JP4228489B2

JP4228489B2 - 作業車両の静油圧式無段変速装置

Info

Publication number: JP4228489B2
Application number: JP30203899A
Authority: JP
Inventors: 文顕西川; 光夫豊川
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2019-10-25
Also published as: JP2001124200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は作業車両の静油圧式無段変速装置に関するものであり、特に、トラクタや田植え機等の作業車両の静油圧式無段変速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
比較的小型の作業車両に於いては、エンジン動力を静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）によって変速するものが知られている。該ＨＳＴはエンジン動力によって駆動される可変式油圧ポンプと、この油圧ポンプにて駆動される油圧モータとを組み合わせて構成され、トラニオン軸の回転にて油圧ポンプの傾転角を変更することにより、油圧モータの回転を無段階に変速して出力するものである。
【０００３】
しかし、道路等を高速走行する場合と、作業機を装着して負荷が掛かった状態で走行する場合とでは、ＨＳＴに対する出力要求が異なってくる。最大の出力要求に合わせて容量の大きなＨＳＴを搭載した場合は駆動馬力が大きくなり、出力要求が小さなときであっても無駄な馬力を消費することになり、非効率であるとともに、消費する燃料が多くなって不経済である。一方、容量の小さいＨＳＴを搭載し、出力要求が大きいときは変速装置によって出力トルクを増大させることもできるが、副変速装置の変速段数が増えるため操作性が悪くなる。
【０００４】
そこで、通常多用される出力要求に合わせてＨＳＴの容量を定め、作業内容に応じて随時出力を増大できるようにしたＨＳＴを得るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、エンジン（１１）の回転動力にて駆動され、且つ、変速ペダル（２１）の踏み込み操作に応じて吐出量を変更する可変式油圧ポンプ（３１）と、この油圧ポンプ（３１）にて駆動される油圧モータ（３２）とを具備する静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）（１２）を搭載した作業車両であって、前記油圧モータ（３２）に内部斜板の傾転角を段階的に変更するアクチュエータを設けるとともに、機体に連結した作業機の高さを検出するセンサ（２８）を設け、該センサ（２８）の検出値に応じて前記油圧モータ（３２）の傾転角を変更し、前記油圧モータ（３２）の出力トルクを切り替えるように構成した作業車両の静油圧式無段変速装置（１２）に於いて、
前記変速ペダル（２１）の踏み込み量とアーム操作レバー（２６）の操作に連動し、作業負荷の変動に応じて油圧モータ（３２）の傾転角を変更するように構成し、
前記油圧モータ（３２）の内部斜板の傾転角を変更する傾転角切替えポート（４１）に掛かるポート圧力を切り替える方向制御弁（４２）と油圧源からのパイロット油を前記方向制御弁（４２）に送油する電磁弁（４５）を設けて成り、
且つ、上記作業機が下げ位置にあるときは、コントローラ（４０）からの指令信号により、前記電磁弁（４５）を解放位置にし、方向制御弁（４２）を切り替えて油圧モータ（３２）をＬｏｗモードにするようにし、又、前記作業機が上げ位置にあるときは、前記変速ペダルの踏み込み量の監視を行うと共に、踏み込み量が小であると電磁弁（４５）を解放位置にして油圧モータ（３２）をＬｏｗモードにするように構成し、
そして、前記作業機が上げ位置にあって前記変速ペダルの踏み込み量が所定の切り替えポイント以上の大きさであるときは、電磁弁（４５）を閉止位置にして油圧モータ（３２）をＨｉｇｈモードにするように構成して成る作業車両の静油圧式無段変速装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。図１は作業車両の一例としてトラクタ１０を示し、機体の前部にエンジン１１を搭載し、該エンジン１１の回転動力は静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）１２により減速されてトランスミッション１３に伝達され、走行系及びＰＴＯ系に分岐される。走行系の動力にて前輪１４及び後輪１５が駆動され、機体後部に例えばロータリ作業機（図示せず）等を連結したときは、ＰＴＯ系に動力にて該ロータリ作業機が駆動される。尚、１６はリフトアームであり、リフトシリンダ１７の伸縮によって上下回動する。
