طرق قياس بعض عوامل تقييم الآلات الزراعية

Application of measurement techiques to some evaluation parameters

يتم تقييم الآلات الزراعية بقياس عوامل عديده تختلف باختلاف نوع الآلات فمثلا آلات أعداد مرقد البذرة تقييم على أساس تأثيرها على خواص التربة والقدرة اللازمة لها ومعدلات أداءها بينما آلات الحصاد تقييم على أساس تأثيرها على خواص المحصول وهل أحدثت له بعض الاضرار الميكانيكية أو كانت نسبة الفقد في المحصول عالية بالإضافة إلى القدرة اللازمة لها ومعدل أداءها وهكذا ولذلك سنتناول بعض هذه العوامل ويمكن تقسيمها إلى:

1- العوامل الخاصة بالتربة.

۲- العوامل الخاصة بالقدرة اللازمة.

3- العوامل الخاصة بالأداء.

4- العوامل الخاصة بالإنسان.

أولا: قياس مواصفات التربة

Measurement of soil conditions

هناك كثير من الخصائص الخاصة بالتربة والتي يجب تقديرها قبل وبعد عمل الآلات في التربة وخصوصا آلات أعداد مرقد البذرة (المحاريث والأمشاط) وكذلك آلات العزيق ومن أهم هذه الخصائص ما يلي:

۱- قوام التربة:

وهو التوزيع الحجمي لحبيبات التربة ويتم تقديره بالتحليل الميكانيكي للتربة وتقدر نسب ثلاث مكونات أساسية في التربة وهي الرمل والسلت والطين منها يمكن تحديد قوام التربة عن طريق استخدام مثلث قوام التربة شكل (۱) وقياس توزيع احجام التربة نحتاج أثناء التحليل إلى مواد كيماوية لتفريق كتل التربة واجهزه معينه دقيقه توجد في معامل الأرض وتكون حبيبات الرمل من 06.. إلى ۲٫۰ مم والسلت من ۰٫۰۰۲ إلى 0,06 م والطين أقل من ۰٫۰۰۲ ملم ويبين جدول (1) تأثر خواص التربة بقوامها حيث نجد أن قوام التربة يحدد كثير من الخصائص الهامة للتربة مثل بناءها وقدره التربة على الاحتفاظ بالرطوبة ومعدل الترشيح والتسرب والجريان السطحي للماء وكذلك نوع النباتات المناسب زراعتها في التربة وكذلك قوة مقاومة الحرث وغير ذلك.

شكل (۱) مثلث قوام التربة

جدول (1) علاقة قوام التربة بمتوسط خصائصها الطبيعية

۲- الكثافة الظاهرية:

تبين قيمة الكثافة الظاهرية للتربة قوه تماسك التربة وبالتالي مقاومتها لعمليه الحرث ولتقدم جذور النباتات خلالها ومقاومتها للاختراق. وتعرف الكثافة الظاهرية بانها كتله وحده الحجم من التربة الجافه (جم /سم3) وتؤخذ العينات من التربة بحالتها الطبيعية. وكثافه حبات التربة أو الكثافة الحقيقية للتربة عادتا تكون ۲٫65 جم/سم۳. وترتبط الكثافة الظاهرية بنفاذية التربة والفراغات بين حبيباتها لمرور الماء والهواء ولنمو الجذور. والأراضي ذات الفراغات الكبيرة تكون كثافتها الظاهرية منخفضه وهناك قيم نموذجيه موضحه في جدول (1) وتوجد طرقتين لتقدير الكثافة الظاهرية وهما الكثافة الظاهرة الجافه والكثافة الظاهرية المبتلة وغالبا ما يعبر عن الكثافة الظاهرية بالكثافة الظاهرية الجافة وهي كتله وحدة الحجم من التربة الجافه تماما وتقدر بالمعادلة الآتية:

Vt ÷ Pd = Ms

حيث:

Pd الكثافة الظاهرية الجافة.

Ms كتله التربة الجافة تماما على درجه ۱۰۵-۱۱۰م.

Vt الحجم الكلي لكتله التربة تحت الظروف الحقلية.

