JP6521926B2 - コンバイン - Google Patents

Description

本発明は、走行しながら圃場から穀稈を刈り取って脱穀し、得られた穀粒を穀粒タンクに貯留する際に、穀粒の品質を計測するコンバインに関する。

特許文献１によるコンバインでは、穀粒タンクに送り込まれてきた穀粒を一時的に貯留する穀粒貯留空間を作り出す受け止め保持部が形成されており、穀粒貯留空間に貯留している穀粒の内部品質が光学式の内部品質計測装置によって計測される。この受け止め保持部の底面は、揺動開閉式の底板（シャッタ）によって形成されている。底板の閉状態で穀粒が一時的に貯留され、底板の開状態で一時的に貯留された穀粒が排出される。受け止め保持部の内部の上端部には、穀粒が所定量以上貯留されたことを検出する供給（貯留）状態検出センサが備えられている。受け止め保持部の下方領域には、開状態の底板の下端位置よりも少し下方の位置で、穀粒タンクの側壁に、その高さレベルに穀粒が存在するか否かを検出する穀粒存否（穀粒レベル）センサが備えられている。受け止め保持部に穀粒が所定量以上供給されたことが供給状態検出センサにて検出される毎に、内部品質計測装置による計測処理が行われる。その後、底板が開状態に切り換えられ穀粒が排出された後、底板は再び閉状態に戻され、穀粒が貯留されていく。穀粒タンクでの穀粒量が増加してくると、ついには、底板の先端が穀粒に埋まり、底板を開状態から閉状態に切り換えることができなくなってしまうこのため、穀粒存否センサにて穀粒の存在が検出されると、計測処理は中止される。

特開２０１３−１１８８５６号公報

上記状況に鑑み、穀粒の品質計測を好適に行うことが可能なコンバインが要望されている。

本発明によるコンバインは、脱穀装置から搬送されてきた穀粒を貯留する穀粒タンクと、前記穀粒タンクの底部から前記穀粒タンクに貯留された穀粒を外部に排出する穀粒排出装置と、前記穀粒タンク内に設けられるとともに、前記脱穀装置から搬送されてきた穀粒の一部を取り込む上方の取込口及び前記取込口から取り込んだ穀粒を前記穀粒タンクに排出する下方の排出口を有する穀粒経路を形成する筒状形成体と、前記穀粒経路の途中に位置する一時貯留部と、前記一時貯留部に設けられるとともに、前記取込口から取り込んだ穀粒を前記一時貯留部に貯留するために横向き姿勢となる貯留用閉位置と、貯留された穀粒を前記一時貯留部から放出するために下向き姿勢となる放出用開位置とに位置変更可能な貯留シャッタと、前記一時貯留部に貯留された穀粒の品質を検出する品質計測部と、前記貯留シャッタの位置変更動作を制御するシャッタ制御部と、を備え、前記筒状形成体は、前記下向き姿勢での前記貯留シャッタの下端よりも低い位置にまで延びている。

コンバインに搭載される穀粒品質計測を行うための基本的な構成を示す模式図である。 穀粒品質計測時に用いられる貯留量検出器の故障を判定する制御の基本原理を示す模式図である 本発明によるコンバインの実施形態の１つを示す側面図である。 コンバインの平面図である。 コンバインに搭載された穀粒タンクの前部を示す横断平面図である。 穀粒タンク内部を示す模式図である。 穀粒タンクに設けられた筒状形成体の内部に設けられた貯留シャッタが閉位置の時の計測ユニットの縦断側面図である。 貯留シャッタが開位置の時の計測ユニットの縦断側面図である。 穀粒タンクへの計測ユニットの取り付けを説明する説明図である。 コンバインに構築された計測制御系の機能ブロック図である。

