配比变量施肥是精准农业的重要组成部分,合理利用化肥及研究施肥技术对农业发展有着非常积极的意义。现有变量施肥仅能在线调整一种复合肥或单元肥料的排肥量,无法实时调整氮磷钾配比,难以满足土壤和作物的差异化需求。项目针对配比变量施肥进行研究,预在理论上揭示不同尺度的肥料颗粒流掺混机理,实现主要营养元素配比和施肥量的在线精确控制,从而提高肥料利用率、减少施肥量,推动精准变量施肥的发展。本文提出一种配比变量施肥装置,装置由三个肥箱、三个排肥器、三个落肥管、一个掺混腔和一个波纹管组成。应用颗粒离散元法并建立该装置的三维离散元模型,选取三种常用的氮肥、钾肥及磷肥对其掺混过程进行研究。然后分别对装置配置不同掺混腔形状、不同落肥管高度及不同波纹管内径时进行模拟仿真。追踪记录肥料颗粒在装置中的轨迹、速度及碰撞过程,探究肥料颗粒的掺混规律及影响肥料混合的因素。计算落到地面后三种肥料的配比标准差,以此作为评判肥料混合均匀度的标准,对配比变量施肥装置的各结构做出优化。为验证上述仿真结果,课题设计完成一排肥装置试验平台,该平台包括机架的设计、肥料传送装置的设计、数据处理设备的应用与控制系统的设计。试验时借助高速摄像机,对装置中肥料颗粒的运动过程进行实时拍摄,通过图像分析软件进一步分析外槽轮转速、不同掺混腔、不同落肥管高度及不同波纹管等对排肥过程的影响。同时结合仿真与试验,探究排肥系统的时滞特性,给出转速与排肥量的关系曲线,为在实际工作中修正系统作业误差、调整氮磷钾三种肥料的施肥量与配比提供依据。仿真与试验结果表明：掺混腔壁面形状影响颗粒碰撞后的反弹角度与水平速度分量,进而影响碰撞后颗粒在掺混腔中的散布面积；落肥管高度影响颗粒在下落、碰撞及混合各阶段的速度,高度越大,颗粒各阶段速度越大,颗粒与掺混腔壁面碰撞后形成的散布面积越大,颗粒混合越均匀；波纹管三角波纹在一定高度范围内可增加颗粒与波纹管的碰撞进而促进颗粒混合,同时随其高度的增大又存在延缓与其接触颗粒下落的特性。