والكثافة الظاهرية المبتلة تقدر بنفس المعادلة السابقة ولكن تكون MS كتله التربة بدون تجفيف ولذلك تختلف باختلاف المحتوى الرطوبي وتتراوح قيمة الكثافة الظاهرية للتربة بين ۱٫۰-۱٫۸ جم/سم3 حيث أنها تقل في الأراضي الطينية المتجمعة أما في الأراضي الرملية تزداد حتى تصل إلى 1,65 جم/سم3 ودائما ما تكون الكثافة الظاهرية أقل من الكثافة الحقيقية فإذا كانت المسام حوالي نصف حجم التربة فتكون الكثافة الظاهرية حوالى نصف الكثافة الحقيقية وتتأثر الكثافة الظاهرية ببناء التربة اي درجه التفكك وكذلك قوام التربة اي حجم الحبيبات بها وتقاس الكثافة الظاهرية بطرق عديده منها:

أ- أسطوانة التربة Undisturbed Core method

وهذه الطريقة تستخدم في الأراضي المتماسكة ولكنها لا تصلح للأراضي الرملية المفككة ويجب عند أخذ العينة ملاحظه عدم حدوث أي تغير في التربة داخل الأسطوانة عن التربة في الحقل أي عدم حدوث تفكك أو انضغاط. وأبعاد الأسطوانة تكون 4سم لقطر الاسطوانة و 5-6 سم لطول الاسطوانة و ۰٫۱ سم سمك جدر الاسطوانة شكل (۲).

شكل (۲)

أسطوانة التربة لقياس الكثافة الظاهرية

ب- طريقه الاحلال أو التفريغ بالحفر للعينه:

Excavation or replacement method

وتتلخص هذه الطريقة في حفر كمية من التربة ونقلها لتجفيفها ووزنها وبذلك يتم الحصول على وزن التربة Ms ويتم تقدير الحجم الظاهري للتربة المأخوذة بالحفر عن طريق تقدير حجم الحفرة نفسها وذلك بمليء الحفرة الذي أخذ منها العينة ( متوسط ابعادها ۱۲سم عمق و ۱۲ سم قطر) بحجم معلومة من الرمل أو عن طريق استخدام بالون من المطاط وبه ماء أو أي سائل اخر ويقدر حجم هذا السائل الذي ملئ الحفرة وبذلك يمكننا معرفه حجم الحفرة Vt الذي أخذت منها العينة ويجب على القائم مراعاه الدقة حيث يسوى سطح التربة ويتم أزاله التربة المفككة حول الحفرة قبل أخذ العينة ويجب أن تملئ الحفرة بالرمل أو السائل حتى السطح حول حافه الحفرة.

۳- المسامية : porosity :

بعد تقدير الكثافة الظاهرية يمكن حساب المسامية الكلية بسهوله حيث أن الحجم الظاهري يمثل حجم الحبيبات مضافا اليه حجم المسافات البينية بينما الحجم الحقيقي يمثل حجم الحبيبات فقط ولذلك تكون العلاقة بين الكثافة الظاهرية الجافة والنسبة المئوية للمسامية حجما Vp كما يلي:-

المسامية ٪ vp))=۱۰۰- (الكثافة الظاهرية الجافة ÷ الكثافة الحقيقية )× ۱۰۰ وقيمة الكثافة الحقيقية حوالي ۲٫65 جم / سم3 في مختلف أنواع الأراضي.

4- رطوبة التربة

تقدر الرطوبة في التربة بأخذ عينات وتجفيفها في المعمل وهناك طرق أخرى وأجهزه ولكن تعتبر طريقة تجفيف العينة في المعمل من أدق الطرق. ويجب أخذ العينات ووضعها في أكياس بلاستك ونقلها إلى المعمل في اقرب وقت ووزنها وهي رطبه W1 ثم يتم تجفيف العينة على درجه حراره ۱۰۵-۱۱۰ لمده ۸ ساعه وبعد تبريدها مباشره يعاد وزنها مره أخرى وهي جافه تماما (W2). وعادتا ما تقدر نسبة الرطوبة في التربة على أساس الوزن الجاف تماما أي أن:

نسبة الرطوبة في التربة % = [(وزن التربة الرطب - وزن التربة الجاف تماما) ÷ وزن التربة الجاف تماما ] × 100

وقد تنسب الرطوبة في التربة إلى حجم التربة ويتم ذلك كما يلي

نسبة الرطوبة في التربة حجما ٪

= نسبة الرطوبة ٪ (على أساس الوزن الجاف ) × الكثافة الظاهرية الجافة .

5- متوسط قطر كتل التربة:

معدل اثاره وتفتيت التربة يقدر بمتوسط قطر كتل التربة ويتم ذلك بأخذ عينه من التربة حوالى ۰٫15 م۳ وتوضع في عده غرابيل ويوزن كل مجموعه مفصولة بعد الغربلة على حده. وأبعاد هذه الغرابيل تختلف من اختبار الى اخر على حسب حجم الحبيبات وقوام التربة ويمكن اخذ غرابيل لها فتحات ۱۰، ۲۰، ۳۰، 40، 50 ملم وتكون نسبه الكتل التي مرت من الغربال ۱۰ مليمتر أقل من 10 مليمتر وبعد ذلك تؤخذ نفس العينة التي بقيت فوق الغربال ۱۰ملم وتوضع في الغربال ذو الفتحات ۲۰ مليمتر والذي يمر خلاله تكون نسبة الكتل ذات الأبعاد من ۱۰-۲۰ مليمتر والجزء الباقي فوق سطح الغربال يوضع في الغربال ذو الفتحات ۳۰ والذي يمر خلاله يكون أقطاره من ۲۰-۳۰ مليمتر وهكذا انظر جدول (2).

