JP3697923B2 - 水田用農作業機の作業部昇降制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行部に対し作業部が昇降可能な田植機等の水田用農作業機の作業部昇降制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水田用農作業機の作業部昇降制御装置として、水田表土面から受ける圧力に応じて前部が上下動する揺動自在な接地体が作業部に設けられており、該接地体の水平面に対する角度（以下、「向い角」とする）が所定の制御目標値に近づくように走行車体に対し作業部を昇降させることにより、作業部の対地高さを一定に維持する制御を行うものがある。
【０００３】
この接地体を使用する制御においては、接地体が前下がりの姿勢である時の向い角を正とした場合、向い角が大きいほど、水田表土面の凹凸に対し忠実に応答して接地体が揺動するという特性がある。この特性を利用し、向い角の制御目標値を変更することで制御感度を調節する方法が従来より行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、接地体の応答性に最も大きな影響を与える外的要因は土壌の硬軟度である。すなわち、土壌が硬いと、水田表土面が接地体を持ち上げる力が強いので、接地体の応答性が良く、逆に土壌が軟らかいと、水田表土面が接地体を持ち上げる力が弱いので、接地体の応答性が悪い。そこで、作業を行う際、土壌の硬軟度を含む種々の条件を判断材料にして、オペレータが向い角の制御目標値を設定している。しかしながら、同じ水田であっても、土壌の硬軟度は場所によって異なっているので、制御目標値が一定のままであると、全域にわたり土壌条件に合った適正な昇降制御を行えない。
【０００５】
また、機体の移動速度が速くなるほど水田表土面の凸部が接地体を押し上げる力が強くなるので、移動速度に関係なく向い角の制御目標値を一律に設定すると、作業条件に合った適正な昇降制御を行えない。
【０００６】
一般的に、田植機では接地体として整地用フロートが利用され、作業時には作業部の重量の一部が上記フロートによって泥面に受けられた状態となっている。このため、昇降制御が不適正であると、苗の植付深さが安定せず、整地性にも問題が生じる。
【０００７】
さらに、作業を行いながら水田から出るとき等のように、走行部が前上りに傾いた状態で作業部が上昇する場合、その上昇速度が速過ぎると、反動で走行部の前輪が地面から浮き上がってしまうことがある。すると、機体の安定が損なわれて、進路を適正に維持できないばかりか、場合によっては転倒するという危険がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記機体の安定が損なわれる問題を解決するため、本発明は次のような構成とした。すなわち、本発明にかかる水田用農作業機の作業部昇降制御装置は、水田表土面から受ける圧力に応じて前部が上下動する揺動自在な接地体が作業部に設けられ、該接地体の水平面に対する角度が所定の制御目標値に近づくように走行部に対し作業部を昇降させる水田用農作業機の作業部昇降制御装置において、走行部の前後方向の傾斜を検出する検出手段を設け、該検出手段の検出値が所定以上であるときは、作業部を上昇操作した場合における作業部の上昇速度を遅くする制御と、前記検出手段の検出値が所定以上で、かつ前記接地体が所定角度以上に前下がりになると、作業部を自動的に上昇させる制御とを行うように構成したことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に表された乗用田植機の植付部昇降制御装置について、本発明とは直接関係しない参考例を含めて説明する。図１乃至図３に示す乗用田植機１は、走行部である走行車体２の後側に昇降リンク装置３を介して作業部である植付部４が昇降可能に装着されている。
【００１３】