本発明によるコンバインの具体的な実施形態を説明する前に、このコンバインにおいて実施される穀粒品質計測を行うための基本的な構成を説明する。図１には、穀粒タンク１６の壁体に設けられた、穀粒品質計測機構が模式的に示されている。計測ユニット３０は、筒状形成体５３と品質計測部５とを含む。穀粒タンク１６の上部には、脱穀装置から搬送されてきた穀粒が放出される流入口２７が形成されている。筒状形成体５３は中央側に向き合った第１壁５３１と穀粒タンク１６の壁体に向き合った第２壁５３２とを有し、その内部に垂直方向に延びている穀粒経路５３Ｐを作り出している。穀粒経路５３Ｐの上側開口は、流入口２７から放出された穀粒の一部を取り入れる取込口７２として機能し、穀粒経路５３Ｐの下側開口は、取込口７２から取り込んだ穀粒を穀粒タンク１６に排出する排出口７３として機能する。穀粒経路５３Ｐの途中には取り込まれた穀粒を一時的に貯留する一時貯留部５３０が形成されている。一時貯留部５３０には、取込口７２から取り込んだ穀粒を前記一時貯留部５３０に貯留するために横向き姿勢となる貯留用閉位置と、貯留された穀粒を一時貯留部５３０から放出するために下向き姿勢となる放出用開位置とに位置変更可能な貯留シャッタ７６が設けられている。

計測制御ユニット９に構築されているシャッタ制御部９２からの閉指令により貯留シャッタ７６が貯留用閉位置に切り替えられることで、穀粒が一時貯留部５３０に貯留される。貯留穀粒がその品質計測に適切な量に達すると、貯留量検出器７５が貯留完了信号を計測制御ユニット９に送る。貯留完了信号に応答して、品質計測部５に計測開始指令が送られる。品質計測部５は計測結果として品質値を計測制御ユニット９に送る。次いで、計測制御ユニット９は品質計測部５に計測終了指令を送り、シャッタ制御部９２は貯留シャッタ７６に開指令を送る。これにより、貯留シャッタ７６が放出用開位置に切り替えられ、一時貯留部５３０に貯留された穀粒は排出される。このような一連の品質計測処理が、刈取り脱穀処理の間、繰り返される。

穀粒タンク１６の穀粒が増加してくると、穀粒の上面レベルが排出口７３に接近し、穀粒経路５３Ｐ内に入り込んでくる。貯留シャッタ７６が下向き姿勢となる放出用開位置である時に、貯留シャッタ７６の下端が穀粒タンク１６に溜められていく穀粒内に突入すると貯留シャッタ７６に負荷が生じ、停止する事態となる。このような事態になる前に、刈取り脱穀処理または穀粒品質計測処理あるいはその両方を停止するために、穀粒レベル検出器４１が設けられている。穀粒レベル検出器４１は、下向き姿勢における貯留シャッタ７６の下端と穀粒の上面レベルとの間の距離（ここではこの距離をシャッタ下方距離と定義する）が所定値に達したことを検出するように構成されている。したがって、穀粒レベル検出器４１が、シャッタ下方距離が所定値を超えたことを検出すると、検出信号としてレベル超え信号をシャッタ制御部９２に送る。シャッタ制御部９２は、レベル超え信号に応答して、前記貯留シャッタ７６の位置変更動作を停止するとともに、計測制御ユニット９は、穀粒品質計測処理を中止する。

図１で示された例では、オプショナルな、第２の穀粒レベル検出器４２が破線で示されている。この例では、先に述べた第１の穀粒レベル検出器４１は第１壁５３１に設けられ、第２の穀粒レベル検出器４２は第２壁５３２に設けられている。この２つの穀粒レベル検出器４１，４２により、検出信頼度が向上するだけではなく、穀粒経路５３Ｐ内に入り込んできた穀粒の上面レベルの傾斜度なども推定することも可能である。

穀粒が一時貯留部５３０に貯留される穀粒がその品質計測に適切な量に達したことを検出する貯留量検出器７５が故障すると、貯留完了信号が送れなくなる状態か、または貯留完了信号が送り続けられる状態となる。これにより、穀粒品質計測処理は不可能となる。このように、貯留量検出器７５は穀粒品質計測処理にとって重要な検出器である。図２を用いてこの貯留量検出器７５の故障検出を検知するための基本原理を説明する。

