מכונה לבניית מנהרות נמוכות – דוח סיכום 2023

שותפים למחקר:

מיטב מאור – מיכון וטכנולוגיה, ענפי שירות וסביבה חקלאית, שה"מ

עדי סויסה – ירקות, ענפי צומח, שה"מ

יוסי קשתי – המכון להנדסה חקלאית, מכון וולקני

מבוא

ירקות הנקטפים באביב, נשתלים בחורף, בתקופה הקרה, וכדי ליצור תנאי גידול מיטביים בתקופה מאתגרת זו, רצוי לשתול תחת חיפוי פלסטיק במנהרות נמוכות. הפלסטיק ייפרס על גבי קשתות מתכת (מנהרות) נמוכות, תוך יצירת נפח המתאים לגידול ומניעת מגע בין העלים לפלסטיק כך שלא ייצרבו, וכדי לספק לגידול תנאים מיקרו-אקלימיים נוחים.

בגידול הסתווי משתמשים במנהרות נמוכות המכוסות אגריל להגנה מפני מזיקים בתחילת הגידול. סך כל השטחים המכוסים במנהרות נמוכות בעונות הסתיו והאביב נאמד ב-15,000 דונם בכל הארץ, והם כוללים את גידולי הירקות: אבטיח, מלון, דלעת, קישוא, דלורית וחציל.

החיפוי בפלסטיק כיום נעשה באופן ידני באמצעות נעיצת הקשתות באדמה, פריסת הפלסטיק וכיסוי השוליים בחול בכלי חפירה. פעולה זו דורשת כוח אדם רב. עם זאת, קיימת חלופה רבת-שנים של שימוש במכונה הפורסת פלסטיק, שבה משתמשים לפריסת פלסטיק תחתון לחיפוי הקרקע. פורסת זו, אם כן, נותנת מענה רק לפריסת הפלסטיק, אולם לא לנעיצת הקשתות. יתר על כך, חלופה זו אינה מיטבית בעיקר משום שגובה המנהרות נמוך מאוד ולא אחיד, כי בצורה זו הפריסה גורמת לכיפוף הקשת, האמורה להחזיק את הפלסטיק למטה, והמנהרה אינה מספיק גבוהה. כמו כן, עדיין יש צורך בכוח אדם רב לפריסת הקשתות. במטרה לייעל את העבודה ולחסוך בכוח אדם, ובכך גם להוזיל את עלויות הגידול, נדרשת מכונה לנעיצת הקשתות באופן מכני, שתשולב בפורסת הפלסטיק הקיימת.

מטרת המחקר

מטרת העבודה הייתה לפתח מכונה לייצור קשתות ולנעיצתם בקרקע, לצורך בניית מנהרות גידול נמוכות בשדה.

שיטות וחומרים

עבודות המחקר והפיתוח בוצעו במשק נטורזה במושב עידן בגידול אבטיח למאכל. בתחילה ערכנו תצפיות על פעולות העובדים בשדה במהלך ייצור הקשתות ונעיצתן בקרקע, כדי למדוד את תפוקתם ולאפיין את הדרישות הטכניות ממכונה ייעודית לנעיצת קשתות. כמו כן, התקיים דיון עם המגדל אודות ממשק הגידול, לצורך הבנת הצרכים והדרישות הטכניות.

על פי התצפיות והדיון, גיבשנו את הדרישות שלהלן:

שיטת הגידול – מנהרות נמוכות בערוגות ברוחב 1.93 מ'

חומר הקשת – מוט מפלדה מגולוונת בקוטר 4 מ"מ ובאורך 1.6 מ'

קוטר הקשת – 70 ס"מ

מרווח בין קשתות – 1.6 מ'

עומק נעיצה בקרקע – כ- 20 ס"מ

בהתבסס על הדרישות הטכניות נהגו שני פתרונות אפשריים למנגנון מכני לנעיצת קשתות, תוך כדי תנועה בשדה, העשויים להוות חלופות אפשריות לעבודת הידיים. היתרונות והחסרונות של כל פתרון הוצגו ונרשמו בטבלה.

תוצאות ודיון

מהתצפיות על עבודת הפועלים בשדה בנעיצת הקשתות נמצא שעובד אוחז במוט תורן סמוך לשני קצותיו כששתי ידיו פרושות לצדדים, הוא מקשת אותו למידה הרצויה באמצעות הפעלת כוח וסיבוב של כף היד, ואז מתכופף ונועץ אותו בקרקע. לסיום הפעולה, העובד מודד את גובה הקשת במרכז באמצעות מוט מידה ומתקן את גובהה בהתאם לנחוץ. עוד נמצא שתפוקת העובד בפעולת הנעיצה מסתכמת בכ-2.5 דונמים בממוצע ליום.

בהסתמך על בחינת היתרונות והחסרונות של שני הפתרונות האפשריים, נבחר לפיתוח הפתרון שהוערך כבעל הסיכויים הטובים ביותר למימוש, בעיקר בשל יתרונו הכלכלי. תכנון הנדסי של מנגנון מכני לנעיצת קשתות בוצע בהתאמה, ונבנה אב טיפוס. המנגנון מחקה את פעולות הידיים של העובד בתהליך ייצור הקשת והנעיצה, כמתואר באיור 1: המנגנון מורכב מזוג זרועות (1) עם תפסניות בקצותיהן (2) הנתונות על ציר מניע (3), ובמהלך סיבובן הן אוחזות במוט תורן הסמוך לשני קצוות הזרועות (4), מקשתות אותו ונועצות אותו בקרקע. בסיום הנעיצה התפסניות נפתחות ומשחררות את המוט המקושת כשהוא נעוץ בקרקע.