走行車体２は、各左右一対の前輪２ａ，２ａ及び後輪２ｂ，２ｂを備えた四輪駆動車両で、機体の前部に配したミッションケース５の背面部から後方に延ばして設けたメインフレーム６の上にエンジン７が搭載されている。エンジン７の回転動力は、無段変速装置８を経由してミッションケース５内のトランスミッションに伝達され、そこから前輪２ａ，２ａ、後輪２ｂ，２ｂ、及び植付部４の各駆動部に伝達される。
【００１４】
エンジン７の上側には操縦席１０が設置され、その前方にハンドル１１が設けられている。また、操縦席１０から操作可能な範囲内に、トランスミッションを切り替える主変速レバー１２、無段変速装置８を操作する副変速レバー１３、植付部４への伝動の入切と植付部４の昇降を行うための植付・昇降レバー１４、植付部４を昇降させる指操作式のフィンガアップレバー１５、植付部昇降制御の感度を調節する感度調節レバー１６等が設けられている。
【００１５】
昇降リンク装置３は平行リンク構成であって、１本の上リンク２０及び左右一対の下リンク２１，２１を備えている。これらリンク２０，２１，２１は、その基部側がメインフレーム６の後端部に立設したリンクベースフレーム２２に回動自在に取り付けられ、その先端側に連結枠２３が枢結されている。連結枠２３には植付部４をローリング自在に連結するローリング軸２３ａが設けられている。メインフレーム６に固着した支持部材と上リンク２０に一体形成したスイングアーム２４の先端部との間に昇降用油圧シリンダ２５が介装されており、該シリンダを油圧で伸縮させることにより、上リンク２０が上下に回動し、連結枠２３に装着した植付部４がほぼ一定姿勢のまま昇降する。昇降用油圧シリンダ２５は、リンクベースフレーム２２に取り付けた油圧バルブ２６によって制御する。
【００１６】
植付部４は６条植えの構成となっていて、フレームを兼ねる伝動ケース３０に、６条分の苗を載せておく苗載台３１と、該苗載台上の苗を水田面に植え付ける６組の植付装置３２，…等が組み付けられている。植付部４の下側には整地用のセンターフロート３４及びサイドフロート３５，３５が設けられ、これらフロートを水田の泥面に接地させた状態で機体を進行させると各フロートが泥面を整地しつつ滑走する。
【００１７】
各フロート３４，３５，３５は、左右横向きに配したフロート支持パイプ３７に固着されたフロート支持アーム３８，…の後端部に、水田表土面の凹凸に応じて前端側が上下動するように揺動自在に取り付けられている。フロート支持パイプ３７は伝動ケース３０に回動自在に支持されており、これを植付深さ調節レバー３９で回動させることにより、フロートの取付高さを変え、苗の植付深さを調節するようになっている。植付深さ調節レバー３９に固着の係合片４０を伝動ケース３０に固定されたレバーガイド４１の複数の凹部のいずれかに選択的に係合させ、植付深さ調節レバー３９を所望の植付深さ位置に固定する。
【００１８】
植付深さ調節レバー３９は、フロート支持パイプ３７と一体回動する固定部分３９ａと、その中間部に回動軸４３により回動自在に連結された回動部分３９ｂとからなり、回動部分３９ｂに固着されたワイヤ取付プレート４４の長穴４４ａに固定部分３９ａの先端部が遊嵌している。よって、固定部分３９ａと回動部分３９ｂとは、回動軸４３を支点にして長穴４４ａの範囲内で互いに回動可能になっている。固定部分３９ａの先端部にはＵ字金具４５が固着されており、その片方の端部に後述する第一連動ワイヤ４６の一端が取り付けられ、他方の端部に後述する第二連動ワイヤ４７の一端が面圧スプリング４８を介して取り付けられている。面圧スプリング４８は、フロート３４，３５，３５を水田表土面に押し付ける方向に固定部分３９ａを付勢している。通常は該スプリングの張力と水田表土面からの圧力とが釣り合っており、両者の強さに差が生じるとそれに応じて固定部分３９ａが回動する。
【００１９】
