JP7122890B2

JP7122890B2 - 収穫機

Info

Publication number: JP7122890B2
Application number: JP2018123590A
Authority: JP
Inventors: 俊樹渡邉; 壮太郎林; 光宏関; 高範堀
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2038-06-28
Also published as: JP2020000123A

Description

本発明は、エンジンの動力によって駆動して刈取穀稈を機体横幅方向に横送りするオーガを有する刈取部を備えた収穫機に関する。

オーガは、刈り取られた穀稈を連続的に送り出していくものであるため、オーガの駆動状態が悪化すると、適正な収穫作業が不可能となるだけでなく、オーガにダメージを与えることになる。例えば、刈取穀稈がオーガに絡んでしまうと、エンジンからの動力が伝達される駆動軸であるオーガ軸に大きな負担がかかる。このため、特許文献１によるコンバインでは、オーガ軸にバネ式のトルクリミッタが設けられている。刈取穀稈などがオーガに詰まって、トルクリミッタに制限トルクを超えるトルクが発生すると、トルクリミッタが空回りして、エンジン動力のオーガ軸への伝達が遮断される。これにより、駆動軸に大きな負荷がかかることが回避される。

特開２０１４－３３６７０号公報

しかしながら、トルクリミッタによる負荷の回避では、制限トルクの設定が難しい。制限トルクを大きくすると、トルクリミッタが空回りするまで、オーガ軸に大きな負荷がかかる。逆に、制限トルクを小さくすると、すぐに解消するようなわずかな穀稈の詰まりにも反応して、トルクリミッタが空回りするので、収穫作業効率が低下する。
このような実情から、収穫作業中のオーガにおける駆動異常を判定して、適切な処理が可能となる収穫機が要望されている。

本発明による収穫機は、エンジンと、圃場の植立穀稈を刈り取る切断装置、及び、前記切断装置の左端部から右端部まで非分割一体の状態で延びるオーガドラムを備えトルクリミッタを介した前記エンジンの動力によって駆動して刈取穀稈を機体横幅方向に横送りするオーガを有する刈取部と、前記刈取穀稈を機体後方に向けて搬送する搬送装置と、前記搬送装置によって搬送された前記刈取穀稈を受け入れて脱穀処理する脱穀装置と、前記トルクリミッタの下流側において前記オーガの回転数を検出する回転数検出センサと、前記回転数検出センサからの検出信号に基づいて、前記オーガの駆動異常を判定するオーガ状態判定部と、を備え、前記オーガ状態判定部は、前記オーガの回転数の低下、又は前記エンジンの回転数に対する前記オーガの回転数の低下から前記オーガにおける詰まりを判定し、前記オーガ状態判定部が前記詰まりを判定した場合、車速を低下させる。

この構成によれば、オーガの回転数が回転数検出センサによって検出され、オーガの駆動状態がオーガ状態判定部でチェックされる。これにより、例えば、オーガの回転数が低下した場合、オーガに負荷がかかっていると判定される。また、突然回転数がゼロになった場合、エンジンからオーガまでの動力伝達経路にトラブルが発生したと判定される。このようなオーガの駆動異常が判定されることにより、駆動異常に対する対処処理を行うことができる。

オーガの回転数が低下するほとんどの原因は、刈取穀稈がオーガに絡まって搬送装置に移送できなくなる、刈取穀稈の詰まりである。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記オーガ状態判定部は、前記オーガの回転数の低下から前記オーガにおける詰まりを判定するように構成されている。つまり、回転数検出センサによって検出されている回転数の低下から、オーガにかかる負荷が増大したこと、つまりオーガに詰まりが発生していると判定される。

