JP5580455B2

JP5580455B2 - 農作業車における出力制御方法

Info

Publication number: JP5580455B2
Application number: JP2013136861A
Authority: JP
Inventors: 茂實日高
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2013177985A

Description

本発明は例えば刈取部及び脱穀部を備えて連続的に穀稈を刈取って脱穀処理するコンバインや田植機・トラクタなどの農作業車における出力制御方法に関する。

従来、ギヤミッションでは高い動力伝達効率となるが、有段変速により操作性を向上し得ない不具合がある。また、油圧式無段変速機構は初速がゼロから発進させるゼロ発進可能な無段変速により優れた操作性を得られるが、動力伝達効率に限界があり、低速での動力損失が大きくなる不具合がある。また、Ｖベルト及びプーリを用いたベルト式無段変速機構は高効率の無段変速を行えるが、初速がゼロから発進させるゼロ発進を行えない不具合がある。そこでコンバインなど作業車において、スムーズな圃場の出入、ショックの少ない変速動作、クラッチが不要な発進動作、作業または田面などの状況に適応した速度調節などが要求され、高い動力伝達効率、及びゼロ発進可能な無段変速、及び簡単な変速操作が望まれるもので、そのため油圧変速機構に遊星ギヤ機構を組合せて油圧変速機構単体使用での動力損失など無くして、油圧を用いた場合の操作性とギヤ（機構）を用いた場合の高い伝達効率と両立させた複合変速機構を形成する手段がある。

特開２０００−１２７７８２号公報特開昭５３−１２００４７号公報

しかし乍ら、従来この複合変速機構にあっては油圧変速機構を構成する油圧ポンプに可変容量形を用い油圧モータに定容量形を用いて、油圧ポンプの斜板を操作する操作アームが−１から中立を介し＋１まで変化させるときに、複合変速機構の出力を０回転から最高回転まで変化させる関係とさせると共に、この複合変速機構の出力を正逆転切換機構で正逆に切換えて、前進及び後進で走行を行う構成とするため、別途正逆転切換機構の設置を必要とするなどの構造上の複雑さがあるばかりでなく、前後進時には前後進操作レバーなどで正逆転切換機構をその都度切換動作させるなどの操作上の煩わしさがあった。

そこで、本願発明は、これらの現状を検討して改善を施した農作業車における出力制御方法を提供しようとするものである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明に係る農作業車における出力制御方法は、エンジン（２１）の動力を変速して出力する油圧変速機構（３０）としての油圧ポンプ（２８）及び油圧モータ（２９）と、前記エンジン（２１）の動力と前記油圧モータ（２９）の変速出力とを合成する遊星ギヤ機構（４１）と、前記遊星ギヤ機構（４１）の合成出力が伝達される合成出力軸（４２）と、ＰＴＯ出力軸（３４）と、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を変更操作する変速操作具（２４）とを備えた農作業車において、前記エンジン（２１）の動力が伝達される前記油圧ポンプ（２８）のポンプ軸（３１）で前記ＰＴＯ出力軸（３４）を駆動させ、前記変速操作具（２４）を中立位置に操作したときに、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を逆転方向に制御して前記油圧モータ（２９）のモータ軸（３５）を最高回転で逆転させ、前記遊星ギヤ機構（４１）において前記モータ軸（３５）の逆回転力と前記エンジン（２１）からの一方向回転力とを合成し、当該合成出力によって前記合成出力軸（４２）を最低速回転させる一方、前記変速操作具（２４）を前進最高速位置に操作したときに、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を正転方向に制御して前記油圧モータ（２９）のモータ軸（３５）を最高回転で正転させ、前記遊星ギヤ機構（４１）において前記モータ軸（３５）の正回転力と前記エンジン（２１）からの一方向回転力とを合成し、当該合成出力によって前記合成出力軸（４２）を最高速回転させるように制御するというものである。

