دستگاه پنبه پاک کنی و تاریخچه آن

دستگاه پنبه پاک کنی برای ساده سازی فرآیند جدا کردن الیاف پنبه از دانه های آن طراحی شده است. این دستگاه باعث شده تا سطح بهره وری روند جداسازی دستی الیاف پنبه از دانه های آن که تا آن زمان متداول بود افزایش پیدا کند.

تاثیرات این اختراع بسیار فراتر از حوزه مزارع بود و به کل جهان گسترش یافت؛ به گونه ای که پیامدهای شگفت انگیز آن هنوز هم بر زندگی ما تاثیر می گذارند.

اختراع دستگاه پنبه پاک کنی

اولین نسخه از دستگاه پنبه پاک کنی دارای مکانیسم تک غلتکی بود و تا قرن پنجم بیشتر در غرب هند گسترش یافت. استفاده از این دستگاه های اولیه بسیار سخت بود و به مهارت زیادی نیاز داشت.

ماشین های پنبه پاک کنی تک غلتکی قرن ها مورد استفاده قرار می گرفتند تا اینکه در نهایت در فاصله بین قرن های 12 و 14 در هند و چین جای خود را به ماشین های دو غلتکی دادند.

این ماشین آلات جدید دو غلتکی که بر پایه مکانیسم جدید و اصلاح شده ای ساخته شده بودند؛ به «غلتک کاری کرمی چوبی» معروف بودند که به آنها چورکا (Churka) یا چارخا (Charkha) نیز گفته می شد. این نسخه از ماشین آلات پنبه پاک کنی دو غلتکی تا قرن شانزدهم در سراسر مدیترانه مورد استفاده قرار می گرفتند و گاهی اوقات از آب به عنوان منبع انرژی آنها استفاده می شد. چورکا هنوز هم در شبه قاره هند به کار می رود.

مکانیسم ماشین های پنبه پاک کنی غلتکی هندی همچنان به رشد خود ادامه داد و در اواسط قرن هجدهم به ایالات متحده رسید. به سرعت مشخص شد که این دستگاه برای تمیز کردن گونه هایی از پنبه که دارای الیاف بلند هستند مناسب است و برای پنبه های الیاف کوتاه مناسب نیست؛ هر دو گونه از این پنبه ها هنوز هم در جنوب ایالات متحده کشت می شوند.

اما در سال 1793 یک مخترع آمریکایی به نام ایلای ویتنی (Eli Whitney) دستگاهی را اختراع کرد که می توانست پنبه الیاف کوتاه را با موفقیت فرآوری کند. با این حال نحوه کار این دستگاه به گونه ای بود که به پنبه های با الیاف بسیار بلند، آسیب وارد می کرد. سال بعد او این دستگاه را با نام ماشین پنبه پاک کنی اره ای به نام خود ثبت کرد.

شناخت چالش ها

پنبه را می توان به راحتی پرورش داد و الیاف آن را می توان برخلاف سایر محصولات کشاورزی غذایی، برای مدتی طولانی نگهداری کرد. بنابراین از بسیاری از جهات یک محصول کشاورزی ایده آل محسوب می شد. اما مشکل اینجا بود که جدا کردن دانه های پنبه از الیاف آن بسیار دشوار بود.

الیاف پنبه در غلاف بذر یا غوزه گیاه رشد می کنند؛ به این الیاف، پرز گفته می شود و مشکل اینجاست که غوزه های پنبه به شدت با الیاف در هم تنیده اند. به همین دلیل باید دانه ها و الیاف را از هم جدا کرد تا الیاف قابل استفاده باشند.

در ضمن پنبه الیاف کوتاه به نیروی کاری بیشتری نیاز داشت؛ زیرا باید هر بار یک گیاه با سختی و مشقت فراوان با دست تمیز می شد. به همین دلیل روزانه به طور میانگین تنها یک پوند بذر پنبه جدا می شد.

پاک کردن پنبه های دارای الیاف بلند آسان تر بود. با این حال اینگونه از پنبه فقط در مناطق ساحلی به خوبی رشد می کرد؛ به همین دلیل این محصول لزوماً از نظر دامنه کشت محدود بود.