オーガの詰まりは、オーガの回転数が予め設定されているしきい値以下に低下することで判定される。しかしながら、エンジンの回転数が可変であり、エンジン回転数とオーガの回転数が比例関係にあれば、オーガに詰まりが発生していなくても、エンジン回転数が低下すると、オーガの回転数も低下する。このことによるオーガ詰まりの誤判定を避けるためには、エンジンの回転数との比較のもとでのオーガの回転数の低下によって、つまりエンジン回転数とオーガ回転数との比率の低下（低下率：エンジン回転数によって正規化されたオーガ回転数の低下）を用いて、詰まり判定を行うとよい。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記オーガ状態判定部は、前記エンジンの回転数に対する前記オーガの回転数の低下率から前記オーガにおける詰まりを判定するように構成されている。

オーガに刈取穀稈が絡まって、詰まりが発生しても、オーガに入ってくる刈取穀稈が少なくなれば、刈取穀稈の絡まりが解け、詰まりが解消する可能性がある。オーガに入ってくる刈取穀稈を少なくするためには、車速を低下させるとよい。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記オーガ状態判定部が前記詰まりを判定した場合、車速を低下させるように構成されている。なお、局所的に植付穀稈が密集している場合にも、オーガに入ってくる刈取穀稈が一時的に増大し、刈取穀稈がオーガで詰まってしまうことがある。このような場合では、植付穀稈が密集地を過ぎるとオーガに入ってくる刈取穀稈の量は元に戻るので、詰まりが解消する可能性が高い。このことを考慮して、詰まりの判定後、車体減速などの詰まり対処処理の実行をしばらく遅らせてもよい。

詰まりの判定後、詰まり対処処理として車速を低下させても、詰まりが解消せずに、オーガの回転数が低下したままである場合には、オーガに高い負荷がかかったままとなる。これを避けるために、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記詰まりが一定時間継続すると、車体を停止させるように構成されている。

詰まりの判定後、車速低下などの詰まり対処処理が突然実行されると、運転者は不安になる。また、オーガの回転数低下は、収穫作業に悪い影響を与えるので、そのことを運転者に知らせることが重要である。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記オーガ状態判定部が前記駆動異常を判定した場合、駆動異常警報が報知されるように構成されている。

コンバインの右側面図である。コンバインの平面図である。コンバインの動力伝達系を示す動力伝達図である。オーガに設けられたトルクリミッタと回転数検出センサを示す縦断背面図である。コンバインの制御系におけるオーガ制御に関する機能を示す機能ブロック図である。エンジンから搬送装置、オーガ、リールなどへの動力伝達を示す模式図である。

本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。尚、以下の説明においては、特に断りがない限り、図１及び図２に示す矢印Ｆの方向を「前」、矢印Ｂの方向を「後」とする。「前」は機体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」は機体前後方向（走行方向）に関して後方を意味する。また、図１に示す矢印Ｕの方向を「上」、矢印Ｄの方向を「下」とする。「上」または「下」は、機体の鉛直方向（垂直方向）での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。さらに、図２に示す矢印Ｌの方向を「左」、矢印Ｒの方向を「右」とする。左右方向は横方向とも称し、機体前後方向に直交する機体横断方向（機体幅方向）を意味する。

次に、本発明による収穫機の具体的な実施形態の１つを説明する。図１は、収穫機の一例である普通型のコンバインの側面図であり、図２は平面図である。コンバインは、刈取部１１と、搬送装置１２と、キャビン１３と、脱穀装置１４と、穀粒タンク１５と、穀粒排出装置１６と、を備えている。刈取部１１は、圃場の植立穀稈を刈り取る切断装置２１と、リール２２と、刈取穀稈を機体横幅方向に横送りするオーガ３とを備えている。脱穀装置１４は、搬送装置１２の後方に位置している。また、穀粒タンク１５は、脱穀装置１４の右側に位置している。

