红枣产业是新疆特色优势产业,修剪是枣树提质增产的关键,每年枣树因修剪所产生的枣枝高达200万吨,巨量的枣枝只能依靠沟渠堆积、焚烧处理,存在极大的安全隐患且不可持续,枣农急需要一种枣园修剪枝条处理装置。课题组前期所研制的枝条粉碎还田机能较好的满足农户需求,但其还存在着粉碎效果不好、粉碎功率较大等突出问题。因此,本课题以密植枣园枣树修剪枝条组织结构和力学特性为基础,通过力学分析、理论计算、虚拟仿真技术等手段进行了粉碎装置的设计;通过设计相关试验对粉碎装置结构参数和工作参数与粉碎性能的相关关系和影响规律进行了分析,并完成了参数优化,提高了粉碎装置粉碎性能,该研究有利于促进新疆红枣产业的健康快速规模化发展本文主要工作如下:1.研究枣树枝条的物料特性。利用相关仪器、工具测定枣树修剪枝条的的组织结构、力学特性、外形尺寸、物理特性。得到枣树修剪枝条与秸秆类物料差异大,其木质素含量更高,硬度更大;密植枣园枣树修剪枝条其最粗段直径多在35mm以下;枣树枝条取样部位、标距跨度对最大弯曲力影响显著,其最大弯曲力小于最大压缩力;横向压缩力小于纵向压缩力;枣树枝条的密度为875kg/m~3;枣树枝条间碰撞恢复系数为0.42;枣树枝条与钢的碰撞恢复系数为0.45;枣树枝条间静摩擦系数为0.91;枣树枝条与钢静摩擦系数为0.65;枣树枝条间滚动摩擦系数为0.10;枣树枝条与钢的滚动摩擦系数为0.125;这些结论为装置的设计和离散元建模提供数据支持。2.粉碎装置的设计。根据物料试验结果,制定粉碎装置总体设计方案,确定装置的总体结构,进行了相关理论分析,确定了转子总成、粉碎筛板等关键部件的结构参数;通过ANSYS软件分别对关键零部件主轴、筛板进行了模态分析、静力学分析,初步验证了装置结构强度,完成了粉碎装置的设计。3.基于离散元法的枝条粉碎过程仿真分析。根据试验测定的参数通过系列试验以堆积角为评价指标,对接触参数进行了选取和标定;根据相关公式对粘结参数进行了计算,并通过弯曲试验对粘结参数进行了选取和标定,建立了枣树修剪枝条的离散元bond粘结模型;建立了枣枝-粉碎装置系统仿真模型,利用EDEM软件对枣树修剪枝条在粉碎装置中粉碎过程进行了仿真分析,得到在枣树枝条粉碎过程中,冲击粉碎、撞击粉碎、搓擦揉搓粉碎占据主要地位;对粉碎性能影响的主要因素为筛板结构形式、刀轴转速等,这些结论为后续试验研究的提供了支撑。4.粉碎装置试验。加工试制了粉碎装置,以粉碎长度合格率、平均功率为评价指标,以结构参数筛孔形状、搓板结构形式、搓板排布形式,工作参数转速、喂入量为试验影响因素,按照试验目的结合参数特性分别设计并实施正交试验、响应曲面试验,得出筛孔形状对粉碎长度合格率影响极显著,对平均功率影响不显著;搓板结构形式对粉碎长度合格率影响显著;对平均功率影响不显著;搓板排布形式对粉碎长度合格率影响极显著,对平均功率影响显著,得出最优结构参数组合为椭圆形筛孔、圆柱形搓板、倒阶梯形的搓板排布形式;得出在设计因素水平范围内,转速、喂入量对粉碎长度合格率影响显著,转速对平均功率影响显著,喂入量对平均功率影响不显著;得出最优工作参数组合为喂入量2.0 kg,粉碎刀轴转速1973 r/min,通过验证试验可得在上述最优组合参数下,粉碎装置的粉碎长度合格率可达91.23%,平均粉碎功率可达4.72kW,能满足设计要求。