槽轮式排肥器广泛应用于现代精准农业装备,其结构简单,执行机构响应迅速,且具备双变量控制的特点。针对槽轮式排肥器排肥精确性、准确性及均匀性不足的问题,本研究设计了一种与2BDH-10型水稻精量旱穴直播机配套的立式螺旋槽轮排肥系统。从排肥器结构、螺旋槽轮结构及排肥器立式安装结构三个方面对排肥器进行了改进优化设计,结合了台架试验、离散元仿真及高速摄影等方法。主要研究成果如下:1)对肥料运动层进行了研究。通过EDEM对肥料进行速度颜色标定,对照了排肥轮在不同转速时肥料运动层的速度分布特性,并通过高速摄影对带动层肥料颗粒进行速度分析。仿真标定表明,强制层与带动层的边界不明显的特点;高速摄影表明,带动层肥料颗粒速度随排肥轮转速递增,随距排肥轮外圆距离递减,但一次线性关系均不强;带动层肥料颗粒速度存在明显差异。研究明确了带动层的存在是影响排肥精确性与准确性的重要原因。2)对排肥器结构进行了改进。创新提出了一种充肥腔-充肥面结构与肥料输送区组合的排肥器结构。充肥腔结构用于促进肥料填充且阻挡去除带动层排出;充肥角与充肥面用于导流阻挡的带动层使排肥轮受力均匀;肥料输送区可保证强制层的精准与稳定,使肥料随排肥轮运转同步传送。利用EDEM离散元软件对改进结构的关键参数最优化设计,确定了充肥角为105°,肥料接触角为100°,排肥角为30°。台架试验表明改进的排肥器在转速≥120deg/s时排肥量变异系数降低至了0.5～1%,排肥精确性得到提升;排肥量-排肥轮转速的一次线性相关系数平方为0.9990～1.0000,排肥准确性得到提升。3)对排肥轮螺旋结构进行了优化。在结构改进的基础上,通过正交试验得出影响排肥均匀性的主次因素依次为螺旋角、排肥轮转速与排肥轮开度。基于台架试验连续网格测试法对排肥均匀性进行了全因素试验。结果表明在螺旋角较小或排肥轮转速较低时,排肥均匀性存在不足。螺旋角为45°的螺旋槽轮与直槽轮相比,在排肥轮转速为60rad/s～300rad/s时,连续网格肥料质量变异系数降低至4.6%～14.7%。4)对不同安装角度的螺旋槽轮排肥器的性能进行了研究。在结构改进与排肥轮改进的整体方案基础上,通过正交试验得出影响排肥量-排肥轮开度线性关系的主次因素依次为安装角、排肥轮转速与螺旋角。基于台架试验对排肥量-排肥轮开度线性关系进行单因素试验。结果表明在安装角为40°时,排肥量-排肥轮开度的一次线性相关系数平方为大于0.9968,回归截距小于0.7。5)设计了一种立式螺旋槽轮排肥系统。对排肥系统的总体结构、肥料箱结构与排肥器控制机构进行了设计,并与2BDH-10型水稻精量旱直播机配套。排肥系统通过直流电机搭载直流电机驱动器控制转速控制轴与开度控制轴,通过锥齿轮机构、齿轮齿条机构分别对排肥轮转速、开度进行双变量控制。设计校核表明系统肥料箱结构设计合理。