JP2021003088A - 作業車両の昇降装置及び作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】リフトアームの強度を確保しつつ、高負荷の掛かっていない部位を減肉して重量を低減させることができるようにする。【解決手段】作業車両の昇降装置は、作業車両に揺動可能に支持されるロアリンクと、ロアリンクに連結されるリフトロッドと、ロアリンクの上部に配置され且つ作業車両に揺動可能に支持される第１支持部と、リフトロッドを揺動可能に支持する第２支持部と、第１支持部と第２支持部とを連結する本体部と、本体部の中途部に設けられ且つ伸縮自在なリフトシリンダが取り付けられる取付部とを有するリフトアームと、を備え、本体部は、第１支持部と取付部との間に設けられた第１延設部と、第２支持部と取付部との間に設けられ且つ開口部を有する第２延設部とを有している。【選択図】図３

Description

本発明は、トラクタ等の作業機に備えられた作業車両の昇降装置に関する。

従来、トラクタ等の作業機は、作業車両と作業装置とを備えている。作業車両は、作業装置を牽引しながら走行する。作業装置は、特許文献１に示されるように、３点リンク機構の昇降装置（連結装置）を介して、作業機の後部に取り付けられる。
昇降装置は、リフトアームと、トップリンクと、ロアリンクと、リフトロッドと、リフトシリンダと、を有している。リフトアームは、前端部が作業車両の後上部に揺動自在に支持され、後方に向けて延びている。このリフトアームは、左右一対設けられている。トップリンクは、左右一対のリフトアームの間に配置され、前端部が作業車両の後部に揺動自在に支持されている。ロアリンクは、前端部が作業車両の後下部に揺動自在に支持され、後方に向けて延びている。リフトロッドは、上端部がリフトアームの後端部に接続されており、下端部がロアリンクに接続されている。リフトシリンダは、リフトアームに接続され、リフトアームを上下方向に揺動する。

特開２０１９−００６３７２号公報

さて、作業機を用いて、例えば圃場等で作業を行う場合、作業機は悪路である圃場を走行する。このとき、作業機に昇降装置を介して取り付けられたインプルメント（作業装置）に大きな負荷が掛かる。
具体的には、インプルメントを持ち上げるリフトシリンダが接続されているリフトアームに対して、大きな負荷が掛かる。例えば、圃場を耕耘するとき、作業機は悪路を走行するため、リフトアームに対して捻れが加わる。作業中にリフトアームに捻れの負荷が加わり続けることから、リフトアームは、部品の剛性を向上させるため、大きくて重い構造となっていた。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、リフトアームの強度を確保しつつ、高負荷の掛かっていない部位を減肉して重量を低減させることができる作業車両の昇降装置及び作業機を提供することを目的とする。

この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。
作業車両の昇降装置は、作業車両に揺動可能に支持されるロアリンクと、前記ロアリンクに連結されるリフトロッドと、前記ロアリンクの上部に配置され且つ前記作業車両に揺動可能に支持される第１支持部と、前記リフトロッドを揺動可能に支持する第２支持部と、前記第１支持部と前記第２支持部とを連結する本体部と、前記本体部の中途部に設けられ且つ伸縮自在なリフトシリンダが取り付けられる取付部とを有するリフトアームと、を備え、前記本体部は、前記第１支持部と前記取付部との間に設けられた第１延設部と、前記第２支持部と前記取付部との間に設けられ且つ開口部を有する第２延設部とを有している。

前記第２延設部の断面積は、前記第１延設部の断面積より小さい。
前記本体部は、前記第２延設部から分岐し且つ前記第２支持部に延設して、前記リフトロッドを揺動可能に支持する第３支持部を有し、前記開口部は、前記第２延設部において、前記第３支持部が前記第２延設部から分岐する分岐部と前記取付部との間に設けられている。

前記開口部は、前記第２延設部に少なくとも一つ以上設けられている。
作業機は、前記作業車両の昇降装置と、前記作業車両の昇降装置に装着される作業装置と、を備えている。

