我国种植面积和产量均居全球首位已成为世界上最大的苹果生产国,带来巨大经济效益的同时也因修剪树枝难以有效处理而造成资源浪费、环境污染等问题。对修剪树枝的再利用符合可持续发展的要求,同时树枝粉碎用于有机肥制作以及菌类种植已成为修剪树枝的重要使用形式,而树枝的粉碎质量对其再利用效果会产生较大影响。因此,研制能够实现树枝均匀连续粉碎的树枝粉碎机,对提高果园机械的作业质量和机械化水平具有重要意义。本文针对树枝粉碎机结构复杂、木屑合格率低、粉碎效果差等问题,以苹果树枝为研究对象,从喂料机构和粉碎机构出发,进行了树枝粉碎机的设计与研究。主要研究内容和结论如下:（1）树枝粉碎过程动力学分析及基础试验研究。为了确定影响树枝粉碎机粉碎效果以及树枝剪切应力的因素,对树枝粉碎机作业过程进行了运动学及力学分析,确定了影响树枝粉碎机粉碎效果的主要因素为喂料辊转速,确定了动刀遇角、安装后角和动刀楔角等是影响树枝剪切应力的主要因素。为了确定粉碎装置的最佳参数,基于响应曲面试验方法,研究了刀具锲角、刀具后角和树枝喂入角对树枝剪切应力的影响,最终确定了粉碎装置最佳参数组合为刀具楔角40°,树枝喂入角45°,刀具后角5°。为了提高树枝粉碎机的粉碎效果,以木屑合格率和粉碎辊转速为指标进行了树枝喂入速度试验,确定了4个等级树枝直径0-20 mm、20-40 mm、40-60 mm、60-80 mm的最佳喂料转速分别为28 r/min、25 r/min、19 r/min、13 r/min。（2）树枝粉碎机总体方案设计。为提高树枝粉碎机的粉碎效果、简化整机结构以及满足整机所需的功能性能,确定了基于叠加式刀辊的树枝粉碎机总体方案。并最终确定了旋转浮动式喂料机构方案,多刀盘叠加鼓式粉碎机构方案,带轮传动方案,电磁-手动阀组合式液压系统方案。（3）树枝粉碎机关键零部件设计与仿真研究。针对树枝粉碎机总体方案,对喂料机构的主要部件进行了设计与研究,确定了喂料辊相对粉碎辊轴心的安装位置为水平距离321 mm,竖直距离52.5 mm;确定了粉碎辊转速为1700 r/min,粉碎刀辊是由刀盘A和刀盘B交错叠加组合而成。为了验证喂料机构的工作性能,分析喂料辊相对于粉碎辊的位置范围,以树枝两端在竖直方向上的位移为指标,基于Adams进行了喂料机构的仿真分析;为了验证整机的刚度和稳定性,以静力学分析的最大应力和模态分析的共振频率为指标,基于Ansys进行了粉碎刀辊的静力学分析和模态分析。仿真结果表明喂料机构与粉碎机构均满足工作要求。（4）树枝粉碎机控制系统设计。为了提高整机的自动化水平,提高树枝粉碎机的粉碎效果,基于不同直径范围树枝的最佳喂料转速,设计了树枝粉碎机控制系统的结构,并确定了液压子系统、检测子系统和转速调整子系统的硬件结构和软件作业流程。通过分析液压子系统的工作原理,确定了各个液压部件的型号和参数。基于控制系统的工作过程,设计了控制系统工作流程图和电路原理图,确定了转速和位移的检测控制策略,并基于Keil u Vision5软件使用C语言编写了控制程序。（5）树枝粉碎机试制与验证试验。为了验证树枝粉碎机的工作性能,根据树枝粉碎机总体方案、关键零部件与控制系统的设计,进行了树枝粉碎机样机试制以及整机作业和喂料辊运转性能调试,调试结果表明:树枝粉碎机喂料、粉碎、排料过程运行正常,能够完成基本工作要求,喂料辊能够根据整机状态进行调节。为了验证树枝粉碎机控制系统的可靠性以及整机的工作性能,对树枝粉碎机样机进行了验证试验,验证试验结果表明:相对于未安装控制系统的树枝粉碎机,安装控制系统后喂料速度能够根据树枝直径进行自动调整,木屑的合格率在92%～96%之间,粉碎辊最低转速为1521r/min,产量在1055 kg/h以上,木屑的合格率提升了4.5%～5.5%,粉碎辊最低转速提升了0.9%。