随着我国农业生产力的日益增强，我国粮食及农产品的产量不断提高，但是我国农业生产所面临的问题却依然存在。其中，农作物的中后期病虫害防治已成为影响我国高秆经济作物生产的主要瓶颈，以及植保机械主要执行非变量施药控制，施药量受到机组行进速度的影响很大，在一定程度上导致农药利用不合理及农药残留超标等现象的发生。因此，高地隙施药机械及其变量施药系统的研究，已成为我国植保技术研究领域的重要课题。本文主要针对高地隙喷药机进行结构设计，对其关键部件进行仿真分析及优化，对变量施药系统进行理论分析，并对喷药机的物理样机进行试验研究。根据当前国内外三轮自走式高地隙喷药机的结构特点并结合本项目技术要求，本文对喷药机进行了结构设计，对其动力系统、车架部分、施药系统的主要部件进行了介绍，并针对喷药机运行稳定性差和后轮轮距调整不方便的问题，设计了万向节动力转向机构和可伸缩式机架及后轮转向机构，以及在结构设计的基础上，分析了喷药机的动力性能。利用ANSYS Workbench软件对喷药机的机架进行了强度分析及优化，并对优化后的模型进行了模态分析；利用ADAMS软件对喷药机动力系统的万向节转向机构进行了强度分析及优化，并对优化后的模型进行了运动学与动力学仿真分析。为了建立变量施药系统，本文综合分析了变量施药系统功能要求和主要影响因素，介绍了施药系统的主要构成及工作原理，并通过系统工作方案对比，确定了施药系统总体方案。依据总体方案，本文分析了变量施药系统中主要部件的性能参数配比，为变量施药控制系统的建立提供了理论依据。在喷药机结构设计及关键部件仿真分析的基础上，本文对高地隙喷药机进行了装配调试与试验研究。结果表明：喷药机的整机运行平稳，施药性能满足技术要求。