JP2015033353A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機の昇降応答性やエネルギー効率を向上できる作業車両を提供する。
【解決手段】トラクタ１の後部に作業機１１を装着して昇降するための作業機装着装置２０と、作業機装着装置２０に連結して昇降回動する左右のリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌと、左右のリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌのアーム軸２５ａ・２５ａに減速機３１Ｒ・３１Ｌを介して連結される左右の電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌと、前記減速機３１Ｒ・３１Ｌに設けられるブレーキ３３Ｒ・３３Ｌと、ブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌと、左右のリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの回動角度を検知する角度センサ３４Ｒ・３４Ｌと、傾斜角度検知手段となる傾斜センサ４４と、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの回動角度設定手段となる作業機高さ設定手段４５と、制御手段となる制御回路４０とを備え、制御手段は前記電動昇降モータを作動して作業機１１の高さと傾斜角度を同時に設定値に制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、作業車両としてのトラクタの後部に作業機装着装置を介して作業機を装着し、該作業機を電動モータの駆動により昇降可能とする技術に関する。

従来、トラクタの後部に作業機装着装置を介して作業機を装着しており、該作業機装着装置のリフトアームはアーム軸にウオームホイールを固設し、該ウオームホイールはウオームと歯合され、該ウオームは駆動モータの出力軸に固設されていた。そして、リフトアームの回動角度は角度センサにより検知されて、制御回路により設定角度となるように制御されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−４３２０５号公報

前記従来の技術では、電動駆動モータの出力軸にウオーム歯車機構を連結していたので、上昇させるときも、下降させるときも、電動駆動モータを駆動しなければならず、電気エネルギーを消費し、エネルギー効率が悪くなっていた。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、作業機を下降させる場合には回生を行えるようにするとともに、左右のリフトアームを別々のモータで駆動できるようにして、傾斜シリンダをなくして、コンパクトな構成で、エネルギー効率を高くできる作業車両を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、トラクタの後部に作業機を装着して昇降するための作業機装着装置と、作業機装着装置に連結して昇降回動する左右のリフトアームと、左右のリフトアームのアーム軸に減速機を介して連結される左右の電動昇降モータと、前記減速機に設けられるブレーキと、ブレーキアクチュエータと、左右のリフトアームの回動角度を検知する回動角度検出手段と、傾斜角度検知手段と、リフトアームの回動角度設定手段と、制御手段とを備え、制御手段は前記電動昇降モータを作動して作業機の高さと傾斜角度を同時に設定値に制御するものである。

請求項２においては、前記電動昇降モータには電力変換部を介してバッテリと接続し、作業機の下降時には電力を回生するものである。

請求項３においては、前記制御手段は、作業機が設定高さに下がらないときは、電動昇降モータを下降側に駆動してリフトアームを下降回動させるものである。

以上のような手段を用いることにより、油圧シリンダや油圧切換バルブや油圧配管等をなくすことができて直接リフトアームを回動することができ、また、ウオーム歯車機構により作業機を昇降する場合にくらべて、エネルギー回生が可能となり、コンパクトでエネルギー効率のよい昇降装置を提供できる。

トラクタの全体側面図。 作業機の側面図。 同じく平面図。 作業機装着装置にプラウを装着した側面図。 リフトアーム昇降駆動部の制御ブロック図。 リフトアームを電動シリンダでアシストする実施例の側面図。 電動シリンダで作業機を左右スライドさせる実施形態の平面図。

まず、図１より作業車両の一例としてトラクタ１の全体構成について説明する。
ボンネット２内にエンジン３が内設され、該ボンネット２の後部にステアリングハンドル４が設けられ、該ステアリングハンドル４後方に運転席５が配設されている。

前記エンジン３の後部にはクラッチハウジング１９を介してミッションケース６と連設され、該ミッションケース６の両側にリアアクスルケース８・８が連設される。該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承され、前記エンジン３を支持するフロントフレームにはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承される。