本願発明に係る農作業車における出力制御方法によると、エンジン（２１）の動力を変速して出力する油圧変速機構（３０）としての油圧ポンプ（２８）及び油圧モータ（２９）と、前記エンジン（２１）の動力と前記油圧モータ（２９）の変速出力とを合成する遊星ギヤ機構（４１）と、前記遊星ギヤ機構（４１）の合成出力が伝達される合成出力軸（４２）と、ＰＴＯ出力軸（３４）と、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を変更操作する変速操作具（２４）とを備えた農作業車において、前記エンジン（２１）の動力が伝達される前記油圧ポンプ（２８）のポンプ軸（３１）で前記ＰＴＯ出力軸（３４）を駆動させ、前記変速操作具（２４）を中立位置に操作したときに、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を逆転方向に制御して前記油圧モータ（２９）のモータ軸（３５）を最高回転で逆転させ、前記遊星ギヤ機構（４１）において前記モータ軸（３５）の逆回転力と前記エンジン（２１）からの一方向回転力とを合成し、当該合成出力によって前記合成出力軸（４２）を最低速回転させる一方、前記変速操作具（２４）を前進最高速位置に操作したときに、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を正転方向に制御して前記油圧モータ（２９）のモータ軸（３５）を最高回転で正転させ、前記遊星ギヤ機構（４１）において前記モータ軸（３５）の正回転力と前記エンジン（２１）からの一方向回転力とを合成し、当該合成出力によって前記合成出力軸（４２）を最高速回転させるように制御するから、ゼロ発進時の出力トルクを容易に確保でき、ゼロ発進または微速走行性能を向上できる共に、負荷の大きい高速移動作業においても、高い動力伝達効率の出力を有効に利用して、作業能率を簡単に向上できるものである。

また、ゼロ発進可能な無段変速と高い動力伝達効率を、簡単な油圧変速とギヤ組成とで容易に達成でき、走行性能及び変速操作性の向上などを容易に図れるものである。

コンバインの全体側面図である。コンバインの全体平面図である。走行駆動系の説明図である。遊星ギヤ機構部の説明図である。合成出力軸の０回転状態を示す説明図である。合成出力軸の最高効率回転状態を示す説明図である。合成出力軸の最高回転状態を示す説明図である。合成出力軸の回転状態を示す説明図である。主変速レバーと油圧変速機構との関係を示す説明図である。遊星ギヤ機構の回転説明図である。油圧変速機構の出力説明図である。伝達ギヤ側の出力説明図である。合成出力軸の出力説明図である。低速走行のエンジン出力説明図である。中速走行のエンジン出力説明図である。高速走行のエンジン出力説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。図１はコンバインの全体側面図、図２は同平面図であり、図中１は左右一対の走行部材である走行クローラ２を装設するトラックフレーム、３は前記トラックフレーム１に架設する機台、４はフィードチェン５を左側に張架し扱胴６及び処理胴７を内蔵している脱穀部、８は刈刃９及び穀稈搬送機構１０などを備える刈取部、１１は刈取フレーム１２を介して刈取部８を昇降させる油圧シリンダ、１３は排藁チェン１４終端を臨ませる排藁処理部、１５は脱穀部４からの穀粒を揚穀筒１６を介して搬入する穀物タンク、１７は前記タンク１５の穀粒を機外に搬出する排出オーガ、１８は丸形操向ハンドル１９及び運転席２０などを備える運転台、２１は運転席２０下方に設けるエンジンであり、連続的に穀稈を刈取って脱穀するように構成している。

また、図中２２は走行クローラ２を駆動するミッションケース、２３は運転台１８左側に設けるサイドコラムであり、主変速レバー２４・副変速レバー２５・刈取クラッチレバー２６・脱穀クラッチレバー２７をサイドコラム２３に設けている。

図３、図４に示す如く、前記ミッションケース２２の一側に可変容量形油圧ポンプ２８及び油圧モータ２９で形成する１組の無段油圧変速機構３０を設け、該変速機構３０の変速入力用ポンプ軸３１をエンジン２に連結させて、エンジン２出力を油圧変速機構３０に伝達させると共に、ミッションケース２２内に突出させるポンプ軸３１に小径の伝達ギヤ３２を係合軸支させ、ＰＴＯ出力プーリ３３を有するＰＴＯ出力軸３４に伝達ギヤ３２の動力を伝えるように構成している。

また、前記ミッションケース２２内に突出させる油圧変速機構３０のモータ軸３５にサンギヤ３６を係合軸支させ、前記の小径の伝達ギヤ３２に大径のキャリヤギヤ３７を常に噛合させ、サンギヤ３６のボス部にキャリヤギヤ３７を遊転軸支させるもので、キャリヤギヤ３７に３枚のプラネタリギヤ３８を軸３９を介して回転自在に設け、サンギヤ３６にプラネタリギヤ３８を噛合させると共に、プラネタリギヤ３８に噛合させるリングギヤ４０を設け、各ギヤ３６・３８・４０によって遊星ギヤ機構４１を形成する。

