JP2017082408A - 作業機 - Google Patents

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Abstract

【課題】ベルト式無段変速機を備えた作業機において、作業部の作業回転速度を任意に調節でき、作業部による安定した作業を行う。
【解決手段】作業動力伝達系統31にベルト式無段変速機63を有した作業機10であり、作業部14の目標作業回転速度Bsを任意に設定する目標作業速度設定部147と、該作業部の実際の作業回転速度Brを検出する作業部速度センサ76と、駆動プーリ72に対する従動プーリ74の回転速度の最小の減速比を規制する減速比規制機構90と、制御部43とを含む。該制御部は、該実際の作業回転速度を該目標作業回転速度に近づけるように該駆動源の回転速度Erを制御するとともに、予め設定されている又は駆動最低速度設定部142によって任意に設定された、駆動源13の目標最低回転速度Emと、該目標作業回転速度とに基づいて、最小の限界減速比Ramを求め、該最小の限界減速比を維持するように該減速比規制機構を制御する。
【選択図】図2

Description

本発明は、駆動源から作業部までの作業動力伝達系統にベルト式無段変速機が介在した作業機の、改良技術に関する。
作業機用ベルト式無段変速機は、駆動プーリに対する従動プーリの減速比を無段階に変更可能な変速機である。作業機の作業能率や作業の自由度を高める上で、作業状況に応じて、作業者が作業部の作業速度や走行部の走行速度を任意に調節できることが好ましい。
このような作業機には、例えばオーガ式除雪機がある。一般的なオーガ式除雪機は、動力源によって前進走行しつつ前部のオーガによって雪を掻き集め、掻き集めた雪をブロアによってシュータを介して遠くへ飛ばすことができる。オーガやブロアに加わる負荷、つまり除雪作業部の負荷は、雪の密度、除雪高さ、投雪距離などの種々の要因によって、逐次変化する。これに対し、駆動源から除雪作業部までの作業動力伝達系統に、ベルト式無段変速機を介在させた技術が、例えば特許文献1から知られている。
特許文献1で知られているベルト式無段変速機は、エンジンの出力軸に設けられた駆動プーリと、オーガ及びブロアの駆動軸に設けられた従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとの間に掛けられたVベルトと、このVベルトの中間に位置したテンションプーリとからなる。従動プーリは、駆動軸に設けられた固定シーブと、この固定シーブに対して軸方向に変位可能な可動シーブと、この可動シーブを固定シーブに向かって付勢するバネとからなる。テンションプーリは、Vベルトに対して進退するように、油圧シリンダによって駆動される。
作業者は、除雪する雪質に応じて操作部を任意に操作する。制御装置は、操作部の操作信号に従って油圧ポンプを駆動制御することにより、前記油圧シリンダのピストンを伸縮させる。ピストンが伸びることによって、テンションプーリがVベルトを押圧すると、このVベルトの張力は増大する。張力の増大に従って、固定シーブに対し可動シーブは軸長手方向へ離反する。ピストンが縮むことによって、テンションプーリによるVベルトの押圧力が低減すると、Vベルトの張力は減少する。張力の減少に従って、固定シーブに対し可動シーブは接近する。このように、固定シーブに対する可動シーブの変位量に従って、従動プーリの有効径が変化する。この結果、駆動プーリに対する従動プーリの減速比を無段階に変更することができる。
一般的なベルト式無段変速機の従動プーリには、周知のトルクカム機構が設けられている。このトルクカム機構は、Vベルトから可動シーブに伝わったトルクの一部をスラストに変換するものであり、例えば特許文献2から知られている。このトルクカム機構を、特許文献1で知られているベルト式無段変速機にも、設けることが好ましい。ベルト式無段変速機は、トルクカム機構を備えることによって、可動シーブの変位動作を円滑に行うことができる。
しかし、住宅が密集した地域では、隣の家の敷地に投雪が入らないように、慎重な操作が求められる。作業者は、シュータの投雪方向や投雪角度を頻繁に調節する必要があり、操作が面倒である。このように、オーガ式除雪機の除雪作業性を高めるには、更なる改良の余地がある。各種の作業機においても同様である。
また、このように、作業部の負荷が急増した場合には、減速比は一時的に増大する(低速レンジになる)。つまり、作業部の実際の作業回転速度は、一時的に低速になる。この結果、駆動源の負担を軽減することができる。一方、作業部の負荷が急減した場合には、減速比は一時的に減少する(高速レンジになる)。つまり、作業部の実際の作業回転速度は、一時的に高速になる。
減速比が小さいときには、駆動源からベルトによって可動シーブに伝わる駆動力は小さい。この減速比が小さい状態のときに、負荷が急増した場合には、固定シーブが設けられている従動軸に作用した負荷は、駆動源から可動シーブに伝わった駆動力を超え得る。この場合であっても、トルクカム機構による可動シーブのスライド変位を円滑に行うには、改良の余地がある。例えば、駆動源がエンジンによって構成されている場合に、作業部による作業を、より円滑に行うためには、エンジンストールの発生を防止できることが、より好ましい。
実公平5−040096号公報 特開平5−060192号公報
本発明は、ベルト式無段変速機を備えた作業機において、作業部の作業回転速度を任意に調節できるとともに、作業部による安定した作業を行うことができる技術を、提供することを課題とする。
本発明によれば、作業機はベルト式無段変速機を備える。このベルト式無段変速機は、駆動源から作業部までの作業動力伝達系統に介在している。このベルト式無段変速機の従動プーリは、固定シーブと、この固定シーブに対して軸方向に変位可能な可動シーブと、この可動シーブを前記固定シーブに向かって付勢する付勢部材と、前記可動シーブに作用した回転力の一部をベルトの側面を押圧するスラストに変換するトルクカム機構とを含んでいる。
この作業機は、前記作業部の目標作業回転速度を任意に設定する目標作業速度設定部と、前記作業部の実際の作業回転速度を検出する作業部速度センサと、駆動プーリに対する前記従動プーリの回転速度の最小の減速比を規制する減速比規制機構と、前記駆動源と前記減速比規制機構とを制御する制御部とを有する。
この制御部は、
(1)前記作業部速度センサによって検出された前記実際の作業回転速度を、前記目標作業回転速度に近づけるように、前記駆動源の回転速度を制御するとともに、
(2)予め設定されている又は駆動最低速度設定部によって任意に設定された、前記駆動源の目標最低回転速度と、前記作業部の前記目標作業回転速度とに基づいて、最小の限界減速比を求め、
(3)この求めた前記最小の限界減速比を維持するように、前記減速比規制機構を制御する構成であることを特徴とする。
このため、作業者は目標作業速度設定部を操作することによって、作業部の目標作業回転速度を任意に設定することができる。制御部は、駆動源の回転速度を制御することにより、作業部の実際の作業回転速度を目標作業回転速度に近づける。従って、作業部の作業回転速度を任意に且つ容易に調節することができるとともに、最適な作業状況とすることができる。
作業部の負荷は、作業状況に従って常に変動し得る。駆動プーリに対する従動プーリの減速比は、トルクカム機構と付勢部材の作用により、負荷の変動に従って変化する。例えば、作業部の負荷が急増した場合には、減速比は一時的に増大する(低速レンジになる)。つまり、作業部の実際の作業回転速度は、一時的に低速になる。この結果、駆動源の負担を軽減することができる。
一方、作業部の負荷が急減した場合には、減速比は一時的に減少する(高速レンジになる)。つまり、作業部の実際の作業回転速度は、一時的に高速になる。減速比が小さいときには、駆動源からベルトによって可動シーブに伝わる駆動力は小さい。この減速比が小さい状態のときに、負荷が急増した場合には、固定シーブが設けられている従動軸に作用した負荷は、駆動源から可動シーブに伝わった駆動力を超え得る。この場合であっても、トルクカム機構による可動シーブのスライド変位を円滑に行うには、改良の余地がある。例えば、駆動源がエンジンによって構成されている場合に、作業部による作業を、より円滑に行うためには、エンジンストールの発生を防止できることが、より好ましい。
これに対し、本発明では、制御部は、駆動源の目標最低回転速度と目標作業回転速度との両方に基づいて求められた、最小の限界減速比を維持するように、減速比規制機構を制御する。このため、減速比規制機構によって、駆動プーリに対する従動プーリの、最小の限界減速比を規制することができる。