センターフロート３４は水田表土面の凹凸を検出するための接地体でもあり、その向い角θの変動が下記の検出機構に検出され、その検出結果に基づいて前記制御バルブ２６を駆動するようになっている。検出機構は、前後中間部を支点にして上下回動自在な天秤アーム５０を備え、その後端部とセンターフロート３４の前部上面とを連結リンク５１を介して連結し、その前端部にスプリング５２を介して自動昇降ワイヤ５３を取り付けている。天秤アーム５０は、伝動ケース３０に基部が上下に回動自在に枢支された上リンク５５及び下リンク５６の先端部に縦リンク５７を枢結した平行リンク機構に支持されている。そして、上リンク５５の基部に一体に設けたアーム５８と植付深さ調節レバー３９とが連動ロッド５９で連結されている。これにより、植付深さ調節レバー３９を操作すると、それに連動してフロート取付高さの変化分に相当するだけ天秤アーム５０の支点位置が変位する。
【００２０】
油圧バルブ２６はスプール弁であって、スプール２６ａを押し込むと油圧シリンダ２５が植付部上昇側に作動（伸び作動）し、スプール２６ａが突出すると油圧シリンダ２５が植付部下降側に作動（縮み作動）するようになっている。スプール２６ａには、軸６１に回動自在に取り付けられた自動昇降アーム６２の作用部が当接している。この自動昇降アーム６２の先端部に設けた取付プレート６２ａに前記自動昇降ワイヤ５３のセンターフロートと反対側の端部が繋着されており、センターフロート３４の前部が上動してフロート向い角が小さくなると、自動昇降ワイヤ５３を介して自動昇降アーム６２がスプール２６ａを押し込む側に回動させられる。また、センターフロート３４の前部が下動してフロート向い角が大きくなると、リターンスプリング６３の作用で自動昇降アーム６２が反対側に回動させられ、スプール２６ａが突出する。これにより、植付作業時、水田表土面の凹凸に応じて植付部４が昇降し、苗の植付け深さを一定に維持する。
【００２１】
自動昇降アーム６２を支持する軸６１は、軸６５を支点として回動自在な感度調節アーム６６に設けられている。感度調節アーム６６の支点軸６５には、向い角の制御目標値を変更する操作具である前記感度調節レバー１６が一体に取り付けられている。感度調節レバー１６を操作すると、自動昇降アーム６２の支点（６１）が移動し、フロート向い角の制御目標値が変更される。ここで、「制御目標値」はフロートが基準位置にあるときの向い角を意味する。「従来の技術」で説明した如く、フロート向い角が大きいほど制御感度が敏感になる。
【００２２】
前記取付プレート６２ａは自動昇降アーム６２の本体部に回動自在に連結されており、これに第一補正手段である前記第一連動ワイヤ４６の植付深さ調節レバーと反対側端部が繋がっている。これにより、フロート３４，３５，３５が水田表土面から受ける圧力の変動に応じて、第一連動ワイヤ４６を介して取付プレート６２ａが回動させられ、該プレートと自動昇降ワイヤ５３との連結点の位置が変わることにより、フロート向い角が変更される。具体的には、水田表土面から受ける圧力が面圧スプリング４８の張力よりも大きくなるとフロート向い角が大きくなり、圧力が張力よりも小さくなるとフロート向い角が小さくなる。フロートの水田表土面から受ける圧力が大きいということは、フロートが沈み気味であり、走行部機体が前上りになっていることを意味する。そのような状態は湿田等の土壌が軟弱な圃場で生じるものであるから、その時にはフロート向い角の制御目標値を大きくして制御感度を敏感にするのである。また、フロートの水田表土面から受ける圧力が小さいということは、上記と逆の場合であり、その時にはフロート向い角の制御目標値を小さくして制御感度を鈍感にするのである。
【００２３】
また、感度調節アーム６６には、第二補正手段である前記第二連動ワイヤ４７の植付深さ調節レバーと反対側端部が繋がっている。このため、感度調節レバー１６を操作して制御感度の調節を行う場合、フロート向い角を小さくして制御感度を鈍感にする時には面圧スプリング４８の張力が大きくなり、逆にフロート向い角を大きくして制御感度を敏感にする時には面圧スプリング４８の張力が小さくなる。このことは次のように説明される。すなわち、フロート向い角を小さくするのは土壌が軟らかい場合であるから、この時、走行部機体が前上りとなり、フロートが沈み気味となっている。そこで、面圧スプリング４８の張力を大きくすることにより、フロートの沈み込み量を適正に戻すのである。フロート向い角を大きくする時には、上記と逆に作用する。また面圧スプリング４８の張力を変更することにより、前記第一連動ワイヤ４６を介して、フロート向い角の制御目標値も補正される。このように、感度調節レバー１６を操作すると、直接的に向い角が変更されるだけでなく、フロートが水田表土面から受ける圧力の変動に基づく向い角の変更の基準も変えられるので、両者があいまって圃場条件に合った適正な昇降制御を行える。