جدول (2)

تقدير متوسط قطر كتل التربة

وتحسب متوسط أقطار كتل التربة (M) بالمليمتر من الجدول كما يلي

M = 1/W (5A + 15B + 25C + 35 D + 45E+ NF)

W = A+B+C + D + E+F

حيث M = متوسط كتل التربة m m

W = وزن كل العينة kg

N = كتل التربة الموجودة على الغربال ذو أكبر الفتحات m m

ويجب أن تؤخذ قراءات على ثلاث عينات في المساحات الصغيرة أو 5 عينات في المساحات الكبيرة.

6- مقاومة الاختراق:

لقياس مقاومة الاختراق للتربة يستخدم جهاز يعرف باسم مقياس الاختراق cone penetrometer وهو عباره عن قضيب له سمك معين يدفع إلى داخل التربة والقوة اللازمة للدفع يتم تسجيلها ويلاحظ تغيرها بالنسبة للعمق وتعطى توصيات الجمعية الأمريكية ASAE مواصفات وأبعاد لنوعين من مقاييس الاختراق المخروطية القياسية وتشمل أيضا طريقة العمل لأخذ القراءات. وتعتبر هذه التوصيات من الأمور الهامة التي يجب اتباعها حتى تكون النتائج المتحصل عليها دقيقه وحتى يمكن مقارنتها بنتائج الأبحاث الأخرى وهناك شركات عديده تنتج هذه الأجهزة بالموصفات القياسية لها شكل (۳).

۷- قوة القص:

قوه القص للتربة تقاس قبل وبعد الحرث وهذه القوه تختلف باختلاف قوام التربة ويوجد جهاز يمكن به قياس قوه القص shear meters وتسجل به القراءات مباشرتا بالكيلو بسكال أو بالكيلو جرام سم۲ وتتأثر قوه القص بكل من التماسك بين حبيبات التربة والاحتكاك الداخلي للتربة وتتحدد كثير من خواص التربة بقوة القص لها ويمكن تقدير اجهاد القص عند انهيار التربة من المعادلة الآتية:

J = C + S tan 0

حيث:

J- إجهاد القص عند انهيار التربة

C – التماسك بين حبيبات التربة

s- الإجهاد العمودي على مستوى القص عند الانهيار

O- زاويه الاحتكاك الداخلي للتربة

بناء على المعادلة السابقة يمكن اعتبار التماسك بين حبيبات التربة على أنه إجهاد قص عندما يكون التحميل العمودي يساوي صفر وإجهاد القص له تأثير كبير على قوى الشد اللازم للحرث.

شكل (۳) جهاز قياس مقاومة الاختراق للتربة "بنتروميتر"

ثانيا: قياس القدرة

Measurement of power

تحتاج جميع الآلات إلى مصدر قدره حتى يمكنها أداء العملية التي تقوم بها. ولذلك يتم قياس القدرة في معظم اختبارات التقييم للآلات الزراعية وسوف نوضح فيما يلي قياسات القدرة بالنسبة للجرار حيث انه مصدر القدرة الأساسي بالمزرعة بالإضافة إلى القدرة اللازمة لتشغيل الآلات اليدوية والآلات التي يجرها الحيوان وقياس قدره الجرار يتم في أكثر من مكان بالجرار حيث يمكن قياس القدرة الدورانية للمحرك أو القدرة الدورانية العمود الإدارة الخلفي أو القدرة الخطية للجرار.

۸- قياس القدرة الدورانية للمحرك Rotary power of engine:

هناك معادلات كثيره ممكن أن تستخدم لتقدير القدرة الدورانية، وبعض من هذه المعادلات تعتمد على قياس العزوم والسرعة الدورانية ولذلك يستخدم ديناموميتر بحجم مناسب وإذا لم يتيسر يستخدم آلة لها أحمال متغيره مثل المواد أو مضخة ماء water pump or genetator مع جهاز لقياس العزوم وقياس السرعة الدورانية ويجب ضبط أجهزه التحكم في الوقود (طلمبة الحقن) في المحرك طبقا لتوصيات المصنعين لهذه المحركات قبل اجراء الاختبارات.

ويمكن قياس القدرة الدورانية للمحرك عن طريق قياس الوقود المستهلك أو درجه حرارة غازات العادم وهناك معادلات تربط بين استهلاك الوقود او درجه حراره غازات العادم وقدره المحرك ويجب أخذ القراءات عند درجات حراره وأحوال جويه ثابته ومماثله الدرجات الحرارة التي استنتجت المعادلات عندها وعند قياس الوقود يجب أن يرجع الوقود الزائد إلى المحرك مرة أخرى بدون أن يمر بالعداد أو جهاز قياس الوقود.