つまり、駆動源の目標最低回転速度は、駆動源が安定して動作することが可能な、実質的に最低の速度に設定される。この目標最低回転速度の値は、変更しない限り、一定に維持される。この目標最低回転速度が一定であれば、最小の限界減速比は維持される。また、作業部の目標作業回転速度が一定であれば、最小の限界減速比の減少は制限される。駆動源の目標最低回転速度が一定であっても、目標作業回転速度を変えると、この目標作業回転速度の変化量に従って最小の限界減速比は変化する。
このように、最小の限界減速比は下がり過ぎないように規制される。作業部の負荷の急増に従って、駆動源の回転速度は一時的に低下し得る。例え、駆動源の回転速度が目標最低回転速度まで急減した場合であっても、固定シーブが設けられている従動軸に作用した負荷が、駆動源から可動シーブに伝わった駆動力を超えないようにすることができる。従って、トルクカム機構による可動シーブのスライド変位を円滑に行うことができる。
以上のように、作業部の実際の作業回転速度は、作業者によって調節された任意の目標作業回転速度に、近づく(合致を含む)ように制御されている。減速比は、最小の限界減速比から、トルクカム機構によって許容される最大減速比まで、負荷に応じて自動的に変位することが可能である。従って、作業部の負荷が急激に変動することに対する、対応が可能であり、作業部による安定した作業を行うことができる。しかも、目標作業速度設定部を操作するだけでよいので、作業部の回転速度を容易に操作することができる。
好ましくは、前記最小の限界減速比の特性は、前記駆動源の前記目標最低回転速度が小さくなるにつれて減少するとともに、前記目標作業回転速度が小さくなるにつれて増大する特性である。
このため、目標回転速度設定部の設定量が小さいとき、つまり作業部の目標作業回転速度が小さいときほど、減速比規制機構によって規制される最小の限界減速比は大きい。従って、例え、作業中に負荷が急減することによって、動力源の回転速度が急増した場合であっても、最小の限界減速比が大きいので、作業部の回転速度が急増しないように抑制することができる。
好ましくは、前記減速比規制機構は、前記固定シーブに対する前記可動シーブの、軸方向への離反可能な許容範囲を調節するように変位可能な規制調節部材と、この規制調節部材を駆動する規制駆動部を有し、前記制御部は、前記減速比規制機構のなかの前記規制駆動部を制御する構成である。
このため、制御部によって規制駆動部を制御することにより、この規制駆動部によって規制調節部材を変位させることができる。この規制調節部材は、規制駆動部とは別個に構成することができる。従って、ベルト式無段変速機のなかの、空きスペースに規制駆動部を配置できるので、配置の自由度を、より高めることができる。しかも、固定シーブに対する可動シーブの軸方向への離反可能な許容範囲を、容易に且つ正確に調節することができるように、規制調節部材を配置することができる。
好ましくは、手動式のモード切替スイッチと、前記駆動源の回転速度を手動操作する駆動源操作部材とを、更に有する。前記制御部は、前記モード切替スイッチによって切り替え可能に、予め設定されている複数の制御モードに基づいて、前記駆動源と前記作業部と前記減速比規制機構とを制御する構成である。前記複数の制御モードには、第1の制御モードと第2の制御モードとを含む。前記第1の制御モードは、前記目標作業速度設定部の設定によって前記駆動源と前記作業部と前記減速比規制機構とを制御する。前記第2の制御モードは、前記駆動源操作部材の操作量に従って、前記駆動源の回転速度を制御する。
このように、制御部はモード切替スイッチによって切り替えた各制御モードに基づいて、駆動源と作業部と減速比規制機構とを制御する。このため、作業者は、作業の熟練度や作業状況に応じて、複数の制御モードを任意に選択することにより、好みに応じた作業内容にすることができる。
本発明では、作業者が目標作業速度設定部を操作することによって、作業部の作業回転速度を任意に調節できるとともに、作業部による安定した作業を行うことができる。
本発明に係る作業機用ベルト式無段変速機を搭載した作業機の側面図である。 図1に示される駆動源と作業部と作業動力伝達系統の模式図である。 図2に示される従動プーリと減速比規制機構の断面図である。 図3に示されるトルクカム機構を備えた従動プーリの側面図である。 図2に示される従動プーリと減速比規制機構の外面図である。 図5に示される従動プーリとスイングアームを従動軸の軸端方向から見た図である。 図6に示されるとスイングアームとカバーとスイング角検出センサとリンク機構の分解図である。 図5に示される可動シーブが減速比規制機構によって最大限規制されている状態の作用図である。 図1に示される操作部を後上方から見た斜視図である。 図2に示される制御部の制御フローチャートである。 図10に示されるオートモード時の駆動部の目標回転速度制御を実行するサブルーチンの制御フローチャートである。 図10に示される減速比下限制御処理を実行するサブルーチンの制御フローチャートである。 図12に示されるステップS206で最小の限界減速比を求めるマップである。
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
実施例に係る作業機用ベルト式無段変速機について、図面に基づき説明する。作業機用ベルト式無段変速機を搭載した作業機は、例えば歩行型オーガ除雪機によって構成される。なお、作業機は、歩行型オーガ除雪機に限定されるものではない。「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は作業者から見た方向に従い、Frは前側、Rrは後側、Leは左側、Riは右側を示す。
図1に示されるように、作業機10は、作業機10全体の機体を構成する走行フレーム11と、この走行フレーム11に備えた左右の走行装置12と、この走行フレーム11に一体的に取り付けられた駆動源13及び作業部14とを含む、自走式のオーガ除雪機(ロータリ除雪機ともいう)である。
走行フレーム11の後部には、後上方へ延びた左右の操作ハンドル17が一体的に取り付けられている。左右の操作ハンドル17の先端には、左右のグリップ18が取り付けられている。作業者は、作業機10に連れて歩行しながら、操作ハンドル17によって作業機10を操縦することができる。
左右の走行装置12は、左右の電動モータ21、左右のクローラベルト22、後部に配置された左右の駆動輪23、及び、前部に配置された左右の転動輪24からなる、クローラ式走行装置である。左右の電動モータ21の駆動力により、左右の駆動輪23を介して左右のクローラベルト22を駆動することができる。
図1及び図2に示されるように、駆動源13は、例えばエンジンによって構成される。以下、この駆動源13のことを、適宜「エンジン13」と言い換える。エンジン13は、作業動力伝達系統31を介して作業部14を駆動するとともに発電機32を回し、得た電力をバッテリ33に供給するとともに、左右の電動モータ21や他の電装品に供給する。この左右の電動モータ21は、発電機32が発生した電力やバッテリ33の電力によって駆動する。
図2に示されるように、エンジン13の回転速度Erは、エンジン速度センサ41(駆動源速度センサ41)によって検出される。このエンジン13は、電子式ガバナ42によって制御されている。この電子式ガバナ42(電気式ガバナ42とも言う。)は、制御部43の制御信号によって制御モータ44を制御することにより、この制御モータ44によってスロットル弁45を開閉制御するものである。このスロットル弁45の開度は、開度センサ46によって検出される。
作業機10の制御系統は、制御部43を中心に集約されたものである。制御部43はメモリ43aを内蔵し、このメモリ43aに記憶されている各種の情報を適宜読み出して制御する構成である。
作業部14は、オーガハウジング51と、このオーガハウジング51の背面に一体に設けられたブロアケース52と、オーガハウジング51の中に備えたオーガ53と、ブロアケース52の中に備えたブロア54と、ブロアケース52の上部から上方へ延びたシュータ55とからなる。
シュータ55は、オーガ53によって掻き集められた雪を、ブロア54によって除雪機10から離れた位置へ飛ばすときの、いわゆる投雪部である。このシュータ55の基端部は投雪方向、つまり投雪する方位を調節するように、ブロアケース52に略水平に回転可能に取り付けられている。このため、シュータ55は、走行装置12(図1参照)が接地している接地面Gr(図1参照)に対して、略平行に回転可能である。このシュータ55は、シュータ駆動モータ56によって駆動される。
