肥料是作物生长的基础,合理的底肥深施技术对促进作物根系的生长有积极作用。对于有株距要求的作物,如:烤烟、玉米、棉花等作物,移栽前,实现底肥定点深施,可促进作物根系生成,提高作物品质和产量。然而,市面上并没有一款适合于丘陵山区(如云南、贵州、四川等山区地貌)使用的定点施肥机或穴施肥机。为此,本文以贵州山区为例结合贵州地块和土壤的特点,设计了可实现定点施肥的施肥系统,通过对关键零部件进行设计及改进、仿真试验和田间测试相结合的方法,研制了一款小型底肥深施机,主要的研究内容和成果如下:(1)创新应用了一种摆动凸轮机构,实现肥料的间断释放,达到施肥系统定点施肥的功能。根据作物种植农艺要求,确定了凸轮各阶段运动角及摆动从动件运动规律等参数,应用Pro/E软件对定点施肥装置即凸轮机构的运动学方程进行编程,得到了凸轮理论轮廓曲线、工作曲线及曲率半径曲线。利用UG软件对凸轮和施肥机构进行了三维建模和运动仿真,得到了凸轮在一个运动周期内的位移、速度和加速度。运动仿真得出:凸轮运动机构无干涉,滚子与凸轮的运动过程中只存在柔性冲击,不存在刚性冲击,符合等加速等减速运动规律。(2)制定了底肥深施机的关键部件及定点施肥机的设计方案。分别对整机的起垄成型装置、施肥装置、施肥点标记装置等组件进行了设计,应用Pro/E软件绘制了整机的三维模型,并研制了第一代样机。创新设计了摆动滚子从动件盘形凸轮机构,实现了定点施肥与标记过程的结合,将肥料均匀深施在土壤中的同时,实现了施肥点的标记。通过样机田间性能测试实验发现,第一代样机存在地轮组件驱动力不足、施肥点与标记点误差较大等问题。(3)对已研制的施肥机机进行了结构改进设计,利用虚拟仿真方法,得到了增大地轮组件驱动力的最优设计参数。建立了EDEM离散元土壤仿真模型,以地轮组件的转动力矩为试验指标,以整机行进速度、叶片深度、轮毂半径、叶片面积为试验因素,进行了四因素四水平的正交试验,找出了最优的设计参数搭配,解决了地轮组件驱动力不足的问题;对凸轮进行了改进设计,凸轮旋转一周定点施肥两次改为施肥三次,使得施肥过程更加连续稳定;将链轮链条的传动比由原来的1.17改为2.35,保证每穴的最大施肥量保持在50g左右,以满足作物农艺要求;通过调节盘形凸轮与地轮的相对位置角度,可减小了标记点与施肥点的误差。(4)对改进后的样机进行了的田间试验。定点施肥方式能够进行定点施肥,肥料浪费率较小,节约了肥料,减少了污染。施肥点与标记点试验得出:改进前后标记点与施肥点位置误差平均值由4.23cm减小为1.99cm,实现了施肥点的准确标记功能。底肥深施机施肥均匀性试验表明:原样机每穴施肥量变化较大,施肥较不稳定,改进后穴施肥机在硬地面条件下其机具启动状态下和非启动状态下的施肥均匀性都比原样机在硬地面上的定点施肥性能稳定可靠。