ويقاس استهلاك الوقود بالكيلو جرام / ساعة (kg/h) أو بالجرام / كيلو وات. ولا يجب أن يقاس الوقود بوحده الحجم بالنسبة للزمن (لتر / ساعة مثلا). حيث أن كتلة الوقود التي تحقن في المحرك تكون أهم العوامل التي تحدد القدرة التي يعطيها المحرك وتتأثر كثافة الوقود بدرجة الحرارة ولذلك فإن تقدير الوقود بالحجم يعطي نتائج غير دقيقه وخصوصا إذا كانت التقديرات أو المقارنات تتم في درجات حرارة مختلفة (صيف وشتاء) ويمكن قياس العزم وسرعة المحرك عند معدلات استهلاك مختلفة للوقود وبالتالي يمكن رسم منحنيات تبين العلاقة بين قدرة المحرك وسرعته والوقود المستهلك أو درجه حراره غازات العادم كما في شكل (4)

شكل (4) العلاقة بين قدرة المحرك وسرعته والوقود المستهلك

۹- القدرة الدورانية لعمود الإدارة الخلفي ..0.Rotary power of P. T

يمكن استخدام وحدات تمتص قدره عمود الإدارة الخلفي مثل مضخة هيدروليكية وتقدير هذه القدرة وهذه القياسات تكون دقيقه عند مدى محدود من السرعات. ولكنها تكون غير دقيقه لمدى كبير من القدرات ومدي كبير من السرعات ويجب عند تنفيذ هذه الاختبارات مراعاه نفس العوامل السابقة عند قياس قدرة المحرك. ومنحنيات أداء عمود الإدارة الخلفي لها علاقه بمنحنيات أداء المحرك ويمكن الربط بينهما حيث بيانات السرعة والعزم والقدرة والوقود الخاصة بمنحنيات أداء المحرك تكون هي نفسها لمنحنيات أداء عمود الإدارة الخلفي مع أضافة بعض التعديلات عليها وهذه التعديلات خاصه بنسبه سرعة عمود الإدارة الخلفي إلى سرعة المحرك وكذلك القدرة المفقودة من المحرك إلى عمود الإدارة الخلفي.

ويجب قياس القدرة الخارجة من المحرك عند السرعات القياسية لعمود الإدارة الخلفي (540 و 1۰۰۰ لفة /دقيقه ) وذلك لتقدير القدرة اللازمة لتشغيل مختلف أنواع الآلات الملحقة بالجرار.

۱۰- القدرة الخطية للجرار Linear power of tractor

تتأثر القدرة الخطية للجرار بعوامل عديدة أهمها قدره محرك الجرار ونوع أجهزة التلامس ونوع ومقدار البروز عليها ونوعية التربة ورطوبتها ومقدار الحشائش أو بقايا المحاصيل عليها.

وتجري اختبارات القدرة الخطية للجرار على أرض صلبه ويتم تعديل هذه القدرة طبقا لمعامل يختلف بالاختلاف نوع التربة ففي الأرض الصلبة يكون معامل تعديل القدرة مقداره واحد أما في الأرض المحروثة فيكون 0,5 - ۰٫۷ والأرض التي بها بقايا المحصول السابق يكون هذا المعامل 0.4 -0.7 وذلك مقارنتا بالقيم المأخوذة علسي الأراضي الصلبة، وعند عدم حدوث أي انزلاق ولقياس القدرة الخطية للجرار نوفر احمال متغيره يجرها بقضيب الجر. وتقوم محطات اختبار الجرار باستعمال أحمال مختلفة من المركبات أو امتصاص الاحمال هيدروليكيا أو كهربيا ويستعمل governor control لقياس مختلف الأحمال المطبقة ويمكن من قياس سرعة الجر وقياس أكبر حمل (بدون حدوث انزلاق للعجل) تقدير القدرة ويجب ملاحظة أن الأحمال الزائدة تحدث انزلاق العجل أي أن المسافة التي يقطعها الجرار للأمام مع عدد معين من اللفات تقل في حاله حدوث انزلاق وحدوث انزلاق يدل على أن الحمل أصبح أكبر من الحمل الذي يستطيع الجرار شده ولذلك يتم تسجيل الحمل الذي يستطيع الجرار شده بدون حدوث انزلاق ويمكن قياس الأحمال بواسطه مقاييس الانفعال الكهربية حيث القوة المؤثرة على قضيب الشد تحدث به انفعال وهذا الانفعال يتناسب مع الحمل ولذلك بقياس هذا الانفعال يمكن من منحنيات خاصه تقدير الأحمال.