図２では簡素に描かれているが、穀粒経路５３Ｐと一時貯留部５３０とを作り出す筒状形成体５３及び貯留シャッタ７６の構成は、図１のものと実質的に同じである。穀粒レベル検出器４１は省略されている代わりに、貯留シャッタ７６の変更位置を検出するシャッタ位置検出器７９が示されている。また、穀粒タンク１６に貯留される穀粒の収量を測定する収量測定器３５が示されている。貯留量検出器７５の故障を検出するための中核要素である故障判定部９４は、計測制御ユニット９に構築されている。故障判定部９４は、収量測定器３５の測定結果に基づいて推定される一時貯留部５３０における貯留量が前記所定量を超えても貯留量検出器７５が貯留完了信号を出力しないことに基づいて貯留量検出器７５の故障を判定する。

故障判定部９６による故障判定の一例は、収量測定器３５の経時的な測定結果とシャッタ位置検出器７９の検出結果に基づいて貯留量検出器７５の故障を判定することである。図１を用いて説明したように、また図２にも模式的に示されているように、穀粒品質計測処理では、シャッタ制御部９２から貯留シャッタ７６への閉指令、貯留量検出器７５からの貯留完了信号、さらに計測開始と計測終了とを経て、シャッタ制御部９２から貯留シャッタ７６への開指令、が順次繰り返される一連の制御の流れが実行される。この穀粒品質計測処理の間、収量測定器３５の測定結果である収量が継時的に故障判定部９４に取り込まれる。図２では、ある時点での貯留シャッタ７６に閉指令が出力された時点から継時的に得られる収量がＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４・・・で示されている。この閉指令が出力されてから特定の時点までの穀粒の増加量：ｑは、各収量算定時点での穀粒タンク１６における穀粒増加量ｑ１，ｑ２，ｑ３，・・・を積算して得られる。あるいは、特定の時点での収量と閉指令が出力された時点での収量との差から得ることができる。流入口２７から放出される穀粒のうちで穀粒経路５３Ｐを通過する割合は予め推定されているので、穀粒増加量：ｑと一時貯留部５３０における貯留量との関係を関数：ｆを用いて関数化またはテーブル化することができる。したがって、貯留シャッタ７６が閉じられてからの、穀粒タンク１６における穀粒増加量が、貯留量検出器７５によって貯留完了信号が出力される所定量に対応する値をはるかに超えているにも関わらず、貯留完了信号が出力されなければ、貯留量検出器７５が故障していると判定することができる。

また貯留シャッタ７６の貯留用閉位置から放出用開位置に変更され、一時貯留部５３０から穀粒が排出されたはずにもかかわらず、依然と貯留量検出器７５が貯留完了信号を出力している場合にも、故障判定部９４は貯留量検出器７５が故障していると判定することができる。

次に、図面を用いて、本発明によるコンバインの具体的な実施形態の１つを説明する。図３は、クローラ走行式の自脱型コンバインの側面図であり、図４は平面図である。このコンバインには、エンジン１１によって駆動される左右一対のクローラ走行装置１２によって自走するように構成された走行機体１０が備えられている。走行機体１０の機体フレーム１３の前部に支持された植立穀稈を刈取る刈取部１４と、刈取穀稈を脱穀処理する脱穀装置１５と、脱穀装置１５によって脱穀された穀粒を貯留する穀粒タンク１６と、穀粒タンク１６内の穀粒を外部に排出する穀粒排出装置であるアンローダ１７と、運転者が着座する運転座席１８等が備えられた運転操縦部１９とが備えられている。

図３及び図４に示すように、穀粒タンク１６は、機体フレーム１３のうち脱穀装置１５に対して機体右横側に配置され、エンジン１１の後方に位置する。穀粒タンク１６の左横側部には、揚穀装置２４が備えられている。揚穀装置２４は、穀粒タンク１６内の機体左横部に配置されている。図３、図４、図５に示すように、揚穀装置２４は、脱穀装置１５から搬送されてきた穀粒を、揚送スクリュー２６によって流入口２７まで揚送する。流入口２７まで揚送された穀粒は、揚送スクリュー２６と一体に設けられて反時計まわりに回転駆動される回転羽根２８によって流入口２７から跳ね飛ばされて、穀粒タンク１６内に広範囲に拡散されながら飛翔し、落下する。流入口２７から供給された穀粒のうちの大部分は穀粒タンク１６内の内部空間Ｍに供給される。流入口２７から供給された穀粒の一部は、穀粒タンク１６の前部に配置され、穀粒タンク１６内に貯留される穀粒の品質計測を行う計測ユニット３０へ供給される。このようにして、脱穀装置１５から搬送されてきた穀粒が、穀粒タンク１６内に貯留される。

