目前化肥是农业生产中提高农作物产量的重要因素之一，但随着化肥用量的不断加大，对生态环境造成了一定的影响，为了保护环境同时也保证作物产量，可以通过提高化肥的利用率来实现这一目标。因此本文基于种肥同行技术设计了一种分层深施机构，即化肥颗粒在距种子一定距离的正下方，同时考虑到农作物生长周期主要分为成长期和成熟期，根据不同时期所需的肥量不同，将肥料颗粒在土壤中分为上下两层供农作物在不同时期吸收。因此，设计一种使肥料颗粒在土壤中实现上下分层的分层深施机构，提高肥料的利用率，具有重要的研究意义。
　　本文根据肥料颗粒和土壤颗粒的物料特性及肥料颗粒要在土壤中实现分层的设计要求，通过理论计算分层深施机构各部件的关键参数，然后利用SolidWorks软件生成了两种不同结构的分层深施机构，将它们导入EDEM软件中进行仿真试验。观察两种不同结构的分层深施机构的仿真结果，选取最优结构进行下一步的最优工作组合参数的计算。利用Design-expert.V10.0.3中Box-Behnken中心组合试验设计，对最优结构的工作组合参数进行方差分析，得出最优分层深施机构的最佳工作参数组合。对优化后的分层深施机构进行实体加工，然后进行台架试验，检验上下两层肥量的比例并实测出在不同施肥量条件下排肥槽轮的有效长度。最后将分层深施机构安装在分层施肥机上进行田间试验，保持分层深施机构的最优工作组合参数，观察施肥量对分层效果的影响，并测量肥料颗粒在土壤中的分布位置，保持同样的试验条件进行仿真试验，对比仿真值和试验值的相对误差，判断离散元法辅助设计与优化机具关键部件的可靠性。
　　根据仿真试验结果，选取分肥板式分层深施机构为实现分层施肥的最优结构。对其工作参数进行三因素三水平的正交试验，得到最优工作组合参数：圆杆数量为6根，圆杆直径为4mm，分肥板式分层深施机构的行进速度为6.04km/h。三个因素对分层效果影响的主次顺序为：圆杆数量对肥料分层效果的影响极显著(P<0.01)，分层深施机构的行进速度对肥料分层效果的影响显著(P<0.05)，圆杆直径对肥料分层效果的影响不显著(P>0.05)。作为衡量肥料分层效果的标准，上下两层肥料间隔距离的变异系数为4.57%。台架试验实测出当每亩施肥量分别为20kg、25kg和30kg时，对应槽轮有效长度为15mm、19mm和23mm。田间试验与仿真试验的结果对比表明：上层肥料颗粒位于距地表10~15cm之间，下层肥料颗粒位于距地表15~20cm之间，上下两层肥料的间隔在6cm左右，两种试验的上下两层肥料间隔距离的变异系数的相对误差不超过4%。
　　分肥板式分层深施机构经过台架试验验证了上下两层的施肥量满足4:6设计要求，同时得到了实际工作中施肥量调节的参考标准。进行田间试验后，对比仿真值与试验值，两者的相对误差较小，说明利用离散元法解决肥料颗粒在土壤中的分层问题具有可行性，对今后新型施肥机具的研究设计有一定的参考意义。