【０００７】
一方、運転席１８の前方にステアリングハンドル１９が設けられ、該ステアリングハンドル１９の近傍に作業機昇降レバー２０を設けてある。前述したように、機体後部にロータリ作業機を連結したときは、該作業機昇降レバー２０の操作により、前記リフトシリンダ１７が駆動されてリフトアーム１６が上下回動し、リンク機構を介してロータリ作業機が昇降する。また、運転席１８の下方のフロアには、変速ペダルであるＨＳＴペダル２１が前後回動可能に設けられ、後述するように、該ＨＳＴペダル２１を踏み込むことによって、前記ＨＳＴ１２の回転出力を変速できるように形成してある。
【０００８】
本実施の形態では、当該トラクタ１０にて掘削作業を行えるように、機体の前方に左右一対のアーム２２，２２を取り付け、このアーム２２，２２の先端部にバケット２３を装着してある。前記アーム２２はアームシリンダ２４の伸縮により上下に回動し、バケット２３はバケットシリンダ２５の伸縮によって掬い動作が行われる。前記ステアリングハンドル１９の前方には、作業機操作レバーであるアーム操作レバー２６及びバケット操作レバー２７が設けられており、該アーム操作レバー２６及びバケット操作レバー２７にて前記アームシリンダ２４及びブームシリンダ２５の伸縮操作が行われる。尚、２８はアームの持上げ角を検出するためのアーム角センサであり、２９はバケットの掬い角を検出するためのバケット角センサである。
【０００９】
図２及び図３に示すように、前記ＨＳＴ１２はクラッチハウジング３０の後壁面に取り付けられており、エンジン１１の回転動力にて駆動される可変式油圧ポンプ３１と、この油圧ポンプ３１にて駆動される油圧モータ３２とを備え、且つ、該ＨＳＴ１２はトランスミッション１３と一体に固設されたケース３３内に収容されている。エンジン１１の回転動力は主クラッチ３４によって入り切りされ、主クラッチ３４が入りの状態では、エンジン１１の回転動力が主クラッチ３４から後方へ突出する回転軸３５を経て前記ＨＳＴ１２の油圧ポンプ軸３６に入力される。
【００１０】
油圧ポンプ３１の側方に突設されたトラニオン軸３７は、モータシリンダ若しくは油圧シリンダ等のアクチュエータ３８の駆動によって回動する。オペレータが前記ＨＳＴペダル２１を前後何れかに踏み込んだときは、該ＨＳＴペダル２１の踏み込み角をポテンショメータ３９にて検出し、該ポテンショメータ３９の検出値に基づくコントローラ４０から指令信号によって前記アクチュエータ３８が駆動され、トラニオン軸３７が回転して油圧ポンプ３１の吐出量が無段階に変更される。
【００１１】
このように、ＨＳＴペダル２１の踏み込み量を電気的に検出してトラニオン軸３７を回転させるため、ＨＳＴ１２の出力を増大するときにＨＳＴペダル２１の踏力が少なくて済み、走行負荷の増加による踏力の急変がなくなって安定した操作感が得られる。また、車速を一定に保持するクルーズコントロール機能を簡単に構成することができる。
【００１２】
ここで、油圧モータ３２の内部斜版の傾転角を変更する傾転角切替ポート４１に掛かるポート圧力は、方向制御弁４２によって２段階に切り替わり、通常は該方向制御弁４２が(イ)位置にあって、傾転角切替ポート４１がタンク４３に連通しているため、ポート圧力が低圧となっている。従って、油圧モータ３２の傾転角が小となり、前記油圧ポンプ３１の吐出量に応じて、モータ軸４４が低トルクにて回転する。即ち、機体の高速走行に適した状態となる。
【００１３】
いま、前記コントローラ４０からの指令により電磁弁４５が開放位置（ハ）に切り替われば、油圧源４６のパイロット油が該電磁弁４５を介して前記方向制御弁４２のパイロットポートに作用し、前記方向制御弁４２が(ロ)位置に切り替わる。従って、油圧ポンプ３１の吐出油が傾転角切替ポート４１に作用してポート圧力が高圧となり、油圧モータ３２の傾転角が大となってモータ軸４４が高トルクにて回転する。即ち、高負荷の作業に適した状態となる。前記傾転角切替ポート４１に掛かるポート圧力を切り替える方向制御弁４２と、該方向制御弁４２のパイロット圧を切り替える電磁弁４５等から、油圧モータ３２の傾転角を段階的に変更するアクチュエータが構成される。
