引言
平贝母（Fritillaria ussuriensis Maxim, FUM）是一种属于百合科的药用植物，其干燥鳞茎具有清热润肺、化痰止咳等功效，是重要的中药材。在机械化采收过程中，筛分阶段混合物（包括平贝母、土块和石块）间的碰撞是导致鳞茎损伤的主要原因。损伤会降低其作为种子的再生能力和作为药材的商业价值，制约产业可持续发展。因此，阐明碰撞参数对损伤的影响机制，是优化筛分设备、减少经济损失的关键科学问题。现有研究多集中于果蔬的碰撞损伤，而对平贝母的系统研究较少，本研究旨在填补这一空白。
平贝母与土块（石块）碰撞损伤试验
试验材料与方法
试验材料来自中国黑龙江省伊春市铁力市丰林县的平贝母种植基地。选取质量在2.1g至2.4g之间的鳞茎作为试样。如图1所示，平贝母鳞茎多呈扁球形，由两个半球形鳞瓣构成。定义垂直鳞瓣接合面的方向为X方向，平行鳞瓣接合面的方向为Y方向，垂直鳞茎顶面的方向为Z方向。
试验设计并搭建了单摆式碰撞试验台，如图2所示。该试验台由底座、支架、横梁、棉线、钢板、应变式压力传感器、数据采集器和计算机等组成。为控制变量，试验使用石块模拟土块。石块碰撞表面分为平面和凸面两种形状，如图3所示，试验涵盖了不同碰撞方向（X、Y、Z）和高度（300, 600, 900, 1200, 1500 mm）的组合。
试验因素与指标
试验选取碰撞方向、碰撞高度和土块（石块）碰撞表面形状三个因素作为影响因素。
评估指标包括质量损失率和冲量减量。由于平贝母损伤部位不规则，采用质量损失率（η）来判定损伤程度，计算公式为 η = 1 - ma /mb ，其中ma 为切除损伤部分后的剩余质量，mb 为浸泡后的质量。采用红墨染色法（0.2%红墨水浸泡8小时以上）标记损伤组织，如图4所示。
冲量减量（ΔI）通过积分碰撞力-时间曲线获得（如图5），其与损失能量正相关，可用于研究碰撞损伤因素。
冲量减量影响因素分析
方差分析结果表明，土块碰撞表面形状、碰撞方向和碰撞高度均对平贝母的冲量减量有极显著影响。
具体而言，碰撞高度与冲量减量呈线性正相关关系，即碰撞高度增加，初始动能和冲量减量均增大（如图6a，6b）。
在碰撞方向上，X和Y方向产生的冲量减量相似，且均大于Z方向。这是因为Z方向为鳞茎根部，质地较软且有弹性，碰撞后回弹更快，载荷时间短，因而冲量减量小。
在碰撞表面形状方面，凸面产生的冲量减量小于平面。因为凸面接触面积小，压强大，平贝母受力时间更短。
质量损失率影响因素分析
碰撞表面形状和高度对质量损失率有极显著影响，碰撞方向的影响也显著。
碰撞高度与质量损失率呈线性正相关，高度增加，损失能量增大，质量损伤部分增加（如图6c，6d）。
当碰撞表面为平面时，在低碰撞高度下各方向质量损失率相似；随着高度增加，Y方向质量损失率增长最快，X方向次之，Z方向最慢。这是因为Y方向鳞瓣边缘较薄，更易受损；Z方向有缓冲作用。
当碰撞表面为凸面时，X方向质量损失率增长最快。虽然Y方向鳞瓣边缘也薄，但两鳞瓣中间有缝隙，在接触面积小、冲击集中时，缝隙处鳞瓣边缘可能发生弹性变形并吸收部分冲击能，因此损伤程度反低于X方向。
凸面在X和Z方向导致的质量损失率大于平面，但在Y方向则小于平面，这同样与鳞瓣缝隙的弹性变形有关。
损失能量与质量损失率回归模型的建立
通过回归分析建立了不同碰撞条件下冲量减量与质量损失率之间的关系模型。
如图7所示，当土块碰撞表面为平面时，质量损失率随冲量减量的增加先减小后增大，在冲量减量约为0.7 N·m时达到最小值，超过此值后骤增。凸面情况类似，阈值在0.6 N·m左右。
这是因为在低冲量减量时，Y方向因结构薄弱损伤较重。随着冲量减量增加，两鳞瓣开始向内弹性变形吸收能量，质量损失率反而下降。在达到0.6–0.7 N·m的极限后，弹性变形无法再减少质量损失，损伤加深，质量损失率上升。
在实际筛分过程中，可通过调整滚筒直径、转速等参数，将平贝母与土块（石块）碰撞产生的冲量减量控制在0.6–0.7 N·m以内，以减少损伤。
结论
本研究通过建立平贝母鳞茎与土块（石块）的碰撞平台，系统研究了碰撞高度、土块碰撞表面形状和碰撞方向对平贝母冲量减量和质量损失率的影响。结果表明，碰撞高度与两个损伤指标均呈线性正相关。碰撞表面形状、方向和高度对损伤有显著影响。为降低滚筒筛中平贝母的损伤，可采取以下措施：减小滚筒筛筒体直径并增加提升板轴向倾角以降低跌落高度和初始碰撞速度；降低滚筒筛转速以减少物料被提升的高度；调整筛分机构参数，增加平贝母Z平面与土块碰撞的概率。
本研究存在一定局限性，例如实验中使用的平贝母和土块形状较规则，且仅讨论了单次碰撞，未考虑实际筛分中可能发生的多方向多次碰撞情况。这些为后续研究提供了方向。
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