刈取部１１は、切断装置２１によって圃場の植立穀稈を刈り取る。刈取穀稈はオーガ３によって機体横断方向に搬送装置１２の前方まで移送され、搬送装置１２に掻き込まれる。搬送装置１２は、刈取穀稈の全稈を機体後方に向けて搬送して脱穀装置１４に送り込む。脱穀装置１４は、受け入れた刈取穀稈を脱穀処理する。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク１５に収容される。穀粒タンク１５に貯留された穀粒は、必要に応じて、穀粒排出装置１６によって機外に排出される。

このコンバインは、クローラ式の走行装置１８を備えている。また、キャビン１３の内部に形成されている運転部に配置された運転座席２３の下方に、エンジン４が配置されている。走行装置１８は、エンジン４からの動力により駆動する。そして、コンバインは、走行装置１８によって自走可能である。

次に、図３を用いて、コンバインの動力伝達系を説明する。
エンジン４の動力は、図３で示されているように、走行装置１８及び作業装置に伝達される。作業装置には、オーガ３を含む刈取部１１、走行装置１８、脱穀装置１４における扱胴１４ａ及び選別部１４ｂなどが含まれる。

エンジン４の出力軸４ａの動力がベルト伝達機構４１を介してトランスミッション４２に入力され、トランスミッション４２から左右のクローラ走行装置１８の駆動輪体１８ａに出力される。トランスミッション４２においては、エンジン４からの動力が静油圧式無段変速部４２ａに入力され、静油圧式無段変速部４２ａによって変速された動力が副変速部（図示せず）を介して分配ミッション（図示せず）に伝達され、分配ミッションから左右の駆動輪体１８ａに出力される。

エンジン４の出力軸４ａの動力がベルト伝達機構４３を介して穀粒タンク１５の底スクリュー１５ａに伝達され、底スクリュー１５ａから穀粒排出装置１６の縦コンベヤ部１６ｂ及び横コンベヤ部１６ａに伝達される。

エンジン４の出力軸４ａの動力がベルト伝達機構４４を介して選別部１４ｂにおける唐箕１４ｃの回転支軸１４ｄに伝達され、回転支軸１４ｄからベルト伝達機構４５を介して扱胴変速装置４６の入力軸４６ａに伝達される。扱胴変速装置４６の出力軸４６ｂの動力がベルト伝達機構４７ａを介して扱胴駆動ケース４８の入力軸４８ａに伝達される。扱胴変速装置４６は、高、中、低速の３段階の変速機能を有する。

扱胴変速装置４６の入力軸４６ａと、搬送装置１２の駆動軸１２ａにおける一端側部分とにわたって正回転伝達のベルト伝達機構４７ｂが設けられている。扱胴駆動ケース４８の逆転出力軸４８ｂと搬送装置１２の駆動軸１２ａの他端側部分とにわたって逆回転伝達のベルト伝達機構４９が設けられている。逆転出力軸４８ｂは、ベベルギヤ機構４８ｃを介し入力軸４８ａに連動連結され、入力軸４８ａの回転方向とは逆の回転方向に駆動される。

正回転伝達のベルト伝達機構４７ｂが張り側に操作されて伝達入り状態に切り換えられ、逆回転伝達のベルト伝達機構４９が緩み側に操作されて伝達切り状態に切り換えられることにより、入力軸４６ａの動力が正回転伝達のベルト伝達機構４７ｂを介して搬送装置１２の駆動軸１２ａに伝達され、搬送装置１２が搬送回転方向に駆動される。このとき、搬送装置１２は、扱胴変速装置４６による扱胴１４ａの変速にかかわらず、一定の回転速度（エンジン４の回転数が一定である場合）で駆動される。正回転伝達のベルト伝達機構４７ｂが緩み側に操作されて伝達切り状態に切り換えられ、逆回転伝達のベルト伝達機構４９が張り側に操作されて伝達入り状態に切り換えられることにより、扱胴変速装置４６の出力軸４６ｂの動力が、扱胴駆動ケース４８のベベルギヤ機構４８ｃ、逆転出力軸４８ｂ、逆回転伝達のベルト伝達機構４９を介して搬送装置１２の駆動軸１２ａに伝達され、これにより、搬送装置１２が搬送回転方向とは逆の回転方向に駆動され、搬送装置１２の逆転搬送が行われる。

