随着近几年新疆地区红枣种植面积急剧增加,每年经修剪产生残枝约150~200万t。目前残枝处理主要采用焚烧或直接作为燃柴,对环境造成危害的同时,也是对枣枝资源的巨大浪费。本文以粉碎红枣残枝为研究目的,对红枣残枝的物理特性展开研究。基于残枝物理特性的研究,对残枝粉碎机主要部件进行了结构设计及优化,为红枣残枝粉碎机的研制提供了理论基础。以下为本文的主要研究内容:(1)以树龄为5年生到20年生红枣残枝为研究对象,从形态、密度、含水率、化学组份分析其理化特性,结果表明:长度基本分布在30cm~60cm之间;上下直径波动较大;三切面显微构造表现出不同的微观形态,且在受力破坏时,细胞壁展现出较强的韧性;平均含水率明显低于其它树种树枝含水率;平均密度高于常见树种的树枝密度。(2)以六年生灰枣残枝作为研究对象,研究结果表明:红枣残枝为各向异性材料,其弹性段应力-应变的本构关系均符合胡克定律,由此可知,顺纹抗压弹性模量平均值为744.54MPa,横纹抗压弹性模量平均值为150.29MPa,抗弯模量平均值为21.37MPa;抗剪模量平均值为24.26MPa。红枣残枝顺纹压缩功与抗压强度之间呈多项式函数正相关,横纹压缩功与抗压强度之间呈指数函数正相关。红枣残枝密度与抗弯强度、抗剪强度之间均呈多项式函数正相关,含水率与抗弯强度之间呈多项式函数负相关,与抗剪强度之间呈幂函数负相关。(3)通过残枝粉碎过程实际受力分析表明,残枝主要是弯曲变形,明确了弯曲受力主要因素为:支座间距、烘干时间、加载速率,基于上述分析,进行了红枣残枝弯曲性能三因素三水平优化试验,研究结果表明:加载速率与支座间距的交互作用、加载速率的二次项对峰值弯曲力的影响极显著;烘干时间和加载速率交互作用、烘干时间对峰值弯曲力影响显著;通过交互作用研究,拟合得到各单因素与响应值之间的回归模型、三因素交互作用的回归模型;以节省枣枝破碎能耗为目标,分析三个因素指标对能耗的影响,得到了最低的工作能耗和最高工作效率之间的最佳参数组合。(4)基于红枣残枝的物理特性进行粉碎机主要机构的设计及优化。将一级粉碎装置优化设计为齿辊式对辊机构,该装置垂直掉落为喂入方式,以横纹压缩为破坏方式,避免了横向喂入不易捡拾、弯曲破坏能耗过高的问题;优化动刀在主轴上的排布方式,选用双螺旋式刀具排布,有效的降低了振动和机组动力损耗,提高工作效率;设计两侧出料口,以保证粉碎物料能够及时排出,避免出现环流层增加功耗,造成堵塞;运用ANSYS软件对主轴进行了静力学分析以及模态分析,验证了工作中主轴转动时不会产生共振现象,主轴材料选择和结构设计满足工作要求。