さらに、前記サンギヤ３６とミッションケース２２に合成出力軸４２の両端を回転自在に軸支させ、前記リングギヤ４０を合成出力軸４２に係合軸支させるもので、図１１乃至図１３に示す如く油圧変速機構３０の油圧ポンプ２８及び油圧モータ２９の無段油圧変速出力である正逆回転出力と、伝達ギヤ３２及びキャリヤギヤ３７の回転出力（一方向の一定回転）とを、遊星ギヤ機構４１のデフ作用によって合成し、ゼロ乃至最大速の一方向の回転力として合成出力軸４２に伝える。

また、前記合成出力軸４２を１対のギヤ４３を介して副変速ギヤ軸４４に連結させると共に、副変速ギヤ部４４ａを構成する１対の低速ギヤ４５及び高速ギヤ４６を介して駐車ブレーキ４７を有する駐車ブレーキ軸４８に副変速ギヤ軸４４を連結させ、左右サイドクラッチ４９・５０を有する左右サイドクラッチ軸５１・５２、左右伝達軸５３・５４を介して左右前車軸５５・５６に駐車ブレーキ軸４８を連結させて、走行クローラ２の駆動スプロケット５７を駆動して車体の前後進及び左右旋回を行うように構成している。

そして図３、図５乃至図９に示す如く、前記油圧ポンプ２８及び油圧モータ２９の斜板５８・５９に制御軸６０・６１を介して油圧変速操作アーム６２・６３を連結させ、該アーム６２・６３をロッドなどを介し主変速レバー２４に連結させて、主変速レバー２４の操作でもって斜板５８・５９の傾斜角を変更して合成出力軸４２の回転制御を行うように構成している。

そして、主変速レバー２４を中立位置Ｎと前進最高速位置Ｆ２間で操作する場合には、油圧モータ２９の斜板５９の傾斜角θａを一定保持させた状態で油圧ポンプ２８の斜板５８の傾斜角のみを最大逆転角−αから最大正転角＋α間で変化させて車体の移動速度を０から最高速度Ｖ２まで変速させる前進走行を行う一方、主変速レバー２４を中立位置Ｎと後進最高速位置Ｒ間で操作する場合には、油圧ポンプ２８の斜板５８の傾斜角を最大逆転角−αに保った状態で、油圧モータ２９の斜板５９のみを一定傾斜角θａと低速側（斜板５９を立てる方向）の一定傾斜角θｂとの間で変化させて車速の移動速度を０から最高速度Ｖ１まで変速させる後進走行を行う。

つまり、図５、図９に示す如く、主変速レバー２４を中立位置Ｎに操作し、油圧ポンプ２８斜板５８を傾斜角−α、油圧モータ２９斜板５９を傾斜角θａで油圧変速機構３０を駆動するとき、図１０（１）に示す如く、サンギヤ３６は最高回転で時計回りに逆転してプラネタリギヤ３８を反時計回りに自転させる動作を行わせると同時に、また伝達ギヤ３２によってキャリヤギヤ３７を回転させることにより、プラネタリギヤ３８を時計方向に公転させて反時計回りに自転させる動作を行わせ、リングギヤ４０の回転をゼロにし、合成出力軸４２を停止維持する（図９のＡ位置、移動速度は０）。

また図６に示す如く、主変速レバー２４を前進１速位置Ｆ１に操作し、油圧ポンプ２８の斜板５８を傾斜角０（立設状態）、油圧モータ２９の斜板５９を傾斜角θａで油圧変速機構３０を駆動するとき、図１０（２）に示す如く、サンギヤ３６は停止し、伝達ギヤ３２によってキャリヤギヤ３７を回転させ、プラネタリギヤ３８を時計方向に自転させ乍ら時計方向に公転させ、伝達ギヤ３２のギヤ動力により合成出力軸４２を回転させる（図９のＢ位置、移動速度は前進Ｖ１位置で、最高効率状態）。

さらに図７に示す如く、主変速レバー２４を前進２速位置Ｆ２に操作し、油圧ポンプ２８の斜板５８を傾斜角＋αで油圧モータ２９の斜板５９を傾斜角θａで油圧変速機構３０を駆動するとき、図１０（３）に示す如く、サンギヤ３６は最高回転で反時計回りに正転し、プラネタリギヤ３８を時計方向に自転させ乍ら伝達ギヤ３２でキャリヤギヤ３７を回転させることによって時計方向に公転させ、サンギヤ３６からの油圧変速力と伝達ギヤ３２動力を加算して合成出力軸４２を回転させる（図９のＣ位置、移動速度は前進Ｖ２位置で、最高速状態）。