۱۱- الآلات اليدوية Hand Tools

أداء الآلات اليدوية يعتمد على مهارة العامل المستخدم للألة وتتضمن القياسات على أداء الآلات اليدوية القياسات المباشرة على كمية وجودة وميكانيكية العمل والقدرة المنقولة من العامل إلى الآلة وطاقه الجسم المبذولة من العامل.

وهناك طريقتان أساسيتان لقياس القدرة البشرية وذلك بقياس الأكسجين المستهلك أو قياس معدل ضربات القلب وجهاز قياس التنفس الاصطناعي أكثر دقه ولكنه غير مناسب للعمل في الحقل. ولذلك قياس ضربات القلب يعتبر وسيله دقيقه يمكن استخدمها لقياس القدرة البشرية. وعند قياس الأداء للآلات اليدوية يراعى ما يلي:

1- أن معدل العمل يعتمد على القدرة الذي يبذلها العامل.

۲- أن قدره العامل على العمل تختلف مع طول مدة العمل ومع اختلاف الطقس.

ولذلك يجب أن يستمر العمل لتقييم أداء الآلات اليدوية فترة لا تقل عن 4 ساعات عمل متواصلة ويتم خلالها تقدير الاتي:

۱- وقت الراحة المطلوب.

۲- الوقت الازم لترتيب فريق العمل وتنظيمه.

۳- جوده أداء العمل.

4- وضع العامل المناسب للإله (أي العامل واقف أو جالس أو منحني )

5- طريقه حركه الآلة أثناء العمل.

6- أمكانية التحكم في حركة الآلة.

۷- مدى توافر الأمان أثناء العمل بالآلة.

۸- مدى انتظام خروج المادة المتداولة.

۱۲- الآلات التي تعمل بالقدرة الحيوانية Animal machine

أداء الحيوان يختلف طبقا لوزنه وحالته الصحية ومدى إجهاده وطول فترة العمل ومدى الحمل أثناء العمل بالإضافة إلى طبيعة الطقس من حراره ورطوبة.

ويمكن للحيوان أن يبذل قوه لحظيه تساوي وزنه تقريبا ويمكن للحصان أن يرفع ضعف وزنه أي أن ثور وزنه 800 كجم يستطيع أن يعطي قوه لحظيه حوالي  ۹٫۸۱× ۸۰۰ = 7848 نيوتن ولكن القوه المعتادة التي يمكن للحيوان أن يستمر في بذلها تكون حوالي ٪۱۰ من وزنه وتتأثر القوة التي يعطيها الحيوان بسرعه العمل ويبين شكل (5) أن أكبر قوه لثور وزنه 600 كجم كانت ۳ كيلو نيوتن عند سرعه ۰٫۷ م/ث بينما كانت 6 كيلو نيوتن عند سرعه ۱٫۳ م/ث وهذه القوه لحظيه أي لا يمكن للحيوان أن يستمر على العمل بها مده طويله.

شكل (5) أكبر قوة لحظية لحيوان وزنه 6۰۰ كيلو جرام وعلاقتها بالسرعة التي يسير بها الحيوان

ويجب أن تكون اختبارات قوه الحيوان وقدرته على الجر في وقت طويل وظروف عمل واقعيه وأهم ما يحدد قدره الحيوان على الجر وزنه وإذا لم يتيسر وزن الحيوان مباشرتا يمكن تقديره باستخدام أبعاد الجسم وفي دراسة على البقر المكسيكي وجدت العلاقة التي تربط بين وزن الجسم وابعاده (انظر شكل 6 ) كما يلي :

الوزن بالكيلو جرام = ( محيط وسط الحيوان بالمتر G)2 × طول L بالمتر 92.42.

ويجب تقدير هذه العلاقة لمختلف أنواع الحيوانات محلية حتى يمكن تقدير وزنها بقياسات بسيطة.

شكل (6) القياسات اللازمة لتقدير وزن الحيوان

ثالثا : قياس الأداء

Measurement of performance

۱۳- السعة الحقلية للآلات الزراعية:

هناك سعه حقليه نظريه للآلة وهي انتاجية الآلة عندما تستغل ۱۰۰% من وقت العمل في الحقل وتعمل بالسرعة الأمامية طول وقت العمل وتغطي ۱۰۰ % من عرض العمل لها.

وهذا أمر لا يمكن تحقيقه دائما في ظروف الحقل حيث دائما ما يكون هناك وقت مفقود في أمور مختلفة والسرعة الأمامية تتغير وخصوصا في الدورانات وغالبا ما لا يستغل عرض التشغيل للإله بالكامل.