図３、図４、図５に示すように、穀粒タンク１６内の底部には、穀粒タンク１６に貯留された穀粒を外部に排出するように構成されている機体前後向きの排出オーガ３２が設けられている。排出オーガ３２は、エンジン１１の駆動力により作動される。排出オーガ３２によって、穀粒タンク１６に貯留された穀粒が、穀粒タンク１６の後部から排出され、図２、図３に示されるアンローダ１７を通じて外部へ排出される。

図３、図４に示すように、穀粒タンク１６の前部の下方位置には、穀粒タンク１６内の穀粒の収量を穀粒タンク１６の重量に基づいて計測するように構成されているロードセルが収量測定器３５として備えられている。

図６に示すように、穀粒タンク１６内には、穀粒タンク１６内における穀粒の蓄積レベルを検出するレベルセンサ群３７が備えられている。レベルセンサ群３７は、下方から上方に向けて配置された４つのレベルセンサによって構成されている。

図９に示すように、計測ユニット３０は、穀粒タンク１６の前壁４５の取付孔４５Ａに、シール用の防振ゴム４７を介して、嵌め込み固定されている。計測ユニット３０は、筒状形成体５３と品質計測部５とからなる。図５〜図８に示すように、品質計測部５は、穀粒の品質計測を行う品質センサ５０が内蔵された箱状の計測室ハウジング５２を備えている。筒状形成体５３は、品質センサ５０による品質計測を行う穀粒を一時貯留させるための、一時貯留部５３０を備えている。

図９に示すように、計測室ハウジング５２には、品質センサ５０を収納する筐体５５が取付けられている。筐体５５には、品質センサ５０を収納する本体ケース５６と、本体ケース５６に着脱自在とされるフィルタケース５７とが収納されている。フィルタケース５７は、バックル式の連結具６６によって本体ケース５６に対して着脱自在に連結するように構成されている。連結具６６は、本体ケース５６の上端部及び下端部にそれぞれ備えられており、フィルタケース５７の上端部と下端部にそれぞれ連結・連結解除可能に構成されている。

図７、図８に示すように、筒状形成体５３は、穀粒タンク１６の内部空間Ｍの方を向いた第１壁５３１と、左右一対の側壁５３３と、品質計測部５の方を向いた第２壁５３２とからなる断面矩形の筒体である。なお、この実施形態では、第２壁５３２は計測室ハウジング５２の内部空間Ｍの方を向いた垂直板部で兼用されている。もちろん、第２壁５３２を個別に設けてもよい。このような筒状形成体５３の構造により、その内部に、垂直に延びた穀粒経路５３Ｐが作り出され、穀粒経路５３Ｐの途中に一時貯留部５３０が形成される。穀粒経路５３Ｐは、穀粒を取り込む上部の取込口７２と、穀粒を排出する下部の排出口７３を有する。

図７、図８に示すように、一時貯留部５３０は、脱穀装置１５から搬送されてきて回転羽根２８によって跳ね飛ばされた穀粒の一部を、一時的に貯留可能に構成されている。一時貯留部５３０は、一時貯留部５３０の上部に形成された取込口７２から脱穀装置１５より搬送されてきた穀粒の一部を取り込んで一時的に貯留し、一時貯留部５３０の下部に形成された排出口７３から一時貯留部５３０に貯留された穀粒を穀粒タンク１６内の内部空間Ｍへ排出可能なように構成されている。一時貯留部５３０の上部には、筒状形成体５３の側壁５３３に穀粒を検知する近接センサからなる貯留量検出器７５が備えられている。一時貯留部５３０の下部には、排出口７３を閉塞または開放する貯留シャッタ７６が備えられている。一時貯留部５３０に貯留された穀粒の品質を検出する品質センサ５０は一時貯留部５３０に臨んでいる。

