紅花的物料特性測定與分析

李景彬+王曉華+坎雜+田緒順+楊紅英

摘要：以新疆裕民縣旱地無刺鮮紅花為試驗材料，對紅花花瓣的含水率、花冠直徑、單個花瓣的平均質量、紅花花瓣與花托之間的拉斷力、花托與花梗之間的拉斷力、花梗的拉斷力、花梗與莖稈的拉斷力、紅花花瓣的懸浮速率及對應的含水率等參數進行了測定，結果表明：紅花花瓣與花托之間的拉斷力小于花托與花梗之間的拉斷力，也小于花梗拉斷力及花梗與莖稈之間的拉斷力；含水率平均值為54%的鮮紅花懸浮速率為2.70 m/s，含水率平均值為8.9%的干紅花懸浮速率為1.72 m/s。

關鍵詞：紅花；物料特性

中圖分類號： S225文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）02-0235-03

收稿日期：2013-06-02

基金項目：新疆特色經濟作物生產機械化研究團隊項目（編號：2011CC003）。

作者簡介：李景彬（1980—），男，河南淮陽人，博士，副教授，主要從事農產品檢測與分級工作。

通信作者：坎雜，碩士，教授，碩士生導師，主要從事農業機械化工程工作。Tel：（0993）2055009；E-mail：kz-shz@163.com。紅花是一種藥、油、染料、天然色素、飼料兼用的經濟作物，紅花產業已成為21世紀最有潛力的朝陽產業[1]。紅花主要分布在中亞、非洲和地中海等區域，我國主要產于浙江、河南、新疆等省區。新疆是我國紅花的主產區，種植面積達 2萬～2.7萬hm2，總產量達2.7萬～3.6萬t，約占全國紅花種植面積和總產量的80%，紅花產業已成為新疆“紅色產業”的重點之一[2]。

目前紅花花瓣收獲普遍依靠人工采摘。紅花的人工采摘存在以下缺點：（1）勞動強度大，造成了很大的心理和生理雙重傷害。由于紅花高矮不同，密度較大，開花期早晚各異，靠人工采摘勞動量很大，且工人的手指經常被扎破，對采花工的心理和生理造成了很大的傷害。（2）生產效率低，采收成本高。純粹的手工采摘導致生產效率極低，且采摘成本達到種植紅花成本的一半，導致農民得不到高效收益。因此，紅花機械化采收是紅花產業發展的必然趨勢[3]。

紅花的物料特性是設計和改進紅花花瓣收獲機械與加工工藝的重要依據。為了推動紅花花瓣收獲機械的發展，本研究對新疆裕民縣紅花的物料特性進行研究，為紅花收獲機械的研制奠定基礎。

1材料與方法

1.1材料

本試驗樣品為2012年6月30號取自新疆裕民縣新地鄉處于收獲期的無刺紅花花瓣，選取生長良好的新鮮植株，盡量避免機械工具對莖稈的損傷，并且在自然狀態下齊地切割，采樣后去葉，送到實驗室于 4 ℃ 保存，以便進行后續試驗[4]。樣品取20株。紅花花瓣若過早采摘，不僅嚴重影響質量和產量，而且不容易采摘，所產的紅花花瓣色澤黯淡、油分含量少；花序敗時采收，花瓣黏在一起，不易散開，加工后的成品暗無光澤、質量降低、跑油情況嚴重[5]，所以試驗時只取花瓣為紅色且不敗的為樣本。具體各部分名稱見圖1。

1.2試驗設備

本試驗對處于花瓣收獲期的紅花進行隨機采樣，主要針對紅花的不同部位做物料特性對比試驗。通過微機控制電子萬能試驗機（江都市天源試驗機械有限公司生產，型號：TY8000）、游標卡尺（青海量具刃具有限公司生產，精度 0.02 mm）、MA45電子精密天平（賽多利斯MA系列）、自制的懸浮速率測量裝置、智能壓力測速儀等，分別對抗拉力、花冠直徑、重量、含水率、懸浮速率進行測定，研究紅花的相關物料特性。