本発明の作業車両の昇降装置によれば、リフトアームの強度を確保しつつ、高負荷の掛かっていない部位を減肉して重量を低減させることができる。

作業機の一例であるトラクタの全体の概要を模式的に示した側面図である。 本発明の昇降装置の概要を模式的に示した図である。 本発明の昇降装置に備えられるリフトアームの概要を模式的に示した図である。 本発明の昇降装置に備えられるリフトアームの平面図である。 悪路走行を想定したときのリフトアームの解析条件を示した図である。 悪路走行を想定したときのリフトアームの解析結果を示した図である。

以下、本発明の作業車両の昇降装置１０及びこの昇降装置１０を備える作業機１の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。
図１に、作業機１の一例であるトラクタ１の概要を示す。トラクタ１を例に挙げて説明するが、作業機１はトラクタ１に限定されず、田植機等の農業機械であってもよい。

図１に示すように、トラクタ１は、作業装置２と、機体（作業車両）３とを備えている。機体３には、原動機４と、変速装置５と、走行装置６とが搭載されている。
原動機４は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関や、電動モータ等である。本実施形態では、原動機４は、ディーゼルエンジンである。変速装置５は、変速することによって走行装置６の推進力を切換可能である。また、変速装置５は、走行装置６の前進と後進の切換も可能である。

走行装置６は、前輪６Ｆと後輪６Ｒを有する装置である。前輪６Ｆは、タイヤ型であってもよいし、クローラ型であってもよい。また、後輪６Ｒも、タイヤ型であってもよいし、クローラ型であってもよい。
機体３には、作業者が搭乗可能なキャビン７が設けられている。このキャビン７内には、運転席８と操舵装置９とが設けられている。運転席８に着座した作業者が操舵装置９を操作することにより、トラクタ１を操縦する。

また、機体３の後部には、昇降装置１０が設けられている。昇降装置１０には、作業装置２が着脱可能である。また、昇降装置１０は、装着された作業装置２を昇降可能である。
作業装置２は、耕耘する耕耘装置、肥料を散布する肥料散布装置、農薬を散布する農薬散布装置、収穫を行う収穫装置、牧草等の刈取を行う刈取装置、牧草等の拡散を行う拡散装置、牧草等の集草を行う集草装置、牧草等の成形を行う成形装置等である。なお、図１では、作業装置２として耕耘装置を機体３に取り付けた例を示している。

図２に、本発明の昇降装置１０の概要を示す。
図２に示すように、昇降装置１０は、ロアリンク１１と、リフトロッド１２と、リフトアーム１３と、トップリンク１４と、リフトシリンダ１５と、を備えている。また、変速装置５の後上部には、軸心が左右方向を向く横軸１６が設けられている。
ロアリンク１１は、機体３（作業車両）に揺動可能に支持されている。ロアリンク１１は、ロアリンク１１Ｌと、ロアリンク１１Ｒと、を含む。

ロアリンク１１Ｌは、機体３の後下部の左側に取り付けられている。ロアリンク１１Ｌは、前端部が変速装置５の後下部において上方又は下方に揺動自在に支持されている。ロアリンク１１Ｌは、後方に向けて延びている。
ロアリンク１１Ｒは、機体３の後下部の右側に取り付けられている。ロアリンク１１Ｒは、前端部が変速装置５の後下部において上方又は下方に揺動自在に支持されている。ロアリンク１１Ｒは、後方に向けて延びている。

リフトロッド１２は、ロアリンク１１に連結されている。リフトロッド１２は、リフト
ロッド１２Ｌと、リフトロッド１２Ｒと、を含む。
リフトロッド１２Ｌは、上端部がリフトアーム１３Ｌの後端部に接続されており、下端部がロアリンク１１Ｌの長さ方向の中途部に接続されている。リフトロッド１２Ｒは、上端部がリフトアーム１３Ｒの後端部に接続されており、下端部がロアリンク１１Ｒの長さ方向の中途部に接続されている。

リフトアーム１３は、前端部が変速装置５を収容するケース（ミッションケース）の後上部に、上方又は下方に揺動可能に支持されている。リフトアーム１３は、リフトシリンダ１５の駆動によって揺動（昇降）する。リフトアーム１３は、リフトアーム１３Ｌと、リフトアーム１３Ｒと、を含む。
リフトアーム１３Ｌは、機体３の後上部の左側に取り付けられている。リフトアーム１３Ｌは、前端部が変速装置５の後上部に設けられた横軸１６回りに、上方又は下方に揺動自在に支持されている。リフトアーム１３Ｌは、後方に向けて延びている。