ولذلك يكون هناك سعه حقليه فعليه وهي المتوسط الحقيقي لمعدل الأداء في الحقل ودائما ما تكون السعة الحقلية الفعلية أقل من السعة الحقلية النظرية وخارج قسمة السعه الحقلية الفعلية على السعة الحقلية النظرية يعطي ما يسمى بالكفاءة الحقلية. وتقدر السعه الحقلية النظرية بحاصل ضرب سرعه الآلة الأمامية في عرض الجزء الفعال في الآلة أي أن السعة الحقلية النظرية = سرعه الآلة الأمامية × عرض الآلة

الكفاءة الحقلية = (السعة الحقلية الفعلية ÷ السعة الحقلية النظرية) x ۱۰۰.

.: السعة الحقلية الفعلية = السعة الحقلية النظرية × كفاءه الألة الحقلية

= سرعه الآلة الأمامية × عرض الآلة × كفاءة الآلة الحقلية

وتتأثر الكفاءة الحقلية بعديد من العوامل مثل مدي خبره السائق ومدى القيام بعمليات الصيانة وأبعاد الحقل ونوع العملية التي تجرى ونوع الآلة ومواصفات التربة والمحصول وعموما تتراوح الكفاءة الحقلية لمعظم الآلات الزراعية بين 60-90 ٪ وتقدر الكفاءة الحقلية بتقدير انتاجية الآلة الفعلية أي المساحة التي أنجزت فعلا في وقت معين مع تقدير الإنتاجية النظرية - بقياس السرعة الأمامية للألة أثناء العمل في الحقل وقياس عرض الإله ومن القوانين السابقة يمكن تقدير الكفاءة الحقلية للآلة.

مواصفات المواد المتداولة داخل الآلة:

نظرا لتعدد وظائف الآلات فإن المواد التي يتم تداولها داخل الآلة تكون كثيره أيضا .وقد تكون هذه المواد بذور عند استخدام آلات الزراعة أو أسمدة عند استخدام الات التسميد أو محصول حبوب أو درنات أو الياف أو ثمار أو غير ذلك) عند استخدام آلات الحصاد. ولذلك يجب أن توصف هذه المواد وتقدر خصائصها قبل دخولها في الآلة وكذلك بعد خروجها منها. وتعتبر دراسة الخصائص الطبيعية والهندسية لهذه المواد من الأمور الهامة لتقييم أداء الآلات أو لتطويرها وقد يتطلب الأمر في بعض الأحيان التركيز على جانب معين من هذه الخصائص دون الجانب الأخر حيث أن هذه الخصائص كثيره ومتشبعة ولذلك سنتعرض لها بشكل موجز ويمكن للدارس التركيز على الخصائص المتعلقة بالنقطة التي يتم دراستها وطرق قياس هذه الخصائص توجد في المراجع المتخصصة في دراسة الخصائص الطبيعية والهندسية للمنتجات الزراعية ولا يتسع المجال هنا لتوضيح هذه الطرق.

14- أهم الخصائص الطبيعية والهندسية للمنتجات الزراعية:

Phesical and engneering properties of farm production

1- الخصائص الطبيعية:

من أهم الخصائص الطبيعية للمواد التي يتم تداولها في الآلات الزراعية الشكل والأبعاد والحجم والوزن والمسامية ومساحة السطح والكثافة الحقيقية والكثافة الظاهرية والرطوبة وتتميز الخصائص الطبيعية عادتا بسهولة قياسها بالمقارنة بالخصائص الأخرى التي تتطلب أجهزة قياس قد تكون مرتفعة الثمن وبالتالي يصعب قياسها.

۲- الخصائص الميكانيكية:

الخصائص الميكانيكية للمواد المتداولة هي تلك الخواص التي لها علاقه بتأثير الأحمال الخارجية وهذه الأحمال قد تسبب اجهادات شد أو ضغط أو قص أو ثني وينشأ من هذه الأحمال تغير في شكل المادة يسمى بالانفعال أو التشكيل. وهذا الانفعال أو التشكيل يحدث للمادة قبل أن تنهار تحت تأثير الحمل الواقع عليها ولذلك يجب دراسة الخصائص الميكانيكية لمعرف مدى تحمل المادة للأحمال المختلفة حتى لا تصاب بالكدمات أو الخدوش أو الكسور ومن أهم هذه الخصائص المرونة والدونه والصلابة والصلادة ومقاومة المادة للأحمال المتغيرة (احمال الكلل) وكذلك مقاومتها للأحمال الثابتة لفترة طويله وفي درجات الحرارة المختلفة.

3- الخصائص الحرارية:

ومن هذه الخصائص الحرارة النوعية والتوصيل الحراري وتأثير الحرارة على ابعاد المادة وهذه الخصائص يلزم دراستها القائمين بنقل وتداول المواد الزراعية وتصنيعها وكذلك لدراسة عمليات التجفيف والأعداد المبدئي لبعض المنتجات.

