油茶是我国特有的木本用油料植物,种植历史悠久。油茶绝大部分种植于我国长江以南的丘陵山地,现有的大田撒肥装置不适用,导致油茶施肥主要依靠人力,效率低、劳动强度高。因此,开展油茶林施肥机具的研究具有重要实际意义。本论文在研究肥料颗粒和油茶林地土壤物理力学特性的基础上,开展施肥机具的结构设计并确定其技术参数;基于离散元法构建颗粒肥料的运动学模型获取其运动过程中的受力规律;建立肥料颗粒球形模型和施肥机具的几何模型,开展施肥机具工作参数和结构参数对其性能影响的研究;通过试验验证仿真结果,并最终确定机具的最优的工作参数。主要研究工作如下:(1)以施肥机具的作业对象肥料颗粒和土壤为研究对象开展研究工作,得到了施肥机具作业对象的物理力学特性的相关规律,为后续的施肥机具仿真和研究提供了设计依据和数据支撑。测量结果为:复合肥和尿素的平均长度分别为3.11mm和3.04mm,平均宽度分别为2.87mm和2.51mm,厚度均值为2.91mm和2.45mm,等效直径的均值分别为3.03mm和2.60mm,球形度分别为96%和94%;肥料颗粒含水率测定试验测得复合肥、尿素的含水率分别为1.28%和0.39%;复合肥和尿素肥料的密度算术平均值分别为1.81 g/cm3和1.12 g/cm3;发现随着土层深度的增加,土壤硬度逐渐减小;油茶林地土壤,最大硬度可为32kg/cm2;油茶林地的土壤表层的含水率最小,随着土层深度的增大,土壤含水率先增大,后趋于平衡,最大含水率为20.5%,最小含水率为12.0%;(2)进行了施肥机具的整体结构设计,对施肥机具的工作原理进行了介绍。对传动机构、绞龙、施肥深度调节装置等进行了结构设计。经过施肥机具的结构设计,得出了施肥机具的技术参数;(3)对肥料颗粒进行了离散元运动学分析,通过接触的判断条件,利用中心差分法求解速度和角速度,推导出t+Δt时刻的位移分析模型,肥料颗粒运动到新的位置产生新的接触力和接触力矩,进一步解析了肥料颗粒施肥过程的运动规律;(4)根据肥料颗粒的力学参数,建立肥料颗粒球形模型和施肥机具的几何模型,确定时间步长。以施肥量和肥料颗粒分布变异系数为指标,以施肥轴转速、刮板长度和绞龙螺距为因素设计正交试验并解析。仿真结果表明,对变异系数影响效果从大到小为施肥轴转速、刮板长度、绞龙螺距。施肥机具施肥轴转速为54r/min,刮板长度为80mm,绞龙螺距为100mm时施肥效果最优;(5)开展台架试验,通过二次回归正交试验,建立起了施肥轴转速、刮板长度、绞龙螺距关于分布变异系数的回归模型,对各因素的交互作用响应分析,分析可知刮板长度与绞龙螺距的交互作用对变异系数的影响较为明显。开展了施肥机具实地性能试验,结果表明,油茶施肥机具能够在油茶林间平稳运行,对不同地形具有调节开沟施肥深度的能力,能够满足正常油茶施肥作业的需求。且得到了施肥机具的作业性能参数,在施肥机具施肥轴转速为54r/min,刮板长度为80mm,绞龙螺距为100mm时,施肥均匀性较好,施肥量与理论值接近,可应用于油茶林施肥。