مطحنة الحبوب

ذكر الجغرافي اليوناني سترابو في كتابه الجغرافيا أن طاحونة حبوب تعمل بالطاقة المائية كانت موجودة بالقرب من قصر الملك ميثراداتس السادس يوباتور في كابيرا ، آسيا الصغرى ، قبل عام 71 قبل الميلاد. ^{[ 1 ]}

كانت المطاحن القديمة مزودة بعجلات مجدافية أفقية، وهو تصميم عُرف لاحقًا باسم " العجلة الإسكندنافية "، نظرًا لوجود العديد منها في الدول الإسكندنافية. ^{[ 2 ]} كانت العجلة المجدافية متصلة بعمود، والذي بدوره كان متصلًا بمركز حجر الرحى المسمى "حجر الدوران". تنتقل قوة الدوران الناتجة عن الماء على المجاديف مباشرةً إلى حجر الدوران، مما يؤدي إلى طحنه مقابل " قاعدة " ثابتة، وهي حجر ذو حجم وشكل مماثلين. ^{[ 2 ]} لم يتطلب هذا التصميم البسيط أي تروس ، ولكنه كان يعاني من عيب يتمثل في أن سرعة دوران الحجر كانت تعتمد على حجم وتدفق المياه المتاحة، وبالتالي كان مناسبًا للاستخدام فقط في المناطق الجبلية ذات الجداول سريعة الجريان. ^{[ 2 ]} كما أن هذا الاعتماد على حجم وسرعة تدفق المياه يعني أن سرعة دوران الحجر كانت متغيرة للغاية، ولم يكن من الممكن دائمًا الحفاظ على سرعة الطحن المثلى. ^{[ 2 ]}

استُخدمت العجلات العمودية في الإمبراطورية الرومانية بحلول نهاية القرن الأول قبل الميلاد، وقد وصفها فيتروفيوس . ^{[ 3 ]} تُعتبر الطاحونة الدوارة "إحدى أعظم اكتشافات البشرية". كان العمل شاقًا للغاية على العمال، حيث كان يُنظر إلى العبيد العاملين فيها على أنهم لا يختلفون كثيرًا عن الحيوانات، وقد صُوّرت معاناتهم في الرسوم التوضيحية وفي لوحة " الحمار الذهبي " لأبوليوس . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} ولعلّ ذروة التكنولوجيا الرومانية تكمن في قناة باربيغال المائية وطاحونتها، حيث كانت المياه تتدفق بارتفاع 19 مترًا لتشغيل ست عشرة عجلة مائية ، مما أعطى قدرة طحن تُقدّر بنحو 28 طنًا يوميًا. ^{[ 7 ]} ويبدو أن طواحين المياه استمرت في الاستخدام خلال الفترة اللاحقة للعصر الروماني.

استُخدمت المطاحن التي تعمل يدويًا والتي تستخدم ذراع التدوير وقضيب التوصيل في عهد أسرة هان الغربية . ^{[ 8 ]}

شهدت الإمبراطورية البيزنطية وبلاد فارس الساسانية توسعًا في طحن الحبوب بدءًا من القرن الثالث الميلادي، ثم انتشرت على نطاق واسع منشآت الطحن الصناعية الكبيرة في جميع أنحاء العالم الإسلامي بدءًا من القرن الثامن الميلادي. ^{[ 9 ]} بُنيت مطاحن الحبوب المسننة في الشرق الأدنى وشمال إفريقيا في العصور الوسطى ، والتي استُخدمت لطحن الحبوب والبذور الأخرى لإنتاج الوجبات . ^{[ 10 ]} كانت مطاحن الحبوب في العالم الإسلامي تعمل بالطاقة المائية والريحية. بُنيت أولى مطاحن الحبوب التي تعمل بالطاقة الريحية في القرنين التاسع والعاشر الميلاديين فيما يُعرف الآن بأفغانستان وباكستان وإيران. ^{[ 11 ]} كان في مدينة بلبيس المصرية مصنع لمعالجة الحبوب يُنتج ما يُقدّر بنحو 300 طن من الدقيق والحبوب يوميًا. ^{[ 12 ]}