また、トラクタ１の後部には、作業機装着装置２０が配置され、該作業機装着装置２０に作業機を装着して作業を可能としている。作業機装着装置２０は本実施形態では３点リンク式としているが、２点リンク式であってもよく限定するものではない。

作業機装着装置２０は、図２、図３に示すように、トップリンク２１と左右のロアリンク２２・２２からなる。トップリンク２１はその前端が前記ミッションケース６後面に固設したトップリンクブラケット２３に枢支され、ロアリンク２２・２２の前端はミッションケース６（またはリアアクスルケース８・８）に枢支され、トップリンク２１の後部およびロアリンク２２・２２の後部は簡易ヒッチ２７に枢支される。簡易ヒッチ２７は半円状に構成され、上部左右中央が作業機１１のトップマスト１２に係止され、簡易ヒッチ２７の左右両側が作業機１１の支持ステー６０・６０に枢支されている。なお、簡易ヒッチ２７を取り付けることなく、トップリンク２１の後部をトップマスト１２に枢支し、ロアリンク２２・２２の後部を支持ステー６０・６０に枢支する構成とすることもできる。

前記トップリンク２１は図４に示すように、電動シリンダ２１ａにより構成し伸縮可能とすることができる。つまり、作業機１１の前後傾きを運転席の操縦部のスイッチ等の操作で調節することができる。例えば、作業機装着装置２０に作業機としてプラウ２９を装着した場合には、下降した作業時に電動シリンダ２１ａを縮小すると、後部が持ち上げられすき込み深さが深くなり、電動シリンダ２１ａを伸長させると、浅くすき込むことができる。更に、電動シリンダ２１ａを制御回路４０と接続し、牽引力検知手段を制御回路４０と接続することで、電動シリンダ２１ａを伸縮して牽引力を一定に制御することで、すき込み深さを一定に保持するように制御することができる。
また、作業機としてロータリ耕耘装置を装着した場合には、ロータリ耕耘装置を上昇させた状態で電動シリンダ２１ａを縮小すると、ロータリ耕耘装置の後端が更に上昇し、後端の位置は前方に移動し、全長を短くして旋回半径を小さくできる。逆に、電動シリンダ２１ａを伸長させると、ロータリ耕耘装置は略姿勢を変えずに略平行に昇降することができる。

作業機１１を、図２、図３に示すように、ロータリ耕耘装置とした場合、ロータリ耕耘装置は前部の左右中央にギヤケース５１が配置され、ギヤケース５１の前面より入力軸を前方に突出し、ユニバーサルジョイントを介して、ミッションケース６の後面より突出したＰＴＯ軸１３と連結して動力を作業機１１に伝達可能としている。前記ギヤケース５１の左右両側からビーム５２Ｒ・５２Ｌを側方に突設し、ビーム５２Ｌの他端にチェーンケース５３の上部が固設され、ビーム５２Ｒの他端にサイドサポート５４の上部が固設される。チェーンケース５３とサイドサポート５４の下部間に耕耘爪軸５５が横架されて回転可能とし、該耕耘爪軸５５上に複数の耕耘爪５６・５６・・・が稙設される。耕耘爪５６．５６・・・の先端回動軌跡の上方は耕耘カバー５７により覆われている。耕耘カバー５７は耕耘爪軸５５を中心に前後回動自在に支持され、電動シリンダ６３を伸縮させることにより耕耘カバー５７を所望の位置に回動可能としている。耕耘カバー５７の後部にはリヤカバー５８が上下回動自在に支持され、該リヤカバー５８は耕深制御するためのセンサとなっており、リヤカバー５８の回動角はリヤカバーセンサ５９により検知できるようにしている。

前記ギヤケース５１の上部には前記トップマスト１２の下部が枢支され、ギヤケース５１の左右両側方に突出したビーム５２Ｒ・５２Ｌに支持ステー６０・６０が前後方向に固設されて、該支持ステー６０・６０の前部に前記簡易ヒッチ２７の下部が支持される。このトップマスト１２の前上部と支持ステー６０・６０前部は、簡易ヒッチ２７により簡単に着脱できるようにしている。前記支持ステー６０の後部にはデプスフレーム６１の前部が枢支される。該デプスフレーム６１と前記トップマスト１２後部との間にはデプスフレーム６１の高さ調節手段６２が介装されている。

