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粉碎作为残膜初清理首要环节及资源化利用必要环节,是实现残膜资源化利用的重要保障。切碎作为农业物料粉碎的主要方式之一,可用于棉田机收膜杂切碎。由于棉田机收膜杂中残膜及棉秆的材料属性、结构特征及力学特性等方面差异性较大,切碎部件对膜杂作用特性尚不清晰,膜杂切碎特性影响变化规律尚不明确。基于此,本文结合膜杂物料特性,分析了残膜料层及棉秆切断条件,确定了采用有支撑的差速对辊粉碎方式对膜杂切碎,研究了高低速多刃齿刀及其与定刀互作条件下的残膜料层及棉秆受力特性,获取了膜杂动力学特性变化规律,构建了切碎装置关键参数与碎后膜杂中残膜及棉秆尺度分布特征间响应模型,探究了关键参数单作用及显著交互作用条件下的物料分布特征规律,揭示了膜杂切碎特性影响规律,具体内容如下:（1）研究了膜杂混合比例及主要构成物尺寸分布特征,膜杂中散粒物料、棉秆及未清洗残膜质量占比分别为58.24±9.01%、28.83±8.68%与13.27±2.71%;最大外廓尺寸在[500,～)mm内残膜质量与残膜总质量间比值为93.041±2.898%;长度在[150,～)mm及直径在[5,～)mm内棉秆质量与棉秆总质量间比值分别为55.801±6.96%、73.46%;粒径在[0,5)mm内散粒物料质量与散粒物料总质量间比值88.97%,明确了膜杂粉碎的必要性。分析了残膜拉伸及耐撕裂力学特影响规律,结果显示:残膜取样时间由距覆膜起始时间的0.5a增至1.5a时,残膜纵向最大拉伸应力、横向最大拉伸应力残膜直角撕裂强度分别由 27.64MPa、21.11MPa 及 148.93kN/m 降至 15.16MPa、13.5MPa 及 94.92kN/m,但其仍具有较好延展性。（2）研究了棉秆双支撑切割及横纹压缩力学特性,构建了含水率、取样部位及加载速度与最大断裂力及临界横纹破坏力间关系模型,结果表明:随着棉秆含水率增加,最大断裂力先减后增,而临界横纹压缩破坏力递减;分别随着棉秆取样部位由上到下变化及加载速度增加,最大断裂力及临界横纹压缩破坏力均递增。探究了残膜间及其与40Cr钢板间摩擦力学特性,获取了地膜间静滑动系数fs与动滑动摩擦系数fk分别处于0.4～0.45及0.36～0.39,地膜与40Cr钢板间静滑动摩擦系数fs处于0.39～0.47。分析了棉秆间及其外接触材料间摩擦特性变化规律,结果显示:外接触材料由40Cr变至残膜及棉秆时,静滑动摩擦系数及静滚动稳定角均先减后增;随棉秆取样部位由上到下变化及含水率递增时,静滑动摩擦系数均递增,而静滚动稳定角均递减。（3）分析了在双刃面刀具作用条件下的物料挤压变形及切割变形阶段受力特性,构建了棉秆及残膜料层在挤压变形及切割变形阶段力学模型,获取了棉秆及残膜料层切断条件。确定了采用有支撑的差速对辊粉碎方式对膜杂切碎,创制了一种适用于膜杂切碎的多刃齿刀,构建了多刃齿刀结构参数及V形区域体积模型,分析了多刃齿刀齿数对顶刃弧长、V形区域数量及后刀刃数量影响规律,明确了高低速多刃齿刀布置方式及多刃齿刀工作特性,阐明了挤压区域Ⅰ、交错切割挤压区域Ⅱ及二次切割区域Ⅲ等切碎阶段内高低速多刃齿刀互作时对膜杂中棉秆及残膜的作用特性。（4）以残膜料层单元体及棉秆为研究对象,分析了挤压区域、交错切割挤压区域及二次切割区域内等切碎阶段内的残膜料层及棉秆受力特性,构建了残膜料层与棉秆力学模型,获取了棉秆及残膜动力学特性规律,揭示了膜杂运动学特性影响规律。研究了多刃齿刀齿数对残膜最大外廓尺寸影响规律,构建了交错切割挤压区域宽度、面积及区域角与高低速多刃齿刀刀间间隙的关系模型,阐释了高速多刃齿刀转速及其与低速多刃齿刀间转速差对膜杂切碎效果的影响。（5）获取了切碎装置关键参数对碎后膜杂中残膜最大外廓尺寸及棉秆长度分布特征影响规律,多刃齿刀齿数由4增至12时,最大外廓尺寸在[0,20)mm、[20,100)mm、[100,500)mm内残膜质量与长度在[0,50)mm、[50,100)mm内棉秆质量均先减后增,而最大外廓尺寸在[500,～)mm内残膜质量与长度在[100,～)mm内棉秆质量均先增后减。多刃齿刀间及其与定刀间间隙由1mm增至5mm时,最大外廓尺寸在[0,20)mm、[100,500)mm内残膜质量与长度在[0,50)mm、[50,100)mm内棉秆质量均递减,最大外廓尺寸在[20,100)mm与[500,～)mm内残膜质量分别为先减后增及先增后减,而长度在[100,～)mm内棉秆质量递增。高速多刃齿刀转速由700r/min增至1100r/min时,最大外廓尺寸在[0,20)mm、[500,～)mm内残膜质量与长度在[0,50)mm、[50,100)mm内棉秆质量均先减后增,最大外廓尺寸在[20,100)mm内残膜质量与长度在[100,～)mm内棉秆质量均先增后减,而最大外廓尺寸在[100,500)mm内残膜质量递增。高低速多刃齿刀间转速差由-500r/min增至-100r/min时,最大外廓尺寸在[0,20)mm、[100,500)mm内残膜质量均递减,最大外廓尺寸在[20,100)mm内残膜质量及长度在[50,100)mm、[100,～)mm内棉秆质量均先增后减,最大外廓尺寸在[500,～)mm内残膜质量与长度在[0,50)mm、[50,100)mm内棉秆质量均先减后增。（6）构建了切碎装置关键参数分别与碎后膜杂中残膜最大外廓长度及棉秆长度分布特征间关系模型,二阶回归模型的p值均小于0.01,决定系数R2均大于0.83,校正决定系数R2adj均大于0.68,而变异系数C.V均大于4%,说明构建的二阶回归模型显著、可靠且稳定。对构建的二阶回归模型进行了目标参数优化,获取了切碎装置最佳参数组合为:多刃齿刀齿数z为10、多刃齿刀间及其与定刀间间隙δ为2mm、高速多刃齿刀转速n1为1000r/min、高低速多刃齿刀间转速差Δn为-297.37r/min。模型预测值与验证试验物理值间误差处于1.03%～9.61%,平均值为6.25%,证明了二阶响应模型具有较好的准确性及预测性。