针对目前桑园内无专用配肥施肥设备,桑园配肥施肥技术落后,为减轻蚕农负担,提高桑园用肥水平,研制一款桑园变比配肥定向撒肥一体机。本研究得到了国家蚕桑产业技术体系、山东省现代农业产业技术体系蚕桑创新团队项目及山东省重点研发计划项目的资助。为对肥料的离散元模型进行定义,测定了氮肥、磷肥、钾肥及有机肥四种肥料颗粒的物理力学特性参数,采用摩擦系数测定仪对肥料静摩擦力和动摩擦力进行测定;根据碰撞原理,利用高速摄像机对肥料的碰撞恢复系数进行测定;用万能试验机对肥料的刚度系数进行测定,还包括密度、孔隙率、休止角、三维尺寸等参数的测量。为实现桑园内变比配肥定向撒肥,对配肥掺混机构和撒肥机构进行设计,运用Solid Works对零件进行三维造型,采用离散元软件EDEM对肥料颗粒运动进行仿真;根据作业施肥量要求对槽轮尺寸形状进行设计计算,得出槽轮工作长度为60 mm,半径为30 mm,槽数为12个,槽轮凹槽形状选为锥形圆弧槽轮;为保证变比配肥掺混均匀度良好,对槽轮转速、锥形体的角度和锥形体半径进行单因素仿真试验仿真,试验表明锥形体的锥形角为50°、锥形体半径为25 mm、槽轮转速为15 r/min时,四种肥料的掺混标准差较小;探讨撒肥盘上不同叶片形状对撒肥幅宽及撒肥均匀性的影响,对六种不同叶片形状的撒肥盘进行撒肥仿真,综合撒肥幅宽、肥料分布变异系数及肥料分布状况,选择撒肥幅宽较窄,肥料分布变异系数较小的曲线形叶片的撒肥盘;以定向撒肥机构中活动板的长度、高度和折弯角为因素,以撒肥分布变异系数为评价指标,进行正交试验模拟,方差分析对分布变异系数影响强弱次序为长度、折弯角和高度,极差分析较优组合为长度450 mm、高度80 mm和折弯角100°;仿真模拟及试验验证了通过调节活动板之间角度,能够改变肥料抛撒轨迹,实现定向撒肥;为保证整体稳定性及安全性,对承载配肥装置的机架及整机底盘进行有限元分析,配肥装置机架203 MPa,最大位移为11.6 mm,整机底盘最大应力30.6 MPa,最大位移为0.46 mm,满足设计要求。以肥料抛撒后的分布变异系数为目标,对离心盘转速、行走速度及落肥口距离心盘中心的距离的交互作用进行模拟仿真,通过建立回归模型、响应面分析得出行走速度与转速的交互作用对分布变异系数的影响较为明显。将各因素约束在实际工作参数下,对目标函数进行优化,优化结果为转速为290.128 r/min、行走速度为0.571 m/s、距离为88.21 mm,分布变异系数最小为7.61%。样机加工完成后,对样机性能进行了直线跑偏试验测定、转弯性能测定、爬坡能力测定、行驶速度测定和排肥性能测定,确定了样机工作性能参数,田间验证试验表明在最优参数下,分布变异系数为9.05%,与预测值的相对误差为18.92%,样机撒肥均匀性较好。