前記高さ調節手段６２はハンドルを回す等の手動で伸縮させデプスフレーム６１の高さを調節できるが、本実施形態では高さ調節手段６２を電動シリンダにより構成しており、スイッチ等の操作で容易に高さを調節するように構成している。例えば、デプスフレーム６１に畝立て機を装着した場合には、電動シリンダを伸縮することで、成形する畝の高さを調節することが可能となる。

前記ミッションケース６の上面には昇降駆動部３０が設けられる。図５に示すように、昇降駆動部３０は左右のリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌと減速機３１Ｒ・３１Ｌと電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌとブレーキ３３Ｒ・３３Ｌと回動角度検知手段となる角度センサ３４Ｒ・３４Ｌとを備える。減速機３１Ｒ・３１Ｌとブレーキ３３Ｒ・３３Ｌは減速ギヤケース３５内に収納され、減速ギヤケース３５の左右側面からリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌのアーム軸２５ａ・２５ａが突出され、該アーム軸２５ａ・２５ａにリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの基部が固設されて後方に突出される。

減速機３１Ｒ・３１Ｌは複数段の減速歯車列からなり、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌの出力軸から複数段減速されてリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌのアーム軸２５ａ・２５ａに伝達され、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌを上下回動可能としている。なお、減速機３１Ｒ・３１Ｌは平歯車とベベルギヤにより構成しているが、遊星歯車機構を用いてもよく、段数も限定するものではない。

電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌはモータジェネレータで構成してモータとしても発電機としても作動させることができるようにしている。電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌは、電力変換部４２と接続され、電力変換部４２はバッテリ４３と制御回路４０と接続されている。作業機１１を上昇させるときにはバッテリ４３から電力を供給してモータとして作動し、作業機１１を下降させる時には、発電機として発電電力をバッテリ４３に供給して充電するようにしている。

前記アーム軸２５ａ・２５ａ上にはブレーキ３３Ｒ・３３Ｌが設けられている。ブレーキ３３Ｒ・３３Ｌはアーム軸２５ａ・２５ａ上に固設されるブレーキディスク３７Ｒ・３７Ｌと、ブレーキディスク３７Ｒ・３７Ｌの両側に配置される摩擦板３８Ｒ・３８Ｌと、摩擦板３８Ｒ・３８Ｌをブレーキディスク３７Ｒ・３７Ｌに押圧させて制動するブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌとからなる。アーム軸２５ａ・２５ａの外側端に角度センサ３４Ｒ・３４Ｌが設けられ、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの回動角を検知できるようにしている。

図２、図３に示すように、前記リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌは後方に突出され、該リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの後部にリフトリンク２６・２６の上端が枢支されている。リフトリンク２６・２６の下端は前記ロアリンク２２・２２の前後中途部に枢支されている。

図５に示すように、前記電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌとブレーキ３３Ｒ・３３Ｌを制動するブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌと角度センサ３４Ｒ・３４Ｌとトラクタ１本機（または作業機）に設けて傾斜角度を検知する傾斜センサ４４と作業機高さ設定手段４５と作業機傾斜角度設定手段４６と昇降スイッチ４８は、制御回路４０と接続される。

このような構成において、運転席５の側部に設けた昇降スイッチ４８を上昇操作すると、ブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌがオフとなり、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌが駆動されてリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌが上昇回動される。リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌが上昇回動されることにより、リフトリンク２６・２６を介してロアリンク２２・２２が上昇回動されて作業機１１を上昇させることができる。

昇降スイッチ４８を中立に戻すと、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌの駆動が停止され、ブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌがオンとなり、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの回動が停止されて、作業機１１はその高さ位置に保持される。

