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申请/专利权人：中国农业大学

摘要：本发明涉及一种基于北斗导航的可消减土壤压实的玉米条带种植方法及系统，玉米条带种植系统包括自动导航条耕深松系统和自动导航免耕播种系统；自动导航条耕深松系统包括大拖拉机和五个并列的单体组合式条带深松耕作机；自动导航免耕播种系统包括小拖拉机和两个并列的牵引式玉米免耕播种机；利用单体组合式条带深松耕作机形成清秸播种带和秸秆覆盖带，拨草浅旋轮和组合最速降线铲翼式深松铲分别实现黑土表层压实消除和黑土深层压实消除，借助北斗自动导航技术进行农机的路径规划与跟踪，引导拖拉机轮胎行走在秸秆覆盖带，起到缓解压实形成的作用，并且记录存储路径信息以引导后续农机作业时的轮胎轨迹，减少新压实的形成。

主权项：1.一种基于北斗导航可消减土壤压实的玉米条带种植系统，其特征在于，所述玉米条带种植系统包括自动导航条耕深松系统和自动导航免耕播种系统；所述自动导航条耕深松系统包括大拖拉机1，以及由大拖拉机1通过三点悬挂架7牵引的五个并列的单体组合式条带深松耕作机4；所述单体组合式条带深松耕作机4包括深松耕作机架，以及安装在深松耕作机架上的平行四连杆仿形机构8、碎土轮9、缺口挡土圆盘10、组合最速降线铲翼式深松铲11、拨草浅旋轮12、地轮13和缺口切茬圆盘刀14；其中，所述平行四连杆仿形机构8的前端固接在三点悬挂架7上；所述缺口切茬圆盘刀14和地轮13安装在深松耕作机架的前端，缺口切茬圆盘刀14用于切断破碎较长玉米秸秆和根茬，防止秸秆缠绕，便于位于缺口切茬圆盘刀14后方的一对拨草浅旋轮12拨动清理玉米秸秆；两个拨草浅旋轮12将秸秆拨至两侧形成清秸播种带和秸秆覆盖带，并对表层土壤进行浅层破碎；所述组合最速降线铲翼式深松铲11和两个位于组合最速降线铲翼式深松铲11左右两侧的缺口挡土圆盘10布置在于拨草浅旋轮12的后方；所述碎土轮9安装在深松耕作机架的后端；所述组合最速降线铲翼式深松铲11包括铲尖1101、铲柄1102和组合最速降线铲翼1103；其中，所述组合最速降线铲翼1103的外轮廓曲线为基于最速降线理论推导变换得出的组合最速降线，用于增大深松扰动面积和减小作业阻力；所述组合最速降线铲翼1103的外轮廓曲线通过以下步骤获得：在平面直角坐标系xOy中，在不考虑摩擦力条件下，质点从起始点O运动至不在其垂直下方的终点A，下滑时间最短的曲线；半径为r的圆沿直线OA滚动，圆上一点扫过的轨迹即为O、A两点间的最速降线，最速降线解析方程式为： 公式1中，x,y为质点坐标，单位为m；θ为质点滚动时的转角，单位为°；r为圆的半径，单位为m；当最速降线理论应用于工程领域时，需要考虑摩擦力的作用，对考虑摩擦力的质点进行能量分析有： 进而得到： 质点从点O运动到点A的时间T为： 公式2～公式4中，d表示微分符号；x,y为质点坐标，单位为m；m为质点质量，单位为kg；v为质点运动速度，单位为ms；g为重力加速度，单位为ms2；为摩擦角，单位为°；s为质点运动路程，单位为m；μ为动摩擦因数；xA为点A的横坐标，单位为m；y'表示质点纵坐标y的导数；将平面直角坐标系xOy顺时针旋转角度得到考虑摩擦力的坐标系XOY；坐标系转换式为坐标系转换后质点的运动时间T1为： 公式5中，X，Y为转换坐标系后质点的坐标，单位为m；XA为转换坐标系后A点的横坐标，单位为m；g为重力加速度，单位为ms2；φ为摩擦角，单位为°；Y'表示转换坐标系后质点纵坐标Y的导数；曲线OP段进入x＜0区域，质点在点P处的速度小于自由落体速度，因此曲线OPA’不是从点O到点A’的最优路径；对最速降线解析方程进行伸缩平移变换有： 公式6中，X，Y为转换坐标系后质点的坐标，单位为m；R为转换坐标系后参数半径，单位为m；θ为质点滚动时的转角，单位为°；b为方程变换量，单位为m；质点在OC段做自由落体运动到点C，然后沿曲线段CA运动到点A，此时质点的运动时间T2为： 当点C的位置发生变化时，运动时间T2的变化量δT2为： 公式7和公式8中，xC，yC为点C坐标，单位为m；g为重力加速度，单位为ms2；xA为点A的横坐标，单位为m；，x,y为质点坐标，单位为m；μ为动摩擦因数；y'表示质点纵坐标y的导数；δyC表示点C的纵坐标yC的变化量；为提高土壤颗粒与深松铲翼之间的相对运动速度，减小作业阻力，应使T2取极小值，即δT2＝0；此时，点C为极值点，曲线段CA与y轴相切，OC-CA组合曲线即为考虑摩擦力时的组合最速降线；C点的位置坐标满足： 进而得到： 公式9和公式10中，XC，YC为C点坐标，单位为m；θC为C点的转角，单位为rad；μ为动摩擦因数，为摩擦角，单位为°；R为转换坐标系后参数半径，单位为m；b为方程变换量，单位为m；取R＝45mm，μ＝0.6，-π2≤X≤π2代入公式9和公式10，得到组合最速降线OC-CA，即为组合最速降线铲翼1103的外轮廓曲线；所述自动导航免耕播种系统包括小拖拉机5和由小拖拉机5牵引的两个并列的牵引式玉米免耕播种机6；所述牵引式玉米免耕播种机6包括免耕播种机架，以及安装在免耕播种机架上的肥箱16、地轮传动机构17、覆土镇压轮18、橡胶限深轮19、双圆盘开沟器20、切茬圆盘刀21、拨草轮22和施肥开沟圆盘23；其中，所述免耕播种机架的前端设有与小拖拉机5挂接的牵引挂接点15；所述施肥开沟圆盘23设置在免耕播种机架的前端下部，用于开出肥沟；所述肥箱16布置在施肥开沟圆盘23上部，排肥管固接在施肥开沟圆盘23外侧；所述拨草轮22和切茬圆盘刀21布置在施肥开沟圆盘23的后方；所述双圆盘开沟器20布置在切茬圆盘刀21的后方；所述橡胶限深轮19布置在双圆盘开沟器20的外侧；所述覆土镇压轮18安装在免耕播种机架的后端。

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