水稻是我国最主要的粮食作物之一,在水稻生长过程中,合理、有效地施用肥料是提高水稻产量、增加稻作收益、减少环境污染的重要措施。目前,我国水稻施肥作业基本是由人工撒施完成的。落后的施肥方式不仅降低了肥料利用率,导致增肥不增产,而且未被作物吸收利用的肥料还会导致水体富营养化、土壤板结、酸化等一系列生态环境问题。因此,在水稻生产中,需研究科学合理的施肥技术,达到节肥、增产、环保并重的效果。肥料深施于水稻根部土壤可提高根区附近养分浓度、减少营养供给时间、提高肥料利用率。现有的水稻深施肥技术多集中在插(播)同步侧深施肥方面,且以固体肥为主,但国产固体化肥受潮后粘度变大,易堵塞机具,造成排肥不均、甚至无法排肥等问题,从而影响作物长势。液体肥相较于固体肥有着吸收利用率高、肥效好、成分配比精准、易于机械施用等优点。因此,为解决传统施肥机具堵塞问题,本文结合液体肥优点研制出气力引射式液肥深施装置,并对其整体装置和关键组成部件进行理论研究、结构设计和试验分析,主要研究内容和结论如下:(1)根据水稻田作业环境特点和机械施肥技术要求,设计了气力引射式液肥深施装置整体结构,搭建气力引射式施肥器性能试验平台及多功能移动土槽试验平台。根据水稻机械施肥农艺要求,该施肥装置主要包括气力引射式施肥器和仿滑刀式开沟器,加装于插秧机、直播机或水田中耕机上,可同步完成侧深施肥或追肥作业。搭建由步进电机驱动的多功能移动土槽试验平台,该试验平台的优点是便于移动、结构可靠、运行平稳,可有效地模拟水田作业环境,为开沟器的试验研究提供基础。(2)根据引射器(喷射器)工作原理,设计施肥器内腔结构,结合水稻需肥要求,完成施肥器结构和工作参数优化。设计气液同轴的施肥器内腔结构,确定其相关结构参数。采用全因子试验法以施肥器的喉嘴距、出口直径及系统工作压力为试验因素,以排肥量、耗气量为试验指标,进行施肥器工作性能试验。结果表明:当喉嘴距为1mm、出口直径为3.5mm、气体压力为0.3Mpa时,施肥器有最大排肥量为11.26g/s,耗气量为24L/min,满足水稻施肥农艺要求。进行了肥量调节系统节流阀标定试验,拟合出节流阀旋转圈数与施肥器排肥量之间的关系式为:xy(10)-(28)1.1471.1,可为指导变量施肥提供参数支持。(3)建立了水田土壤离散元参数化模型,进行了开沟器与水田土壤动态作用过程的规律研究,结合试验分析优化出开沟器结构参数。分析传统开沟器优缺点及适用性,设计了适用于水田环境的仿滑刀式开沟器。进行有限元法和离散元法的特点及适用性分析,确定通过离散元仿真软件EDEM建立水田土壤模型;采用抽板法,标定了水田土壤模型的物理参数、力学参数。利用离散元仿真法分析了开沟器与水田土壤的动态作用过程,以开沟器滑切角、刃口角及入土深度为试验因素,以开沟器牵引阻力、土壤扰动面积为试验指标,进行三因素三水平的正交仿真试验。根据加权评分算法计算每个因素组合的综合得分,结果表明:当滑切角为32.5°、刃口角为45°,开沟器有较好的工作性能。以仿真分析优化出的开沟器为研究对象,以开沟器入土深度、前进速度为试验因素,以开沟器牵引阻力为试验指标,进行仿真验证和作业性能试验。结果表明:当入土深度为30mm、前进速度为1.2m/s和入土深度为50mm、前进速度为0.6m/s时,开沟器试验结果与仿真结果相对误差为18%和15%,试验结果与仿真结果基本一致。开沟器牵引阻力随着入土深度和前进速度的增加而增大,入土深度、前进速度对开沟器牵引阻力的影响均极显著。因此,进行实际施肥作业时,应在满足水稻施肥农艺要求的条件下,选择较浅的施肥深度,以保证开沟器的工作性能。综上所述,本文所做的水田气力引射式液肥深施技术的研究工作为水稻田肥料深施提供了理论基础和技术支持,与传统水田深施肥机具相比,减少了肥料雍堵现象,提高了机具工作的可靠性。