土壤肥力是影响果品质量与产量的决定性因素之一,开沟施肥是改善果园土壤环境,提高土壤肥力,促进果树生长发育的有效措施。基于现代矮砧密植苹果园对开沟施肥省力化作业和肥土混合高效利用技术需求,进行果园开沟施肥混肥回填装置集成设计,并对开沟质量和混肥效果关键性能进行试验研究,实现开沟、施肥、混肥、回填一体化作业。通过调研矮砧密植苹果种植模式和开沟施肥农艺技术要求,综合考虑不同地区的果园农艺差异与果树种植的实际情况,设计了果园开沟施肥混肥回填装置。通过分析多工序一体化作业原理,确定了装置结构总体布置方案,进行了机架结构布局和传动系统设计,确定了三点悬挂参数。按照开沟施肥宽度和深度的农艺要求,进行了开沟刀盘结构参数设计和运动参数分析计算,建立了开沟部件的几何模型,通过有限元模态分析验证了开沟刀盘在额定工作转速220r/min工况下不会发生共振失效。设计了工作位置可调的混肥回填装置,通过运动仿真得出最佳混肥运动学参数,应用EDEM软件建立了混肥离散元模型,分析了不同曲率半径的刀片对沟内剩余土壤与颗粒肥料的混合均匀度的影响,多组仿真结果统计得出曲率半径为110mm时混合效果最好,变异系数相对较低。通过对比选用螺旋式排肥器,分析计算并确定了螺旋叶片尺寸和排肥转速参数,优化了肥箱内部结构避免了肥料堆积。考虑混肥环节沟内需要有一定余土,设计了挡土导流板,防止作业过程中土壤飞溅,并且将一定量土壤反射回沟内。利用AIP软件建立了开沟施肥混肥回填装置整机装配模型,基于三维模型导出零部件二维工程图试制了试验样机。制定了台架性能试验方案,利用土槽试验台进行了试验,结果显示开沟深度稳定性系数为97.9%;颗粒肥料在土壤层第1层的变异系数为4.2%,第2层的变异系数为3.7%,第3层的变异系数为2.6%,第4层的变异系数为3.3%,第5层的变异系数为6.7%,第6层的变异系数为16.3%。试验结果表明开沟施肥混肥回填装置的开沟深度稳定,沟内剩余土壤与肥料在深度方向多层混合均匀,各项指标均满足果园农艺要求。