参种千粒重密度碰撞恢复系数的测量

文正彪+刘宽厚+王婧+王新阳+张亮

摘 要：为深入探讨气吸式人参播种机播种的运动情况，通过软件进行仿真效果，需测出人参种的基本物理参数：千粒重、密度、碰撞恢复系数等。以期为气吸式播种机的运动情况提供借鉴。选取东北长白山地区参农常种植的人参为样本，做西洋参、林下参、园参的参数测量试验。

关键词：参种；千粒重；密度；碰撞恢复系数

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170931021

引言

人参产业是我国东三省特别是吉林省东部山区重要支柱型特色经济产业。随着人民生活水平的逐渐提高，人们对人参的需求量日益增长，综合一系列因素考虑，参的栽培技术成了广大学者积极探求的重点。近年来，吉林省委省政府对人参产业发展给予了前所未有的高度重视，实施了加快振兴人参产业工程，提出了把吉林省人参产业发展成为战略性新兴产业的战略部署。而现今人参播种还是以手工为主，机械为辅。机械化播种技术由于对催过芽的人参种芽破坏率较高，播种时流动性差，需进行模拟分析进行改进。因此改善播种部件，提高效率尤为迫切；本文是通过对人参种子物料特性前期的测量，为气吸式播种机部件进行参数化改进做准备工作。

1 人参种子的千粒重

随机选取每个品种5000粒，分成5组，用精度为0.01g电子秤上进行千粒重称量。通过对5组种子的测量值，计算出人参种子的平均值，再通过方差计算公式求出测量参种的方差值，计算公式如下：

通过对试验样品的测量、计算，得到人参种子的千粒重及方差值如表 。

结论：林下参的平均千粒重为44.44g，园参的平均千粒重为56.66g，西洋参平均千粒重为61.44g

2 密度的测量

2.1 试验设备

精度为0.01g的电子天平，量程为250mL的量筒。

2.2 试验方法

本实验采取的测量方法为称量法，取每种品种少许任意分成5份（每份9～12g），在电子秤上分别称的重量 ，每种称5次取平均值 。用量程为250mL的量筒预先加入100mL的水，然后取一份称重后的种子缓慢加入量筒中，测得其总体积，通过公式

求出其密度，每个品种得出6个值，最后得出平均值。

1.3 实验结果分析

西洋参密度为1.006g/mL，林下参密度为0.925g/mL，

园参密度为0.879g/mL。参考国内外的资料以及测得结果与本实验的结果相差不大，其主要原因是人参品种不同造成的。从表得出人参种子不同品种对种子的颗粒密度的影响不是很大，人参种子的密度大概在0.800±0.20g/mL。

3 碰撞恢复系数的测量

碰撞恢复系数是计算碰撞中能量损失的重要参数，其取值直接影响到人参下落运动轨迹的准确性。目前碰撞恢复系数的定义有3种：运动学恢复系数、动力学碰撞恢复系数、能量恢复系数。3种碰撞恢复系数的定义都是与材料有关的系数，还与碰撞物体的初始速度和形状有关.

3.1 实验设备

长尺、铁板、塑料板、钢板、自制跌落仪、Nikon Miro M110高速摄影仪、笔记本电脑、电热恒温干燥箱。

3.2 试验方法

用电热恒温干燥箱烘烤催芽人参种分别测出不同品种的含水率。然后在平整的桌面上调节好设备，将跌落仪放置在测试品台，在桌面放好人参碰撞材料本次选用铸铁板、有机玻璃、参种。用水平仪调整地板的水平度，确保放在水平位置，然后按照30cm、40cm、50cm的高度进行跌落。每个高度重复10次，取平均值。最后用高速摄像机测出参种弹起的高度。

由牛顿碰撞定律知，对于材料一定的两物体，它们碰撞后分开的相对速度v2-v1余碰撞前接近的相对速度v10-v20成正比，比值e称为恢复系数，即

3.3 实验结果分析

结论：随着含水率的增加，碰撞恢复系数在减小。这是因为含水率高时，种子的纤维结构会比较柔软，导致碰撞时变形量增大，能量损耗更多。

3种人参种子与不同碰撞表面间的碰撞恢复系数数据如表3～5、图4～7所示，种子与铸铁、有机玻璃、及种子间的碰撞恢复系数呈依次减小的关系；种子品种的不同对种子碰撞恢复系数影响不大。

在同种含水率下，随着跌落高度的增加，恢复系数也有减小的趋势。其原因是跌落高度越高，碰撞时的速度越大，碰撞过程中损失的能量也越多。

3 总结

林下参的平均千粒重为44.44g，园参的平均千粒重为56.66g，西洋参平均千粒重为61.44g，林下参的平均密度为0.925g/mL，园参的平均密度为0.879g/mL西洋参的平均密度为1.006g/mL。

在不同跌落高度下，用人参种子分别与铸铁、塑料有机玻璃以及参种之间进行了碰撞试验。种子的碰撞恢复系数随着含水率的增加逐渐减小；种子与铸铁、有机玻璃、及种子间的碰撞恢复系数呈依次减小的关系；在同种含水率下，随着跌落高度的增加，碰撞恢复系数有减小的趋势。

参考文献

[1]黄春阳.参类种子力学性能及型孔式排种器性能的试验研究[D].吉林农业大学，2016（04）.

[2]顾炳龙.花生静摩擦系数刚度系数测量[D].长春：吉林农业大学，2017（07）.

[3]肖盛元.人参种子大小及其分布特征分析[J].中国农业科学院特产研究所，2013（04）.

[4]李政权.基于离散元法的小麦排种器的数字化设计方法研究[D].长春：吉林大学，2009（6）.

[5]眭晋 .大豆种子与土壤的碰撞过程试验研究与仿真分析 [D].吉林：吉林大学，2007.

[6]王新阳，张亮，李健，杨跃华，刘枫，付家庆. 人参机械化收获设备的研究[J]. 南方农机，2016，47（12）：27-28. [2017-08-03].

[7]刘文亮，刘枫，付家庆，王新阳，姜彩宇，杨跃华，张亮.人参机械化种植设备的设计研究[J]. 山西农业科学，2016，44（10）：1537-1540，1545.

[8]王瑛彤，劉文亮，胡浩，姜彩宇，王新阳，马巍. 人参灌溉技术国内外对比分析[J/OL]. 农业与技术，2015，35（23）：86-87. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/22.1159.s.20160107.1648.846.html

[9]王瑛彤，刘文亮，胡浩，马巍，王新阳，姜彩宇. 人参种植智能精准灌溉系统的开发[J]. 南方农机，2015，46（12）：24，36.

[10]姜彩宇，肖戟，杨光，张磊，刘文亮. 人参移栽机关键部件设计及试验[J]. 农业与技术，2015，35（09）：44-45.

[11]范志华，刘文亮，马巍，姜彩宇，郝一宁. 全自动人参精量播种机关键设备的研究[J]. 农业与技术，2012，32（12）：38.endprint