昇降スイッチ４８を下降操作すると、ブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌがオフとなり、作業機１１の自重によりリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌが下降回動される。この時、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌは発電機として作動し回生され、バッテリ４３に充電される。なお、作業機１１の下降速度が速い場合はブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌを作動させるようにすることも可能である。
作業機１１が地面に接地した後において、さらに、昇降スイッチ４８を下降操作すると、ブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌはオフとなり、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌは下降回動され、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌが更に下降回動するようにしている。例えば、サブソイラを装着したときには、深く突き刺すことが可能となる。

また、ロータリ耕耘装置により耕耘作業するときに、耕深制御を行う場合、作業機高さ設定手段４５により耕深を設定し、作業開始位置でロータリ耕耘装置を下降して耕耘作業を行う。この時作業機高さ設定手段４５の値とリヤカバーセンサ５９の検出値を比較し、一致しているとブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌを作動させてその深さを維持し、リヤカバーセンサ５９の検出値（耕深）が設定高さよりも低い場合（耕深が深い場合）、ブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌをオフとして、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌを駆動して作業機１１を設定高さまで上昇させる。また、リヤカバーセンサ５９の検出値が設定高さより高い場合（耕深が浅い場合）には、ブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌをオフとして作業機１１を自重により設定高さまで下降させる。但し、圃場が硬く自重で下降しない場合は電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌを逆転駆動して作業機１１を設定高さまで下降させる。

また、本実施形態では、傾斜制御（水平制御）を行うことも可能である。つまり、傾斜制御を行う場合には、傾斜センサ４４をトラクタ１に装着する。但し、作業機１１に傾斜センサ４４を装着することも可能であり限定するものではない。傾斜制御時は、傾斜センサ４４からの検出値と作業機傾斜角度設定手段４６の設定値を比較し、トラクタ１が例えば左下がりに傾斜すると、左側のブレーキアクチュエータ３６Ｌをオフとして電動昇降モータ３２Ｌを上昇回動させる。左上がりに傾斜すると、左側のブレーキアクチュエータ３６Ｌをオフとして電動昇降モータ３２Ｌを下降回動させ、作業機１１が設定角度となるようにする。但し、右側のブレーキアクチュエータ３６Ｒをオフとして電動昇降モータ３２Ｒを作動する構成とすることもできる。

更に、図６に示すように、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌと機体（ミッションケース６）との間に電動シリンダ４７Ｒ・４７Ｌを配置して、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの昇降をアシストする構成とすることもできる。但し、電動シリンダ４７Ｒ・４７Ｌを主の作業機の昇降アクチュエータとし、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌをアシストアクチュエータとしてもよい。また、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌをなくして電動シリンダ４７Ｒ・４７Ｌのみで作業機を昇降するように構成することもできる。

電動シリンダ４７Ｒ・４７Ｌをアシストシリンダとする場合について説明すると、例えば、作業機１１を上昇させるときに負荷が大きく電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌに流れる電流が設定値よりも大きい場合、または、上昇に係る時間が設定時間よりも長くなった場合には、電動シリンダ４７Ｒ・４７Ｌを作動させて上昇アシストする。また、作業機の自重で下降させた高さよりも更に下降させる場合には、作業機１１を自重で下降した位置でブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌを作動（オン）させて、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌを固定し、作業機１１が設定高さとなるまで電動シリンダ４７Ｒ・４７Ｌを伸長させて下降させるのである。

また、図７に示すように、左右一側のロアリンク２２とリアアクスルケース８（またはミッションケース６）との間にスライド用電動シリンダ４９を設けてスライド制御可能に構成することもできる。この場合、スライド用電動シリンダ４９と左右反対側の耕耘カバー５７の側面に倣いセンサ６４が配置される。倣いセンサ６４は感知片が側方に突出され、感知片の回動角度を検知して、ロータリ耕耘装置と側方の壁等との間の距離を検出できるようにしている。但し、倣いセンサ６４は角度センサに限定するものではなく超音波センサ等で距離を検出する構成であってもよく、限定するものではない。また、スライド用電動シリンダ４９と倣いセンサ６４の設置位置は左右逆であってもよい。