دستگاه پنبه پاک کنی چه کاری انجام می دهد؟

این دستگاه الیاف پنبه را از دانه های آن بیرون می کشد. سپس الیاف به کالاهای مختلف تبدیل می شود؛ اما از پنبه سالم و آسیب ندیده بیشتر برای تولید منسوجات مانند لباس استفاده می گردد.

دستگاه ویتنی مانند یک الک یا صافی کار می نمود. در این دستگاه پنبه خام از روی یک قرقره چوبی که حاوی یک سری قلاب بود، عبور می کرد. این قلاب ها الیاف را گرفته و آنها را از طریق یک توری می کشیدند.

توری خیلی ریز بود، به همین دلیل دانه های پنبه نمی توانستند از آن عبور کنند؛ اما قلاب ها به راحتی می توانستند الیاف را بکشند. ماشین های پنبه پاک کنی کوچکتر با دست کار می کردند؛ اما دستگاه های بزرگتر در ابتدا با دست و سپس با موتور بخار به کار می پرداختند. دستگاه پنبه پاک کنی دستی ویتنی می توانست روزانه دانه های 50 پوندی پنبه را از الیاف آن جدا کند.

سپس از دانه های جدا شده برای تولید روغن پنبه دانه استفاده می شد. در ضمن بعضی از آنها را مجدداً به عنوان بذر در زمین می کاشتند.

در آن زمان پنبه جزء محصولاتی بود که در زمان کشت به نیروی کار زیادی نیاز داشت. اما قبل از اختراع دستگاه جداسازی الیاف از دانه پنبه، کشت و فرآوری آن به مراتب دشوارتر و زمانبرتر بود.

اصلاحات مستمر

مکانیسم این دستگاه در طول این سال ها همواره دستخوش تغییر شده و اصلاح گردیده است. فونس مک‌ کارتی (Fones McCarthy) در سال 1840 حق ثبت اختراع یک نسخه از دستگاه پنبه پاک کنی غلتکی که برای فرآوری پنبه های الیاف بلند مناسب بود را به نام خود ثبت کرد. مکانیسم او، Smooth Cylinder Cotton-gin نام داشت که برخی از ویژگی ها و بهبودهای اضافی آن عبارتند از:

• نیروی بخار جایگزین نیروی حیوانات شد.
• دستگاه از یک تغذیه کننده اتوماتیک بهره می برد.
• برای تسهیل روند کار دستگاه با مواد پاک اکسترود شده، یک چگالنده اضافه می شد.
• پرس های داخلی تمام فرآیند را در یک مکان ادغام کرده بودند.

در نهایت با معرفی The Munger System Ginning Outfit یا سیستم پنبه پاک کنی، تمام ماشین آلات پنبه پاک کنی به صورت کامل یکپارچه شدند. این سیستم تضمین می کرد که مواد به راحتی در داخل دستگاه جریان پیدا کنند؛ زیرا از هوا برای جابجایی مواد از مکانیسمی به مکانیسم دیگر استفاده می گردید. در نتیجه این سیستم باعث کاهش هزینه های تولید و افزایش راندمان و کیفیت پنبه می شد.

در دهه 1960، پیشرفت های زیادی در ماشین آلات پنبه پاک کنی صورت گرفت، اما روش جریان یافتن بذر پنبه در همه آنها، همچنان بر پایه سیستم Munger استوار بود.

ماشین های پنبه پاک کنی خودکار مدرن، از سیلندرها و اره های تمیز کننده چندگانه استفاده می کنند، و راندمان آنها بسیار بالاتر از اسلاف دستی خود است.

دستگاه های پنبه پاک کنی چه زمانی به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفتند؟

به تدریج کشاورزان پنبه کار فعال در جنوب ایالات متحده، با توجه به کاهش شدید زمان جدا کردن الیاف از بذرهای پنبه توانستند محصولات خود را افزایش دهند. در نتیجه پنبه در اواسط قرن نوزدهم به محصول اصلی صادراتی ایالات متحده تبدیل شد.

