我国是全球范围内规模最大的水稻生产及消费国,保证水稻种植面积的稳定以及水稻产量的稳定对我国乃至对全世界的粮食安全具有至关重要的作用。但在水稻全生长周期中,病虫草害出现次数多、种类多,出现的部位也不尽相同。当前常用的几种植保方式在水稻生长后期即水稻冠层封行之后,药液雾滴被上部冠层截留,难以到达中下部冠层,导致对稻飞虱、纹枯病等发生在中下部冠层的病虫害防治效果较差,对产量造成较大影响。因此采取合理的施药方式,对植保机械进行优化设计,解决水稻冠层中下部施药难、施药效果差的问题,对保证水稻的高产稳产存在十分重要的意义。本文在国内外相关研究的基础上,从水稻植株生物力学特性入手,对水稻植株的力学参数(弹性模量)进行了研究,同时结合水稻植株的各项物理参数(含水率、外径、壁厚等),建立水稻植株仿真模型。在ANSYS Workbench平台上进行显式动力学仿真,研究了在普通喷杆喷雾机上加装机械推杆部件的情况下水稻植株的动力学特性,并用高速摄影方式验证了仿真的可行性。然后利用仿真方式,对推杆高度、速度、推杆材质对水稻植株冠层位移量的影响进行了研究,为水稻植保机械设计优化以及田间作业参数设置提供坚实的理论基础。本文具体完成的工作如下:(1)确定水稻力学参数,主要是水稻茎杆的弹性模量。为建立水稻植株在机械平推式冠隙施药过程中的动力学模型,本文利用SMS物性分析仪对处理过后的水稻秸秆试样进行三点弯曲试验,试验因素选取加载速率、含水率及标距,探讨其对试验结果的影响,并最终确定水稻茎杆的力学特性参数。(2)建立水稻植株模型并进行显式动力学仿真。完成了对包括高度、叶片数、叶片分布、叶面积等水稻植株特征参数的测量并在建模软件上建立模型,结合测得的力学特性参数,与推杆联合进行显示动力学仿真。通过高速摄影试验,验证水稻植株模型与仿真方法正确性,分析误差原因并对模型与仿真参数进行修正。利用已修正模型,通过仿真方式,研究机械推杆作用效果与前进速度、推杆高度及推杆材料之间的关系,得出最优方案。(3)施药机辅助机械推杆系统设计与优化。根据施药要求,对推杆支架进行设计,能够实现高度方向调节,水平方向上实现推杆与喷杆相对位置调节;对推杆的材质与结构进行优化设计,在实现开冠功能的同时,进一步降低水稻植株受机械性损伤的可能性,满足作业功能的刚度需求;搭建推杆控制系统,完成作业前对推杆高度的设定以及作业过程中推杆高度变化的自动补偿。(4)机械平推式冠隙施药机田间作业性能测试。通过实际雾滴沉积试验,与普通喷杆喷雾机施药效果进行对比,验证了机械平推式冠隙施药方式可行性,同时对推杆与喷杆相对位置对雾滴沉积效果的影响进行了分析与研究。