リフトアーム１３Ｒは、機体３の後上部の右側に取り付けられている。リフトアーム１３Ｒは、前端部が変速装置５の後上部に設けられた横軸１６回りに、上方又は下方に揺動自在に支持されている。リフトアーム１３Ｒは、後方に向けて延びている。
トップリンク１４は、リフトアーム１３Ｌとリフトアーム１３Ｒとの間に配置されている。トップリンク１４は、前端部が変速装置５の後上部において上方又は下方に揺動自在に支持されている。トップリンク１４は、後方に向けて延びている。

ロアリンク１１の後端部とトップリンク１４の後端部には、作業装置２を連結可能なジョイント１７が設けられている。ロアリンク１１の後端部とトップリンク１４の後端部に、ジョイント１７を介して作業装置２を連結することにより、作業装置２は機体３の後部に昇降可能に連結される。
リフトシリンダ１５については、油圧シリンダが採用されている。リフトシリンダ１５は、制御弁（図示せず）を介して油圧ポンプと接続されている。制御弁は、電磁弁等であって、リフトシリンダ１５を伸縮させる。

リフトシリンダ１５は、リフトシリンダ１５Ｌと、リフトシリンダ１５Ｒと、を含む。リフトシリンダ１５Ｌは、上端部がリフトアーム１３Ｌに接続され、下端部が変速装置５の左下部に接続されている。リフトシリンダ１５Ｒは、上端部がリフトアーム１３Ｒに接続され、下端部が変速装置５の右下部に接続されている。
リフトシリンダ１５Ｌが駆動すると、リフトアーム１３Ｌが昇降するとともに、リフトロッド１２Ｌを介してリフトアーム１３Ｌと連結されたロアリンク１１Ｌが昇降する。リフトシリンダ１５Ｒが駆動すると、リフトアーム１３Ｒが昇降するとともに、リフトロッド１２Ｒを介してリフトアーム１３Ｒと連結されたロアリンク１１Ｒが昇降する。

このように、リフトシリンダ１５を駆動させることによって、作業装置２がロアリンク１１の前部を支点として昇降することにより、作業装置２の高さの調整と、車体幅方向の傾きの調整を行うことができる。
詳しくは、リフトシリンダ１５Ｌとリフトシリンダ１５Ｒの両方を同じ駆動をさせることで、作業装置２の高さの調整を行う。一方、リフトシリンダ１５Ｌとリフトシリンダ１５Ｒのいずれか一方を駆動させることで、作業装置２の傾きの調整を行う。

次に、本発明の昇降装置１０のリフトアーム１３について、さらに詳細に説明する。
図３、図４に、本発明の昇降装置１０のリフトアーム１３の概要を示す。なお、リフトアーム１３の構成や形状については一例であり、例示する構成や形状に限定されない。
図３、図４に示すように、リフトアーム１３は、第１支持部１８と、第２支持部１９と、本体部２０と、取付部２４と、を有している。

第１支持部１８は、リフトアーム１３の前端部に設けられている。第１支持部１８は、ロアリンク１１の上部に配置されている。第１支持部１８は、作業車両（機体３）の後上部に上方又は下方に揺動可能に支持されている。第１支持部１８には、軸心が車体幅の方向（左右方向）を向く貫通孔１８Ａが形成されている。貫通孔１８Ａの内周には、内歯車（スプライン）が形成されている。すなわち、第１支持部１８は、円筒状に形成された部材である。

第１支持部１８は、貫通孔１８Ａの内歯車が横軸１６の外周に形成された外歯車（スプライン）に噛み合うことで、横軸１６に対して供回り可能に固定される。横軸１６が回転することにより、第１支持部１８が横軸１６回りに回転する。
第２支持部１９は、リフトアーム１３の後端部に設けられている。第２支持部１９は、リフトロッド１２を揺動可能に支持する。第２支持部１９には、軸心が車体幅の方向（左右方向）を向く貫通孔１９Ａが形成されている。すなわち、第２支持部１９は、円筒状に形成された部材である。貫通孔１９Ａとリフトロッド１２の貫通孔に軸部２７が挿入されることにより、リフトロッド１２が回動自在に支持される。