図７、図８に示すように、排出回数確保領域５３４が、穀粒経路５３Ｐの一部で、かつ、貯留シャッタ７６の下方に隣接して作り出されている。このため、排出回数確保領域５３４は、穀粒タンク１６の内部空間Ｍとは、穀粒の溜り具合が異なる。排出回数確保領域５３４の下端領域の第１壁５３１に、図１を用いて詳しく説明した穀粒レベル検出器４１が設けられている。排出回数確保領域５３４の体積は、貯留シャッタ７６の上方に貯留可能な穀粒の一時貯留体積よりも大きくなるように、好ましくは２倍以上に、構成されている。穀粒レベル検出器４１は、その検出面４１０が筒状形成体５３の内面、つまり第１壁５３１の内面と面一になるように配置されている。第２壁５３２には、第２の穀粒レベル検出器４２が設けられており、この検出面４２０も筒状形成体５３の内面、つまり第２壁５３２の内面と面一になるように配置されている。

図７、図８に示すように、穀粒タンク１６内に計測ユニット３０が嵌め込み固定されると、品質センサ５０は、穀粒タンク１６内に位置するようになる。つまり、品質センサ５０は、穀粒タンク１６内に備えられている。品質センサ５０によって、穀粒タンク１６内に貯留される穀粒の品質が計測される。品質センサ５０は、一時貯留部５３０に一時的に貯留された穀粒について品質計測を行う。品質センサ５０は、光学式の検知方式とされ、静止した穀粒の水分値やタンパク値等の内部の品質を非接触で計測可能に構成されている。

貯留シャッタ７６は、板状の揺動式に構成されている。貯留シャッタ７６は、モータ７８を駆動してカム等によって構成される切換機構８０によって、水平姿勢となる貯留用閉位置と、下向き垂直姿勢となる排出用開位置とに切り替えられる。貯留シャッタ７６は、貯留シャッタ７６の開閉方向と交差する横向きの支軸８１周りに揺動する。支軸８１は、筒状形成体５３の第１壁５３１に支持されている。

図１０は、このコンバインに構築された計測制御系の機能ブロック図である。この機能ブロック図には、計測ユニット３０に設けられている検出器群と、計測制御系の中核要素である計測制御ユニット９、データ入力インターフェースである入力信号処理部９Ａ、種々の動作機器を制御する機器制御部９Ｂが示されている。計測制御ユニット９と入力信号処理部９Ａと機器制御部９Ｂとは車載ＬＡＮやその他のデータ伝送ラインで相互接続されている。計測制御ユニット９は、図１を用いて説明された計測制御の基本原理、及び図２を用いて説明された故障判定の基本原理を流用している。

入力信号処理部９Ａには、収量測定器３５からの測定値信号、品質計測部５からの品質値データ、貯留量検出器７５からの貯留完了信号、シャッタ位置検出器７９からのシャッタ位置信号、第１の穀粒レベル検出器４１や第２の穀粒レベル検出器４２からのレベル超え信号などが入力される。さらに、計測始動スイッチ（非図示）などの計測制御に関するスイッチからの信号も入力される。入力信号処理部９Ａに入力された信号は、必要な前処理を受けて、計測制御ユニット９に転送される。

機器制御部９Ｂは、計測制御ユニット９によって制御される種々の動作機器、例えば、貯留シャッタ７６には開指令や閉指令を、品質計測部５に計測開始指令や計測終了指令を与える。

計測制御ユニット９には、監視モジュール９０、収量算定部９１、シャッタ制御部９２、品質計測管理部９３、故障判定部９４が実質的にソフトウエアで構築されている。監視モジュール９０は、入力信号処理部９Ａを介して各種検出器からの信号を受け取り、図１や図２を用いて説明した計測制御における種々の状態を監視する機能部を有する。例えば、貯留監視部９０１は、貯留量検出器７５からの信号に基づいて、一時貯留部５３０における穀粒の貯留状態を監視する。シャッタ位置監視部９０２は、シャッタ位置検出器７９からの信号に基づいて、貯留シャッタ７６が貯留用閉位置と放出用開位置とのいずれに位置にあるかを監視する。穀粒レベル監視部９０３は、穀粒レベル検出器４１、４２からの信号に基づいて、筒状形成体５３の排出口７３から進入してくる穀粒の上面レベルを監視する。

収量算定部９１は、ロードセルである収量測定器３５の測定値信号から測定値／収量変換テーブルを用いて収量を算定する。なお、この実施形態では、収量算定部９１は、所定のサンプリング時間で算定した収量から、指定の開始時点から指定の終了時点までの収量の増加量を演算する機能を有する。

