甘蔗是我国最大宗的热带作物,其种植面积占我国糖料种植面积的85%以上,2013年我国种植甘蔗约181.6万公顷,且甘蔗中耕管理是甘蔗生产中极为重要的工序。目前我国现有微耕机及小型甘蔗中耕培土机劳动强度大、功能不全面、工作效率较低;国外大型甘蔗施肥机存在行距宽、价格高、结构复杂等问题。为此,在3ZSP-2型甘蔗中耕施肥培土机的基础上,创新设计了搅拌肥料装置,并对排肥装置的排肥规律进行试验研究,不仅提高了排肥均匀度及稳定性,同时也解决了传动轴易断裂、辅助用工多、工效低等问题。主要研究内容和结论如下:（1）搅拌肥料装置的设计和研究:采用叶轮通过固定轴安装固定在施肥桶内,隔离栅、上下漏板直接安放于施肥桶内,易于拆装且把搅拌前肥料挡在叶轮之上,减小叶轮转动阻力,能实现3种肥料的搅拌而不架空,减少辅助用工,提高了工效和降低作业成本。并根据排肥装置的结构尺寸确定了搅拌肥料装置的总体尺寸和结构。运用CAD软件进行二维设计,进而在三维建模软件Solid Edge中建立搅拌肥料装置三维模型并进行运动仿真,总结机构运动特点,校核理论参数,通过样机试验,验证机构合理性。（2）传动装置的设计和研究:通过改变传动装置的结构方式,优化设计的变速箱降低制造成本,创新设计的连接传动轴,运用Solid Works软件仿真及ANSYS软件对传动轴进行受力变形分析,得出变形量较小可忽略,即设计合理,提高机具作业稳定性。（3）试验与结构优化:根据试制样机以排肥均匀度为目标值,进行单因素方差分析,得到三组显著影响因素。根据得到三组因素进行Box-Behnken中心组合试验,由数据分析与处理软件SAS对试验结果进行分析,得到排肥装置的最佳参数组合及影响排肥规律的数学模型,并对Box-Behnken试验得到的因素水平最优组合进行试验验证。（4）结果表明:通过Box-Behnken试验得出影响排肥均匀度的主要因素影响程度由高到低为:刮板宽度>刮板角度>前进速度;排肥均匀度随各因素参数的增加呈先增大后减小的趋势;其最佳组合参数为:刮板宽度48.4 mm、刮板角度16.5°、前进速度1.09 m/s。最后,对最优组合方案进行试验验证,得知试验结果与理论分析值相符,试验结果表明:施肥均匀度达到92.3%,开沟深度为16.6 cm,开沟深度稳定性系数相应达到92.9%,高于一般施肥机行业标准的要求（85%）,肥料覆盖率为100%,甘蔗损伤率为1.8%,纯工作小时生产率为0.51 hm2/h,作业效果达到国家标准。