このような構成において、ロータリ耕耘装置の側面と壁との間の距離を設定手段により設定し、耕耘作業を行うと、ロータリ耕耘装置の側面と壁との間の距離が設定値よりも短くなると、スライド用電動シリンダ４９を縮小して、ロータリ耕耘装置を壁面から遠ざけ、ロータリ耕耘装置の側面と壁との間の距離が設定値よりも長くなると、スライド用電動シリンダ４９を伸長させて、ロータリ耕耘装置を壁面に近づけるのである。
こうして、従来ビームにスライドシリンダを設けるような複雑な構成とする必要がなく、簡単な構成として、ハウスの壁や畦や道路や畝等に沿って、簡単に平行に進行して作業ができるようになる。

以上のように、トラクタ１の後部に作業機１１を装着して昇降するための作業機装着装置２０と、作業機装着装置２０に連結して昇降回動する左右のリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌと、左右のリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌのアーム軸２５ａ・２５ａに減速機３１Ｒ・３１Ｌを介して連結される左右の電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌと、前記減速機３１Ｒ・３１Ｌに設けられるブレーキ３３Ｒ・３３Ｌと、ブレーキアクチュエータ３６Ｒ・３６Ｌと、左右のリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの回動角度を検知する回動角度検出手段となる角度センサ３４Ｒ・３４Ｌと、傾斜角度検知手段となる傾斜センサ４４と、リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌの回動角度設定手段となる作業機高さ設定手段４５と、制御手段となる制御回路４０とを備え、制御手段は前記電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌを作動して作業機１１の高さと傾斜角度を同時に設定値に制御するので、油圧シリンダや油圧切換バルブ等の油圧機器や油圧配管等をなくすことができて、直接リフトアーム２５Ｒ・２５Ｌを回動することができ、応答性が向上できる。

また、前記電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌには電力変換部４２を介してバッテリ４３と接続し、作業機の下降時には電力を回生するので、ウオーム歯車機構により作業機１１を昇降する場合に比べて、エネルギー回生が可能となり、コンパクトでエネルギー効率のよい昇降装置とすることができるのである。

また、前記制御回路４０、作業機が設定高さに下がらないときは、電動昇降モータ３２Ｒ・３２Ｌを下降側に駆動してリフトアーム２５Ｒ・２５Ｌを下降回動させるので、圃場の土質が硬い場合であっても設定深さに耕耘したり、設定畝高さとしたりでき、作業精度を向上できる。

１ トラクタ
１１ 作業機
２０ 作業機装着装置
２５Ｒ・２５Ｌ リフトアーム
３１Ｒ・３１Ｌ 減速機
３３Ｒ・３３Ｌ ブレーキ
３４Ｒ・３４Ｌ 角度センサ
３６Ｒ・３６Ｌ ブレーキアクチュエータ
４０ 制御回路
４２ 電力変換部
４３ バッテリ
４４ 傾斜センサ
４５ 作業機高さ設定手段

Claims (3)

1. トラクタの後部に作業機を装着して昇降するための作業機装着装置と、作業機装着装置に連結して昇降回動する左右のリフトアームと、左右のリフトアームのアーム軸に減速機を介して連結される左右の電動昇降モータと、前記減速機に設けられるブレーキと、ブレーキアクチュエータと、左右のリフトアームの回動角度を検知する回動角度検出手段と、傾斜角度検知手段と、リフトアームの回動角度設定手段と、制御手段とを備え、制御手段は前記電動昇降モータを作動して作業機の高さと傾斜角度を同時に設定値に制御することを特徴とする作業車両。
2. 前記電動昇降モータには電力変換部を介してバッテリと接続し、作業機の下降時には電力を回生することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
3. 請求項３においては、前記制御手段は、作業機が設定高さに下がらないときは、電動昇降モータを下降側に駆動してリフトアームを下降回動させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

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