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环状沟施肥相比直线沟施肥具有更高的肥效,但目前国际上尚无环状沟施肥装备。针对该问题,提出了一种机械化环状施肥技术,并基于果园秸秆覆盖机作业平台,配套研制了一台曲线开沟混肥装置。该装置适用于有机肥料,能够一体完成曲线开沟、环状施肥和肥-土混合。对装置的开沟混肥机构、排肥系统、曲线控制机构进行设计;基于离散单元法对开沟混肥器及排肥系统进行离散元仿真分析;通过田间试验,对装置性能进行优化。主要研究结果如下:（1）机械化环沟施肥技术提出与装置整体设计。提出了一种曲线开沟、环沟混肥技术,并根据果园实际作业需求,明确有机肥料开沟施肥装置设计要求,提出立式螺旋式、旋耕刀式、动力圆盘式三种设计方案;通过论证,确定了立式螺旋式作为设计方案,并完成了装置整体设计。装置主要包括开沟混肥机构、曲线控制机构和排肥系统。（2）开沟混肥机构结构设计。该机构集开沟、下肥、混肥功能于一体;通过对开沟混肥器进行理论分析,建立了螺距、转速与作业阻力矩和功耗之间的关系;依据开沟进给量及初始螺旋角取值,确定了开沟混肥器转速n>280 r/min和螺距180mm<P<210 mm。通过堆积角试验对有机肥进行离散元参数标定,确定有机肥-有机肥滚动摩擦系数为0.15、有机肥-钢板滚动摩擦系数为0.17、JKR surface energy为0.02J/m2;根据耕层土壤有机质含量、孔隙度、氧气递减分布规律,将耕层土壤等分三层,制定上、中、下层理想混肥比例为1:4:5,以此定义混肥系数,设定理想混肥系数为1.0;建立模型并进行了开沟混肥器离散元仿真,分析了转速及螺距对作业阻力矩及混肥性能的影响规律;进行正交仿真优化试验,建立混肥系数与螺距及转速的二元二次模型,其决定系数R2为0.98595;以混肥系数为响应值,确定最优螺距为192 mm,合适作业转速为420 r/min。利用ANSYS有限元软件对齿轮副进行瞬态动力学校核,符合设计要求;根据减阻原理设计了滑切式切土刀并确定了其结构参数。（3）电液式曲线控制机构设计。根据果园种植模式并结合机械装置的作业的适应性,通过分析曲线开沟施肥方式,采用机械触发和电液一体化结合的方式作为曲线控制机构的设计方案;对电液式曲线控制机构的机械结构及关键部件进行设计和选型,应用ANSYS workbench对机架进行无阻尼自由模态分析,为机架结构改进、机构安装提供依据;搭建曲线控制机构及整机的液压系统;基于STC 89C52RC核心板进行曲线控制机构控制系统的设计。（4）排肥系统方案设计与离散元仿真分析。根据排肥系统设计要求,提出三种排肥系统设计方案,分析对比后选用抛肥式排肥系统并进行结构设计,对其关键零部件进行设计选型。建立了排肥机构离散元仿真模型,进行了有机肥排肥出肥量仿真试验;建立了挡肥板高度h与出肥量的拟合方程,拟合的曲线方程决定系数R2=0.94455;分析了齿带辊的转速ncd及弧形导肥板抛肥角度?cd对有机肥颗粒抛后的空间分布情况,为结构改进提供依据;通过ncd和?cd二因素三水平正交仿真试验,研究了淌肥板落料均匀性。建立了ncd和?cd对排肥变异系数的二元二次模型,排肥变异系数的模型的决定系数R2=0.97955;通过EDEM软件二次开发技术调用颗粒工厂及颗粒体积力API生成团聚粘结的块状肥料,进行了ncd、?cd、h对块状肥料破碎效果的单因素试验,抛肥式排肥机构对块状肥料的破碎率均值为95.1%。（5）矮砧果园有机肥料开沟施肥装置样机研制与田间试验。完成了曲线开沟施肥装置各个机构的加工试制和调试,并进行了初步的田间试验。单因素开沟试验结果表明,稳定作业沟深30 cm,满足设计要求。调速油路能自适应作业负载变化,液压系统工作可靠,作业阻力矩与仿真阻力矩随转速的变化趋势一致,误差在22.9%以内,在315-455 r/min转速下,对应仿真混肥系数与田间混肥试验仅相差0.04-0.16,证明了开沟混肥器离散元仿真模型的正确性。进行了电液式曲线控制机构道路下肥行进的曲线作业测试,调节液压缸充油量对不同车辆行进速度进行匹配,通过对下肥轨迹进行测量分析,电液式曲线控制机构符合设计要求,可用于控制开沟混肥机构曲线开沟作业。通过排肥系统排肥性能试验可知,排肥量为0.71-2.82 kg/s,满足设计要求。