ابتداءً من أواخر القرن العاشر، شهدت أوروبا الشمالية توسعًا في طحن الحبوب. ^{[ 9 ]} في إنجلترا، قدم مسح يوم القيامة لعام 1086 إحصاءً دقيقًا لمطاحن الدقيق التي تعمل بالطاقة المائية: بلغ عددها 5624 مطحنة، أي ما يعادل مطحنة واحدة لكل 300 نسمة تقريبًا، وربما كان هذا هو المعدل السائد في جميع أنحاء غرب وجنوب أوروبا. ومنذ ذلك الحين، بدأ استخدام الدواليب المائية لأغراض أخرى غير طحن الحبوب. في إنجلترا، تزايد عدد المطاحن العاملة بالتوازي مع النمو السكاني، وبلغ ذروته عند حوالي 17000 مطحنة بحلول عام 1300. ^{[ 13 ]}

توجد أمثلة محدودة باقية لطواحين الحبوب في أوروبا تعود إلى العصور الوسطى العليا . وترتبط طاحونة مائية وطاحونة حبوب محفوظة جيدًا على نهر إيبرو في إسبانيا بدير نوسترا سينيورا دي رويدا الملكي ، الذي بناه الرهبان السيسترسيون عام 1202. وقد اشتهر السيسترسيون باستخدامهم لهذه التقنية في أوروبا الغربية خلال الفترة من 1100 إلى 1350.

على الرغم من أن مصطلحي "مطحنة الحبوب" أو "مطحنة الذرة" قد يشيران إلى أي مطحنة تطحن الحبوب، إلا أنهما استُخدما تاريخيًا للإشارة إلى مطحنة محلية كان المزارعون يحضرون إليها حبوبهم ويحصلون على دقيق مطحون، بعد خصم نسبة تُعرف باسم "رسوم الطحان". ^{[ 14 ]} في إنجلترا، كان سيد الإقطاعية المحلي هو من يبني المطاحن في الغالب ، وكان له الحق الحصري (حق الطحن ) في الحصول على نسبة من جميع الحبوب التي تُطحن في مجتمعه. ^{[ 15 ] [ 16 ]} لاحقًا، أصبحت المطاحن مدعومة من المجتمعات الزراعية، وكان الطحان يحصل على "رسوم الطحان" بدلًا من الأجر. كانت معظم المدن والقرى تمتلك مطحنتها الخاصة ليسهل على المزارعين المحليين نقل حبوبهم إليها لطحنها. كانت هذه المجتمعات تعتمد على مطحنتها المحلية لأن الخبز كان عنصرًا أساسيًا في نظامها الغذائي.

تعتمد تصاميم الطواحين الكلاسيكية عادةً على الطاقة المائية ، مع أن بعضها يعمل بالطاقة الهوائية أو الماشية. في الطاحونة المائية، تُفتح بوابة تسمح بتدفق الماء فوق أو تحت عجلة مائية لتدويرها. في معظم الطواحين المائية، كانت العجلة المائية مثبتة عموديًا، أي على حافتها، في الماء، ولكن في بعض الحالات كانت مثبتة أفقيًا (كما في عجلة الحوض وما يُسمى بالعجلة النوردية ). أما التصاميم اللاحقة فقد تضمنت توربينات أفقية من الفولاذ أو الحديد الزهر ، والتي أُعيد تركيبها أحيانًا في الطواحين القديمة.

في معظم المطاحن التي تعمل بعجلات، تُركّب عجلة تروس كبيرة تُسمى عجلة الحفرة على نفس محور عجلة الماء، وتُدير هذه العجلة عجلة تروس أصغر تُسمى عجلة الطحن ، على عمود إدارة رئيسي يمتد عموديًا من أسفل المبنى إلى أعلاه. يضمن نظام التروس هذا أن يدور العمود الرئيسي بسرعة أكبر من عجلة الماء، التي تدور عادةً بسرعة 10 دورات في الدقيقة تقريبًا .

تدور أحجار الرحى بسرعة تقارب 120 دورة في الدقيقة . وهي موضوعة فوق بعضها البعض. الحجر السفلي، المسمى بالقاعدة ، مثبت في الأرض، بينما الحجر العلوي، المسمى بالعجلات ، مثبت على محور منفصل، ويدار بواسطة العمود الرئيسي. تربط عجلة تسمى صامولة الحجر محور العجلات بالعمود الرئيسي، ويمكن تحريكها جانبًا لفصل الحجر وإيقاف دورانه، مما يسمح للعمود الرئيسي بالدوران لتشغيل الآلات الأخرى. قد يشمل ذلك تشغيل منخل ميكانيكي لتنقية الدقيق، أو تدوير أسطوانة خشبية لشد سلسلة تُستخدم لرفع أكياس الحبوب إلى أعلى مبنى الطاحونة. يمكن تغيير المسافة بين الأحجار لإنتاج درجة الدقيق المطلوبة؛ فتقريب الأحجار من بعضها ينتج دقيقًا أنعم. تُسمى هذه العملية، التي قد تكون آلية أو يتحكم بها الطحان، بالطحن . ^{[ 17 ]}