1.3試驗方法

1.3.1花冠直徑、紅花花瓣重量和含水率的測定花冠冠徑、重量、花瓣含水率對紅花花瓣收獲機械的參數有重要影響，紅花花瓣收獲機械研究階段考慮這些特性有利于確定收獲機械的工作情況，降低研發成本與縮短研發周期。本試驗選用游標卡尺測定紅花的直徑，選用MA45電子精密天平測定紅花花瓣的含水率和每個花托上花瓣的重量。用游標卡尺測定直徑時，注意要在花冠的徑向最大尺寸的方向上，當游標卡尺的量爪與紅花花瓣相貼且沒有壓力時即可讀數。冠徑測完后，用剪刀在花冠底部沿花托切向方向把花瓣剪下來，測定其重量和含水率。

1.3.2拉伸試驗本試驗選用計算機控制電子萬能試驗機測定拉斷力。試驗環境溫度和空氣相對濕度分別為 28 ℃ 和70%。計算機控制電子萬能試驗機，將樣品的兩端裝卡到上、下卡具的中間部位，使樣品和水平面保持垂直，載荷傳感器傳遞載荷，而且能測出樣品被拉斷時的最大載荷；光電編碼器可以傳遞位移，將樣品的各參數變量輸入計算機，整個試驗過程的速率不宜過大，否則試驗結果會有較大偏差[6]，選用 60 mm/min 的速率對樣品施加拉力，選用的各不同直徑的樣本要保持其形態基本一致，長度要相同且遠遠大于直徑，隨著施加拉斷力的增大，被夾的兩端部不斷裂時，試驗成功，載荷-位移關系可由計算機以曲線方式記錄，各點坐標及機構參數均可由指定文件讀出。試驗采用儀器自帶的夾具裝卡如圖2所示。

1.3.3懸浮速率紅花花瓣的懸浮速率是紅花花瓣本身一個重要的性質，也是紅花花瓣收獲過程中影響收獲效果的一個重要因素，所以，有必要對紅花花瓣的懸浮速率進行研究。花瓣懸浮速率的測定裝置見圖3，主要由穩壓筒、錐形管、收斂筒、支架與風機等組成。為了便于觀察紅花花瓣被吹時的穩定高度，錐形管是由有機玻璃制成的，其規格為長 1 200 mm，直徑為50 mm，下端設置1張篩網，可承接物料，并且有穩定氣流的作用，下方安裝1臺具有無級調速功能的風機。收斂筒和穩壓管的作用是產生均勻穩定的氣流。在試驗過程中，采用智能壓力測速儀對錐形管內的氣流速率進行測量。具體方法為：紅花花瓣從物料投放口放入有機玻璃錐形管底部的石棉網上，開啟無級調速變頻器按鈕和風機啟動按鈕，適當調節風機的轉動速率，使紅花花瓣在有機玻璃錐形管內處于比較理想的懸浮狀態。由于紅花花瓣多為不規則的形狀，因此在錐形管中得不到準確的懸浮位置。在試驗過程中，應當讀取紅花花瓣在錐形管中的最小L值與最大L值，通過公式（1）求出紅花花瓣的懸浮速率范圍。錐形管小端的速率取4個測點的平均值，4個測點按照圓形管斷面的等面積法[6]確定。本試驗選用MA45電子精密天平測定對應的含水率。試驗分為2類，一類是鮮花瓣，另一類是干花瓣，每類10組，得出懸浮速率的范圍后求平均值。

2結果與分析

2.1紅花的花冠直徑、花瓣重量與含水率

對上述紅花樣品進行直徑、重量和含水率測定，將試驗結果用Excel軟件進行分析。由圖4可知，花冠直徑在 33.78～41.80 mm 之間，其最大值和最小值之差為8.02 mm，通過計算可以得出花冠直徑的平均值為37.11 mm，說明花冠直徑以37.36 mm為浮動基準，小幅度上下波動。由圖5可知，花瓣的重量在0.473～0.642 g之間，其最大值和最小值之差為 0.169 g，通過數據的處理可以得出花瓣重量的平均值為 0.553 g，說明花瓣的重量在0553 g左右浮動。由圖6可知，紅花花瓣的含水率在45.5%～63.5%之間，其最大值和最小值之差為18百分點，通過數據處理可以得出含水率的平均值為560%。這為紅花花瓣收獲機械采摘機構終端的形狀、尺寸等技術參數提供基礎資料。