【００２４】
なお、油圧バルブ２６のスプール２６ａには、感度調節アーム６６とは別に、主変速レバー１２、植付・昇降レバー１４、及びフィンガアップレバー１５の操作に連動する図示しない油圧アームが当接しており、オペレータの支持に従って植付部４を昇降させるとともに、主変速が後進になると植付部４を自動的に上昇させるようになっている。
【００２５】
図４は異なる昇降制御装置を表している。図３の昇降制御装置と同じ構造部分については同符号を記し、図３の昇降制御装置と異なる点についてだけ説明する。この昇降制御装置は、自動昇降アーム６２に直接自動昇降ワイヤ５３のセンターフロートと反対側の端部が繋がれている。そして、一端が植付深さ調節レバーの固定部分３９ａに繋がれた第一連動ワイヤ４６の他端が、可変リターンスプリング６３′を介して感度調節アーム６６に繋がれている。可変リターンスプリング６３′は、固定リターンスプリング６３と逆向きに感度調節アーム６６を付勢している。固定リターンスプリング６３による付勢力の方が可変リターンスプリング６３′による付勢力よりも大きく、全体的にはスプール２６ａが突出する側に感度調節アーム６６を付勢している。
【００２６】
この構成によれば、フロート３４，３５，３５が水田表土面から受ける圧力の変動に応じて、第一連動ワイヤ４６を介して可変リターンスプリング６３′の張力が変更され、それによって両リターンスプリング６３，６３′のトータルとしての付勢力が変わる。これにより、水田表土面から受ける圧力が大きくなるとフロート向い角を大きくし、圧力が小さくなるとフロート向い角を小さくするように作動する。このように、土壌の硬軟に応じてフロート向い角を自動的にを調節することにより、土壌条件の変化に合わせて適正な制御感度で昇降制御を行える。
【００２７】
上記２例はメカ的機構の昇降制御装置である。次に、電子制御式の昇降制御装置について説明する。電子制御式の昇降制御装置を備えた田植機の全体構成は図１及び図２に示すものとほぼ同じであるが、感度調節レバー１６の代わりに感度調節ダイヤル１６′（図５に図示）が設けられ、走行部２の前後傾斜を検出する前後傾斜センサ７９（図５に図示）が別に設けられている点が異なっている。また、昇降用油圧シリンダ２５を伸縮制御する油圧バルブ２６としては、ソレノイド制御弁が使用されている。
【００２８】
図５は電子制御式の昇降制御装置を表している。この装置も、フロート支持パイプ３７に固着されたフロート支持アーム３８，…の後端部に、各フロート３４，３５，３５が揺動自在に取り付けられている。そして、植付深さ調節レバー３９でフロート支持パイプ３７を回動させることにより、苗の植付深さを調節するようになっている。この装置の植付深さ調節レバー３９は、前記メカ的機構の昇降制御装置とは異なり、一体物の棒材で成形されている。
【００２９】
接地体であるセンターフロート３４の向い角検出機構は、前後中間部を支点にして上下回動自在な天秤アーム５０を備え、その後端部とセンターフロート３４の前部上面とを連結リンク５１を介して連結し、その前端部と向い角センサ７０の検出アーム７０ａとを連結ロッド７１を介して連結している。これにより、センターフロート３４の向い角が向い角センサ７０に検出される。
【００３０】
天秤アーム５０及び向い角センサ７０は、向い角調節プレート７３に基部が上下に回動自在に枢支された上リンク５５及び下リンク５６の先端部に縦リンク５７を枢結した平行リンク機構に支持されている。そして、上リンク５５の基部に一体に設けたアーム５８と植付深さ調節レバー３９とが連動ロッド５９で連結されている。これにより、植付深さ調節レバー３９を操作すると、それに連動してフロート取付高さの変化分に相当するだけ天秤アーム５０の支点位置が変位する。