【００１４】
前記電磁弁４５の切り替えは、ＨＳＴペダル２１の踏み込み量と前記バケット２３を装着したアーム２２の持上げ角によって制御される。図３乃至図５に示すように、掘削作業中は前記アーム角センサ２８の検出値によりアーム２２が上げ位置にあるか否かを監視する（ステップ１）。アーム２２が下げ位置にあるときは、バケット２３が地面に接近して土砂を前方に押し寄せながら走行している状態であり、作業負荷が大である。然るときは、コントローラ４０からの指令信号により前記電磁弁４５を開放位置（ハ）にし、方向制御弁４２を（ロ）位置に切り替えて、油圧モータ３２をＬｏｗモードにする（ステップ４）。従って、油圧モータ３２の傾転角が大となり、該油圧モータ３２は出力トルクが高トルクにて回転し、図５の実線に示すように、ＨＳＴペダル２１の踏み込み量に対して一定の割合で油圧モータ３２の回転数が増加する。
【００１５】
これに対して、ステップ１に於いてアーム２２が上げ位置にあるときは、バケット２３が地面から浮上して土砂を運搬するために走行している状態であり、土砂を押し寄せながら前進するときよりも作業負荷が軽くなる。然るときは、前記ポテンショメータ３９の検出値によりＨＳＴペダル２１の踏込み量を監視する（ステップ２）。ＨＳＴペダル２１の踏み込み量が小であるときは、ステップ４にジャンプし、前述と同様にして油圧モータ３２をＬｏｗモードにする。一方、ステップ２に於いてＨＳＴペダル２１の踏み込み量が切替えポイント以上に大であるときは、前記電磁弁４５を閉止位置（ニ）にして方向制御弁４２を（イ）位置に切り替え、油圧モータ３２をＨｉｇｈモードにする（ステップ３）。従って、油圧モータ３２の傾転角が小となり、該油圧モータ３２は低トルクにて高速回転するため、機体は高速走行が可能となる。
【００１６】
このように、ＨＳＴペダル２１の踏み込み量とアーム操作レバー２６の操作に連動し、作業負荷の変動に応じて前記油圧モータ３２の傾転角が変更されるため、その都度スイッチ切り替え等の操作を行わずして、ＨＳＴ１２の出力トルクを自動的に高低２段階に切り替えることができる。
【００１７】
或いは、図１及び図３に示した作業機昇降レバー２０の操作によって前記電磁弁４５を切り替えるように構成してもよい。該作業機昇降レバー２０は、前述したように、リフトアーム１６を回動してロータリ作業機等を昇降させるものであるが、掘削作業を行う場合はロータリ作業機が連結されていないので、該作業機昇降レバー２０は不要となっている。この作業機昇降レバー２０の操作によって前記電磁弁４５を開閉すれば、オペレータがステアリングハンドル１９から手を離すことなく、前記油圧モータ３２の傾転角を変更できる。斯くして、非使用作業機操作レバーである前記作業機昇降レバー２０の有効利用が図られるとともに、ステアリング操作性を損なうことなくＨＳＴ１２の出力トルクを簡単に切り替えることができる。
【００１８】
而して、図２に示すように、前記ＨＳＴ１２にて変速された動力は、ＨＳＴ１２の前面部に設けられた減速装置４７にて減速された後に、駆動伝達軸４８を介してトランスミッション１３に伝達され、更に、トランスミッション１３にて走行系の動力が変速された後に、リヤデファレンシャル装置４９を経て後輪１５が駆動される。
【００１９】
図６は前記ＨＳＴペダル２１を示し、該ＨＳＴペダル２１は前進ペダル２１Ｆと後進ペダル２１Ｒの２つのペダルにて構成され、１つのペダル軸５１に前進ペダルのハブ２１Ｆａと後進ペダルのハブ２１Ｒａが同軸に枢着されている。図中右側を機体の前方向とすれば、一方のハブ２１Ｆａの前方且つ斜め上方に前進ペダル２１Ｆが固設され、他方のハブ２１Ｒの後方且つ斜め上方に後進ペダル２１Ｒが固設されている。また、前進ペダルのハブ２１Ｆａの下面にアーム２１Ｆｂを垂設し、後進ペダルのハブ２１Ｒａの下面にアーム２１Ｒｂを垂設するとともに、一方のアーム２１Ｆｂに前進用のリンク２１Ｆｃを連結し、他方のアーム２１Ｒｂに後進用のリンク２１Ｒｃを連結する。更に、後進ペダルのアーム２１Ｒｂの下端部には第２のハブ２１Ｒｄが固設されている。図示した状態では、この第２のハブ２１Ｒｄは軸等に装着されず、中空状態となっている。
【００２０】