本体部２０は、第１支持部１８と、第２支持部１９とを連結する。本体部２０は、第１延設部２１と、第２延設部２２とを有している。
第１延設部２１は、第１支持部１８から後方に向かって設けられている。つまり、第１延設部２１は、第１支持部１８と取付部２４との間に設けられている。第１延設部２１は、中実の棒材で形成されている。第１延設部２１は、リフトロッド１２とリフトシリンダ１５等から加わる荷重に対して耐え得る強度を有している。

第２延設部２２は、取付部２４から後方に向かって設けられている。つまり、第２延設部２２は、第２支持部１９と取付部２４との間に設けられている。第２延設部２２は、開口部２６を有している。第２延設部２２は、開口部２６が形成されていることにより、トラス状の構造となっている。なお、開口部２６については、後ほど説明する。
さらに、本体部２０は、分岐部２５を有している。分岐部２５は、第２延設部２２の長手方向中途部から二股に分岐し且つ、後方に向かって延設されている。分岐部２５の後端部には、第３支持部２３が設けられている。

第３支持部２３は、第２支持部１９と対面する位置に設けられている。第３支持部２３は、リフトロッド１２を揺動可能に支持する。第３支持部２３には、軸心が車体幅の方向（左右方向）を向く貫通孔２３Ａが形成されている。貫通孔２３Ａは、貫通孔１９Ａと対面する位置に設けられている。すなわち、第３支持部２３は、第２支持部１９と同様に、円筒状に形成された部材である。

分岐された第３支持部２３と第２支持部１９との間に、リフトロッド１２の上端部が嵌り込み、貫通孔１９Ａ，２３Ａとリフトロッド１２の貫通孔に軸部２７が挿入されることにより、リフトロッド１２の上端が回動自在に支持される。軸部２７に対してリフトロッド１２の連結部２９は、ボールジョイントなどの回動連結具３０等によって連結されている。つまり、リフトアーム１３の前端部はスプライン連結され、リフトアーム１３の後端部は少なくとも幅方向に揺動自在に回動連結されている。

取付部２４は、本体部２０の長手方向中途部に設けられている。取付部２４には、伸縮自在なリフトシリンダ１５が取り付けられる。
取付部２４は、第１延設部２１の後端部に設けられ、リフトシリンダ１５の上端部を支持する。取付部２４は、下方に向かって突出状に形成されている。取付部２４には、軸心が車体幅の方向（左右方向）を向く貫通孔２４Ａが形成されている。すなわち、取付部２４は、円筒状に形成された部材である。

取付部２４にリフトシリンダ１５の上端部が取り付けられ、貫通孔２４Ａとリフトシリンダ１５の貫通孔に軸部２８が挿入されることにより、リフトシリンダ１５が回動自在に支持される。
さて、第２延設部２２には、左右方向に貫通して開口された開口部２６が設けられている。詳しくは、開口部２６は、第２延設部２２において、第３支持部２３が第２延設部２２から分岐する分岐部２５と取付部２４との間に設けられている。開口部２６は、取付部２４から二股に分岐する第２延設部２２の長手方向中途部の分岐部２５までの間に形成されている。すなわち、開口部２６は、第２延設部２２の前側に形成されている。言い換えれば、開口部２６は、第２延設部２２が二股に分岐した後側（分岐部２５等）には形成されない。

開口部２６は、第２延設部２２に少なくとも一つ以上設けられている。また、開口部２６の形状については、円筒状でもよいし、角筒状でもよい。
図４に示すように、第２延設部２２は、長手方向に対して直交する方向の断面積（断面Ｘ−Ｘ）が、第１延設部２１の断面積（断面Ｙ−Ｙ）より小さいものとされている。
すなわち、第１延設部２１は、リフトロッド１２とリフトシリンダ１５等から加わる荷重に対して耐え得る強度を備えるため、中実である。一方で、第２延設部２２は、高負荷とならないため、開口部２６が形成されて中空となっている。そのため、第２延設部２２の断面積（断面Ｘ−Ｘ）が、第１延設部２１の断面積（断面Ｙ−Ｙ）より小さいものとなっている。

