甘薯在我国种植历史悠久,种植面积和产量均居世界首位,在国内粮食作物产量排名中位列第四,仅次于水稻、小麦和玉米,不仅可以作为粮食作物,在能源领域和保健功能上也发挥重要的作用。起垄是甘薯种植的准备环节,为甘薯的生长发育提供苗床环境,适宜的垄作苗床环境有利于促进甘薯产量的提高、品质的改善,并且起垄过程中需施用一定量的基肥及防治地下害虫的药,并且农艺要求肥、药分层施放在垄芯的弧形面上,可以有效提高肥、药的利用率,提升甘薯品质及商品性。综合国内外现有技术研究现状,旋耕起垄技术已相对成熟,少部分技术装备具有施肥、施药功能,但施肥、施药方式多为条施,肥、药用量大,但肥效、药效较差。加上目前我国农村劳动力严重短缺的社会现实,因此研究甘薯的机械化的垄芯弧形施肥施药的作业装备显得尤为重要。本研究鉴于目前的甘薯施肥、施药机械作业后肥效、药效差、地下害虫不能有效防治、结薯薯形不均匀等问题,通过调研和查阅文献,提出机械化的甘薯起垄、施肥、施药模式,研究设计一款新型的垄芯弧形精准施肥施药装备。运用理论计算与试验研究相结合的方式对关键部件进行优化,与66~88 kW的大型拖拉机相匹配,实现规范的起垄作业和药在上、肥在下的双层弧形释放面。以下是论文的主要研究内容:(1)我国甘薯种植范围广,根据土壤环境、栽培模式等条件,分为多个种植区域,经过前期的查阅文献和调研等方式,提出适宜甘薯机械化种植的起垄、施肥、施药模式。(2)利用Solidworks、Inventor等软件对甘薯垄芯弧形施肥施药装备建模并对其中施肥铲、施药铲、起垄犁、排肥轮、排药轮等关键部件进行理论分析,确定优化参数。(3)在单因素试验基础上进行甘薯垄芯弧形施肥施药装备的正交试验设计,确定最优的结构参数和工作参数,优选组合为前进速度2.1 km/h,施肥铲与施药铲前后间距为600 mm,镇压器结构形式为斜压式,田间验证试验得知,垄型参数合格率为97.5%,肥药分层合格率为98.0%。(4)整机试验后对施肥施药装置进行参数优化,确定试验指标并对主要影响因子进行单因素试验,使用SPSS软件进行数据的分析,得到试验指标与试验因素的函数关系式和拟合曲线图;之后使用Design Expert软件做响应面试验设计,运用Box-Benhmken的中心组合试验设计原理进行关键部件的试验,得到最优的参数组合和响应面分析图,试验验证风机风量950 m3/h,排肥轮转速55 r/min,分肥槽宽幅100 mm时,有效宽度合格率96.7%,排肥一致性变异系数7.3%,施肥装置的工作参数为风机风量950 m3/h,排肥轮转速55 r/min,药板间距65 mm,有效宽度合格率95.6%,排肥一致性变异系数7.6%。