我国当前水稻生产过程中,施肥方式仍以表施、浅施的人工撒肥为主,施肥方式粗放、施肥量大且肥料利用率低,不仅浪费资源,增加生产成本,还污染环境。因此,开发先进的施肥技术与装备,提高肥料利用率,对水稻生产具有重要意义。水田深施肥可有效减少肥料挥发和流失,肥料利用率高,经济且环保,是未来水田施肥的必然发展方向。本文根据水田深施肥农艺要求,在分析国内外水田深施肥装置现状及特点的基础上,设计了一种集中分风气送式水稻栽插同步精量深施肥机,并对其工作机理开展了研究。主要研究内容及结论如下:（1）提出了一种集中分风气送式水稻栽插同步精量深施肥机总体方案。根据水田精量深施肥农艺要求,设计了一种集中分风气送式水稻栽插同步精量深施肥机,其由螺旋排肥器系统、集中分风气送式输肥系统、开沟器系统以及施肥控制系统等部分组成,采用电机驱动螺旋排肥器排肥、依靠高速气流输送肥料,实现排肥轴转速与动力输出轴转速同步以精准控制施肥量。对该机进行了总体结构及关键技术参数设计。通过理论分析确定螺旋排肥器的单圈排肥量应不少于21 g/r,风送系统风量291.60 m3/h、输送气速16.65 m/s、管路直径32 mm、系统风压约450 Pa等关键性能参数。该研究为水田深施肥机具排肥器及风送系统等关键部件的设计提供了理论依据。（2）创新设计了一种有排肥缓冲区及阻塞轮辅助调节排肥量的螺旋排肥器。针对现有螺旋排肥器低转速下排肥均匀性差及施肥量仅能通过转速调节等不足,以螺旋输送机理论、力学及运动学为基础,设计了一种有排肥缓冲区及阻塞轮辅助调节排肥量的螺旋排肥器;分析了排肥器关键结构及工作参数对排肥均匀性及单圈排肥量的影响;进行了基于EDEM离散元仿真软件的单因素及正交仿真试验,优化了螺旋排肥器结构参数。仿真试验结果表明,螺旋外径为45 mm时,排肥器最佳结构参数为螺旋内径17mm、螺旋螺距45 mm及排肥口距离（螺旋叶片末端到排肥口的距离）40 mm;在该结构参数下,阻塞轮开度对排肥均匀性影响不显著,对单圈排肥量调节效果明显。根据仿真试验得到的最佳结构参数,利用FDM快速成型技术对排肥器进行了试制加工,开展了与仿真试验条件相同的台架试验;台架验证试验结果与仿真结果一致,表明离散元法仿真研究结果正确可靠;台架性能试验结果表明,在阻塞轮开度10～30 mm及排肥轴转速20～60 r/min范围内,排肥器单圈排肥量调节范围为27.74～38.15 g/r,单圈排肥量受阻塞轮开度的调节效果明显且受转速影响较小,排肥均匀性变异系数最大为30.03%,排肥稳定性变异系数最大为2.18%,均满足行业标准《NY/T 1003-2006》的规定。该研究为螺旋排肥器结构及运动参数优化提供了有益参考。（3）设计了一种集中分风气力输肥系统。针对现有气力输肥系统各支路气流一致性不高、存在能量浪费、肥管易堵塞等问题,设计了一种集中分风气送式输肥系统。利用Fluent流体仿真与台架试验相结合的方式对气流分配方式进行了优选,结果表明集中送分方式中各路气流一致性最高;进行了基于Fluent流体仿真的集中分风装置结构参数优化试验,结果表明最佳结构参数组合为:进口尺寸92 mm×92 mm,顶面尺寸150 mm×92 mm,气流入口与顶面间的侧壁倾角15°,支管直径32 mm,支管间距43 mm,此时各支管出口处气流速度一致性变异系数为0.27%。进行了与仿真试验的最优参数组合相同条件下的台架验证试验,结果表明,各支路气流速度一致性变异系数为1.23%,在误差允许范围内与仿真试验结果一致。同时进行了集中气力输送系统分风性能试验,结果表明,各支路气流速度一致性变异系数为1.93%,满足气力输肥系统各支路气流速度一致性的设计要求。本研究为气力式施肥、播种等机具的设计和参数优化提供了参考。（4）创新设计了一种基于动态休眠消振机制的施肥控制系统。针对现有施肥控制系统对水田作业环境适应性差或成本高昂等问题,通过理论分析,设计了采用光电传感器同步测定排肥轴转速与动力输出轴转速,利用PID闭环反馈算法实现排肥轴转速与前进速度实时精确匹配的施肥量精准控制系统。对施肥控制系统的电源、信号采集模块、主控模块、直流电机驱动模块和人机交互模块等部分进行了硬件选型及电路设计;建立了排肥轴转速、施肥量与动力输出轴转速间的数学模型,提出一种动态休眠消振机制,并基于上述数学模型和消振机制设计了控制系统软件,确定了0.3～0.4范围内的休眠消振的时间系数。本研究可有效提高施肥量的控制精度,为施肥、播种等机具精量控制系统的设计提供参考。（5）开展了整机作业性能台架及田间生产试验。排肥施肥装置台架试验结果表明,在10～40 r/min转速范围内,各行排肥器行间单圈排肥量变异系数最大为1.49%;六行排肥器总单圈排肥量稳定性变异系数为2.86%;单行排肥器对史丹利复合肥单圈排肥量的平均值为26.25 g/r。动态排肥试验结果表明,在目标排肥量分别设置为300、450、600 kg/hm2时,排肥量平均相对误差最大为2.00%。开展了田间生产试验,试验分小区进行,目标施肥量300 kg/hm2的小区面积为604.8 m2,目标施肥量为450 kg/hm2的小区面积为4054.4 m2,2个小区均采用宽窄行（240 mm+360 mm）栽插同步侧深施方案;2个小区理论施肥量之和为200.49 kg,实际施肥207.57 kg,施肥量相对误差为3.53%,达到了精量施肥的设计目标。后期测产结果表明,与相邻人工撒肥450 kg/hm2且后期田间管理相同的小区相比,水稻单产接近时,机插同步深施肥可节肥约15%～20%;施肥量相同时,栽插同步深施肥可提高水稻产量5%～8%,栽插同步深施肥技术可提高化肥利用率,节本增效。