوبة بالتربة ودرجة كبس التربة (حيث يظهر ذلك في المقاومة النوعية للتربة "القوة اللازمة لقطع وحدة المساحة 1 سم ²).

3. سرعة العمل أثناء إجراء عملية الحرث.

4. عرض عملية الحرث.

5. نوع المحصول السابق.

الخطوات المتبعة لحساب القدرة اللازمة لعملية الحرث:

 حساب عرض الحرث (سم).

 حساب مساحة مقطع الحرث = عرض الحرث x عمق الحرث (سم 2).

 حساب المقاومة التي يواجها المحراث من التربة (كجم).

= مساحة مقطع الحرث (سم2) x المقاومة النوعية للتربة (كجم/سم2).

 حساب القدرة اللازمة لعملية الحرث (بالحصان)

= المقاومة علي المحراث (كجم) x سرعة التشغيل (كم/ساعة) 1000 x

      ____________________________________

                           x 60 x 60 75

مثال توضيحي:

أوجد القدرة اللازمة لعمل محراث قلاب مطرحي معلق مكون من أربعة أبدان عرض البدن 40 سم ويقوم بحرث تربة مقاومتها النوعية 0.85 كجم/سم2 وذلك علي عمق 20 سم ، إذا علمت أن سرعة الجرار أثناء عملية الحرث كانت 2.8 كم/ساعة.

الحل:

* عرض الحرث = عدد الأسلحة x عرض السلاح

                    = 4 × 40  = 160 سم

* مساحة مقطع الحرث = 160 × 20 =  3200 سم2

* المقاومة علي المحراث= 3200 × 0.85 = 2720 كجم

* القدرة اللازمة لعملية الحرث = (2720 × 3 × 1000) ÷ 60× 60 × 75 = 30.2 حصان