JP4589072B2 - 三輪型管理機 - Google Patents

Description

本発明は、小豆などの豆類の刈り取りに好適な三輪型管理機に関する。

農作物を管理する管理機には、四輪型管理機が主流である（例えば、特許文献１参照。）。その他に、三輪型管理機も使用される（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−３１００２４公報（図２） 特開平１０−２１０８４２号公報（図３）

特許文献１の図２には、４輪操舵型管理機が示されている。農業機械は、畑の中で前進、後進、左右微旋回、左右急旋回などの操作を頻繁に行う。そのために、４輪操舵型管理機が必要となる。ただし、特許文献１の管理機は４輪駆動車であるため、駆動系が複雑になり、管理機は大型で且つ高価なものとなる。

この点、特許文献２の図３に示される三輪型管理機は、２個の前輪と１個の後輪とならなり、遙かに小型であり安価である。
しかし、周知の通り、三輪車は高速走行中に急旋回すると、四輪車よりは遙かに転倒しやすい。そのため、三輪型管理機は、旋回前に十分に減速する必要があり、運転操作が煩雑であり、運転者の負担が大きかった。

本発明は、運転者の負担を大幅に軽減することができる三輪型管理機を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、前輪が２輪で、後輪が１輪で、この後輪を操舵輪とし、農作業に供する三輪型管理機であり、前記左右前輪の間にデフを配置し、このデフに油圧駆動変速機を連結し、この油圧駆動変速機の出力を、前記デフを介して前記左右前輪に伝達することにより、前記前輪は前記油圧駆動変速機構を用いて駆動し、前記後輪は電動モータを用いて駆動する三輪型管理機において、
前記後輪の操舵角が大きくなるほど前記油圧駆動変速機構の出力軸回転速度を減少させるごとくに、前記後輪の操舵角に基づいて前記前輪の回転速度を制御すると共に、前記後輪の操舵角が９０°のときに、前記油圧駆動変速機構の出力軸回転速度をゼロにする制御部を備えていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、油圧駆動変速機構の出力は、デフを介して左右前輪に伝達するようにした。デフの存在により、左右前輪に速度差を発生させることができ、旋回性能を確保することができる。
さらに、請求項１に係る発明では、後輪の操舵角が大きくなるほど油圧駆動変速機構の出力軸回転速度を減少させるごとくに、後輪の操舵角に基づいて前輪の回転速度を制御する。この結果、操舵角が大きくなるほど、走行速度が遅くなり、転倒の危険を回避することができる。
運転者は旋回前に減速操作をする必要がないので、運転操作が楽になり、運転者の負担を大幅に軽減することができる。

加えて、前輪は油圧駆動変速機構を用いて駆動するが、後輪は電動モータを用いて駆動するようにした。電動モータを採用すれば、エンジンから後輪へ伝動軸を接続する必要が無く、後輪への伝動軸が不要であるから、駆動系を単純化でき、管理機の増量増加を抑えることができる。

さらに加えて、請求項１に係る発明によれば、後輪の操舵角が９０°のときに、油圧駆動変速機構の出力軸回転速度をゼロにする。すなわち、後輪の操舵角が９０°のときは、走行速度がゼロになる。
走行速度ゼロで、後輪のみが回転するため、急旋回が可能であり、畑の中での取り回し性を高めることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、前後左は、乗員シートに座った乗員を基準に決める。
図１は本発明に係る三輪型管理機の平面図であり、三輪型管理機１０は、鋼製フレーム及び鋼板で構成した機体１１の前部に、左前輪１２Ｌ（Ｌは左を示す。以下同じ）、右前輪１２Ｒ（Ｒは右を示す。以下同じ）を備え、機体１１の中央にエンジン１３及び燃料タンク１４を備えるとともに、エンジン１３周りを機体カバー１５で覆い、機体中央にクロスメンバー１６を備え、このクロスメンバー１６に乗員から見て左から右へ第１〜第４切断手段２１、２２、２３、２４を備え、機体１１の後部に乗員シート２５及び１個の後輪２６を備える。

２７は操向ハンドル、２８はステップ、２９Ｌは左前輪１２Ｌに付属したデバイダー、２９Ｒは右前輪１２Ｒに付属したデバイダーである。これらのデバイダー２９Ｌ、２９Ｒは、葉分け器、枝分け器とも呼ばれ、畝間に倒れ込んだ作物があれば、それを跳ね上げる若しくは掻き分けて前輪１２Ｌ、１２Ｒから作物を保護する役割を果たす。