シュータ55の上端部には、シュータガイド57が設けられている。このシュータガイド57は、上下方向の投雪角度を調節するように、シュータ55の上端部に対して上下スイング可能に取り付けられている。このシュータガイド57は、ガイド駆動モータ58によってスイング駆動される。
図1に示されるように、作業機10(除雪機10)は、左右の走行装置12によって前進走行しつつ、前部のオーガ53によって雪を掻き集め、掻き集めた雪をブロア54によってシュータ55を介して遠くへ飛ばすことができる。
図2に示されるように、駆動源13から作業部14までの作業動力伝達系統31は、駆動源13の出力軸13aに連結された電磁クラッチ61と、オーガ53とブロア54とに連結された回転軸62と、この電磁クラッチ61と回転軸62との間に介在した作業機用ベルト式無段変速機63とからなる。
作業機用ベルト式無段変速機63(以下、「ベルト式無段変速機63」と言う)は、駆動軸71に連結された駆動プーリ72と、従動軸73に連結された従動プーリ74と、駆動プーリ72と従動プーリ74との間に掛けられたVベルト75とを含み、駆動プーリ72に対する従動プーリ74の減速比を無段階に変更可能である。
駆動軸71は、電磁クラッチ61に連結されている。電磁クラッチ61がオフ(off)状態のときには、駆動軸71は駆動源13の出力軸13aに対して解放されている。電磁クラッチ61がオン(on)状態のときには、駆動軸71は駆動源13の出力軸13aに対して連結される。以下、電磁クラッチ61のことを、適宜「オーガクラッチ61」又は「作業部用クラッチ61」といいかえる。
駆動プーリ72は、駆動軸71に取り付けられた固定シーブ72aと、この固定シーブ72aに対して軸方向に変位可能な可動シーブ72bと、この可動シーブ72bを固定シーブ72aに向かって付勢するコイルばね72c(駆動側コイルばね72c)とを含む。可動シーブ72bは、固定シーブ72aに対して相対回転可能であって、且つ固定シーブ72aに対して駆動軸71の軸方向に変位可能に、この駆動軸71に支持されている。駆動軸71及び駆動プーリ72の回転速度は、エンジン13の回転速度Erと同じである。
従動軸73は、回転軸62と同心上に位置するとともに、この回転軸62の一端に連結されている。作業部14は、回転軸62を介して従動軸73に連結されている。つまり、オーガ53は、ウォームギヤ式減速機構64を介して回転軸62に連結されている。ブロア54は、回転軸62に連結されている。作業部14(特にブロア54)の作業回転速度Brは、従動軸73の回転速度Brと同じである。従動軸73の回転速度Brは、作業部速度センサ76によって検出される。このため、作業部14の作業回転速度Br、つまりブロア54の作業回転速度Brは、実質的に作業部速度センサ76によって検出されることになる。以下、作業回転速度Brのことを、適宜「回転速度Br」と言い換える。
図3に示されるように、従動プーリ74は、従動軸73に取り付けられた固定シーブ81と、この固定シーブ81に対して軸方向に変位可能な可動シーブ82と、この可動シーブ82を固定シーブ81に向かって付勢するコイルばね83(従動側コイルばね83)と、可動シーブ82に作用した回転力の一部をVベルト75の側面を押圧するスラストに変換するトルクカム機構84とを含む。
詳しく述べると、固定シーブ81は、従動軸73に支持される管状の固定側ボス部86と、この固定側ボス部86に設けられた略円盤状の固定側シーブ盤87とからなる。固定側ボス部86と固定側シーブ盤87とは、一体品又は別体品である。従動軸73は、管状の固定側ボス部86の貫通孔に嵌合している。固定側ボス部86は、従動軸73に対する相対回転と軸方向への相対移動が、共に規制されている。
可動シーブ82は、固定側ボス部86に支持される管状の可動側ボス部88と、この可動側ボス部88に設けられた略円盤状の可動側シーブ盤89とからなる。可動側ボス部88と可動側シーブ盤89とは、一体品又は別体品である。固定側ボス部86は、管状の可動側ボス部88の貫通孔に嵌合している。可動側ボス部88は、固定側ボス部86に対して、相対回転可能且つ軸方向に変位可能であるものの、トルクカム機構84によって変位を規制されている。
コイルばね83は、圧縮コイルばねによって構成されている。このコイルばね83のコイル中心は、従動プーリ74の回転中心線CLに対して同心に位置する。
図3及び図4に示されるように、トルクカム機構84は、固定側ボス部86から径外方へ突出した1つ又は複数のピン84aと、可動側ボス部88に形成された1つ又は複数のカム溝84bとからなる。このピン84aは、カム溝84bに嵌合されている。このカム溝84bは、可動側ボス部88を径方向に貫通した長孔状に形成されることが好ましく、且つ従動軸73の軸方向に傾斜している(螺旋状に形成されている)。
図2も参照すると、エンジン13がベルト式無段変速機63を介して作業部14を駆動するときに、この作業部14の負荷の大きさに応じた反力が、トルクカム機構84に作用する。このため、カム溝84bはピン84aに案内されて、回転しつつ軸方向にスライド変位する。つまり、エンジン13から可動シーブ82へ作用した回転力の一部は、トルクカム機構84によって、Vベルト75の側面を押圧するスラストfs1に変換される。このスラストfs1と、従動側コイルばね83が可動シーブ82を付勢する付勢力fs2との、総和はΣfs(総スラストΣfs)である。この総スラストΣfsと、Vベルト75によって可動シーブ82のベルト接触面を押し開こうとする力fs3とが、バランスすることによって、従動プーリ74のベルト有効径Diが決まる。このように、Σfsとfs3とがバランスしながら、駆動プーリ72の回転速度Erに対する従動プーリ74の回転速度Brの減速比Ra、つまり「Ra=Br/Er」が自動的に無段階に変更される。
図2及び図3に示されるように、ベルト式無段変速機63は、駆動プーリ72の回転速度Erに対する従動プーリ74の回転速度Brの、減速比Raの可変範囲のなかの、最小の限界減速比を規制する減速比規制機構90を有する。
図3及び図5に示されるように、この減速比規制機構90は、スイングアーム91と規制駆動部110とを有する。スイングアーム91(規制調節部材91)は、固定シーブ81に対する可動シーブ82の、軸方向への離反可能な許容範囲を調節するように、変位可能な構成である。
スイングアーム91は、可動シーブ82に対し固定シーブ81とは反対側に位置している。このため、固定シーブ81に対する可動シーブ82の最大離反変位が可能な範囲を調整するのに、最も適した位置に規制調節部材91を配置することができる。
さらに、このスイングアーム91は、従動プーリ74の回転中心線CLに対して交差する方向に延びた、細長い部材であって、スイング基端部92とスイング先端部93と一対のスイング中間部94,94とからなる。
スイング基端部92は、スイングアーム91の一端部であって、従動プーリ74の回転中心線CLに沿う方向にスイング可能に、ブラケット95に支持されている。このブラケット95は、走行フレーム11に取り付けられている。スイング先端部93は、スイングアーム91のなかの、スイング基端部92とは反対側の端部である。一対のスイング中間部94,94は、スイングアーム91のなかの、スイング基端部92とスイング先端部93との間に構成されている。この一対のスイング中間部94,94は、コイルばね83の径外方の両側に分かれて位置しており、固定シーブ81に対する可動シーブ82の、軸方向への離反可能な許容範囲を調節する部分である。
より詳しく述べると、図6及び図7に示されるように、スイングアーム91は帯板の折り曲げ成形品であり、従動軸73の軸方向から見て、板面同士が向かい合った略U字状(フォーク状)に形成されている。
スイング基端部92は、U字の開口端の部分に相当する。つまり、スイング基端部92は、互いに離間した一対の基端片92a,92aによって構成されており、ブラケット95に支持軸96によってスイング可能に支持されている。スイング先端部93は、U字の底部に相当する。一対のスイング中間部94,94は、U字の中間部に相当する。つまり、一対のスイング中間部94,94は、互いに離間し、従動側コイルばね83(図3参照)を径方向の両側から挟むように位置している。一対の基端片92a,92aの間隔は、一対のスイング中間部94,94の間隔よりも小さく設定されている。
図3に示されるように、可動シーブ82は、一対のスイング中間部94,94に向かい合う側部82aに、転がり軸受97を有する。この転がり軸受97は、単列ボールベアリングによって構成されている。転がり軸受97の内輪97aは、従動プーリ74の回転中心線CLに対して同心に位置するとともに、可動シーブ82に設けられている。より具体的には、可動シーブ82の側部82aに環状の内輪支持部98が取り付けられている。この内輪支持部98の外周面が、内輪97aに嵌合されている。この結果、内輪97aは、内輪支持部98に支持されるとともに、可動シーブ82の側部82aに取り付けられている。内輪支持部98の内径は、コイルばね83のコイル外径よりも大きい。