搬送装置１２の駆動軸１２ａに伝達された動力は、中継動力伝達機構１２ｃを介して、刈取部１１の右側の背部に支持された中継軸１２ｂに伝達される。中継軸１２ｂに伝達された動力は、オーガ用動力伝達機構５０を介して、オーガ３の駆動軸であるオーガ軸３０に伝達される。さらに、中継軸１２ｂに伝達された動力は、切断装置用動力伝達機構２１ａを介して切断装置２１に、及びリール用動力伝達機構２２ａを介してリール２２にも伝達される。

図４には、オーガ軸３０に設けられたトルクリミッタ８と、オーガ３の回転数としてオーガ軸３０の回転数を検出するオーガ回転数検出センサ９とが示されている。

オーガ用動力伝達機構５０は、図３と図４に示すように、搬送装置１２の駆動軸１２ａに設けられた駆動スプロケット５１と、オーガ３のオーガドラム３１と一体回動するオーガ軸３０に設けられた従動スプロケット５２とに亘って、オーガ駆動用の無端回動チェーン５３が巻回されて構成されている。オーガ軸３０の回転に伴って刈取穀稈が機体横断方向に移送され、搬送装置１２に受け渡される。

図４に示すように、このオーガ用動力伝達機構５０とオーガ軸３０との間には、設定値以上のトルクが掛かると相対回動を許容するトルクリミッタ８が備えられている。トルクリミッタ８は、オーガ３のオーガ軸３０に対して従動スプロケット５２が相対回動自在に外嵌され、この従動スプロケット５２とオーガ軸３０と一体回動する連動部材８０との間に軸芯方向に沿って咬み合う咬合い部８１が形成され、それらが咬み合う方向に従動スプロケット５２を押圧付勢するバネ８２が設けられている。

このトルクリミッタ８は、オーガ３に刈取穀稈が巻き付くなどの原因でオーガ３に負荷がかかり、オーガ軸３０に設定値以上のトルクが掛かると、バネ８２の付勢力に抗して従動スプロケット５２が変位し、咬合い部８１を空回りさせることでトルクを開放する機能を有する。

オーガ回転数検出センサ９は、連動部材８０の外周面に設けられた歯状突起８０ａを磁気的に検出することで回転数を検出する磁気センサである。

図５の機能ブロックは、このコンバインの制御系におけるオーガ制御機能を示している。制御ユニット７には、入力信号処理ユニット６１を介して、種々の信号が入力される。制御ユニット７は、機器制御ユニット６２を介して、種々の制御信号を送ることで、動作機器を制御する。この動作機器には、トランスミッション４２の変速値を調整して、車速を変更する変速操作機器６５及び作業装置に組み込まれている種々の機器が含まれている。入力信号処理ユニット６１には、走行操作具９１、作業操作具９２、回転数設定具９３からの信号が入力される。さらに、入力信号処理ユニット６１には、オーガ軸３０の回転数を検出するオーガ回転数検出センサ９、エンジン４の回転数を検出するエンジン回転数検出センサ９０、車速センサ９４など、各種センサやスイッチからの信号が入力される。

走行操作具９１は、走行に関する動作機器を操作するために運転者が用いるデバイスの総称であり、変速レバーや操向レバーなどが含まれる。走行操作具９１の操作により走行装置１８を構成する左右のクローラの駆動輪体１８ａの駆動速度が調整される。走行操作具９１は複合的な機能を有する多機能レバーであってもよいし、単機能レバーでもよいし、それらの組み合わせでもよい。作業操作具９２は、作業装置を操作するために運転者が用いるデバイスの総称であり、刈取りクラッチレバーや脱穀クラッチレバーや排出レバーなどが含まれる。作業操作具９２も複合的な機能を有する多機能レバーであってもよいし、単機能レバーでもよいし、それらの組み合わせでもよい。回転数設定具９３は、アクセルレバーやアクセルペダルやアクセルダイヤルの総称であり、エンジン回転数を調整及び設定するために用いられる。

