随着我国现代果园栽培模式的迅速发展,修剪后产生的大量枝条需要进行机械化处理。目前,仍旧以人工捡拾、运输和集中粉碎处理的传统方式为主流,也出现了使用秸秆原地粉碎机替代作业的现象,存在捡拾率低、粉碎效果差的问题。为了实现果园行间机械化处理枝条,提高地面枝条的处理成功率,改善枝条粉碎机的工作性能,对捡拾喂入机理及其装置进行了深入研究。在处理环节,捡拾喂入装置的性能直接对粉碎机性能起着关键作用。本文以现代果园栽培模式下修剪后产生的枝条作为粉碎作业对象。为掌握枝条在受到冲击下产生的物理特征变化规律,建立了物理力学特性试验平台。对苹果、桃和樱桃的枝条展开试验,获得不同直径枝条弹性模量和含水率变化关系的曲线图。分析结果能够帮助判断最佳的处理作业时间段,提高粉碎机的粉碎性能。为了测试捡拾喂入过程中涉及的前进速度、旋转速度、弹齿前端弯曲角度和捡拾位置高度对捡拾成功率的影响程度,设计了一套基于Arduino控制技术可变参数的枝条捡拾喂入试验平台。使用单因素试验法对影响因素进行测试。分析结果对枝条捡拾喂入机构的优化设计方向提供了理论基础。结合国内机械化处理农业废弃物的技术水平,设计一套应用于现代果园的枝条粉碎机,主要包括聚拢装置、捡拾喂入装置、切片与粉碎装置、过滤网和收集箱。聚拢装置能够将地面分散的枝条向果园行间中心位置集中,扩大作业宽幅,提高处理成功率。为了达到更好的聚拢效果,设计了一种聚拢角度能够根据作业要求变化的机构。由聚拢执行部件的作业轨迹逆向求解关键部件参数的方法,对关键部件进行反求解。建立数学模型,编制程序,搭建优化平台,对聚拢周期内执行部件的动作进行分段设计。在聚拢装置优化设计平台上完成结构参数的优化任务,提高有效作业范围在完整周期的比例。捡拾喂入装置能够完成枝条的捡拾和喂入动作。对辊式捡拾喂入装置、弹齿滚筒式捡拾喂入装置和钩型弹齿式捡拾喂入装置分别建立数学模型,编制程序,搭建优化平台,并进行运动学仿真。对关键影响因素进行了优化设计,获得一组对辊式捡拾喂入机构参数组合。使用苹果枝条作为试验对象,测定其含水率在18%～27%之间,布置其在地面的摆放姿态。试验结果显示在杂乱交错和横向摆放姿态的条件下,捡拾成功率分别达到92.6%和89.3%,而其它摆放姿态下成功率显著降低。说明地面摆放姿态对捡拾成功率具有较大的影响,也证明了研发聚拢装置的重要性。结合枝条捡拾喂入试验结果,采用弹齿滚筒式捡拾喂入机构满足降低捡拾位置高度的要求。建立数学模型,进行运动学分析。根据捡拾、喂入动作的技术要求,在完整周期内进行分段设计、编制程序、进行运动学仿真分析、采用人机对话方式优化主要影响参数,然后分析结果和数据处理,最终获得一组最佳的“非劣解”参数组合。使用逆向求解的设计方法,在人机对话窗口实现关键部件的数据计算与输出。对关键部件的形状进行傅立叶函数多段曲线拟合。按照结果试制样机。选择苹果枝条作为试验对象进行场地试验,试验结果显示在杂乱状态下捡拾成功率达到94.2%,满足捡拾作业技术要求。同时,在捡拾喂入试验平台的基础上,进行了拓展性研究。为了增强弹齿对枝条的喂入能力,提出一种具有新型作业轨迹的钩型弹齿滚筒式捡拾喂入装置。它通过钩型的弹齿对枝条产生“拖拽”动作,提高捡拾喂入性能,又通过特殊的运动轨迹完成枝条与弹齿脱离的动作。通过对枝条物理特性的研究,基于人机对话的设计方法对聚拢、捡拾喂入机构进行了参数优化,使聚拢装置和捡拾喂入装置能够适应枝条的物理力学特性,解决了传统捡拾机具对枝条捡拾喂入成功率低的问题。为果园枝条粉碎机的整体设计提供了技术支撑。捡拾喂入试验结果证明了理论分析的正确性。