図２は本発明に係る三輪型管理機の側面図であり、機体１１の前部に前輪１２Ｌ、１２Ｒ（１２Ｒは１２Ｌの奥）を備え、その前方にデバイダー２９Ｌ、２９Ｒ（２９Ｒは２９Ｌの奥）を備え、機体１１の中央上部にエンジン１３及び燃料タンク１４を備え、中央下部にクロスメンバー１６Ｌ、１６Ｒ及び第１〜第４切断手段２１〜２４を備え、機体後部に乗員シート２５及び後輪２６を備えたことを示す。

デバイダー２９Ｌ、２９Ｒは、上リンク３１及び下リンク３２で車体１１側に連結し、手動によるワイヤの引き動作により、上下させる。非作業時、路上走行の場合は上げ、作業時に下げることができる。

第１〜第４切断手段２１〜２４を支えるクロスメンバー１６Ｌ、１６Ｒも、リンク３４やリンク３５で機体１１側に連結し、作業部昇降シリンダ７２Ｌ、７２Ｒにより上下させる。非作業時、路上走行の場合は上げ、作業時に下げることができる。

図３は本発明に係る操舵系の構成図であり、本発明では後輪２６を操舵輪にする。そのために、車体側の後部フレーム３６に軸受３７、３７を介して操舵軸３８を取り付け、この操舵軸３８の上下からプレート４１、４２を水平に延ばし、これらのプレート４１、４２の先端に後輪支軸４３を取り付け、この後輪支軸４３の下部から水平に小ブラケット４４及び大ブラケット４５を延ばし、これらのブラケット４４、４５間に後輪車軸４６を渡し、この後輪車軸４６に後輪２６を固定する構造を採用した。

操向ハンドル２７に連結するステアリング軸４７の下端に傘歯車４８を設け、この傘歯車４８に傘歯車４９を噛合させ、この傘歯車４９から水平軸５１を延ばし、この水平軸５１の後端に傘歯車５２を設け、この傘歯車５２に傘歯車５３を噛合させ、この傘歯車５３を操舵軸３８に固定することで、操向ハンドル２７に加えた操舵力を操舵軸３８に伝達することができ、後輪２６を操舵することができる。

そして、後部フレーム３６と操舵軸３８との間に、操舵角センサ５４を介在させることにより、後輪２６が左右に何度操舵されたかを、検出することができるようにした。

また、大ブラケット４５に後輪駆動モータ５５を取り付け、スプロケット５６、チェーン５７及びスプロケット５８を介して、後輪駆動モータ５５で後輪２６を直接駆動できるようにした。

図４は本発明に係る三輪型管理機の駆動系統の原理図であり、エンジン１３の出力は、発電機６１への入力と、前輪駆動に係る油圧駆動変速機構６２への入力と、第１〜第４切断手段２１〜２４の駆動力の総和となる。ただし、電磁クラッチ６３を断状態にすれば、エンジン１３の出力は、全てが発電機６１の駆動に回すことができる。発電機６１の発電は、全てバッテリ６４に蓄える。

また、油圧駆動変速機構６２は、ＨＳＴ（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）と一般に呼ばれ、可変容量形の斜板式油圧ポンプと油圧モータとを内蔵し、入力で油圧ポンプを駆動して油圧を発生させ、この高圧油を油圧モータに供給してモータ軸（出力軸に相当）を回すことを原理とし、外部から斜板の傾斜角を変更することで、入力軸（ポンプ軸）を一定速度で回転させつつ、出力軸（モータ軸）を増速、減速及び正転、停止、逆転状態にすることができる便利な機構である。

斜板の制御は、一般に、作業員のレバー操作によって直接的に行うことが多い。しかし、本発明では、図示するとおりに、変速用モータ６５で遠隔操作、すなわち間接的に斜板の制御を実施することにした。

油圧駆動変速機構６２の出力は、デフ６６を介して左右前輪１２Ｌ、１２Ｒに伝達する。デフ６６の存在により、左右前輪１２Ｌ、１２Ｒに速度差を発生させることができ、旋回性能を確保することができる。

バッテリ６４に蓄えた電気エネルギーは、制御部６７で制御するドライバー６８を介して後輪駆動モータ５５へ供給し、同じくドライバー６９を介して変速用モータ６５へ供給し、ドライバー７１を介して作業部昇降シリンダ７２Ｌ、７２Ｒへ供給する。

