參種千粒重密度碰撞恢復系數的測量

文正彪+劉寬厚+王婧+王新陽+張亮

摘 要：為深入探討氣吸式人參播種機播種的運動情況，通過軟件進行仿真效果，需測出人參種的基本物理參數：千粒重、密度、碰撞恢復系數等。以期為氣吸式播種機的運動情況提供借鑒。選取東北長白山地區參農常種植的人參為樣本，做西洋參、林下參、園參的參數測量試驗。

關鍵詞：參種；千粒重；密度；碰撞恢復系數

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170931021

引言

人參產業是我國東三省特別是吉林省東部山區重要支柱型特色經濟產業。隨著人民生活水平的逐漸提高，人們對人參的需求量日益增長，綜合一系列因素考慮，參的栽培技術成了廣大學者積極探求的重點。近年來，吉林省委省政府對人參產業發展給予了前所未有的高度重視，實施了加快振興人參產業工程，提出了把吉林省人參產業發展成為戰略性新興產業的戰略部署。而現今人參播種還是以手工為主，機械為輔。機械化播種技術由于對催過芽的人參種芽破壞率較高，播種時流動性差，需進行模擬分析進行改進。因此改善播種部件，提高效率尤為迫切；本文是通過對人參種子物料特性前期的測量，為氣吸式播種機部件進行參數化改進做準備工作。

1 人參種子的千粒重

隨機選取每個品種5000粒，分成5組，用精度為0.01g電子秤上進行千粒重稱量。通過對5組種子的測量值，計算出人參種子的平均值，再通過方差計算公式求出測量參種的方差值，計算公式如下：

通過對試驗樣品的測量、計算，得到人參種子的千粒重及方差值如表 。

結論：林下參的平均千粒重為44.44g，園參的平均千粒重為56.66g，西洋參平均千粒重為61.44g

2 密度的測量

2.1 試驗設備

精度為0.01g的電子天平，量程為250mL的量筒。

2.2 試驗方法

本實驗采取的測量方法為稱量法，取每種品種少許任意分成5份（每份9～12g），在電子秤上分別稱的重量 ，每種稱5次取平均值 。用量程為250mL的量筒預先加入100mL的水，然后取一份稱重后的種子緩慢加入量筒中，測得其總體積，通過公式

求出其密度，每個品種得出6個值，最后得出平均值。

1.3 實驗結果分析

西洋參密度為1.006g/mL，林下參密度為0.925g/mL，

園參密度為0.879g/mL。參考國內外的資料以及測得結果與本實驗的結果相差不大，其主要原因是人參品種不同造成的。從表得出人參種子不同品種對種子的顆粒密度的影響不是很大，人參種子的密度大概在0.800±0.20g/mL。

3 碰撞恢復系數的測量

碰撞恢復系數是計算碰撞中能量損失的重要參數，其取值直接影響到人參下落運動軌跡的準確性。目前碰撞恢復系數的定義有3種：運動學恢復系數、動力學碰撞恢復系數、能量恢復系數。3種碰撞恢復系數的定義都是與材料有關的系數，還與碰撞物體的初始速度和形狀有關.

3.1 實驗設備

長尺、鐵板、塑料板、鋼板、自制跌落儀、Nikon Miro M110高速攝影儀、筆記本電腦、電熱恒溫干燥箱。

3.2 試驗方法

用電熱恒溫干燥箱烘烤催芽人參種分別測出不同品種的含水率。然后在平整的桌面上調節好設備，將跌落儀放置在測試品臺，在桌面放好人參碰撞材料本次選用鑄鐵板、有機玻璃、參種。用水平儀調整地板的水平度，確保放在水平位置，然后按照30cm、40cm、50cm的高度進行跌落。每個高度重復10次，取平均值。最后用高速攝像機測出參種彈起的高度。

由牛頓碰撞定律知，對于材料一定的兩物體，它們碰撞后分開的相對速度v2-v1余碰撞前接近的相對速度v10-v20成正比，比值e稱為恢復系數，即

3.3 實驗結果分析

結論：隨著含水率的增加，碰撞恢復系數在減小。這是因為含水率高時，種子的纖維結構會比較柔軟，導致碰撞時變形量增大，能量損耗更多。

3種人參種子與不同碰撞表面間的碰撞恢復系數數據如表3～5、圖4～7所示，種子與鑄鐵、有機玻璃、及種子間的碰撞恢復系數呈依次減小的關系；種子品種的不同對種子碰撞恢復系數影響不大。

在同種含水率下，隨著跌落高度的增加，恢復系數也有減小的趨勢。其原因是跌落高度越高，碰撞時的速度越大，碰撞過程中損失的能量也越多。

3 總結

林下參的平均千粒重為44.44g，園參的平均千粒重為56.66g，西洋參平均千粒重為61.44g，林下參的平均密度為0.925g/mL，園參的平均密度為0.879g/mL西洋參的平均密度為1.006g/mL。

在不同跌落高度下，用人參種子分別與鑄鐵、塑料有機玻璃以及參種之間進行了碰撞試驗。種子的碰撞恢復系數隨著含水率的增加逐漸減小；種子與鑄鐵、有機玻璃、及種子間的碰撞恢復系數呈依次減小的關系；在同種含水率下，隨著跌落高度的增加，碰撞恢復系數有減小的趨勢。

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