تخمین زده می شود که ایالات متحده تا سال 1861، حدود سه چهارم پنبه عرضه گردیده در سطح جهان را تولید می کرده است. در آن زمان این محصول بسیار سودآور بود و همین باعث شد جنوب آمریکا به اولین مرکز محرکه کشاورزی جهانی تبدیل شود.

دستگاه پنبه پاک کنی چگونه جهان را متحول کرد؟

دستگاه های پنبه پاک کنی به دلیل افزایش راندمان روند کار، باعث افزایش کشت محصول شدند و این به معنی افزایش نیاز به کارگران بود. گفته می شود که کشاورزان جنوبی از این عامل به عنوان توجیهی برای گسترش روند برده داری استفاده کردند. زیرا نیاز به کارگر افزایش پیدا کرد و صاحبان مزارع نیز خواهان نیروی کار ارزان بودند.

برده داری

بحث بر روی تاثیر این مکانیسم بر برده داری، همواره داغ بوده است. برخی از بنیانگذاران اولیه بر این باور بودند که برده داری در ایالات متحده به دلایل اجتماعی، پایان یافتن واردات برده تا سال 1808 و عدم سود دهی کافی محصولات کشاورزی تولید شده توسط بردگان، قبل از اختراع دستگاه ویتنی از بین خواهد رفت.

صرفنظر از این نمی توان انکار کرد که برده داری همواره جزئی کلیدی از صنعت بوده است. با این وجود، هنوز هم نیاز بود که محصول پنبه با دست جمع آوری شود. این بدان معناست که افزایش قابلیت فرآوری پنبه، باعث رونق گرفتن رشد و برداشت محصول می شد که خود به نیروی کار فراوان نیاز داشت.

در آن دوره تعداد بردگان متناسب با تولید همواره افزایش می یافت. به عبارتی تا سال 1790 تقریباً700 هزار برده و تا سال 1850 حدود 3.2 میلیون برده در ایالات متحده به بیگاری کشیده می شدند. تا سال 1860، دو سوم پنبه تولیدی جهان توسط بردگان سیاه پوست جنوب آمریکا تولید می شد که 80% از مواد خام اولیه مورد نیاز بازار مهم بریتانیا را تامین می کرد.

در این میان یک اثر دومینو نیز شکل گرفت. جنوب به توسعه و وابستگی اقتصاد خود به کشاورزی مبتنی بر مزارع ادامه داد که محرکی برای رشد صنعت نساجی در شمال و سراسر ایالات متحده شد. لذا می توان گفت که این اختراع یکی از علل غیرمستقیم بروز جنگ داخلی در ایالات متحده است.

ابزارهای ماشینی

به علاوه افزایش شدید عرضه مواد اولیه، باعث افزایش تقاضا برای ماشین آلات نساجی شد و به عنوان یک محرک، نقش زیادی در اصلاح روند طراحی ماشین آلات داشت. در نتیجه قطعات فلزی جایگزین قطعات چوبی شدند که در نهایت منجر به اختراع ابزارهای ماشینی در اوایل قرن نوزدهم شد.

تولید انبوه

ویتنی در سال 1798 توانست قراردادی را با دولت ایالات متحده منعقد کند و به موجب آن 10000 تفنگ فتیله ای را ظرف دو سال تولید کند. در آن زمان تفنگ ها، جداگانه و به صورت دستی ساخته می شدند؛ به همین دلیل این یک جهش بزرگ رو به جلو محسوب می شد.

ویتنی ایده قطعات قابل تعویض را مطرح کرد که در آن زمان ایده بعیدی بود. او ایده ساخت و استفاده از قطعات استاندارد یا یکسانی را پیشنهاد کرد که سریع تر مونتاژ می شدند. در ضمن این فرآیند باعث آسان تر شدن روند تعمیر ماشین آلات می شد.

به این ترتیب می توان گفت که ویتنی نقشی اساسی در توسعه سیستم تولید انبوه در ایالات متحده داشته است. همه ما می دانیم که تولید انبوه یکی از عواملی بود که به آغاز عصر انقلاب صنعتی کمک شایانی کرد. همه اینها در نهایت منجر به خلق راهکاری برای برداشت سریع تر محصول پنبه شد.