作業部昇降シリンダ７２Ｌ、７２Ｒは、電動シリンダ又は電動油圧シリンダが好適である。なお、電動シリンダは内蔵するモータで直接シリンダ軸を移動させ、電動油圧シリンダは内蔵するモータで、内蔵する油圧ポンプを駆動し、発生した油圧でシリンダ軸を移動させるアクチュエータである。

次に、総合的な操作を説明するが、農作業用管理機では、路面若しくは耕土上を走る走行操作と、作業部（本例では切断手段）を上げ下げするとともに作業部を作動状態にする作業部操作とを、複合して実施する。ただし、煩雑になるので便宜的に「作業部操作」と「走行操作」とを別々に説明する。

先ず、作業部操作を説明する。
乗員がスイッチ、レバー、ボタン類を操作したことに基づく「操作情報」を受けた制御部６７は、操作情報に応じて、作業部昇降シリンダ７２Ｌを作動させて第１、第２切断手段２１、２２を上昇又は下降させ、作業部昇降シリンダ７２Ｒを作動させて第３、第４切断手段２３、２４を上昇又は下降させる。

伝動ベルト７４は、プーリ７５とプーリ７６との間に緩く（ルーズに）掛けてあるため、このままでは、第１〜第４切断手段２１〜２４は停止したままである。乗員の操作に基づき、クラッチプーリ７３を伝動ベルト７４に押し、伝動ベルト７４のテンションを高めると、プーリ７６が回り、このプーリ７６と同軸のプーリ７７Ｌ、７７Ｒが回り、これらのプーリ７７Ｌ、７７Ｒの作用でプーリ７８Ｌ、７８Ｒが回り、これらのプーリ７８Ｌ、７８Ｒの作用で第１〜第４切断手段２１〜２４は回る。
ただし、第１〜第４切断手段２１〜２４は、エンジン１３が運転状態にあり、電磁クラッチ６３が繋がっていて且つ伝動ベルト７４がタイト（張り）状態であるという３つの条件が成立したときに、作動状態になる。

次に、走行操作を説明する。
乗員が、レバー、ボタン類を操作したことに基づく「操作情報」を受けた制御部６７は、操作情報に応じて、電磁クラッチ６３を繋ぎ、左右前輪１２Ｌ、１２Ｒを走行可能にする。前輪１２Ｌ、１２Ｒの速度は制御部６７の指令を受けて変速用モータ６５で決定する。
同時に、制御部６７の指令を受けた後輪駆動モータ５５は、後輪２６を走行状態にする。
これで、前進（低速−高速可変速）、停止、後進状態にすることができる。これに操向ハンドルの操作に基づく旋回が加わる。この旋回の形態は後述する。

本発明では、左右の前輪１２Ｌ、１２Ｒを、油圧駆動変速機構６２を介するものの、直接的にエンジン１３で駆動する。これに対して、後輪２６は後輪駆動モータ５５で駆動する。
いわゆる、全輪駆動車両では、伝動軸を介してエンジン動力を全輪へ伝達する。そのために、伝動軸は車輪の数だけ必要になり、駆動系統が複雑になる。
この点、本発明では後輪２６は後輪駆動モータ５５で駆動するため、伝動軸は不要になり、駆動系統を簡単にすることができる。

駆動系統を簡単にするだけであれば、全輪をモータ駆動すればよいことになる。しかし、モータ駆動には次の欠点がある。
先ず、伝動軸に比較してモータは高価である。
次に、農作業で用いる管理機は、管理作業に留まらず、トラクターの代わりに牽引機の役割を担うことがある。モータでは発生トルクに限度があり、駆動力が不十分になる。駆動力を稼ぐためにモータを大型にすると、モータ価格が高騰し、バッテリ６４や発電機６１も大型化しなければならない。
したがって、全輪をモータ駆動にすることは難しい。

一方、直進走行時は、前輪駆動で、後輪自由回転（後輪非駆動）とすることは可能である。旋回時は、後輪駆動にすることで旋回性を高めることができる。旋回のためだけなら後輪駆動のためのモータは小型であっても差し支えない。
そこで、本発明では、エンジン１３で直接的に駆動する左右の前輪１２Ｌ、１２Ｒに、エンジン１３では直接駆動しないでモータ５５で駆動する１個の後輪２６を組み合わせることで、全輪を伝動軸で駆動するものや全輪をモータで駆動するものの欠点を解消することができた。