さらに、転がり軸受97の外輪97bは、この外輪97bと共に回転可能な環状のカバー99によって覆われている。図5〜図7も参照すると、カバー99は、可動シーブ82に対して反対側の側面99aから、スイングアーム91へ向かって延びた回り止めバー99bを有する。この回り止めバー99bは、一対のスイング中間部94,94間に嵌合している。このため、カバー99の回転は、スイングアーム91によって規制される。
互いに向かい合う、カバー99の側面99aと一対のスイング中間部94,94の側面94a,94aとの、いずれか一方は、他方へ向かって突出した一対の突部101,101を有する。この一対の突部101,101は、例えば、カバー99の側面99aに一体に形成されている。この一対の突部101,101は、一対のスイング中間部94,94がカバー99側へ変位したときに、このカバー99を介して転がり軸受97の外輪97bの側面を押圧可能に位置している。
このため、回転中の可動シーブ82に対し、一対のスイング中間部94,94は転がり軸受97を介して間接的に接触する。回転中の可動シーブ82に対する、一対のスイング中間部94,94の接触抵抗を低減することができる。しかも、一対のスイング中間部94,94が変位したときに、突部101,101はカバー99を介して転がり軸受97の外輪97bの側面を押圧する。変位した一対のスイング中間部94,94が、カバー99を介して転がり軸受97の外輪97bの側面を押圧する場合に比べて、回転中の可動シーブ82に対する、一対のスイング中間部94,94の接触抵抗を、より低減することができる。
図5〜図7に示されるように、減速比規制機構90は、スイングアーム91のスイング角α(図5参照)を検出するスイング角検出センサ103を有する。このスイング角検出センサ103は、回転式ポテンショメータによって構成されており、走行フレーム11に取り付けられている。スイング角検出センサ103の回転軸103aは、スイングアーム91のスイング基端部92を支持する支持軸96に対して平行である。このスイング角検出センサ103は、スイングアーム91のなかのスイング先端部93又はこのスイング先端部93の近傍に、リンク機構104によって連結されている。このため、スイングアーム91のスイング角αを、リンク機構104を介してスイング角検出センサ103によって検出することができる。
このリンク機構104は、スイング角検出センサ103の回転軸103aの軸方向から見て、V字状リンクの構成であって、第1リンクピン105と第2リンクピン106と第1リンクバー107と第2リンクバー108とからなる。第1及び第2リンクピン105,106は、スイング角検出センサ103の回転軸103aに対して平行である。
第1リンクピン105は、スイング先端部93又はこのスイング先端部93の近傍に取り付けられている。第2リンクバー108の一端部には、この第2リンクバー108の長手方向に細長い長孔108aが形成されている。第1リンクバー107は、一端部を第1リンクピン105にスイング可能に取り付けられ、他端部を第2リンクピン106を介して第2リンクバー108の長孔108aに相対回転可能に連結されている。第2リンクバー108の他端部は、スイング角検出センサ103の回転軸103aに相対回転を規制されて取り付けられている。
スイングアーム91のなかの、スイング先端部93のスイング変位量は、他の部位92,94のスイング変位量よりも大きい。リンク機構104の一端部(第1リンクピン105)は、スイング変位量が大きいスイング先端部93又はこのスイング先端部93の近傍に連結されている。このため、スイングアーム91のスイング角αを、スイング角検出センサ103によって正確に検出することができる。さらには、スイングアーム91のなかの、スイング基端部92から遠いスイング先端部93又はこのスイング先端部93の近傍に、リンク機構104を有しているので、スイング角検出センサ103の配置の自由度を高めることができる。
図5〜図7に示されるように、前記規制駆動部110は、スイングアーム91のスイング先端部93を無段階にスイング駆動するものであり、ブラケット111によって走行フレーム11に取り付けられている。この規制駆動部110は、電動モータ112とウォームギヤ機構113と駆動力出力部114とを含む。ウォームギヤ機構113は、電動モータ112によって駆動されるウォーム115と、このウォーム115に噛み合うウォームホイール116とからなる。ウォームホイール116は、第1伝動軸117に取り付けられている。駆動力出力部114は、ウォームホイール116によって駆動される。
このため、スイングアーム91側から電動モータ112を逆転させないように、ウォームギヤ機構113に逆転防止機能(セルフロック)をもたせることができる。従って、可動シーブ82の軸方向への反力により、スイングアーム91が変位しないように、確実に規制することができる。
駆動力出力部114は、入力側のピニオン121と出力側のギヤ122とを含む。ピニオン121は、第1伝動軸117に取り付けられている。ギヤ122は、第2伝動軸123に取り付けられている。スイングアーム91のスイング先端部93は、駆動力出力部114に連結ロッド124によって連結されている。このため、ベルト式無段変速機63のなかの、空きスペースに規制駆動部110を配置できるので、配置の自由度を、より高めることができる。
詳しくは、連結ロッド124の一端部124aは、スイング先端部93にボールジョイント125によって連結されている。連結ロッド124の他端部124bは、ギヤ122にボールジョイント126によって連結されている。ギヤ122に対する連結ロッド124の他端部124bの連結位置は、第2伝動軸123から径外方にオフセットしている。
図1及び図9に示されるように、左右の操作ハンドル17間には、バッテリ33と制御部43と操作部130とが配置されている。操作部130は、左右の操作ハンドル17,17の間に設けられた操作ボックス131と、左右のグリップ18,18の近傍に位置して左右の操作ハンドル17,17に取り付けられた左右の旋回操作レバー132,132と、左のグリップ18の近傍に位置して左の操作ハンドル17に取り付けられた走行準備レバー133とからなる。
制御部43は、作業者が走行準備レバー133を握ってグリップ18側に下げているという条件下のときだけ、走行装置12と作業部14の駆動を許可する。また、制御部43は、作業者が左又は右の旋回操作レバー132,132を握っているときに、握っている方へ作業機10を旋回するように、左右の走行装置12,12を制御する。
図2及び図9に示されるように、操作ボックス131は、メインスイッチ141、スロットルレバー142、方向速度レバー143、オーガハウジング姿勢操作レバー144、シュータ操作レバー145、オーガスイッチ146、目標作業速度設定部147、及びモード切替スイッチ148を備えている。
メインスイッチ141は、電気系統をオンにするとともに、エンジン13を始動させることができる手動スイッチであり、例えばロータリスイッチ(キースイッチを含む)によって構成される。
スロットルレバー142は、エンジン13の回転速度を制御するための操作部材である。つまり、スロットルレバー142は、電子式ガバナ42の制御モータ44を制御することによって、スロットル弁45の開度を制御するための操作部材であり、作業者の手によって、矢印のように前後方向へ往復させることができ、ポテンショメータ(図示せず)によってポジションに応じた電圧信号を発する。制御部43は、スロットルレバー142の操作量の信号と開度センサ46の開度信号とに従い、制御モータ44を駆動制御することによって、スロットル弁45の開度を制御する。スロットルレバー142を後方へ倒せばスロットル弁45を全閉まで閉じることができる。スロットルレバー142を前方へ倒せばスロットル弁45を全開まで開けることができる。この結果、エンジン13の回転速度Erを調節することができる。
このように、スロットルレバー142は、エンジン13(駆動源13)の目標とする目標最低回転速度(例えば、エンジン13のアイドリング速度又はこれより若干高速の値)を任意に設定することが可能な、駆動最低速度設定部である。また、このスロットルレバー142は、エンジン13の回転速度Erを手動操作することが可能な、駆動源操作部材でもある。以下、スロットルレバー142のことを適宜「駆動最低速度設定部142」又は「駆動源操作部材142」と言い換える。