エンジン制御ユニット６３は、制御ユニット７から指令に基づいて、エンジン４への燃料供給量等を調節して、所定のエンジン回転数あるいは所定のトルクでエンジン４を駆動させる。

機器制御ユニット６２に接続されている報知デバイス６４は、このコンバインに生じている各種事象を運転者や監視者に報知するものであり、ランプ、ブザー、スピーカ、ディスプレイなどの総称である。

制御ユニット７は、走行制御部７１、作業制御部７２、オーガ状態判定部７３、報知制御部７４、エンジン回転数指令部７５を備えている。走行制御部７１は、走行装置１８の駆動を制御するために、機器制御ユニット６２を介して、変速操作機器６５を操作する制御信号を出力する。この制御信号により、車速の調整及び左右方向の操舵（左右方向の旋回）が行われる。

作業制御部７２は、作業操作具９２からの指令に基づいて、作業装置への制御指令を生成し、機器制御ユニット６２を介して作業装置に出力する。オーガ状態判定部７３は、オーガ回転数検出センサ９からの検出信号に基づいて、オーガ３の駆動異常を判定する。オーガ３の駆動異常には、オーガ用動力伝達機構５０のチェーン切れやチェーンはずれなどの機械的故障、トルクリミッタ８の作動、オーガ３による刈取穀稈の適切な横送りが不能となる刈取穀稈の詰まりなどが含まれる。機械的な動力遮断の故障では、一旦作業を終了して修理しなければならないが、刈取り穀稈の詰まりは、自然に、あるいは車速を低下させることにより解消する可能性がある。刈取り穀稈がオーガ３に詰まると、トルクリミッタ８が作動することで、オーガ軸３０の回転数は低下してほぼゼロまたは完全にゼロとなる。このことから、オーガ状態判定部７３は、オーガ軸３０の回転数の低下からオーガ３における詰まりを判定することができる。

なお、この実施形態では、オーガ３の回転数は、エンジン回転数に依存するので、回転数設定具９３の操作を通じてエンジン回転数を低下させた場合にも、刈取穀稈の詰まりとは関係なく、オーガ３の回転数は低下する。これに起因する詰まり誤判定を回避するため、オーガ状態判定部７３は、エンジン４の回転数とオーガ軸３０の回転数との比をとって、この比（低下率；エンジン回転数で正規化されたオーガ軸回転数の低下）のしきい値を用いて、オーガ３における詰まりを判定する。あるいは、エンジン４の回転数を複数の領域に区分けしておき、その領域毎に、詰まりと判定するオーガ回転数を設定してもよい。

刈取穀稈の詰まりを解消する効果的な方法は、車速を低下させて、オーガ３に送り込まれてくる刈取穀稈の量を減じることである。このため、オーガ状態判定部７３は、オーガ３における詰まりを判定した場合、車速を低下させる車速低下指令を走行制御部７１に与える。なお、オーガ３における詰まりが一定時間継続した場合、オーガ３のダメージやエンジンストールを避けるために、オーガ状態判定部７３は、車体を停車させる停車指令を走行制御部７１に与える。このことは、詰まりによる滑りが比較的発生しやすいベルト伝動機構でオーガ用動力伝達機構が構成されている場合、詰まり発生時にその詰まり度合いに応じて生じる回転数の低下率が広い範囲で生じるので、特に利点がある。

オーガ状態判定部７３は、オーガ３の駆動異常を判定した場合に駆動異常警報、例えば、詰まりを判定した場合に詰まり警報、車速低下指令を出した場合に車速低下報知が、停車指令を出した場合に停車報知が報知デバイス６４を通じて行われるように、報知制御部７４に報知指令を与える。