而して、オペレータがＨＳＴペダル２１を踏み込むとき、つま先にて前進ペダル２１Ｆを前方へ踏み込めば、前記ペダル軸５１を中心にハブ２１Ｆａが図中時計回りに回動し、前進用のリンク２１Ｆｃが後方へ押されて前記ＨＳＴ１２のトラニオン軸３７が前進側に回転するため、機体が前進走行する。これに対して、踵にて後進ペダル２１Ｒを後方へ踏み込めば、前記ペダル軸５１を中心にハブ２１Ｒａが反時計回りに回動し、後進用のリンク２１Ｒｃが前方へ引かれて前記ＨＳＴ１２のトラニオン軸３７が後進側に回転するため、機体が後進走行する。
【００２１】
図７は２ペダル式の構成を示し、前記ペダル軸５１の前方且つ斜め下方に第２のペダル軸５２が平行に設けられており、前述した図６の構成と同様に、一方のペダル軸５１には前進ペダル２１Ｆのハブ２１Ｆａが枢着されている。また、他方のペダル軸５２には前記後進ペダル２１Ｒを前後逆向きにして第２のハブ２１Ｒｄが枢着されている。尚、このとき前記ハブ２１Ｒａには軸等が装着されず、中空状態となっている。このように、予め２つのペダル軸５１，５２を設けておくことにより、図６に示した前後シーソー式のペダル配置と、図７に示した２ペダル式のペダル配置とを、オペレータが任意に選択することができる。
【００２２】
図８は機械式のクルーズコントロール機能を備えたＨＳＴペダル５５を示し、該ＨＳＴペダル５５はペダル軸５６に枢着されており、該ＨＳＴペダル５５と一体に回動可能なアーム５７が装着されている。符号５８は前記トラニオン軸３７と一体に回動するベルクランクアームであり、該ベルクランクアーム５８の一端部にリンク５９を連結し、このリンク５９を介して前記ＨＳＴペダル５５の動きがトラニオン軸３７に伝達される。
【００２３】
また、ピン６０を中心に上下回動可能なアーム６１を枢着し、該アーム６１の上面に略Ｖ字形の凹部６２を設け、該アーム６１の他端部に引張コイルばね６３を係止して該アーム６１を上方へ付勢するとともに、前記ベルクランクアーム５８に枢着したローラ６４を該アーム６１の凹部６２に当接させる。トラニオン軸３７が中立位置にあるときは、該ローラ６４が前記凹部６２の中央部に位置するように形成されている。
【００２４】
従って、オペレータが前記ＨＳＴペダル５５に足を乗せて踏み込み操作を行えば、リンク５９を介してベルクランクアーム５８が回動し、トラニオン軸３７が回転して機体が前進または後進し、これと同時に、ベルクランクアーム５８の回動によって、前記ローラ６４がアーム６１を押し下げながら凹部６２の斜面を転動する。そして、オペレータが前記ＨＳＴペダル５５から足を外せば、前記引張コイルばね６３によってアーム６１が上方に付勢されているため、該アーム６１に押されてローラ６４が凹部６２の中央部に戻される。依って、トラニオン軸３７が中立位置に戻る。即ち、ＨＳＴペダル５５から足を外せば、ＨＳＴ１２は自動的に中立位置に復帰するように形成されている。
【００２５】
ここで、前記ベルクランクアーム５８の他端面に鋸歯状のフック６５を設け、該フック６５と対峙する位置に、鋸歯状のラックアーム６６を枢着する。オペレータがＨＳＴペダル５５を踏み込んでトラニオン軸３７を回転させ、機体が走行しているときに、クルーズコントロール用のレバー若しくはペダル（何れも図示せず）の操作により、リンク６７を介して前記ラックアーム６６がベルクランクアーム５８側に押圧されると、前記ラックアーム６６にフック６５が係止してベルクランクアーム５８の回動が止まり、トラニオン軸３７の回転位置が保持される。従って、オペレータがＨＳＴペダル５５の踏み込み操作を止めたとしても、機体が一定速度で走行する。
【００２６】
クルーズコントロールを解除するには、ＨＳＴペダル５５を前進側に（図中時計回りに）踏み込むことにより、フック６５とラックアーム６６の係止が外れてベルクランクアーム５８が回動可能となり、再び機体の走行速度を任意に変更することができる。
【００２７】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は上記一実施の形態に詳述したように、作業車両に静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）を搭載し、且つ、該ＨＳＴの油圧モータの傾転角を段階的に変更するアクチュエータを設けるとともに、作業機の高さを検出するセンサを設け、
油圧モータ（３２）の内部斜板の傾転角を変更する傾転角切替えポート（４１）に掛かるポート圧力を切り替える方向制御弁（４２）と油圧源からのパイロット油を前記方向制御弁（４２）に送油する電磁弁（４５）を設けて成り、