方向速度レバー143は、左右の電動モータ21(図1参照)の回転を制御するための操作部材であり、作業者の手によって、起立した中立位置から矢印のように前後に往復操作することができる。方向速度レバー143を、中立位置から前進側(前方)へ倒せば、図1に示される作業機10を前進させることができ、且つ、前進側へ倒すほど高速前進となるように、速度制御も行える。同様に、方向速度レバー143を、中立位置から後進側(後方)へ倒せば、作業機10を後進させることができ、且つ後進側へ倒すほど高速後進となるように、速度制御も行える。
オーガハウジング姿勢操作レバー144は、オーガハウジング51の姿勢を変えるための操作部材であり、作業者の手によって、中立位置から矢印のように前後左右に往復操作することができる。
シュータ操作レバー145は、シュータ55及びシュータガイド57の向きを変えるための操作部材であり、作業者の手によって、中立位置から矢印のように前後左右に往復操作することができる。制御部43は、シュータ操作レバー145の操作方向と操作量の各信号に従い、シュータ駆動モータ56とガイド駆動モータ58とを駆動制御することによって、シュータ55とシュータガイド57の各向きを調節する。
オーガスイッチ146(「クラッチ操作スイッチ146」とも言う)は、電磁クラッチ61をオン、オフ切替えする手動スイッチであり、例えば押し釦スイッチからなる。オーガスイッチ146がオンのときに、電磁クラッチ61はオンになる。オーガスイッチ146がオフのときに、電磁クラッチ61はオフになる。
つまり、制御部43は、走行準備レバー133を握るとともに、オーガスイッチ146をオン操作することにより、電磁クラッチ61を接続(オン)して、エンジン13の動力によってオーガ53及びブロア54を回転させることができる。走行準備レバー133をフリーにするか、又は、オーガスイッチ146をオフ操作することにより、電磁クラッチ61を断(オフ)状態にすることができる。
目標作業速度設定部147は、作業部14の目標作業回転速度を任意に設定する操作部材であって、操作レバーによって構成されている。この目標作業速度設定部147は、作業者の手によって、矢印のように前後方向へ往復させることができ、ポテンショメータ(図示せず)によってポジションに応じた電圧信号、つまり目標作業回転速度の信号を発する。
上述のように、作業部14の目標作業回転速度は、目標作業速度設定部147によってされる。シュータ55からの投雪距離は、作業部14のなかの、ブロア54の回転速度によって決まる。目標作業速度設定部147によって作業部14の目標作業回転速度、つまり回転軸62及びブロア54の目標作業回転速度を設定することにより、シュータ55からの投雪距離を調節することができる。以下、目標作業速度設定部147のことを、適宜「投雪距離レバー147」と言い換えることにする。
制御部43は、エンジン13(駆動源13)と減速比規制機構90とを制御する。この制御部43は、作業部速度センサ76によって検出された作業部14の実際の作業回転速度Br(特にブロア54の実際の作業回転速度Br)を、目標作業速度設定部147によって設定された目標作業回転速度に近づけるように、エンジン13の回転速度Erを制御する構成である。
さらに、制御部43は、予め設定されている又はスロットルレバー142(駆動最低速度設定部142)によって任意に設定された、エンジン13の目標最低回転速度と、目標作業速度設定部147によって設定された作業部14の目標作業回転速度とに基づいて、最小の限界減速比を求め、この求められた最小の限界減速比を維持するように、減速比規制機構90を制御する構成である。より具体的には、制御部43は、減速比規制機構90のなかの規制駆動部110、つまり電動モータ112を制御する。
モード切替スイッチ148は、制御部43における走行制御モードを切り替える手動式切替スイッチであり、例えばロータリスイッチからなる。このモード切替スイッチ148のノブ148aを図反時計回りに回すことによって、第1制御位置P1と第2制御位置P2と第3制御位置P3とに切り替えることができる。これらの各位置P1,P2,P3に切り替えたときに、モード切替スイッチ148はそれぞれ対応するスイッチ信号を発する。なお、各位置P1,P2,P3の配列は任意である。
第1制御位置P1は、制御部43に「第1の制御モード」で制御をさせるためのスイッチ位置である。第2制御位置P2は、制御部43に「第2の制御モード」で制御をさせるためのスイッチ位置である。第3制御位置P3は、制御部43に「第3の制御モード」で制御をさせるためのスイッチ位置である。
制御部43は、モード切替スイッチ148によって切り替え可能に、予め設定されている複数の制御モードに基づいて、エンジン13と作業部14と減速比規制機構90とを制御する構成である。前記複数の制御モードには、第1の制御モードと第2制御モードと第3制御モードとを含む。
第1の制御モードは、上述のように、目標作業速度設定部147の設定によって、エンジン13(駆動源13)と作業部14と減速比規制機構90とを制御するオートモードである。つまり、第1の制御モードは、
(1)作業部速度センサ76によって検出された作業部14の実際の作業回転速度Brを、目標作業速度設定部147によって設定された目標作業回転速度に近づけるように、エンジン13の回転速度Erを制御するとともに、
(2)予め設定されている又はスロットルレバー142(駆動最低速度設定部142)によって任意に設定された「エンジン13の目標最低回転速度」と、目標作業速度設定部147によって設定された作業部14の「目標作業回転速度」とに基づいて、最小の限界減速比を求め、この求められた最小の限界減速比を維持するように、減速比規制機構90を制御するオートモードである。
作業を迅速に効率良く行いたい作業者や、作業にある程度慣れている中級作業者は、第1の制御モードを選択すればよい。
第2制御モードは、エンジン13の回転速度Erを手動操作するスロットルレバー142(駆動源操作部材142)の操作量に従って、エンジン13の回転速度Erを制御するモードである。この第2制御モードでは、目標作業速度設定部147の設定信号は無視される。つまり、第2の制御モードは、エンジン13の回転速度Erを基に手動操作にて制御する、手動モードである。第2の制御モードは、エンジン13の回転速度Erによる負荷制御のみを行うものであり、作業者にとって、負荷のきっかけが判ればよい場合に、用いることができる。制御部43の介入が少ないので、作業者の意志を十分に反映することができる。作業に慣れている上級作業者は、第2の制御モードを選択すればよい。
第3制御モードは、スロットル弁45の開度の増加量に対して、走行装置12(図1参照)の走行速度を大きく減少させるように制御するモードである。作業に不慣れな初心者は、第3の制御モードを選択すればよい。
このように、制御部43はモード切替スイッチ148によって切り替えた各制御モードに基づいて、走行装置12と駆動源13と作業部14と減速比規制機構90とを制御する。このため、作業者は、作業の熟練度や作業状況に応じて、複数の制御モードを任意に選択することによって、好みに応じた作業内容にすることができる。
次に、上記構成の従動プーリ74及び減速比規制機構90の作用を説明する。図5は、可動シーブ82が減速比規制機構90によって全く規制されていない状態を示している。この状態でのスイングアーム91は、可動シーブ82の側面99aから最大限に離れて傾くとともに、停止している。つまり、スイングアーム91のスイング先端部93は、可動シーブ82の側面99aから最も離れている。このときのスイングアーム91の傾き位置A1を「最も離反した位置A1」という。一対のスイング中間部94,94の側面94a,94aは、突部101から若干離れている。可動シーブ82は、固定シーブ81に対して最も離反した位置にある。
その後、電動モータ112は正転することにより、ウォームギヤ機構113と駆動力出力部114とを介して、連結ロッド124を可動シーブ82側へ向かって前進させる。前進した連結ロッド124は、スイングアーム91を可動シーブ82側へ向かってスイングさせる。この結果は図8に示される。
図8は、可動シーブ82が減速比規制機構90によって最大限に規制されている状態を示している。この状態で、電動モータ112は停止する。このため、一対のスイング中間部94,94は突部101を押しているとともに、停止している。スイングアーム91のスイング先端部93は、可動シーブ82の側面99aに最も接近している。このときのスイングアーム91の傾き位置A2を「最も接近した位置A2」という。最も離反した位置A1から最も接近した位置A2までの、スイングアーム91のスイング角αは最大となる。可動シーブ82は、固定シーブ81に対して最も接近した位置、例えばシーブ81,82同士が近接又は接触した位置にある。
