为解决芒果园人工施肥劳动强度大、施肥均匀性差、肥料利用率低等问题,本文在分析现有排肥器结构及工作原理的基础上,设计了一种小型螺旋式定量排肥器,在测量肥料颗粒的物理力学参数并分析其运动后,采用离散元仿真软件EDEM,结合理论和试验,分析了排肥器的工作过程和排肥性能。对小型螺旋式定量排肥器进行研究,主要研究内容与结论如下:(1)测量肥料颗粒的物理力学特性,以建立一种准确、真实的肥料颗粒模型,以芒果园常用的尿素颗粒、复合肥颗粒和有机肥颗粒为研究对象,分别测量其三轴尺寸,密度,含水率,休止角和动静摩擦系数等参数。(2)对排肥器进行结构设计与理论分析,本文在分析现有排肥器结构与工作原理的基础上,设计了一种小型螺旋式定量排肥器,建立肥料颗粒在排肥过程中的力学模型,对肥料颗粒进行了运动学分析与力学分析,并根据芒果园所需施肥量及生长环境等因素,通过公式计算确定了排肥器的结构参数和工作参数,最后对电机进行了选型。(3)仿真分析小型螺旋式定量排肥器的工作过程,根据肥料颗粒的物理力学参数,分别建立肥料颗粒与排肥器的模型,并确定接触模型和设置相关参数,采用离散元仿真软件EDEM模拟排肥器的工作过程,观察单个肥料颗粒运动轨迹,分析其速度和受力变化情况,从而可知肥料颗粒的运动规律;同时采用二次回归正交旋转组合设计试验方法考察不同螺旋叶片直径、不同螺距和不同排肥轴转速对排肥量的影响,建立排肥量回归数学模型,该模型可为定量施肥提供理论依据。(4)进行台架试验与参数优化,首先搭建排肥器台架装置进行排肥量验证试验,采用与仿真排肥试验相同的试验方案,得出各因素与排肥量的影响关系,并将排肥量的仿真值与试验值进行对比,求出两者相对误差,分析试验数据可得:最大相对误差为21.36%,最小相对误差为0.65%,平均相对误差为8.51%。试验与仿真的平均相对误差较小,证明了离散元仿真结果的正确性及利用离散元法分析螺旋式排肥器的可行性和有效性。探索排肥器不同螺旋叶片直径、不同螺距、不同排肥轴转速对排肥稳定性的影响,以排肥稳定性变异系数为试验指标,根据试验数据分析统计结果,建立各因素关于排肥稳定性变异系数的回归数学模型;在各因素的约束范围内,优化其数学模型,确定排肥器最佳参数组合:螺旋叶片直径为91.59mm,螺距为55.65mm,排肥轴转速为39.45r/min,此时排肥稳定性变异系数达到最小值为12.68%,优化后的排肥器排肥稳定性与均匀性有了显著提升;为验证优化结果的正确性且便于加工,根据优化后的最佳参数组合选择排肥器工作参数即螺旋叶片直径92mm,螺距56mm,排肥轴转速39r/min,进行验证试验,重复测试10次,选择其平均值为最终试验结果,平均排肥稳定性变异系数为12.25%,其与优化值的平均相对误差为5.88%,可见误差较小,验证试验结果表明:优化结果可靠。故本文设计的小型螺旋式定量排肥器排肥稳定性与均匀性较好,可用于芒果园定量施肥。