לאחר בדיקות ראשוניות הורכב מנגנון הנעיצה במכונת אב טיפוס לנעיצת קשתות ברוחב ערוגות של 1.93 מטר, המופעלת באמצעות טרקטור שרתום לשלוש הנקודות וכוללת שלדת קורות פלדה, גשר רתום ומערכת הנעה המבוססת על תמסורת שרשרת וגלגל קרקע.

מכונת אב הטיפוס הופעלה בניסויים בשדה, ובמהלכם בוצעו בה שינויים ושיפורים שונים, כמו התאמת מיקום מחסנית המוטות התורנים ביחס לעובד, אורך ומשקל הנגד עד לאחיזה מלאה של התפסניות במוט, הוספת מיסב חד-כיווני במערכת ההנעה למניעת תנועת המנגנון לאחור, הוספת מנגנון בלימה על ציר ההנעה לשליטה על מהירות הסיבוב של מנגנון הנעיצה ועוד. מכונת הנעיצה המשופרת בפעולה בשדה מוצגת באיור 2 שלהלן. בנוסף, בשלדת מכונת הנעיצה מאחור הותקנו מצמדים שבאמצעותם אפשר לחבר מכונה לפריסת יריעות כדי לייצר קשתות ומנהרות במהלך אחד, כמתואר באיור 3.

לאחר שבוצעו השיפורים, נבחנה המכונה בנעיצת קשתות באופן מסחרי בחלקת שדה שאורכה קצר יחסית, כ- 90 מטר. העבודה נעשתה על ידי שני עובדים: מפעיל הטרקטור ומזין מוטות למנגנון הנעיצה שיושב על המכונה (https://photos.app.goo.gl/5bWGtQNboU1VCVrW9).

נעיצת קשתות מיטבית במרווח של 1.6 מטר הושגה במהירות התקדמות הטרקטור של כ-1 קמ"ש. בתנאים אלה נמצא שהזמן שיש לעובד להזין את המוטות למכונה הוא כ-6 שניות למוט. מכאן עולה שקצב הנעיצה היה כ-600 קשתות לשעה והתפוקה הייתה כ-2 דונמים לשעה או כ-8 דונמים לעובד ליום. ממדידות אלו נמצא שתפוקת מכונת הנעיצה גבוהה פי 3 בקירוב מתפוקת נעיצה בידיים. אפשר להעריך בסבירות גבוהה כי בחלקות ארוכות יותר התפוקה תהיה גדולה יותר בגלל מיעוט פעולות סרק כמו סיבובים. בנוסף, אפשר להעריך שמהירות העבודה עם עובד מזין מוטות מיומן יכולה לגדול לכדי 1.2 קמ"ש.

בהשוואה איכותית שנערכה בין קשתות שננעצו ע"י המכונה לבין קשתות שננעצו בידיים נמצא כי קשתות המכונה היו אחידות במידותיהן וממוקמות בקו ישר לאורך הערוגות, בעוד שקשתות עבודת הידיים היו פחות אחידות ועם סטיות מקו הערוגות. גם המנהרות שנבנו על קשתות המכונה נמצאו ישרות יותר ובעלות נפח אחיד יותר, בהשוואה למנהרות שנבנו על קשתות בעבודת ידיים.

סיכום

פותח מנגנון מכני לנעיצת קשתות, המחקה את פעולות הידיים של עובד שנועץ קשתות.

פותחה מכונת אב טיפוס לנעיצה מכנית של קשתות בתנועה. המכונה מופעלת על ידי טרקטור הרתום בשלוש הנקודות. להפעלת המכונה דרושים שני עובדים: מפעיל טרקטור ומזין מוטות.

קצב הנעיצה כ-600 מוטות בשעה. תפוקת המכונה כ-8 דונמים ליום לעובד – פי 3 בערך מעבודת ידיים.

המנהרות המיוצרות על הקשתות שננעצות במכונה, ישרות ובעלות נפח אחיד.

תודות

המחברים מודים לקרן מחקרי שה"מ על הסיוע במימון המחקר ופיתוח; לחברת שבתאי ג'ומעה מיכון חקלאי בע"מ על בניית המכונה ושיתוף הפעולה הפורה; למשק נטורזה במושב עידן על שאיפשר לנו לבצע את הניסויים ואת עבודות הפיתוח בשדותיו.

רשימת ספרות

1. עדי סויסה, שמשון עומר – שה"מ, יורם צביאלי – מו"פ ערבה תיכונה וצפונית תמר – המלצות גידול מלוני חורף ואביב במבנים בערבה ובכיכר סדום,  2016/2017.
2. עדי סויסה, עודד פרידמן, סבטלנה דוברינין, שמשון עומר – שה"מ, משרד החקלאות ופיתוח הכפר; יורם צביאלי – מו"פ ערבה תיכונה וצפונית תמר; דרול ג'ילט – מו"פ ערבה דרומית; יצחק אסקירה – יועץ שה"מ – המלצות גידול מלון סתיו בערבה, 2020/2021.