その後、電動モータ112は逆転することにより、ウォームギヤ機構113と駆動力出力部114とを介して、連結ロッド124を可動シーブ82から離れる方向へ後退させる。後退した連結ロッド124は、スイングアーム91を可動シーブ82から離れる方向へスイングさせる。この結果は図5に示される。
このように、可動シーブ82は、固定シーブ81に対して最も接近した位置(図8参照)から、スイングアーム91によって規制された最大の離反位置(図5参照)までの、許容範囲のみ(低速域でのみ)変位可能である。つまり、スイングアーム91のスイング変位量を調整することによって、従動プーリ74の高速域の回転を適宜規制することができる。図2に示されるように、駆動プーリ72の回転速度Erに対する従動プーリ74の回転速度Brの、「最小の減速比」を、スイングアーム91によって規制することができる。
図2も参照しつつ言い換えると、従動プーリ74の低速域の範囲でのみ、作業部14(図2参照)の負荷の増減に従って、可動シーブ82は固定シーブ81に対し接近、離反するように変位する。前記低速域では、作業部14の負荷の増減に従い、コイルばね83とトルクカム機構84の作用によって、駆動プーリ72の回転速度Erに対する従動プーリ74の回転速度Brの、減速比Raを自動的に変化させることができる。この結果、作業機10の作業状況に応じて、作業部14の高速域の回転を、適宜規制することができる。
作業部14の負荷が急激に減少したときには、トルクカム機構84の作用によって、可動シーブ82は固定シーブ81から一時的に離反しようとする。つまり、作業部14の回転速度Brは一時的に高速になろうとする。これに対し、本実施例では、従動プーリ74の高速域の回転をスイングアーム91によって規制することができる。このため、従動プーリ74の急激な高速域の回転が規制される。ベルト式無段変速機63を備えた作業機10の作業性を、より高めることができる。
つまり、作業部14の除雪負荷が急減した場合であっても、ブロア54の急激な高速域の回転が規制される。このため、シュータ55からの投雪距離が急激にのびることはない。作業機10(オーガ式除雪機10)から投雪する投雪場所が狭い場合や、住宅が密集した地域において除雪作業をする場合に、作業者は、シュータ55の投雪方向や投雪角度を頻繁に調節する必要がなく、除雪作業性がより高まる。
次に、制御部43(図2参照)をマイクロコンピュータによって構成した場合の制御フローについて、図10〜図12に基づき説明する。この制御フローは、例えばメインスイッチ141をオンにしたときに制御を開始し、メインスイッチ141をオフにしたときに制御を終了する。エンジン13は、メインスイッチ141のオンによって始動するとともに、メインスイッチ141のオフによって停止する。
なお、図10〜図12に示される制御フローチャートでは、作業機10の制御のなかのエンジン13(駆動源13)と減速比規制機構90の制御に関するステップのみを説明し、他の制御に関するステップについては省略する。以下、図1及び図2を参照しつつ説明する。
図10は、本発明に係る制御部43の制御フローチャートである。制御部43は制御を開始すると、先ずステップS11ではオーガクラッチ61の作動信号を読み込む。次に、オーガクラッチ61がオンであるか否かを判断する(ステップS12)。ここで、オーガクラッチ61がオン(on)の場合には、作業部14が作動しているのでステップS13に進む。
ステップS13では、ブロア54の実際の作業回転速度Brを検出する。この作業回転速度Brは、作業部速度センサ76によって検出する。次に、ブロア54の実際の作業回転速度Brが、予め設定されている基準最低速度Bminよりも高速であるか否かを判断する(ステップS14)。この基準最低速度Bminは、作業部14が無負荷状態のときの回転速度に設定される。ここで、実際の作業回転速度Brが基準最低速度Bminよりも高速である(Br>Bmin)場合には、ステップS15に進む。
ステップS15では、モード切替スイッチ148のスイッチ信号を読み込む。次に、モード切替スイッチ148のスイッチ信号に基づき、制御モードがオートモードであるか否かを判断する(ステップS16)。図9に示されるモード切替スイッチ148のノブ148aが、第1制御位置P1にある場合には、オートモード(第1の制御モード)であり、ステップS17に進む。
ステップS17では、オートモード時のエンジン13の目標回転速度制御処理を実行する。このステップS17のオートモード時のエンジン13の目標回転速度制御処理を実行するための具体的な制御フローについては、図11によって説明する。次に、ステップS18では、減速比下限制御処理を実行する。このステップS18の減速比下限制御処理を実行するための具体的な制御フローについては、図12によって説明する。
次に、制御部43は、この制御フローを停止するか否かを判断する(ステップS19)。ここで、メインスイッチ141がオン(on)の場合には、制御を継続すると判断してステップS11に戻る。メインスイッチ141がオフ(off)の場合には、制御を停止すると判断して、一連の制御を終了する。
一方、前記ステップS16において、オートモード(第1の制御モード)ではないと判断した場合には、ステップS20に進む。図9に示されるモード切替スイッチ148のノブ148aが、第2制御位置P2又は第3制御位置P3にある場合には、オートモードではない。
ステップS20では、スロットルレバー142の操作量Sopを読み込む。より具体的には、スロットルレバー142に連動するポテンショメータ(図示せず)は、スロットルレバー142のポジション、つまり操作量Sopに応じた電圧信号を発する。この電圧信号を読み込むことによって、操作量Sopを得ることができる。
次に、この操作量Sopからエンジン13の目標回転速度Esを求める(ステップS21)。この目標回転速度Esの値は、例えばマップ又は演算によって求めることができる。このマップは、操作量Sopと目標回転速度Esとの相関関係の特性、つまり実質的に比例関係となる特性を有する。
次に、エンジン13の実際の回転速度Erを検出する(ステップS22)。この回転速度Erは、エンジン速度センサ41によって検出する。次に、実際の回転速度Erが目標回転速度Esに合致するように、エンジン回転速度制御を実行し(ステップS23)、その後に、ステップS18に進む。ステップS23では、制御モータ44を駆動制御することによって、スロットル弁45の開度を制御する。
ところで、前記ステップS12において、オーガクラッチ61がオフ(Off)の場合には、作業部14が停止することによって、エンジン13が無負荷状態なのでステップS24に進む。また、前記ステップS14において、実際の作業回転速度Brが基準最低速度Bmin以下である(Br≦Bmin)場合には、作業部14が無負荷状態なのでステップS24に進む。このステップS24では、エンジン13の目標回転速度Esをアイドリング速度(無負荷状態の最低限の回転速度)に設定する。
次に、エンジン13の実際の回転速度Erを検出する(ステップS25)。この回転速度Erは、エンジン速度センサ41によって検出する。次に、実際の回転速度Erが目標回転速度Esに合致するように、エンジン回転速度制御を実行し(ステップS26)、その後に、ステップS18に進む。ステップS26では、例えば制御モータ44を駆動制御することによって、スロットル弁45の開度を制御する。
次に、上記図10に示されるステップS17のオートモード時のエンジン13の目標回転速度制御処理を実行するための具体的な制御フローについて説明する。図11は、制御部43が上記図10に示されるステップS17の「オートモード時のエンジン13の目標回転速度制御」を実行するためのサブルーチンである。
制御部43は、先ずステップS101では、投雪距離レバー147(目標作業速度設定部147)の操作量Sdを読み込む。より具体的には、投雪距離レバー147のポジション、つまり操作量Sdに応じた電圧信号を発する。この電圧信号を読み込むことによって、操作量Sdを得ることができる。
次のステップS102では、投雪距離レバー147の操作量Sdから作業部14の目標作業回転速度Bs、つまり回転軸62及びブロア54の目標作業回転速度Bsを求める。この目標作業回転速度Bsの値は、例えばマップ又は演算によって求めることができる。このマップは、操作量Sdと目標作業回転速度Bsとの相関関係の特性、つまり実質的に比例関係となる特性を有する。
次に、作業部14、つまりブロア54の実際の作業回転速度Brを検出する(ステップS103)。この作業回転速度Brは、作業部速度センサ76によって検出する。次に、実際の作業回転速度Brと目標作業回転速度Bsとを対比する(ステップS104)。