【００３１】
向い角調節プレート７３は、取付軸７４を支点にして回動自在に伝動ケース３０に取り付けられいる。そして、向かい角調節プレート７３に形成されたギヤ７５に、向い角調節モータ７６で回転駆動させるピニオン７７が噛み合っている。モータ７６を作動させると、向い角調節プレート７３が回動することにより、平行リンク機構ごと向い角検出機構が変位し、フロート向い角が変更される。向かい角調節プレート７３の回動位置は、ポジションセンサ７８に検出される。
【００３２】
制御部８０の入力側に主変速レバー１２、副変速レバー１３、植付・昇降レバー１４、フィンガアップレバー１５、感度調節ダイヤル１６′、向い角センサ７０、向い角ポジションセンサ７８、前後傾斜センサ７９が接続され、出力側に油圧バルブ駆動用のソレノイド２６ａ，２６ｂ、向い角調節モータ７６が接続されている。
【００３３】
主変速レバー１２、植付・昇降レバー１４、及びフィンガアップレバー１５からの信号が制御部８０に入力されると、制御部８０はその信号に基づき油圧バルブ駆動用のソレノイド２６ａ，２６ｂに出力し、メカ的機構の昇降制御装置と同様に、オペレータの支持に従って植付部４を昇降させるとともに、主変速が後進になると植付部４を自動的に上昇させる。
【００３４】
植付作業時には、向い角センサ７０に検出される実際のフロート向い角が感度調節ダイヤル１６′で設定された制御目標値に近づくように油圧バルブ駆動用のソレノイド２６ａ，２６ｂに出力する。例えば、水田表土面が高くなっているところでは、センターフロート３４の前部が押し上げられ、フロート向い角が小さくする。すると、上昇用ソレノイド２６ａに出力して、植付部４を上昇させる。逆に、水田表土面が低いところでは、センターフロート３４の前部が下がり、フロート向い角が大きくなる。すると、下降用ソレノイド２６ｂに出力して、植付部４を下降させる。このように、水田表土面の凹凸に応じて植付部４の対地高さを制御することにより、苗の植付深さを一定に維持する。
【００３５】
この対地制御中、車速変化に対応させるために図６のフローチャートに示す制御を行う。すなわち、副変速レバー１３の操作位置から判定される車速の監視を継続して行い、車速が高速側に変化した場合はフロート向い角を小さくする側に向い角調節モータ７６を作動させ、車速が低速側に変化した場合はフロート向い角を大きくする側に向い角調節モータ７６を作動させる。車速が速いほど水田表土面の凸部がフロートを押し上げる力が大きいという傾向があるので、車速が速くなるほどフロート向い角を小さくすることで、車速が変化しても一定した制御感度を維持させるのである。なお、副変速レバー１３の操作位置以外の別の方法で車速を検出するようにしてもよい。
【００３６】
また、向い角調節モータ７６を作動させる前の向い角センサ値Ａと作動後の向い角センサ値Ｂをそれぞれ入力し、両者Ａ，Ｂの値と前記車速変化値より感度補正値を算出する。そして、この感度補正値の算出値と、予めデータテーブルに記憶されている感度補正値の理論値とを比較し、両者がほぼ等しい場合はそのままにし、算出値の方が理論値よりも大きい場合はフロート向い角を大きくする側に向い角調節モータ７６を作動させ、算出値よりも理論値の方が大きい場合はフロート向い角を小さくする側に向い角調節モータ７６を作動させる。これは土壌の硬軟に合わせた補正である。一般的に、土壌が軟らかいとフロートを持ち上げる力が小さく、逆に土壌が硬いとフロートを持ち上げる力が大きいが、上記のように補正することにより制御感度を適正にできる。
【００３７】