図５は本発明に係る三輪型管理機の旋回形態を示す図である。
（ａ）は直進前進又は直進後進の形態を示す。
（ｂ）は平面視で後輪２６を反時計方向へ角度θだけ操舵することで、前進右旋回させる形態を示す。角度θを操舵角という。
高速走行時に急旋回させることは、転倒の危険が増加するため、好ましくない。特に、四輪よりも転倒しやすい三輪においては、操舵角θに比例した、走行速度管理が求められる。

（ｃ）は操舵角θが９０°に達した究極の旋回形態を示す。この形態で、前輪１２Ｌ、１２Ｒの両方を前進又は後進させることは、後輪２６保護の観点から好ましくない。
また、前輪１２Ｌ、１２Ｒの中心点Ｍを、旋回中心として旋回させることを「超信地（ちょうしんち）旋回」と称し、旋回半径が最小になることから、管理機では好まれる。このような急旋回を実現するには、前輪１２Ｌ、１２Ｒの中心点Ｍが、前進も後進もしないで、止まっていることが必要になる。

以上の説明をまとめると、（ｃ）では操舵角θが９０°であって、このときには中心点Ｍは停止させることが望まれる。（ｂ）では操舵角θが大きいときには低速走行し、操舵角θが小さければ高速で走行可能であり、（ａ）では操舵角θが０°であって前輪速度と後輪速度を同一にする必要がある。
これらの知見に旋回半径を加味して、導き出した走行速度制御は次の通りである。

図６は本発明で採用した前後輪速度管理グラフであり、横軸は後輪の操舵角θ、縦軸は（前輪速度／後輪速度）を示す。なお、前輪速度は、図４に示す油圧駆動変速機構６２の出力軸７９の回転速度で表現することが正しい。デフの影響を排除できるからである。そこで、グラフ縦軸に記載した前輪速度は、出力軸７９の速度を終減速比で換算して得た値を指すものとする。

横軸で「０°」は（前輪速度／後輪速度）が１であって、前輪速度＝後輪速度となり、図５（ａ）に相当する。
横軸で「９０°」は（前輪速度／後輪速度）が０であって、前輪速度＝０となり、図５（ｃ）に相当する。

図６のグラフ相当のロジックを、図４の制御部６７に記憶させる。操舵角センサ５４で検出した操舵角に応じて、制御部６７は、後輪駆動モータ５５はそのままで、変速用モータ６５を低速側へ制御して前輪速度を減速させる。
この結果、乗員が高速直進中に、操向ハンドルを急に操作しても、自動的に前輪が減速し、安定した旋回が確保できる。

以上の構成からなる三輪型管理機の作用を次に述べる。
図７は管理作業開始時の三輪型管理機の平面図であり、畝の数は４条であり、これらを第１畝８１、第２畝８２、第３畝８３及び第４畝８４と呼ぶときに、三輪型管理機１０は、第１、第２畝８１、８２の間を走行させる左前輪１２Ｌと、第３、第４畝８３、８４の間を走行させる右前輪１２Ｒと、第２、第３畝８２、８３の間を走行させる１個の後輪２６と、前後輪２６Ｌ、２６Ｒの中間に設けるとともに第１畝８１の作物Ｈ１を刈る第１切断手段２１と、第２畝８２の作物Ｈ２を刈る第２切断手段２２と、第３畝８３の作物Ｈ３を刈る第３切断手段２３と及び第４畝８４の作物Ｈ４を刈る第４切断手段２４と、第２畝８２の作物Ｈ２を第１畝８１側へ倒すために第２切断手段２２に付属した第２ガイド８７と、第３畝８３の作物Ｈ３を第４畝８４側へ倒すために第３切断手段２３に付属した第３ガイド８８とを備える。

好ましくは、本実施例のように第１切断手段２１に、第１畝８１の作物Ｈ１を第２畝８２側へ倒す第１ガイド８６を付属し、第４切断手段２４に、第４畝８４の作物Ｈ４を第３畝８３側へ倒す第４ガイド８９を付属する。
そして、白抜き矢印のごとく、三輪型管理機１０を前進させることで、作業を開始する。

図８は本発明の三輪型管理機の作用図であり、左前輪１２Ｌは、第１畝８１と第２畝８２との間を通り、右前輪１２Ｒは、第３畝８３と第４畝８４との間を通るために、走行を妨げる物はない。
第１畝８１の作物Ｈ１は、第１ガイド８６のガイド作用で徐々に第２畝８２側に倒され、その状態で茎が円板カッターなどの第１切断手段２１で切断されるため、図のように刈り倒される。
第２畝８２の作物Ｈ２は、第２ガイド８７のガイド作用で徐々に第１畝８１側に倒され、その状態で茎が円板カッターなどの第２切断手段２２で切断されるため、図のように刈り倒される。