ここで、実際の作業回転速度Brが目標作業回転速度Bsよりも低速である(Br<Bs)と判断した場合には、実際の作業回転速度Brを増速するために、エンジン13を増速する必要があり、ステップS105に進む。ステップS105では、エンジン13の現時点の目標回転速度Esを所定の微小な一定速度ΔEsだけ増速(Es=Es+ΔEs)した後に、ステップS106に進む。
一方、前記ステップS104において、ブロア54の実際の作業回転速度Brが目標作業回転速度Bsよりも高速である(Br>Bs)と判断した場合には、実際の作業回転速度Brを減速するために、エンジン13を減速する必要があり、ステップS106に進む。ステップS106では、エンジン13の現時点の目標回転速度Esを所定の微小な一定速度ΔEsだけ減速(Es=Es−ΔEs)した後に、ステップS107に進む。
ステップS107では、エンジン13の実際の回転速度Erを検出する。この回転速度Erは、エンジン速度センサ41によって検出する。次に、ステップS108では、現時点の目標回転速度Esに対する実際の回転速度Erの差に基づいてエンジン13の回転速度を制御した後に、ステップ103に戻る。
前記ステップS104において、ブロア54の実際の作業回転速度Brが目標作業回転速度Bsと同速度である(Br=Bs)と判断した場合には、エンジン13の現時点の目標回転速度Esを、そのまま維持する(ステップS109)。その後、このオートモード時のエンジン13の目標回転速度制御のサブルーチンを終了する。
このように、ブロア54の実際の作業回転速度Brが目標作業回転速度Bsに合致するまで、ステップS103〜S108を繰り返す、いわゆるフィードバック制御を実行する。
次に、上記図10に示されるステップS18の減速比下限制御処理を実行するための具体的な制御フローについて説明する。図12は、制御部43が上記図10に示されるステップS18の「減速比下限制御処理」を実行するためのサブルーチンである。
制御部43は、先ずステップS201では、オーガ53の停止を要求する信号(作業部14の停止を要求する信号)を読み込む。ここで、作業部14の停止を要求する信号とは、走行準備レバー133のスイッチ信号とオーガスイッチ146の信号のことである。オーガクラッチ61は、走行準備レバー133のスイッチがオン(on)且つオーガスイッチ146がオン(on)の場合にオン(on)となり、いずれか一方がオフ(off)の場合にオフ(off)となる。つまり、作業者が走行準備レバー133を握っているときだけ、オーガクラッチ61はオン作動を許可される。この許可状態でオーガスイッチ146がオン操作されると、オーガクラッチ61はオン作動する。
次のステップS202では、オーガ53の停止を要求する信号(作業部14の停止を要求する信号)が無いか否かを判断する。ここで、走行準備レバー133のスイッチがオン(on)且つオーガスイッチ146がオン(on)の場合には、停止を要求する信号が無く、作業部14の作動を続けるので、次のステップS203に進む。
ステップS203では、投雪距離レバー147の操作量Sdを読み込む。より具体的には、投雪距離レバー147のポジション、つまり操作量Sdに応じた電圧信号を発する。この電圧信号を読み込むことによって、操作量Sdを得ることができる。
次のステップS204では、投雪距離レバー147の操作量Sdから作業部14の目標作業回転速度Bs、つまり回転軸62及びブロア54の目標作業回転速度Bsを求める。この目標作業回転速度Bsの値は、例えばマップ又は演算によって求めることができる。このマップは、操作量Sdと目標作業回転速度Bsとの相関関係の特性、つまり実質的に比例関係となる特性を有する。
次のステップS205では、エンジン13の目標最低回転速度Emをメモリ43aから読み出す。エンジン13の目標最低回転速度Emは、エンジン13が安定して動作することが可能な、実質的に最低の速度である。メモリ43aには、次の2つの記憶例のようにして、目標最低回転速度Emの値が記憶されている。
(1)第1の記憶例は、予め設定されている所定の「エンジン13の目標最低回転速度Em」の値を、メモリ43aに事前に記憶した例である。詳しく述べると、第1の記憶例は、作業機10を生産工場から出荷する前や、作業者がエンジン13を始動させる前に、所定の「目標最低回転速度Em」の値を、メモリ43aに記憶させておく例である。
(2)第2の記憶例は、スロットルレバー142(駆動最低速度設定部142)によって任意に設定された「エンジン13の目標最低回転速度Em」を、メモリ43aに記憶した例である。詳しく述べると、エンジン13を始動したときの、スロットルレバー142(駆動最低速度設定部142)の位置、つまり操作量Sopは、前記図10のステップS20のように、スロットルレバー142に連動するポテンショメータによって検出される。そして、前記図10のステップS21のように、操作量Sopからエンジン13の目標回転速度Esが求められる。エンジン13を始動したときの目標回転速度Esは、「目標最低回転速度Em」としてメモリ43aに記憶されている(Es→Em)。
次のステップS206では、エンジン13の目標最低回転速度Emと作業部14の目標作業回転速度Bsとに基づいて、最小の限界減速比Ramを求める。ここで、最小の限界減速比Ramとは、駆動プーリ72に対する従動プーリ74の減速比Raのなかの、スイングアーム91によって規制された最小の限界値のことである。この最小の限界減速比Ramの値は、例えば演算又は図13に示されるマップによって求めることができる。
図13は、最小の限界減速比Ramを求めるマップであり、横軸をブロア54(作業部14)の目標作業回転速度Bsとし、縦軸を最小の限界減速比Ramとして、エンジン13の各々の目標最低回転速度Em毎の、目標作業回転速度Bsと最小の限界減速比Ramとの相関関係の特性を有している。
図13において、右下がりの複数の曲線Em1,Em2,・・・Emnは、エンジン13の各々の目標最低回転速度Emのときの特性を表している。曲線Em1は、目標最低回転速度Emが高速の場合の特性曲線である。複数の曲線Em1,Em2,・・・Emnは、曲線Em1から図下方へ曲線Em2,・・・Emnと移るにつれて、目標最低回転速度Emが低速となる場合の特性曲線である。
図13から明らかなように、最小の限界減速比Ramの特性は、エンジン13(駆動源13)の目標最低回転速度Emが小さくなるにつれて減少するとともに、作業部14の目標作業回転速度Bsが小さくなるにつれて増大する特性である。
作業機10の通常の運転中において、エンジン13の目標最低回転速度Emは一定に維持される。最小の限界減速比Ramは、目標最低回転速度Emの制限を受ける。目標作業回転速度Emが一定であれば、最小の限界減速比Ramが減少することは制限される。但し、目標最低回転速度Emが一定であっても、作業部14の目標作業回転速度Bsを変えると、この目標作業回転速度Bsの変化量に従って、最小の限界減速比Ramは変化する。
図12に戻って説明を続ける。ステップS207では、最小の限界減速比Ramから、固定シーブ81に対する可動シーブ82の目標減速比制限位置Ps(目標離間位置Ps)を求める。この目標減速比制限位置Psの値は、例えばマップ又は演算によって求めることができる。このマップは、最小の限界減速比Ramと目標減速比制限位置Psとの相関関係の特性、つまり実質的に比例関係となる特性を有する。この目標減速比制限位置Psは、図5に示されるスイングアーム91のスイング先端部93が、「最も離反した位置A1」から「最も接近した位置A2」へ向かう、スイング角の目標値αs、つまり目標スイング角αsに相当する。
次にステップS208では、固定シーブ81に対する可動シーブ82の実際の減速比制限位置Pr(実際の離間位置Pr)を検出する。この実際の減速比制限位置Prは、図5に示されるスイングアーム91のスイング先端部93が、「最も離反した位置A1」から「最も接近した位置A2」へ向かう、実際のスイング角αrに相当する。実際のスイング角αrは、スイング角検出センサ103によって検出する。
次に、実際の減速比制限位置Prが目標減速比制限位置Psに合致するように、つまり、実際のスイング角αrが目標スイング角αsに合致するように、規制駆動部110の駆動制御を実行(ステップS209)。その後、この減速比下限制御処理のサブルーチンを終了する。ステップS209では、規制駆動部110を駆動制御することによって、スイングアーム91のスイング量を制御する。このように、最小の限界減速比Ramを維持するように、減速比規制機構90を制御することができる。