土壌の硬軟の違いに対応させるためには、図７のフローチャートに示す制御を行う。すなわち、フロート向い角が小さくなる側に向い角調節モータ７６を一定角度だけ作動させ、作動前の向い角センサ値Ａと作動後の向い角センサ値Ｂとから感度補正値を算出する。そして、この感度補正値の算出値と、予めデータテーブルに記憶されている感度補正値の理論値とを比較し、両者がほぼ等しい場合はそのままにし、算出値の方が理論値よりも大きい場合はフロート向い角を大きくする側に向い角調節モータ７６を作動させ、算出値よりも理論値の方が大きい場合はフロート向い角を小さくする側に向い角調節モータ７６を作動させる。この補正も、図８のフローチャートに示す制御の補正と同じ原理に基づいている。
【００３８】
走行部の前後傾斜に対する走行安定性を確保するために、図８のフローチャートに示す制御を行う。すなわち、植付部上昇操作があった場合、前後傾斜センサ値が所定値以下なら、上昇用ソレノイド２６ａに連続出力して通常速度で植付部４を上昇させ、前後傾斜センサ値が所定値を超えるなら、上昇用ソレノイド２６ａにパルス出力してゆっくりした速度で植付部４を上昇させる。これにより、植付作業しながら圃場から出るとき等のように走行部２が大きく前上りになった状態で植付部を急激に上昇させることによる転倒等の事故を未然に防止できる。
【００３９】
さらに、上記制御において、図９のフローチャートに示すように、フロートが所定角度以上に前下がり、すなわち垂れ下がった状態になった時点で、植付部を自動的に上昇させるように制御すると、苗植付けを行いながら圃場から出るとき、走行部の操縦に専念することができ安全である。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明にかかる水田用農作業機の作業部昇降制御装置は、走行部の前後方向の傾斜が大きい時には作業部の上昇速度を遅くするように制御することにより、作業を行いながら圃場から出る場合等に機体がバランスを崩すことを防止できるようになった。また、作業を行いながら圃場からでる場合、作業部が自動的に上昇するので、走行部の操縦に専念することができ、安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】乗用田植機の側面図である。
【図２】乗用田植機の平面図である。
【図３】（ａ）メカ的機構の昇降制御装置を表す図、及び（ｂ）Ｘ矢視図である。
【図４】異なる昇降制御装置の側面図である。
【図５】電子制御式の昇降制御装置の構成を表す図である。
【図６】第一の制御のフローチャートである。
【図７】第二の制御のフローチャートである。
【図８】第三の制御のフローチャートである。
【図９】第四の制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 乗用田植機（水田用農作業機）
２ 走行車体
３ 昇降リンク装置
４ 植付部（作業部）
１６ 感度調節レバー（操作具）
１６′ 感度調節ダイヤル（操作具）
２６ 油圧バルブ
３４ センターフロート（接地体）
３５ サイドフロート
３９ 植付深さ調節レバー
４６ 第一連動ワイヤ（第一補正手段）
４７ 第二連動ワイヤ（第二補正手段）
４８ 面圧スプリング（第二補正手段）
５３ 自動昇降ワイヤ
６３ 固定リターンスプリング
６３′ 可変リターンスプリング
７０ 向い角センサ
７６ 向い角調節モータ
７８ ポジションセンサ
７９ 前後傾斜センサ（検出手段）
８０ 制御部

Claims (1)

1. 水田表土面から受ける圧力に応じて前部が上下動する揺動自在な接地体が作業部に設けられ、該接地体の水平面に対する角度が所定の制御目標値に近づくように走行部に対し作業部を昇降させる水田用農作業機の作業部昇降制御装置において、走行部の前後方向の傾斜を検出する検出手段を設け、該検出手段の検出値が所定以上であるときは、作業部を上昇操作した場合における作業部の上昇速度を遅くする制御と、前記検出手段の検出値が所定以上で、かつ前記接地体が所定角度以上に前下がりになると、作業部を自動的に上昇させる制御とを行うように構成したことを特徴とする水田用農作業機の作業部昇降制御装置。

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