水稻机械化种植同步深施肥可有效减少肥料撒施在土壤表面造成的挥发和流失,是一种增效节本的施肥方式。排肥器是实现水稻机械化种植同步深施肥作业的关键部件之一,其排肥稳定性、均匀性以及对不同类型肥料的适应性直接影响深施肥效果。大量在北方旱地深施肥作业中排肥性能较好的排肥器,如外槽轮式排肥器,受南方稻区高湿气候条件的影响,在深施肥作业过程中其稳定性变差,肥料吸潮粘附堵塞现象严重。吸潮肥料粘附堵塞排肥器已成为制约机械化深施肥技术在南方稻区推广应用的瓶颈问题之一。针对上述问题,根据南方稻区深施肥的农艺要求,采用理论分析、离散元仿真及台架试验相结合的方法,对凸轮顶板自清式排肥器排肥性能及自清效果进行研究。本文主要研究内容和结论如下:1)颗粒肥料物理机械特性的测定以史丹利复合肥、金正大复合肥和金正大硝基双效肥3种南方稻区典型颗粒复合肥为试验材料,分别对3种颗粒肥料的三轴尺寸、粒径分布、含水率、密度、休止角以及颗粒肥料之间、颗粒肥料与接触材料之间的动摩擦系数、静摩擦系数和碰撞恢复系数等物理机械特性进行了测定,为排肥器结构参数的确定和排肥过程离散元仿真分析提供了依据和基础参数。2)凸轮顶板自清式排肥器的结构设计阐明了凸轮顶板与清肥刮板配合实时清理吸潮粘结肥料的工作原理,合理配置了充肥、运肥、排肥以及清肥等功能区域,分析了排肥器工作过程中颗粒肥料的受力变化,建立了颗粒肥料在充肥过程中的受力模型,并构建了顶板缩进充肥-顶板固定运肥-顶板推出排肥和清肥的凹槽凸轮引导槽的极坐标方程,确定了排肥轮直径和肥料槽数目,建立了排肥器排肥量模型,完成了一种凸轮顶板自清式排肥器的结构设计。3)排肥过程离散元仿真分析为了明晰排肥器的工作性能,构建了颗粒肥料离散元模型,借助离散元分析软件EDEM,以肥料槽深度、排肥轮转速和前进速度为试验因素,开展了排肥过程仿真分析。二次回归正交旋转组合设计试验结果表明:影响排肥量均匀性变异系数的三个因素由大到小为排肥轮转速、前进速度和肥料槽深度;当肥料槽深和前进速度为定值时,在10～50r/min条件下,排肥量均值随着排肥轮转速增大而增大,排肥量均匀性变异系数随着转速增大而减小;当排肥轮转速和肥料槽深为定值时,随着前进速度减小,排肥量均值增大,排肥量均匀性变异系数降低;建立了排肥量均值和排肥量均匀性变异系数回归方程,拟合度均大于0.98,回归关系显著。4)凸轮顶板自清式排肥器的工作性能试验搭建了排肥性能试验台架,以吸潮颗粒复合肥料为试验材料,以排肥轮转速、肥料含水率为试验因素,以排肥量稳定性变异系数为评价指标,开展了凸轮顶板自清式排肥器排肥性能台架试验。试验结果表明:在10～50r/min条件下,凸轮顶板自清式排肥器对吸潮含水率为2%、4%、6%、8%的史丹利复合肥、金正大复合肥、金正大硝基双效肥均具有良好的排肥稳定性,排肥量稳定性变异系数小于8.30%;排肥量随排肥时间增加而线性增大,相关系数R~2大于0.998;对吸潮颗粒肥料的适应性显著优于外槽轮式排肥器。本文基于凸轮顶板与清肥刮板配合实时自清的技术原理,研制了一种适用于吸潮颗粒肥料精量排施的凸轮顶板自清式排肥器,对促进深施肥技术在南方稻区的应用,提高肥料利用效率,降低环境污染,具有重要的现实意义。