يُرفع الحبوب في أكياس إلى "أرضية الأكياس" أعلى المطحنة بواسطة رافعة . ثم تُفرغ الأكياس في صناديق، ومنها يسقط الحبوب عبر قادوس إلى أحجار الطحن في "أرضية الأحجار" بالأسفل. يُنظم تدفق الحبوب بهزها في حوض مائل قليلاً ("المنزلق")، ومنها تسقط في فتحة في مركز حجر الطحن. يُجمع الدقيق المطحون عند خروجه من الأخاديد في حجر الطحن من الحافة الخارجية للأحجار، ويُدفع عبر قناة ليُجمع في أكياس على الأرض أو "أرضية الدقيق". تُستخدم عملية مماثلة لحبوب مثل القمح لصنع الدقيق، وللذرة لصنع دقيق الذرة .

لتجنب اهتزازات أحجار الرحى التي قد تُزعزع استقرار المبنى، كانت الأحجار تُوضع عادةً على قاعدة خشبية منفصلة، ​​تُعرف باسم "الهيكل"، غير متصلة بجدران الطاحونة. هذا يعزل المبنى عن الاهتزازات القادمة من الأحجار والتروس الرئيسية، كما يُسهّل إعادة تسوية الأساس للحفاظ على استقامة أحجار الرحى. يُوضع حجر الرحى السفلي في تجويف داخل الهيكل، بينما يكون حجر الرحى العلوي فوق مستوى الهيكل.

أحدث المخترع الأمريكي أوليفر إيفانز ثورة في عملية طحن الدقيق التي كانت تتطلب عمالة كثيفة في أواخر القرن الثامن عشر، وذلك عندما أتمت عملية إنتاج الدقيق. شملت اختراعاته: المصعد، وهو عبارة عن دلاء خشبية أو معدنية مثبتة على حزام جلدي رأسي لا نهائي، يُستخدم لنقل الحبوب والدقيق عموديًا إلى الأعلى؛ والناقل، وهو عبارة عن مثقاب خشبي لنقل المواد أفقيًا؛ وجهاز التقليب والتبريد، وهو جهاز لتقليب الدقيق المطحون حديثًا؛ والمثقاب الأفقي، وهو عبارة عن مصعد أفقي مزود بألواح بدلًا من الدلاء (يشبه استخدام الناقل ولكنه أسهل في التصنيع)؛ وجهاز الهبوط، وهو عبارة عن حزام لا نهائي (من الجلد أو الفانيلا) في حوض مائل إلى الأسفل، يساعد الحزام على تحريك الدقيق المطحون في الحوض. والأهم من ذلك، أنه دمج هذه الاختراعات في عملية واحدة مستمرة، عُرفت لاحقًا باسم المطحنة الآلية. وفي عام 1790، حصل على براءة الاختراع الفيدرالية الثالثة لعمليته. في عام 1795 نشر كتاب "دليل صانع الطواحين الشاب والطحان" الذي وصف العملية بشكل كامل. ^{[ 18 ]}

لم يستخدم إيفانز نفسه مصطلح "مطحنة الحبوب" لوصف مطحنته الأوتوماتيكية للدقيق، المصممة خصيصًا كمطحنة تجارية (بل استخدم المصطلح الأكثر عمومية "مطحنة مائية"). في كتابه، كانت إشارته الوحيدة إلى "الحبوب" (أو "الحبوب المطحونة") هي إلى كميات الحبوب الصغيرة التي كان المزارع يحضرها ليطحنها بنفسه (ما يُعرف عمومًا بالمقايضة أو الطحن حسب الطلب). يصف إيفانز في كتابه نظامًا يسمح بالطحن المتسلسل لهذه الحبوب المطحونة، مشيرًا إلى أن "المطحنة، المصممة على هذا النحو، قد تطحن الحبوب المطحونة نهارًا، وتقوم بأعمال تجارية ليلًا". ^{[ 19 ]} بمرور الوقت، أصبحت أي مطحنة دقيق صغيرة من الطراز القديم تُعرف عمومًا باسم "مطحنة الحبوب" (تمييزًا لها عن مطاحن الدقيق الكبيرة في المصانع).