2.2各拉斷力之間的關系

通過計算可以得出紅花花瓣與花托之間的拉斷力在13143～29.191 N之間， 平均值為18.313 N； 花托與花梗的

拉斷力在58.413～98.508 N之間，平均值為75.930 N；花梗自身的拉斷力在83.672～131.879 N之間，平均值為104.717 N；花梗與莖稈之間拉斷力的范圍在32.100～65.362 N之間，平均值為51.164 N。由圖7可以看出，紅花花瓣與花托的拉斷力最為穩定，這說明在設計紅花收獲機械時使紅花花瓣與花托斷開的終端受力是相對穩定的；花梗與莖稈之間的拉斷力為波浪形，小幅度波動，在整體上大于紅花花瓣與花托之間的拉斷力，且小于花托與花梗之間的拉斷力；花托與花梗的拉斷力和花梗自身的拉斷力曲線形狀整體呈鋸齒形，花梗自身的拉斷力在整體上最大，花托與花梗的拉斷力居第二。分析可知，如果用機械手段使紅花花瓣與花托分離，不會影響紅花植株的其他部分，不過葉子除外，因為植株的葉子存在發黃甚至枯萎的情況。

2.3鮮、干紅花懸浮速率和含水率的對比

選取鮮、干紅花各10組進行懸浮速率及對應含水率的測定，得出鮮紅花含水率在45.5%～602%之間，平均值為540%，懸浮速率在2.58～2.83 m/s之間，平均值為2.70 m/s（圖8）；干紅花含水率在6.9%～9.9%之間，平均值為89%，懸浮速率在1.63～1.79 m/s之間，平均值為1.72 m/s（圖9）。

3結論

紅花花瓣與花托之間的拉斷力小于花托與花梗之間的拉斷力，也小于花梗的拉斷力和花梗與莖稈之間的拉斷力。

含水率平均值為54%的鮮紅花懸浮速率為2.70 m/s，含水率平均值為8.9%的干紅花懸浮速率為1.72 m/s。

雖然只對裕民旱地無刺紅花進行了試驗測定，但對不同紅花品種或者同一品種不同種植狀態下的紅花均可采用相似的方法測定。本研究的測定方法為設計其他采收機械的有關參數提供計算依據。

測得的紅花物料特性可為紅花花瓣收獲機械的設計提供理論計算依據。

參考文獻：

[1]顏霞.新疆裕民縣紅花種植面積全國第一[EB/OL]. [2013-11-26]. http：//www.xj.xinhuanet.com/2011-08/16/content_23474313.htm.

[2]王果平，帕麗達，李曉瑾，等. 藥用植物紅花新疆產地適應性數值分析[J]. 中國民族民間醫藥，2010（23）：49-50.

[3]王瑛. 裕民縣啟動紅花花瓣采摘機研發工作[EB/OL]. [2013-11-26]. http：//www.xjnj.gov.cn/Adetail.aspx？Aid=29344.

[4]趙春花，張鋒偉，曹致中.豆禾牧草莖稈的力學特性試驗[J]. 農業工程學報，2009，25（9）：122-126.

[5]李洪軍，李磊. 紅花采收及干燥方法[J]. 農村新技術，2011（14）：42.

[6]馬洪順，張忠君，曹龍奎.薇菜類蔬菜生物力學性質試驗研究[J]. 農業工程學報，2004，20（5）：74-77.

[7]張佳，莊衛東，陳彬. 農業物料懸浮試驗臺的研制[J]. 黑龍江八一農墾大學學報，1998，10（3）：56-59.

