长江中下游地区作为我国油菜主产区,施肥方式仍以颗粒肥浅层混施和人工撒肥为主,施用方式粗放、肥料利用率较低,同时配套的排肥装置单一,缺乏肥料精量、精准排施技术,难以实现化肥减施增效,油菜绿色、稳产、丰产的需求。为提高肥料利用率、响应农业绿色发展号召,研制了满足油菜直播同步施肥的颗粒肥精量排施系统。本文根据颗粒肥料物理机械特性和施肥农艺要求,创新性的设计了具有主动防堵功能的螺旋扰动锥体离心式排肥器,实现流畅、均匀、稳定排肥;为进一步提升施肥精准性,设计了基于高精度测速雷达的随速施肥控制系统;基于油菜根系生长规律和需肥要求,设计了一种上下分层、左右分施的控比分层定量施肥装置。主要研究内容及结论如下:（1）开展了油菜直播机排施肥系统及其核心部件的方案设计。根据油菜直播施肥量要求,以排肥流畅性、均匀性和稳定性为目标,结合矩形卸料口上方散料成拱原理,根据小区播种机锥体格盘均匀分种结构,采用“螺旋扰动主动破拱防堵+弧形锥体圆盘均匀分肥+离心多行定量稳定排肥”原理,确定了螺旋扰动锥体离心式排肥器的设计方案,阐述了螺旋扰动锥体离心式排肥器的设计原则和工作原理。结合油菜厢面条播种植模式及油菜根系生长规律,提出了一种基于肥料碰撞离散均匀分布的上下层肥量按比例分配、上层肥料左右分施技术,设计了一种控比分层定量施肥装置,确定了关键部件的外形结构尺寸。（2）开展了螺旋扰动锥体离心式排肥器关键部件的设计分析与性能试验。基于油菜直播常用颗粒肥料物理机械特性,结合油菜施肥量差异,确定了螺旋扰动杯、弧形锥体圆盘等的结构参数。以中国农资复合肥、史丹利复合肥、鄂中复合肥为试验材料,开展了排肥器转速为80～130r/min时的排肥性能及排肥行数适应性台架试验。试验结果表明,各行排量一致性变异系数在11.5%以下,排肥量稳定性变异系数在6.3%以下,同行排量一致性变异系数在7%以下,排肥器倾斜状态下各行排量一致性变异系数在9.82%以下。田间试验结果表明,各行排量一致性变异系数低于7.9%,排肥量稳定性变异系数低于5.3%,同行排量一致性变异系数低于6.5%,满足田间排肥质量要求。（3）构建了颗粒肥在螺旋扰动杯内的运动模型,阐明了螺旋扰动叶片破拱防堵作用机理。采用EDEM离散元软件,进行了有、无螺旋扰动杯的排肥器排肥过程仿真对比分析。高速摄像试验表明,肥箱出肥口与有螺旋扰动杯排肥器连接处的颗粒肥料向右下方运动,颗粒肥料运动流畅、无断层下落问题;无螺旋扰动杯排肥器与肥箱出肥口连接处的颗粒肥料做缓慢的向下运动,且运动过程中出现了颗粒肥料断续下落问题。台架试验表明,有螺旋扰动杯的排肥器排肥频率稳定性系数在96%以上,排肥量稳定性变异系数不超过5.57%,满足排肥质量要求,明显优于无螺旋扰动杯的排肥器。（4）为进一步提升排肥器综合性能,开展了排肥器弧形锥体圆盘参数分析与优化。通过理论分析优化设计了一种母线从顶端到底端曲率逐渐减小形式的弧形锥体圆盘,确定了母线方程。探究了不同形式匀肥装置影响排肥性能的规律及导致性能差异的原因,采用EDEM离散元软件,开展了三种不同形式排肥器排肥性能仿真对比试验,在排肥器转速为100～120r/min、倾斜1°～5°时,匀肥装置优化后的排肥器排肥性能均优于其余两种形式排肥器。台架试验表明,优化后的排肥器在倾斜角度较大、转速较低时排肥器各行排量一致性变异系数仍低于10.23%,排肥量稳定性变异系数低于6.74%,同行排量一致性变异系数低于3.52%。（5）构建了颗粒肥料在排肥器内的运动模型,通过理论分析确定了影响排肥器性能的主要结构参数和范围。开展了二次回归正交旋转组合试验,确定了排肥器的最优结构参数为水平倾角30.4°、推板径向偏角3.2°、锥盘转速130r/min。基于排肥器最优参数组合,开展了排量标定及性能验证试验,试验结果表明,各行排量一致性变异系数低于6.03%,排肥量稳定性变异系数低于4.56%,同行排量一致性变异系数低于2.44%。田间试验表明,各行排量一致性变异系数低于6.98%,排肥量稳定性变异系数低于4.57%,同行排量一致性变异系数低于3.36%,进一步提升了排肥性能。（6）根据高精度测速雷达和排肥器排量参数,结合排肥器转速与排量关系,设计了油菜直播随速施肥控制系统。构建了永磁直流电机数学模型,求得了控制环节传递函数,利用MATLAB-PD调节工具箱确定了PD参数。基于设计的随速施肥控制系统,开展了性能试验。定速排肥试验中,实际总排肥量与目标总排肥量相对误差低于2.82%,路面变速试验中,实际总排肥量与目标总排肥量的相对误差低于2.67%,田间试验中,实际总排肥量与目标总排肥量的相对误差低于3.43%,满足排肥质量要求,说明随速施肥控制系统具有较高的控制精度。（7）提出了一种基于颗粒肥均匀分布的,上下层肥量按比例分配、上层肥料左右分施技术,设计了一种控比分层定量施肥装置,构建了肥料在离散均布器中均匀分散的状态转移矩阵,验证了肥料均布效果,并确定了装置的基本参数。以挡杆直径、挡杆组数、挡杆组间距为试验因素,实际施肥比例与目标施肥比例最小误差为目标,确定了肥料均布装置的最优结构参数为挡杆直径3mm、挡杆组数5、挡杆组间距8.9mm。开展了最优参数组合下的排肥性能试验,试验结果表明,上下层实际施肥比例与目标施肥比例的最大误差为4.1个百分点,排肥量稳定性变异系数低于3.9%;上层左右落肥管实际施肥比例与目标施肥比例的误差低于4.1个百分点,排肥量稳定性变异系数低于4.8%,满足肥料按比例分施要求。田间试验表明,下层肥料平均施肥深度为141.2mm,上层左侧肥料平均施肥深度为81.9mm,右侧平均施肥深度为81.6mm,上层左、右两侧肥料间的平均间距为67.8mm,满足油菜分层施肥设计要求。