且つ、上記作業機が下げ位置にあるときは、コントローラ（４０）からの指令信号により、前記電磁弁（４５）を解放位置にし、方向制御弁（４２）を切り替えて油圧モータ（３２）をＬｏｗモードにするようにし、又、前記作業機が上げ位置にあるときは、前記変速ペダルの踏み込み量の監視を行うと共に、踏み込み量が小であると電磁弁（４５）を解放位置にして油圧モータ（３２）をＬｏｗモードにするように構成し、そして、前記作業機が上げ位置にあって前記変速ペダルの踏み込み量が所定の切り替えポイント以上の大きさであるときは、電磁弁（４５）を閉止位置にして油圧モータ（３２）をＨｉｇｈモードにするようにしたものであるところ、ＨＳＴペダルの踏み込み量とアーム操作に連動し、作業負荷の変動に応じて前記油圧モータの傾転角が変更されるため、その都度スイッチ切り替え等の操作を行わずして、ＨＳＴの出力トルクを自動的に高低２段階に切り替えることができる。
このようにして、作業機の高さに応じて前記アクチュエータを駆動し、前記油圧モータの出力トルクを切り替えるようにすることを通じて、スイッチ切り替え等の操作を行わずして、作業負荷が増減に応じて自動的にＨＳＴの出力トルクを変更することができる。
【００２９】
斯くして、通常多用される出力要求に合わせてＨＳＴの容量を定めることができ、無駄な馬力を消費することなく、作業内容に応じて随時出力を増大することが可能となる等、正に著大なる効果を奏する発明である。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】掘削作業仕様のトラクタの側面図。
【図２】ＨＳＴ及びトランスミッションの構成を示す展開縦断側面図。
【図３】ＨＳＴの制御回路図。
【図４】制御の手順を示すフローチャート。
【図５】ＨＳＴの出力特性を示すグラフ。
【図６】（ａ）は前後シーソー式のＨＳＴペダルの平面図、
（ｂ）は前後シーソー式のＨＳＴペダルの側面図。
【図７】（ａ）は２ペダル式のＨＳＴペダルの平面図、
（ｂ）は２ペダル式のＨＳＴペダルの側面図。
【図８】機械式のクルーズコントロール機能を備えたＨＳＴペダルの側面図。
【符号の説明】
１０トラクタ
１１エンジン
１２静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）
２６アーム操作レバー
２８アーム角センサ
３１油圧ポンプ
３２油圧モータ
３７トラニオン軸
３８アクチュエータ
３９ポテンショメータ
４０コントローラ
４１傾転角切替ポート
４２方向制御弁
４５電磁弁

Claims

エンジン（１１）の回転動力にて駆動され、且つ、変速ペダル（２１）の踏み込み操作に応じて吐出量を変更する可変式油圧ポンプ（３１）と、この油圧ポンプ（３１）にて駆動される油圧モータ（３２）とを具備する静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）（１２）を搭載した作業車両であって、前記油圧モータ（３２）に内部斜板の傾転角を段階的に変更するアクチュエータを設けるとともに、機体に連結した作業機の高さを検出するセンサ（２８）を設け、該センサ（２８）の検出値に応じて前記油圧モータ（３２）の傾転角を変更し、前記油圧モータ（３２）の出力トルクを切り替えるように構成した作業車両の静油圧式無段変速装置（１２）に於いて、
前記変速ペダル（２１）の踏み込み量とアーム操作レバー（２６）の操作に連動し、作業負荷の変動に応じて油圧モータ（３２）の傾転角を変更するように構成し、
前記油圧モータ（３２）の内部斜板の傾転角を変更する傾転角切替えポート（４１）に掛かるポート圧力を切り替える方向制御弁（４２）と油圧源からのパイロット油を前記方向制御弁（４２）に送油する電磁弁（４５）を設けて成り、
且つ、上記作業機が下げ位置にあるときは、コントローラ（４０）からの指令信号により、前記電磁弁（４５）を解放位置にし、方向制御弁（４２）を切り替えて油圧モータ（３２）をＬｏｗモードにするようにし、又、前記作業機が上げ位置にあるときは、前記変速ペダルの踏み込み量の監視を行うと共に、踏み込み量が小であると電磁弁（４５）を解放位置にして油圧モータ（３２）をＬｏｗモードにするように構成し、
そして、前記作業機が上げ位置にあって前記変速ペダルの踏み込み量が所定の切り替えポイント以上の大きさであるときは、電磁弁（４５）を閉止位置にして油圧モータ（３２）をＨｉｇｈモードにするように構成して成ることを特徴とする作業車両の静油圧式無段変速装置。