2結果與分析

2.1紅花的花冠直徑、花瓣重量與含水率

對上述紅花樣品進行直徑、重量和含水率測定，將試驗結果用Excel軟件進行分析。由圖4可知，花冠直徑在 33.78～41.80 mm 之間，其最大值和最小值之差為8.02 mm，通過計算可以得出花冠直徑的平均值為37.11 mm，說明花冠直徑以37.36 mm為浮動基準，小幅度上下波動。由圖5可知，花瓣的重量在0.473～0.642 g之間，其最大值和最小值之差為 0.169 g，通過數據的處理可以得出花瓣重量的平均值為 0.553 g，說明花瓣的重量在0553 g左右浮動。由圖6可知，紅花花瓣的含水率在45.5%～63.5%之間，其最大值和最小值之差為18百分點，通過數據處理可以得出含水率的平均值為560%。這為紅花花瓣收獲機械采摘機構終端的形狀、尺寸等技術參數提供基礎資料。

2.2各拉斷力之間的關系

通過計算可以得出紅花花瓣與花托之間的拉斷力在13143～29.191 N之間， 平均值為18.313 N； 花托與花梗的

拉斷力在58.413～98.508 N之間，平均值為75.930 N；花梗自身的拉斷力在83.672～131.879 N之間，平均值為104.717 N；花梗與莖稈之間拉斷力的范圍在32.100～65.362 N之間，平均值為51.164 N。由圖7可以看出，紅花花瓣與花托的拉斷力最為穩定，這說明在設計紅花收獲機械時使紅花花瓣與花托斷開的終端受力是相對穩定的；花梗與莖稈之間的拉斷力為波浪形，小幅度波動，在整體上大于紅花花瓣與花托之間的拉斷力，且小于花托與花梗之間的拉斷力；花托與花梗的拉斷力和花梗自身的拉斷力曲線形狀整體呈鋸齒形，花梗自身的拉斷力在整體上最大，花托與花梗的拉斷力居第二。分析可知，如果用機械手段使紅花花瓣與花托分離，不會影響紅花植株的其他部分，不過葉子除外，因為植株的葉子存在發黃甚至枯萎的情況。

2.3鮮、干紅花懸浮速率和含水率的對比

選取鮮、干紅花各10組進行懸浮速率及對應含水率的測定，得出鮮紅花含水率在45.5%～602%之間，平均值為540%，懸浮速率在2.58～2.83 m/s之間，平均值為2.70 m/s（圖8）；干紅花含水率在6.9%～9.9%之間，平均值為89%，懸浮速率在1.63～1.79 m/s之間，平均值為1.72 m/s（圖9）。

3結論

紅花花瓣與花托之間的拉斷力小于花托與花梗之間的拉斷力，也小于花梗的拉斷力和花梗與莖稈之間的拉斷力。

含水率平均值為54%的鮮紅花懸浮速率為2.70 m/s，含水率平均值為8.9%的干紅花懸浮速率為1.72 m/s。

雖然只對裕民旱地無刺紅花進行了試驗測定，但對不同紅花品種或者同一品種不同種植狀態下的紅花均可采用相似的方法測定。本研究的測定方法為設計其他采收機械的有關參數提供計算依據。

測得的紅花物料特性可為紅花花瓣收獲機械的設計提供理論計算依據。

參考文獻：

[1]顏霞.新疆裕民縣紅花種植面積全國第一[EB/OL]. [2013-11-26]. http：//www.xj.xinhuanet.com/2011-08/16/content_23474313.htm.

[2]王果平，帕麗達，李曉瑾，等. 藥用植物紅花新疆產地適應性數值分析[J]. 中國民族民間醫藥，2010（23）：49-50.

[3]王瑛. 裕民縣啟動紅花花瓣采摘機研發工作[EB/OL]. [2013-11-26]. http：//www.xjnj.gov.cn/Adetail.aspx？Aid=29344.

[4]趙春花，張鋒偉，曹致中.豆禾牧草莖稈的力學特性試驗[J]. 農業工程學報，2009，25（9）：122-126.

[5]李洪軍，李磊. 紅花采收及干燥方法[J]. 農村新技術，2011（14）：42.

[6]馬洪順，張忠君，曹龍奎.薇菜類蔬菜生物力學性質試驗研究[J]. 農業工程學報，2004，20（5）：74-77.

[7]張佳，莊衛東，陳彬. 農業物料懸浮試驗臺的研制[J]. 黑龍江八一農墾大學學報，1998，10（3）：56-59.