4- الخصائص الضوئية:

من هذه الخصائص لون المنتج أو المادة المتداولة ونفاذية الضوء وانكسار أو انعكاس الضوء خلال هذه المواد. وتفيد دراسة هذه الخصائص في كثير من الأمور. فقد تصمم بعض الآلات لجمع ثمار بناء على الخصائص الضوئية لهذه الثمار حيث أن الثمار الناضجة يكون لها لون مختلف عن الثمار الغير ناضجة ويمكن تحديد درجه الإصابة الميكانيكية لحبوب الذرة بتقدير درجه نفاذية الضوء خلال الحبوب حيث أن الحبوب التي بها أصابات ميكانيكيه يقل فيها نفاذية الضوء.

5- الخصائص الكهربية والمغناطيسية:

ومن هذه الخصائص التوصيل الكهربي والمقاومة الكهربية والنفاذ المغناطيسي وتفيد دراسة هذه الخصائص في قياس نسبة الرطوبة في بعض المواد وفي كثير من الدراسات الخاصة بتحديد مواعيد جمع الثمار أو تحديد درجة النضج أو غير ذلك. 6- الخصائص الفيزوكيمائية:

من هذه الخصائص امتصاص الماء أو منع امتصاص الماء والانكماش والتمدد نتيجة اختلاف درجة الرطوبة في الوسط المحيط ونحتاج لمثل هذه الدراسات في تقييم أداء آلات التسميد عند العمل في الأماكن الرطبة.

رابعا: قياس قوة الأنسان

Measurement of human strength

يبحث علم الإرجونوميكس Ergonomics في كينونه الإنسان وفي أحسن التصميمات للمعدات لتناسب طبيعة الإنسان. ولذلك يتضمن هذا العلم دراسة تطبيقات علم التشريح anatomy وعلم وظائف الأعضاء physiology وعلم النفس psychology علم المناهج methodology وذلك لزيادة أداء الانسان وجعله أكثر راحة وصحة وأمان أثناء العمل.

خصائص الأنسان المتعلقة باستخدام الآلات:

عند استخدام الآلات اليدوية يكون الإنسان مصدر القدرة وكذلك هو المتحكم في عمل الاله ولذلك يجب أن تكون هذه الآلات في الشكل أو الحجم المناسب لجسم الإنسان وكذلك في مدى قدره وإحساس الأنسان العادي المستخدم للآلات.

15- حجم الجسم Body size

علم أبعاد جسم الأنسان يطلق عليه علم الأنثروبوميتري anthropometry .وجسم الأنسان يحتاج إلى أبعاد كثيره لتصفه وشكل (۷) يعطى أمثلة لمعظم الأبعاد وهي موضحه في جدول (3) "الذكور والإناث" وأبعاد اليد موضحة في شكل (۸) وجدول (4) طبقا للقياسات على الشعب الألماني وقد تختلف هذه الأبعاد من شعب إلى أخر ولذلك يجب أن تؤخذ هذه الأبعاد في الاعتبار عند استيراد الآلات أو تصميم ألات جديده ويجب أن تكون الآلات مناسبة لأبعاد ۹۰-۹۵ % من الشعب المستعمل لهذه الآلات.

شكل (7) ابعاد جسم الانسان

جدول رقم (3) ابعاد الجسم الموضحة في شكل (7)

شكل (8) ابعاد يد الانسان.

جدول رقم (4) ابعاد اليد الموضحة في شكل (۸)

16- قوه جسم الإنسان Body strength

قوه الجسم تمثل بقدرة الجسم على بذل الشغل الميكانيكي والشغل الميكانيكي ممكن يبذل بطريقين الأولى بالحركة النسبية بين أطراف الجسم التي تسطيع أن تؤثر بتمدد وانكماش العضلات حول المفصل. الثاني بتحمل الجسم لقوى خارجيه مطلوب التغلب عليها، وقوة الشد التي تستطيع العضلة أن تبذلها تعتمد على ثلاث عوامل وهي

- مساحة مقطع العضلة

- درجه انقباض العضلة

- ومعدل تزويد العضلة بالوقود وخروج نواتج الاحتراق.

ولزيادة قدره العضلة على العمل وبذل الجهد يلزم تدريب الجسم والاهتمام بنوعيه الطعام وكميته وكذلك الاهتمام بالأمور الصحية للإنسان وكذلك البعد عن البيئة الملوثة.

وتقدير قوة العضلات تعتبر من الأمور المعقدة وهناك أرقام يتم تقديرها لقوه زراع الأنسان وعلاقتها بزاوية الجسم شكل (9). وشكل (۱۰) ويجب أن يوضع في الاعتبار أن الالة التي تحتاج إلى مجهود أكبر من القدرة الموضحة في الأشكال لا يمكن أن تعمل أو سوف تعمل بكفاءة قليله وتحتاج إلى عماله غير عادية في القوة لتشغيلها.