第３畝８３の作物Ｈ３は、第３ガイド８８のガイド作用で徐々に第４畝８４側に倒され、その状態で茎が円板カッターなどの第３切断手段２３で切断されるため、図のように刈り倒される。
第４畝８４の作物Ｈ４は、第４ガイド８９のガイド作用で徐々に第３畝８３側に倒され、その状態で茎が円板カッターなどの第４切断手段２４で切断されるため、図のように刈り倒される。

第２畝８２の作物Ｈ２及び第３畝８３の作物Ｈ３は、互いに離れるように倒れるため、第２畝８２と第３畝８３との間に十分な通路を確保することができ、邪魔物がない状態で後輪２６を容易に走行させることができる。

このように本発明の三輪型管理機１０によれば、前輪１２Ｌ、１２Ｒ並びに後輪２６で作物Ｈ１〜Ｈ４を踏む心配が無い状態で、４条の作物Ｈ１〜Ｈ４を１パスで管理することができる。したがって、設備を大型化することなく、すなわち、コンパクトな三輪型管理機１０で４条の作物Ｈ１〜Ｈ４を管理することができ、収穫作業の能率を大幅に向上させることができる。

図９は隣接する第５畝〜第８畝に係る作用説明図であり、第１畝８１〜第４畝８４の作物Ｈ１〜Ｈ４の刈り倒しが終了したら、三輪型管理機１０をＵターンさせて、第５畝９１〜第８畝９４に臨ませ、白抜き矢印のごとく前進させつつ、第５畝９１〜第８畝９４の作物Ｈ５〜Ｈ８の管理を実施する。第５畝９１の作物Ｈ５と第６畝６２の作物Ｈ６が互いに接近し、第７畝９３の作物Ｈ７と第８畝９４の作物Ｈ８が互いに接近するように倒れる。

以上の結果、少なくとも第２、第３畝８２、８３間、第４、第５畝８４、９１間及び第６、第７畝９２、９３間に、邪魔物のない通路が確保できる。これは、第１ガイド８６〜第４ガイド８９のガイド作用によるものである。
すなわち、第１ガイド８６及び第４ガイド８９を設けたので、第１畝８１の作物Ｈ１は第２畝８２側に倒し、第４畝８４の作物Ｈ４は第３畝８３側へ倒すことができ、第４畝８４と第５畝９１の間を、通路として使用することができ、刈り倒し後の収穫作業が容易になる。

尚、本発明の三輪型管理機は、農作物を管理する自走型農業機械であり、管理対象とする作物の種類は限定しない。

本発明は、小豆の刈り倒しに用いる三輪型管理機に好適である。

本発明に係る三輪型管理機の平面図である。 本発明に係る三輪型管理機の側面図である。 本発明に係る操舵系の構成図である。 本発明に係る三輪型管理機の駆動系統の原理図である。 本発明に係る三輪型管理機の旋回形態を示す図である。 本発明で採用した前後輪速度管理グラフである。 管理作業開始時の三輪型管理機の平面図である。 本発明の三輪型管理機の作用図である。 隣接する第５畝〜第８畝に係る作用説明図である。

符号の説明

１０…三輪型管理機、１１…機体、１２Ｌ…左前車輪（前輪）、１２Ｒ…右前車輪（前輪）、２６…後輪、２７…操向ハンドル、５４…操舵角センサ、５５…後輪駆動モータ（電動モータ）、６２…油圧駆動変速機構、６６…デフ、６７…制御部、７９…油圧駆動変速機構の出力軸。

Claims (1)

1. 前輪が２輪で、後輪が１輪で、この後輪を操舵輪とし、農作業に供する三輪型管理機であり、前記左右前輪の間にデフを配置し、このデフに油圧駆動変速機を連結し、この油圧駆動変速機の出力を、前記デフを介して前記左右前輪に伝達することにより、前記前輪は前記油圧駆動変速機構を用いて駆動し、前記後輪は電動モータを用いて駆動する三輪型管理機において、
   前記後輪の操舵角が大きくなるほど前記油圧駆動変速機構の出力軸回転速度を減少させるごとくに、前記後輪の操舵角に基づいて前記前輪の回転速度を制御すると共に、前記後輪の操舵角が９０°のときに、前記油圧駆動変速機構の出力軸回転速度をゼロにする制御部を備えていることを特徴とする三輪型管理機。

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