また図８に示す如く、主変速レバー２４を後進位置Ｒに操作し、油圧ポンプ２８の斜板５８を傾斜角−αで油圧モータ２９の斜板５９を傾斜角θｂ（θｂ＜θａ）で油圧変速機構３０を駆動するとき、図１０（１）の状態より油圧モータ２９（サンギヤ３６）の回転が減速し、合成出力軸４２の回転は前進時の正転状態より逆転する（図９のＤ位置、移動速度は後進Ｖ１位置で後進走行状態）。

そして、例えば、一般的な入力動力１００に対して、ギヤ３２の損失が２で、油圧変速の損失が３０の条件下において、図１４のように、低速で走行時、エンジン２の入力動力を１００とし、油圧伝達動力を５０にした場合、油圧伝達動力の５０がポンプ軸３１に戻ってギヤ３２側の伝達動力が１５０になると、ギヤ３２の損失が３で、油圧変速機構３０の損失が１５となり、出力動力が８２の割合で得られる。また、図１５のように、前記油圧変速機構３０の伝達動力をゼロにする中速で走行時、ギヤ３２側の伝達動力が１００になり、ギヤ３２の損失が２となり、出力動力が９８の割合で得られる。また、図１６のように、高速で走行時、油圧伝達動力が４０で、ギヤ３２側の伝達動力が６０の場合、ギヤ３２の損失が１で、油圧変速機構３０の損失が１２となり、出力動力が８７の割合で得られるもので、油圧モータ操作アーム６３の角度を設定に保ち、例えば、図１１のように、油圧ポンプ変速操作アーム６２の角度を−１乃至０乃至１に変化させることにより、モータ軸３５が−Ｎ乃至０乃至＋Ｎ回転になるようにし、図１２のように、前記アーム６２の角度に関係なくギヤ３２側をＮ回転させた場合、図１３のように、前記アーム６２の角度に対して合成出力軸４２が０乃至２Ｎ回転になるように、ギヤ３２・３７及び遊星ギヤ機構４１を組成して車体を前進走行させるように構成している。

また、油圧ポンプ操作アーム６２の角度が−１状態で、油圧モータ操作アーム６３の角度を設定より中立側に戻すとき、合成出力軸４２が逆転し０乃至Ｎ回転となるように設けて、車体を後進走行させるように構成している。

以上からも明らかなように、エンジン２の駆動力を伝える油圧変速機構３０と伝達ギヤ３２の各出力を合成して変速出力する複合変速機構６４を備えた作業車において、１組の可変容量形の油圧ポンプ２８及び油圧モータ２９で油圧変速機構３０を形成し、油圧ポンプ２８の斜板５８角制御によって複合変速機構６４の合成出力軸４２を正転方向に変速回転させると共に、油圧モータ２９の斜板５９角制御によって複合変速機構６４の合成出力軸４２を逆転方向に変速回転させるように設けたことによって、別途複雑な前後進切換機構（正逆転切換機構）など設ける必要なく可変容量形油圧モータ２９の斜板５９を調節するレバー或いはペダルの簡単な操作で前後進の切換えを容易に行うと共に、ゼロ発進時の出力トルクを容易に確保し微速走行性能を向上させ、しかも負荷の大きい作業においても高い動力伝達効率の出力を有効に利用して作業能率の向上など容易に図ることができる。

また、油圧モータ２９の斜板５８角を一定保持させ、油圧ポンプ２８の斜板５８角を正逆に制御して複合変速機構６４の合成出力軸４２を正転方向で変速回転させることによって、油圧ポンプ２８の斜板５８角を単一のレバーなどによって操作するだけでの簡単な操作で合成出力軸４２を一方向（正転）に変速回転させて、前進走行でのスムーズ且つ容易な変速などを容易に可能とさせることができる。

さらに、油圧ポンプ２８の斜板５８角を逆転側最大出力位置（合成出力軸４２が０回転）に保持させ、油圧モータ２９の斜板５８角を設定より中立側に制御して、複合変速機構６４の合成出力軸４２を逆転方向で変速回転させることによって、油圧モータ２９の斜板５８角を単一のレバーなどによって操作するだけの簡単な操作で合成出力軸４２の反対側一方向（逆転）に変速回転させて、後進走行でのスムーズ且つ容易な変速などを容易に可能とさせることができる。