一方、前記ステップS202において、走行準備レバー133のスイッチとオーガスイッチ146のいずれか一方又は両方がオフ(off)の場合、つまり停止を要求する信号が有った場合には、次のステップS210に進む。ステップS210では、オーガクラッチ61をオフ(off)にする。この結果、作業部14は停止する。
次のステップS211では、最小の限界減速比Ramの値を、オーガ53の停止を要求する信号(作業部14の停止を要求する信号)が有ったときの減速比に設定、例えば減速比を最大に設定し、その後にステップS207に進む。
以上の説明をまとめると、次の通りである。図2に示されるように、作業者は目標作業速度設定部147を操作することによって、作業部14の目標作業回転速度Bsを任意に設定することができる。制御部43は、エンジン13の回転速度Erを制御することにより、作業部14の実際の作業回転速度Brを目標作業回転速度Bsに近づける。従って、作業部14の作業回転速度Brを任意に且つ容易に調節することができるとともに、最適な作業状況とすることができる。
さらに制御部43は、エンジン13の目標最低回転速度Emと作業部14の目標作業回転速度Bsとの両方に基づいて求められた、最小の限界減速比Ramを維持するように、減速比規制機構90を制御する。このため、減速比規制機構90によって、駆動プーリ72に対する従動プーリ74の、最小の限界減速比Ramを規制する(設定する)ことができる。
エンジン13の目標最低回転速度Emは、エンジン13が安定して動作することが可能な、実質的に最低の速度に設定される。この目標最低回転速度Emの値は、変更しない限り、一定に維持される。この目標最低回転速度Emが一定であれば、最小の限界減速比Ramは維持される。また、目標作業回転速度Bsが一定であれば、最小の限界減速比Ramの減少は制限される。エンジン13の目標最低回転速度Emが一定であっても、目標作業回転速度Bsを変えると、この目標作業回転速度Bsの変化量に従って最小の限界減速比Ramは変化する。
このように、最小の限界減速比Ramは下がり過ぎないように規制される。作業部14の負荷の急増に従って、エンジン13の回転速度Erは一時的に低下し得る。例え、エンジン13の回転速度Erが目標最低回転速度Emまで急減した場合であっても、固定シーブ81が設けられている従動軸73に作用した負荷が、エンジン13から可動シーブ82に伝わった駆動力を超えないようにすることができる。従って、トルクカム機構84による可動シーブ82のスライド変位を円滑に行うことができる。
以上のように、作業部14の実際の作業回転速度Brは、作業者によって調節された任意の目標作業回転速度Emに、近づく(合致を含む)ように制御されている。減速比Raは、最小の限界減速比Ramから、トルクカム機構84によって許容される最大減速比まで、負荷に応じて自動的に変位することが可能である。従って、作業部14の負荷が急激に変動することに対する、対応が可能であり、作業部14による安定した作業を行うことができる。しかも、目標作業速度設定部147を操作するだけでよいので、作業部14の作業回転速度Brを容易に操作することができる。
さらには、図13に示されるように、最小の限界減速比Ramの特性は、エンジン13の目標最低回転速度Emが小さくなるにつれて減少するとともに、作業部14の目標作業回転速度Bsが小さくなるにつれて増大する特性である。このため、目標作業速度設定部147の設定量が小さいとき、つまり作業部14の目標作業回転速度Bsが小さいときほど、減速比規制機構90によって規制される最小の限界減速比Ramは大きい。従って、例え、作業中に負荷が急減することによって、エンジン13の回転速度Erが急増した場合であっても、最小の限界減速比Ramが大きいので、作業部14の作業回転速度Brが急増しないように抑制することができる。
さらには、スイングアーム91は、規制駆動部110とは別個に構成することができる。従って、ベルト式無段変速機63なかの、空きスペースに規制駆動部110を配置できるので、配置の自由度を、より高めることができる。しかも、固定シーブに対する可動シーブの軸方向への離反可能な許容範囲を、容易に且つ正確に調節することができるように、規制調節部材を配置することができる。
さらには、制御部43はモード切替スイッチ148によって切り替えた各制御モードに基づいて、エンジン13と作業部14と減速比規制機構90とを制御する。このため、作業者は、作業の熟練度や作業状況に応じて、複数の制御モードを任意に選択することにより、好みに応じた作業内容にすることができる。
本発明では、作業機10は除雪機に限定されるものではなく、例えば作業部14を芝刈用カッタブレードとした芝刈機とすることができる。また、駆動源13はエンジンに限定されるものではなく、例えば電動モータによって構成することができる。
本発明の作業機10は、除雪機や芝刈機に適用するのに好適である。
10 作業機(除雪機)
13 駆動源(エンジン)
14 作業部
31 作業動力伝達系統
41 エンジン速度センサ(駆動源速度センサ)
43 制御部
53 オーガ
61 電磁クラッチ(オーガクラッチ、作業部用クラッチ)
63 作業機用ベルト式無段変速機
72 駆動プーリ
74 従動プーリ
75 Vベルト
76 作業部速度センサ
81 固定シーブ
82 可動シーブ
83 コイルばね
84 トルクカム機構
90 減速比規制機構
91 スイングアーム
103 スイング角検出センサ
110 規制駆動部
112 電動モータ
142 駆動最低速度設定部(駆動源操作部材、スロットルレバー)
147 目標作業速度設定部
148 モード切替スイッチ
Br 作業部の実際の作業回転速度
Bs 作業部の目標作業回転速度
Em 駆動源(エンジン)の目標最低回転速度
Er 駆動源(エンジン)の実際の回転速度
Es 駆動源(エンジン)の目標回転速度
Ra 減速比
Ram 最小の限界減速比
α スイングアームのスイング角

Claims (4)

  1. 駆動源から作業部までの作業動力伝達系統にベルト式無段変速機が介在しており、このベルト式無段変速機の従動プーリは、固定シーブと、この固定シーブに対して軸方向に変位可能な可動シーブと、この可動シーブを前記固定シーブに向かって付勢する付勢部材と、前記可動シーブに作用した回転力の一部をベルトの側面を押圧するスラストに変換するトルクカム機構とを含んでいる作業機において、
    前記作業部の目標作業回転速度を任意に設定する目標作業速度設定部と、
    前記作業部の実際の作業回転速度を検出する作業部速度センサと、
    駆動プーリに対する前記従動プーリの回転速度の、最小の減速比を規制する減速比規制機構と、
    前記駆動源と前記減速比規制機構とを制御する制御部とを有し、
    この制御部は、
    前記作業部速度センサによって検出された前記実際の作業回転速度を、前記目標作業回転速度に近づけるように、前記駆動源の回転速度を制御するとともに、
    予め設定されている又は駆動最低速度設定部によって任意に設定された、前記駆動源の目標最低回転速度と、前記作業部の前記目標作業回転速度とに基づいて、最小の限界減速比を求め、
    この求めた前記最小の限界減速比を維持するように、前記減速比規制機構を制御する構成であることを特徴とする作業機。
  2. 前記最小の限界減速比の特性は、前記駆動源の前記目標最低回転速度が小さくなるにつれて減少するとともに、前記目標作業回転速度が小さくなるにつれて増大する特性であることを特徴とする請求項1記載の作業機。
  3. 前記減速比規制機構は、前記固定シーブに対する前記可動シーブの、軸方向への離反可能な許容範囲を調節するように変位可能な規制調節部材と、この規制調節部材を駆動する規制駆動部を有し、
    前記制御部は、前記減速比規制機構のなかの前記規制駆動部を制御する構成であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の作業機。
  4. 手動式のモード切替スイッチと、前記駆動源の回転速度を手動操作する駆動源操作部材とを、更に有し、
    前記制御部は、前記モード切替スイッチによって切り替え可能に、予め設定されている複数の制御モードに基づいて、前記駆動源と前記作業部と前記減速比規制機構とを制御する構成であり、
    前記複数の制御モードには、
    前記目標作業速度設定部の設定によって前記駆動源と前記作業部と前記減速比規制機構とを制御する第1の制御モードと、
    前記駆動源操作部材の操作量に従って、前記駆動源の回転速度を制御する第2制御モードとを含んでいることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の作業機。
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