2結果與分析

2.1紅花的花冠直徑、花瓣重量與含水率

對上述紅花樣品進行直徑、重量和含水率測定，將試驗結果用Excel軟件進行分析。由圖4可知，花冠直徑在 33.78～41.80 mm 之間，其最大值和最小值之差為8.02 mm，通過計算可以得出花冠直徑的平均值為37.11 mm，說明花冠直徑以37.36 mm為浮動基準，小幅度上下波動。由圖5可知，花瓣的重量在0.473～0.642 g之間，其最大值和最小值之差為 0.169 g，通過數據的處理可以得出花瓣重量的平均值為 0.553 g，說明花瓣的重量在0553 g左右浮動。由圖6可知，紅花花瓣的含水率在45.5%～63.5%之間，其最大值和最小值之差為18百分點，通過數據處理可以得出含水率的平均值為560%。這為紅花花瓣收獲機械采摘機構終端的形狀、尺寸等技術參數提供基礎資料。

2.2各拉斷力之間的關系

通過計算可以得出紅花花瓣與花托之間的拉斷力在13143～29.191 N之間， 平均值為18.313 N； 花托與花梗的

拉斷力在58.413～98.508 N之間，平均值為75.930 N；花梗自身的拉斷力在83.672～131.879 N之間，平均值為104.717 N；花梗與莖稈之間拉斷力的范圍在32.100～65.362 N之間，平均值為51.164 N。由圖7可以看出，紅花花瓣與花托的拉斷力最為穩定，這說明在設計紅花收獲機械時使紅花花瓣與花托斷開的終端受力是相對穩定的；花梗與莖稈之間的拉斷力為波浪形，小幅度波動，在整體上大于紅花花瓣與花托之間的拉斷力，且小于花托與花梗之間的拉斷力；花托與花梗的拉斷力和花梗自身的拉斷力曲線形狀整體呈鋸齒形，花梗自身的拉斷力在整體上最大，花托與花梗的拉斷力居第二。分析可知，如果用機械手段使紅花花瓣與花托分離，不會影響紅花植株的其他部分，不過葉子除外，因為植株的葉子存在發黃甚至枯萎的情況。

2.3鮮、干紅花懸浮速率和含水率的對比

選取鮮、干紅花各10組進行懸浮速率及對應含水率的測定，得出鮮紅花含水率在45.5%～602%之間，平均值為540%，懸浮速率在2.58～2.83 m/s之間，平均值為2.70 m/s（圖8）；干紅花含水率在6.9%～9.9%之間，平均值為89%，懸浮速率在1.63～1.79 m/s之間，平均值為1.72 m/s（圖9）。

3結論

紅花花瓣與花托之間的拉斷力小于花托與花梗之間的拉斷力，也小于花梗的拉斷力和花梗與莖稈之間的拉斷力。

含水率平均值為54%的鮮紅花懸浮速率為2.70 m/s，含水率平均值為8.9%的干紅花懸浮速率為1.72 m/s。

雖然只對裕民旱地無刺紅花進行了試驗測定，但對不同紅花品種或者同一品種不同種植狀態下的紅花均可采用相似的方法測定。本研究的測定方法為設計其他采收機械的有關參數提供計算依據。

測得的紅花物料特性可為紅花花瓣收獲機械的設計提供理論計算依據。

參考文獻：

[1]顏霞.新疆裕民縣紅花種植面積全國第一[EB/OL]. [2013-11-26]. http：//www.xj.xinhuanet.com/2011-08/16/content_23474313.htm.

[2]王果平，帕麗達，李曉瑾，等. 藥用植物紅花新疆產地適應性數值分析[J]. 中國民族民間醫藥，2010（23）：49-50.

[3]王瑛. 裕民縣啟動紅花花瓣采摘機研發工作[EB/OL]. [2013-11-26]. http：//www.xjnj.gov.cn/Adetail.aspx？Aid=29344.

[4]趙春花，張鋒偉，曹致中.豆禾牧草莖稈的力學特性試驗[J]. 農業工程學報，2009，25（9）：122-126.

[5]李洪軍，李磊. 紅花采收及干燥方法[J]. 農村新技術，2011（14）：42.

[6]馬洪順，張忠君，曹龍奎.薇菜類蔬菜生物力學性質試驗研究[J]. 農業工程學報，2004，20（5）：74-77.

[7]張佳，莊衛東，陳彬. 農業物料懸浮試驗臺的研制[J]. 黑龍江八一農墾大學學報，1998，10（3）：56-59.