また、油圧ポンプ２８の斜板５８角制御で前進での走行変速を行うと共に、油圧モータ２９の斜板５８角制御で後進での走行変速を行うことによって、１組の油圧ポンプ２８及び油圧モータ２９からなる油圧変速機構３０のみを用いて、ゼロ発進や効率良好な出力などを確保した前後進走行を容易に可能とさせて、走行性能を向上させることができる。

以上実施例から明らかなように本発明は、エンジン２の駆動力を伝える油圧変速機構３０と伝達ギヤ３２の各出力を合成して変速出力する複合変速機構６４を備えた作業車において、１組の可変容量形の油圧ポンプ２８及び油圧モータ２９で油圧変速機構３０を形成し、油圧ポンプ２８の斜板５８角制御によって複合変速機構６４の合成出力軸４２を正転方向に変速回転させると共に、油圧モータ２９の斜板５９角制御によって複合変速機構６４の合成出力軸４２を逆転方向に変速回転させるものであるから、別途複雑な前後進切換機構（正逆転切換機構）など設ける必要なく可変容量形油圧モータ２９の斜板５９を調節するレバー或いはペダルの簡単な操作で前後進の切換えを容易に行うと共に、ゼロ発進時の出力トルクを容易に確保し微速走行性能を向上させ、しかも負荷の大きい作業においても高い動力伝達効率の出力を有効に利用して作業能率の向上など容易に図ることができるものである。

また、油圧モータ２９の斜板５８角を一定保持させ、油圧ポンプ２８の斜板５８角を正逆に制御して複合変速機構６４の合成出力軸４２を正転方向で変速回転させるものであるから、油圧ポンプ２８の斜板５８角を単一のレバーなどによって操作するだけでの簡単な操作で合成出力軸４２を一方向（正転）に変速回転させて、前進走行でのスムーズ且つ容易な変速などを容易に可能とさせることができるものである。

さらに、油圧ポンプ２８の斜板５８角を逆転側最大出力位置に保持させ、油圧モータ２９の斜板５８角を設定より中立側に制御して、複合変速機構６４の合成出力軸４２を逆転方向で変速回転させるものであるから、油圧モータ２９の斜板５８角を単一のレバーなどによって操作するだけの簡単な操作で合成出力軸４２の反対側一方向（逆転）に変速回転させて、後進走行でのスムーズ且つ容易な変速などを容易に可能とさせることができるものである。

また、油圧ポンプ２８の斜板５８角制御で前進での走行変速を行うと共に、油圧モータ２９の斜板５８角制御で後進での走行変速を行うものであるから、１組の油圧ポンプ２８及び油圧モータ２９からなる油圧変速機構３０のみを用いて、ゼロ発進や効率良好な出力などを確保した前後進走行を容易に可能とさせて、走行性能を向上させることができるものである。

２エンジン
２８油圧ポンプ
２９油圧モータ
３０油圧変速機構
４２合成出力軸

Claims

エンジン（２１）の動力を変速して出力する油圧変速機構（３０）としての油圧ポンプ（２８）及び油圧モータ（２９）と、前記エンジン（２１）の動力と前記油圧モータ（２９）の変速出力とを合成する遊星ギヤ機構（４１）と、前記遊星ギヤ機構（４１）の合成出力が伝達される合成出力軸（４２）と、ＰＴＯ出力軸（３４）と、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を変更操作する変速操作具（２４）とを備えた農作業車において、
前記エンジン（２１）の動力が伝達される前記油圧ポンプ（２８）のポンプ軸（３１）で前記ＰＴＯ出力軸（３４）を駆動させ、
前記変速操作具（２４）を中立位置に操作したときに、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を逆転方向に制御して前記油圧モータ（２９）のモータ軸（３５）を最高回転で逆転させ、前記遊星ギヤ機構（４１）において前記モータ軸（３５）の逆回転力と前記エンジン（２１）からの一方向回転力とを合成し、当該合成出力によって前記合成出力軸（４２）を最低速回転させる一方、
前記変速操作具（２４）を前進最高速位置に操作したときに、前記油圧ポンプ（２８）の斜板傾斜角を正転方向に制御して前記油圧モータ（２９）のモータ軸（３５）を最高回転で正転させ、前記遊星ギヤ機構（４１）において前記モータ軸（３５）の正回転力と前記エンジン（２１）からの一方向回転力とを合成し、当該合成出力によって前記合成出力軸（４２）を最高速回転させるように制御する、
農作業車における出力制御方法。