针对新疆果园内修剪后的枝条难处理,适用于新疆果园的枝桠粉碎机较少、枝条粉碎不彻底、枝条人工捡拾收集劳动强度大等现状,本课题选择果园枝条为研究对象,在探究其组织结构及剪切力学特性研究基础上,设计一种滚刀式果园枝条粉碎装置,并通过仿真软件对粉碎装置的结构进行优化,试制装置进行田间试验,进一步确定枝条粉碎装置最优的结构与工作参数。该研究有利于提升果园枝条处理机械化作业水平与解决果园生物质资源再利用问题。本文主要工作及结论如下:1.研究果树枝条的物料特性,确定滚刀刀片结构参数。通过对葡萄、桃、梨、红枣、和苹果五种新疆特色林果作物的枝条进行了硬度特性研究与分析,得到五种果园枝条端面硬度排序从大到小为:枣树＞苹果树＞梨树＞桃树＞葡萄,枣树枝条的端面平均硬度最大。故选定红枣枝条作为本课题的研究对象,通过扫描电镜对枣树枝条的微观组织结构特征观察,得出枣树枝条由外到内的微观结构依次是表皮、韧皮部、形成层、木质部组成,其中木质部所占截面积最大在72%～77%之间,结合枣枝微观组织结构与剪切试验力-位移曲线分析得到峰值剪切力发生在木质部剪切阶段,影响显著性:刀片刃角、剪切角度、加载速度的降序排列,枝条剪切强度随刀片刃角的增加而上升,随剪切角度的增加而下降。2.设计滚刀式果园枝条粉碎装置。结合枣树枝条的力学特性与果园的种植模式,确定了滚刀式果园枝条粉碎装置总体方案,阐述了滚刀式粉碎装置的工作过程及原理,设计了一种滚刀式果园枝条粉碎装置,采用了捡拾齿爪与梳齿入地相配合的枝条捡拾方式,确定了整机关键部件的结构参数。捡拾轴转速为200 r/min,捡拾齿爪的最大回转为215 mm;粉碎滚刀刀片选用平板式刀片其刃角为35°,厚度为8mm,刀刃宽度为90 mm,粉碎滚刀的直径设计为390 mm,长度为990 mm。3.粉碎装置仿真与结构优化。通过有限元软件对粉碎轴进行了六阶模态分析,结果表明粉碎轴的设计符合装置结构要求;对刀架进行优化设计,轻量化后的粉碎单体刀架质量下降了73%,并通过瞬态分析验证材料许用应力大于刀座所受到的瞬态冲击力,符合设计要求;依据枣树枝条及力学特性,建立了枣枝的离散元仿真颗粒模型,利用离散元法对枣树枝条的粉碎运动过程进行了仿真分析,优化滚刀刀具的排布形式,确定分段错位式双螺旋刀片的排布方式。4.试制装置并进行田间试验。试制了滚刀式果园枝条粉碎装置,开展以枝条回收率和粉碎长度合格率为指标,以捡拾梳齿入土深度、粉碎轴转速、喂入轴转速与定动刀间隙为因素的四因素三水平试验,建立各因素对两指标的二次多项影响模型,通过两模型进行分析表明,对枝条回收率的显著性显著顺序由大到小为捡拾梳齿入土深度、喂入轴转速、粉碎轴转速、定动刀间距,对粉碎长度合格率的显著性顺序由大到小为粉碎轴转速、定动刀间距、喂入轴转速、捡拾梳齿入土深度。建立以枝条回收率与粉碎长度合格率为目标的回归数据方程;针对模型数据,经多因素参数优化确定装置最佳参数:粉碎轴转速为1400 r/min、喂入轴转速为350 r/min、定动刀间隙为14 mm、捡拾梳齿入土深度为31 mm;开展验证试验,最终试验结果枝条回收率为91.57%,粉碎长度合格率为90.19%,证明该试验装置的可行性,满足设计要求。