次に、本発明のリフトアーム１３の解析条件及び解析結果について、説明する。
ディスクプラウ（作業装置２）を装着した状態で整備されていない悪路（例えば、圃場等）を長時間走行するときのリフトアーム１３に掛かる負荷の状況を想定して、リフトアーム１３の解析条件を決定した。
図５に、悪路走行を想定したときのリフトアーム１３の解析条件を示す。

図５に示すように、ディスクプラウの慣性力と釣り合うため、リフトシリンダ１５がリリーフ圧に達した際の荷重から、３点リンク機構の昇降装置１０を用いて各部位の荷重を算出した。その際のプラウ重心に発生する慣性力は、リンク計算より約３〜４Ｇに相当する。
図６に、悪路走行を想定したときのリフトアーム１３の解析結果（ミーゼス応力分布）を示す。

図６に示すように、リフトアーム１３に高応力が生じていることがわかる。例えば、第１支持部１８と第１延設部２１との部位に、高応力が生じることがわかった。この解析結果から、リフトアーム１３に掛かる荷重の傾向を再現することができていると確認した。また、解析結果より、リフトアーム１３において高い強度が必要な部位にのみ、リフトロッド１２とリフトシリンダ１５等から加わる荷重に対して耐え得る強度を備える必要があると知見した。

上記の解析結果に基づき、第１延設部２１を負荷に耐え得る中実の棒材とし、第２延設部２２の分岐手前に開口部２６を設けて減肉して中空の部材とし、リフトアーム１３をトラス状の構造とした。
以上、本発明の作業車両の昇降装置１０によれば、リフトアーム１３の強度を確保しつつ、高負荷の掛かっていない部位を減肉して重量を低減させることができる。加えて、リフトアーム１３の製造コストも抑制可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 作業機（トラクタ）
２ 作業装置
３ 作業車両（機体）
４ 原動機
５ 変速装置
６ 走行装置
６Ｆ 前輪
６Ｒ 後輪
７ キャビン
８ 運転席
９ 操舵装置
１０ 昇降装置
１１ ロアリンク
１２ リフトロッド
１３ リフトアーム
１４ トップリンク
１５ リフトシリンダ
１６ 横軸
１７ ジョイント
１８ 第１支持部
１８Ａ 貫通孔
１９ 第２支持部
１９Ａ 貫通孔
２０ 本体部
２１ 第１延設部
２２ 第２延設部
２３ 第３支持部
２３Ａ 貫通孔
２４ 取付部
２４Ａ 貫通孔
２５ 分岐部
２６ 開口部
２７ 軸部
２８ 軸部
２９ 連結部
３０ 回動連結具

Claims (5)

1. 作業車両に揺動可能に支持されるロアリンクと、
   前記ロアリンクに連結されるリフトロッドと、
   前記ロアリンクの上部に配置され且つ前記作業車両に揺動可能に支持される第１支持部と、前記リフトロッドを揺動可能に支持する第２支持部と、前記第１支持部と前記第２支持部とを連結する本体部と、前記本体部の中途部に設けられ且つ伸縮自在なリフトシリンダが取り付けられる取付部とを有するリフトアームと、
   を備え、
   前記本体部は、前記第１支持部と前記取付部との間に設けられた第１延設部と、前記第２支持部と前記取付部との間に設けられ且つ開口部を有する第２延設部とを有している作業車両の昇降装置。
2. 前記第２延設部の断面積は、前記第１延設部の断面積より小さい請求項１に記載の作業車両の昇降装置。
3. 前記本体部は、前記第２延設部から分岐し且つ前記第２支持部に延設して、前記リフトロッドを揺動可能に支持する第３支持部を有し、
   前記開口部は、前記第２延設部において、前記第３支持部が前記第２延設部から分岐する分岐部と前記取付部との間に設けられている請求項１又は２に記載の作業車両の昇降装置。
4. 前記開口部は、前記第２延設部に少なくとも一つ以上設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の作業車両の昇降装置。
5. 前記請求項１〜４のいずれかに記載の作業車両の昇降装置と、
   前記作業車両の昇降装置に装着される作業装置と、
   を備えている作業機。

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