品質計測管理部９３は、シャッタ制御部９２や監視モジュール９０と連係して、品質計測部５に対する計測開始や計測終了を指令する。それ以外に、品質計測部５からの品質値データから求められる穀粒の水分やタンパクの成分量と、このコンバインの走行軌跡データとから求められる圃場における特定地点とをリンクさせて記録する機能も有する。

故障判定部９４は、図２を用いて説明した貯留量検出器７５の故障判定を、監視モジュール９０や収量算定部９１などと連係しながら実施する機能を有する。その機能説明は上述した通りであるので、ここでの説明は省略する。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、貯留量検出器７５や穀粒レベル検出器４１，４２として近接センサが用いられていたが、これに限られず、接触式のセンサ等の穀粒の検出が可能であれば利用可能である。また、上述した実施形態では、二つの穀粒レベル検出器４１，４２は同じ高さに設けられていたが、互いに異なる高さに設けられてもよい。
（２）上述した実施形態では、筒状形成体５３は、放出用開位置での貯留シャッタ７６の下端から、排出口７３まで一時貯留部５３０での貯留可能な穀粒量の２倍程度の容積が確保されていたが、これに代えて、放出用開位置での貯留シャッタ７６の下端に穀粒レベル検出器４１を設ける長さだけに短縮してもよい。
（３）上述した実施形態では、筒状形成体５３と品質計測部５が相互連結された一体的な構造となっていたが、互いに独立した別構造体であってもよい。
（４）図１０で示された機能部の区分けは一例であり、それぞれの機能部の統合や、各機能部の分割は任意である。本発明の制御機能が実現するものであればどのような構成でもよいし、またそれらの機能は、ハードウエアまたはソフトウエアあるいはその両方で実現することができる。

本発明は、自脱型のコンバインの他、全稈投入型コンバインにも利用できる。また、クローラ走行式のコンバインの他、ホイール走行式のコンバインにも利用できる。

１４ ：刈取部
１５ ：脱穀装置
１６ ：穀粒タンク
３０ ：計測ユニット
３５ ：収量測定器
３７ ：レベルセンサ群
４１ ：穀粒レベル検出器（第１の穀粒レベル検出器）
４２ ：第２の穀粒レベル検出器
５ ：品質計測部
５０ ：品質センサ
５２ ：計測室ハウジング
５３ ：筒状形成体
５３Ｐ ：穀粒経路
５３０ ：一時貯留部
５３１ ：第１壁
５３２ ：第２壁
５３３ ：側壁
５３４ ：排出回数確保領域
７２ ：取込口
７３ ：排出口
７５ ：貯留量検出器
７６ ：貯留シャッタ
７９ ：シャッタ位置検出器
９ ：計測制御ユニット
９０ ：監視モジュール
９１ ：収量算定部
９２ ：シャッタ制御部
９３ ：品質計測管理部
９４ ：故障判定部
９６ ：故障判定部
９０１ ：貯留監視部
９０２ ：シャッタ位置監視部
９０３ ：穀粒レベル監視部

Claims (1)

1. 脱穀装置から搬送されてきた穀粒を貯留する穀粒タンクと、
   前記穀粒タンクの底部から前記穀粒タンクに貯留された穀粒を外部に排出する穀粒排出装置と、
   前記穀粒タンク内に設けられるとともに、前記脱穀装置から搬送されてきた穀粒の一部を取り込む上方の取込口及び前記取込口から取り込んだ穀粒を前記穀粒タンクに排出する下方の排出口を有する穀粒経路を形成する筒状形成体と、
   前記穀粒経路の途中に位置する一時貯留部と、
   前記一時貯留部に設けられるとともに、前記取込口から取り込んだ穀粒を前記一時貯留部に貯留するために横向き姿勢となる貯留用閉位置と、貯留された穀粒を前記一時貯留部から放出するために下向き姿勢となる放出用開位置とに位置変更可能な貯留シャッタと、
   前記一時貯留部に貯留された穀粒の品質を検出する品質計測部と、
   前記貯留シャッタの位置変更動作を制御するシャッタ制御部と、を備え、
   前記筒状形成体は、前記下向き姿勢での前記貯留シャッタの下端よりも低い位置にまで延びているコンバイン。

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