شكل (9) العلاقة بين زاوية الذراع واكبر قوة يستطيع حملها

شكل (10) اكبر قوة يمكن للذراع شدها او دفعها وعلاقتها بزاوية الذراع "القوة كنسبة مئوية من وزن الجسم"

۱۷- طاقة جسم الإنسان

يمكن أن تقاس الطاقة التي يبذلها الأنسان بقياس معدل الاستهلاك للأكسجين ومع أن الأكسجين ليس وقود لجسم الإنسان إلا أنه لازم الاحتراق الطعام واللتر الواحد من الأكسجين يكافئ ۲۰٫۷ كيلو جول طاقة حيوية في خلايا الجسم وغالبا ما يكون مقياس معدل استهلاك الأكسجين عمليه غير ميسره في ظروف الحقل كما سبق الذكر.

وهناك طريقة أخرى لقياس الطاقة التي يبذلها الجسم وذلك بقياس عدد ضربات القلب وهذه الطريقة لا تحتاج إلى أجهزة معقده. وهناك نوعان من الطاقة التي يبذلها الجسم.

1- الأحمال الأستاتيكية Static workload

في الحسابات الميكانيكية العادية لا يتضمن وجود أحمال أستاتيكية بذل طاقه ولكن بالنسبة لجسم الأنسان عندما يتحمل بحمل أستاتيكي فإنه يبذل طاقة نتيجة لوجود هذا الحمل أنظر شكل (۱۱) حيث وجود الحمل على اليد يتطلب من العضلة بذل مجهود واستهلاك طاقه، وقياس الطاقة كما سبق ممكن أن يتم بقياس معدل ضربات القلب نظرا لتوافر الأجهزة ورخص ثمنها وتيسر استعمالها في ظروف الحقل ويمكن قياس ضربات القلب باستخدام ساعه عاديه أو ساعه إيقاف ويتم عد ضربات القلب من خلال وضع اليد في مكان به وريد في يد العامل أو زراعه أو رقبته أو أي مكان أخر ويجب أن يكون القياس خلال مدة لا تقل عن ۲۰ث ويتم تقدير عدد الضربات في الدقيقة وهناك أجهزه حساسة يمكنها عد ضربات القلب بوضعها على صدر العامل.

۲- الأحمال الديناميكية Dynamic workload

الأحمال الديناميكيه يمكن أن تقدر بالطرق الميكانيكية التقليدية بقياس القوه والمسافة والزمن اللازم وتقدر القدرة كما يلي:

القدرة = الطاقة ÷ الزمن = (القوه X المسافة) ÷ الزمن

ويمكن للإنسان أن يبذل قدره خلال العمل اليومي حوالي ۷۰ وات وفي الأقطار المتقدمة تحسب قدره الانسان 40 وات فقط ويمكن للإنسان أن يبذل قدره ۳ كيلو وات في الأعمال التي تتطلب قدره كبيره في لحظة معينة ويمكن أن يبذل قدره 1 كيلو وات في عمل يستغرق دقيقه ويمكن أن يبذل 400 وات في عمل يستغرق ساعة.

شكل (11) الطاقة التي تبذلها العضلة نتيجة للأحمال الاستاتيكية

شكل (12) معدل ضربات القلب النمطية قبل واثناء وبعد العمل

ويوضح شكل (۱۲) معدل ضربات القلب خلال فترة العمل حيث يكون معدل ضربات القلب في حدود 60-70 نبضة في الدقيقة يزداد إلى أن يصل إلى عدد معين من الضربات يستمر عليها وبعد انتهاء العمل يعود النبض إلى حالته الطبيعية ويجب قياس ضربات القلب في فترة الضربات العالية الثابتة لتقدير القوه المرافقة لمجهود معين أو التشغيل اله معينه ويوضح جدول (5) العلاقة بين عدد ضربات القلب ومجموعة من القياسات الأخرى على جسم الإنسان ويمكن من خلال هذا الجدول تقدير مدى الاجهاد الذي يتعرض له العامل عند تشغيل ألة معينة أو عند مقارنة عدة آلات مع بعضها.

جدول رقم (5) العلاقة بين حمل العمل وضربات القلب ومعدل استهلاك الأكسجين ودرجة حرارة الجسم

وهناك مجموعة عوامل طبيعية تؤثر على نشاط الإنسان وهي درجة الحرارة ودرجة الرطوبة ونوعية الهواء والضوضاء والاهتزاز الذي يتعرض له العامل أثناء العمل ويجب وضع هذه العوامل في الاعتبار عند تقييم أو مقارنة أداء ألات مختلفة.