図６の模式図に、エンジン動力が、搬送装置１２、オーガ３、リール２２、切断装置２１に伝達される経路が示されている。搬送装置１２に伝達された動力は、中継伝動機構１２ｃを介して中継軸１２ｂに伝達され、中継軸１２ｂから、オーガ３、リール２２、切断装置２１に分配される。この動力伝達経路において、刈取り穀稈の詰まりが発生しやすいのは、搬送装置１２及びオーガ３である。オーガ３に詰まりが発生して、オーガ３の回転数が低下したことが報知デバイス６４を通じて報知された場合、運転者は、オーガ３または搬送装置１２、あるいはその両方に詰まりが発生していると推測する。そこで、運転者は、運転席から視認可能なリール２２の動きを観察する。リール２２が適切に回転している場合、搬送装置１２は通常に回動していることになるので、運転者は、オーガ３だけに詰まりが発生していると判断することができる。リール２２が回転していない場合、運転者は、搬送装置１２だけに詰まりが発生している、あるいは搬送装置１２及びオーガ３に詰まりが発生していると判断することができる。

〔別実施形態〕
（１）上述した実施形態では、オーガ回転数検出センサ９は、歯状突起８０ａを磁気的に検出する磁気センサで構成されたが、その他、流通している種々の回転数検出センサ（光学的センサなど）が用いられてもよい。

（２）上述した実施形態では、オーガ３の回転数を検出するために、オーガ軸３０の回転数を検出するオーガ回転数検出センサ９が用いられた。これに代えて、オーガ軸３０以外にオーガ３の回転数に対応する回転数で回転する部材、例えば、オーガドラム３１の回転を検出するセンサをオーガ回転数検出センサ９として用いてもよい。

（３）オーガ状態判定部７３は、オーガ回転数の低下率に応じて算出される減速率で車速を低下させてもよい。

本発明は、自脱型コンバインの他、普通型コンバイン、さらには、トウモロコシ収穫機（粒とり）などの収穫機などにも適用できる。

３：オーガ
３０：オーガ軸
３１：オーガドラム
４：エンジン
７：制御ユニット
８：トルクリミッタ
９：オーガ回転数検出センサ
１１：刈取部
１２：搬送装置
１４：脱穀装置
５０：オーガ用動力伝達機構
５１：駆動スプロケット
５２：従動スプロケット
６３：エンジン制御ユニット
６４：報知デバイス
７３：オーガ状態判定部
７４：報知制御部
７５：エンジン回転数指令部
９０：エンジン回転数検出センサ

Claims

エンジンと、
圃場の植立穀稈を刈り取る切断装置、及び、前記切断装置の左端部から右端部まで非分割一体の状態で延びるオーガドラムを備えトルクリミッタを介した前記エンジンの動力によって駆動して刈取穀稈を機体横幅方向に横送りするオーガを有する刈取部と、
前記刈取穀稈を機体後方に向けて搬送する搬送装置と、
前記搬送装置によって搬送された前記刈取穀稈を受け入れて脱穀処理する脱穀装置と、
前記トルクリミッタの下流側において前記オーガの回転数を検出する回転数検出センサと、
前記回転数検出センサからの検出信号に基づいて、前記オーガの駆動異常を判定するオーガ状態判定部と、を備え、
前記オーガ状態判定部は、前記オーガの回転数の低下、又は前記エンジンの回転数に対する前記オーガの回転数の低下から前記オーガにおける詰まりを判定し、
前記オーガ状態判定部が前記詰まりを判定した場合、車速を低下させる収穫機。
前記詰まりが一定時間継続すると、車体を停止させる請求項１に記載の収穫機。
前記オーガ状態判定部が前記駆動異常を判定した場合、駆動異常警報が報知される請求項１又は２に記載の収穫機。