JPS5841763Y2 - トラクタの鋤位置制御回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はトラクタの鋤位置制御回路に関するものである
。

一般に、トラクタの鋤位置の制御には、鋤に加わる負荷
に応じて鋤位置を制御するドラフト制御と、鋤によって
掘削される深さを所定の深さに保つため鋤位置を設定位
置に保つように制御するポジション制御とがあり、本出
願人はこれらの制御を電気的に行なうことができる鋤位
置制御装置をいくつか既に提案している（例えば特願昭
５２１３２５３０号）。

提案されたこの種の装置では、ドラフト制御として、鋤
に加わる実際の負荷に従って変化する負荷電圧と予め設
定された設定負荷により定まる設定電圧とを比較し、こ
の比較結果をもって鋤の負荷状態を検出するようになっ
ている。

一方、ポジション制御も、鋤の実際の高さ位置に従って
変化する位置電圧と予め設定された設定位置により定ま
る設定電圧とを比較し、この比較結果をもって鋤の高さ
状態を検出するようになっている。

そしてこれらの比較を行なう場合、制御の安定を図るた
め、負荷電圧又は位置電圧がそれぞれ対応する設定電圧
に一致していると見なす所謂不感帯を設けているが、提
案された回路では、この不感帯の巾は鋤の負荷の状態の
如何に拘らず一定に設定しである。

しかしながら、鋤位置の制御を行なう場合には、ポジシ
ョン制御に関しては鋤に加わる負荷に関係なくできるだ
け一定の耕深にしたいため不感帯の巾は鋤の高さ位置を
どこに設定するかに関係なく所定の一定中の方がよいが
、ドラフト制御に関しては鋤が地上にあるような場合は
不感帯の巾は広くても何ら不都合はなく、むしろ鋤位置
が下降すれば下降する程鋤に加わる負荷が大きくなるか
ら、その負荷を土質の変化に拘わらず一定になる様に鋤
の昇降によって制御したいドラフト制御の場合は、負荷
が大きい程不感帯の巾を狭くし、細かい制御を行なうこ
と一１Ｊ（望まｉする。

従って、この点において、提案されている鋤位置制御装
置は必ずしも充分なものとは言えないという欠点を有し
ている。

本考案の目的は、上述した提案されている装置の欠点を
除去したトラクタの鋤位置制御回路を提供することにあ
る。

以下、図示の実施例により本考案を詳細に説明する。

第１図は本考案による鋤位置制御回路を備えた農耕用ト
ラクタ１の一実施例を示し、このトラクタ１は長稈２の
一端に取付けられた鋤３を備えており、長稈２の他端部
は一端部が車体に固着された板ばね部材４の他端部に揺
動自在に取付けられている。

長稈２の中程にはリンク機構５が接続されており、油圧
アクチュエータ６によって長稈２を枢支運動させて鋤３
を上下動させることができる。

長稈２の他端部には、鋤３に掛かる負荷の大きさを長稈
２の水平方向の変位によって検出してドラフト制御を行
なうための負荷検出器７が取付けられており、負荷検出
器７から出力された負荷に関連した大きさの負荷電圧■
ＤＡは後で詳しく述べる制御回路８に入力されている。

一方、リンク機構５には鋤３の高さ位置を検出してポジ
ション制御を行なうための位置検出器９が設けられてお
り、位置検出器９から出力された鋤３の高さ位置に関連
した大きさの位置電圧■ＰＡは制御回路８に入力される
。

制御回路８には各検出器７，９からの出力ＶＤＡ。

■ＰＡ と、例えば運転席に設けられた設定器１０に
より設定される鋤３に加えうる負荷の最大値を示す設定
電圧ＶＤＲ及び同じく設定器１０により設定される鋤３
の降下下限位置を示す設定電圧■ とが入力されてい
る。

これらの出力ＶＤＡ ｔＡ ■ は夫々設定電圧ＶＤＲ２■ＰＲとの差に従ってＡ 油圧弁１１を制御し、鋤３に過負荷が掛らず、且つ所望
の掘削深さ以上に深く掘削しないよう油圧アクチュエー
タ６により鋤３を上下動させるようになっている。

第２図には、この油圧弁１１を含む油圧回路が詳細に示
されている。

油圧弁１１は電磁アクチュエータ１２，１３によって夫
々駆動されるスプール弁本体１４を備えて戒っており、
スプール弁本体１４には、中程に加圧ポンプ１５が設け
られた通路１６と、通路１７とを介して油タンク１８が
接続されており、一方スプール弁本体１４は通路１９を
介してアクチュエータ６に接続されている。

電磁アクチュエータ１２，１３は制御回路８からの駆動
信号出力Ｘ、Ｙにより夫々付勢され、電磁アクチュエー
タ１２が付勢されるとスプール弁本体を図示の位置から
矢印Ａ方向に移動してアクチュエータ６のシリンダ内を
加圧し、電磁アクチュエータ１３が付勢されるとスプー
ル弁本体１４を図示の位置から矢印Ｂ方向に移動してア
クチュエータ６を自由な状態とする。

電磁アクチュエータ１２．１３が共に消勢状態にあると
、スプール弁本体１４は図示の位置にあってアクチュエ
ータ６は所定状態に固定されたままである。

第３図には、本考案の制御回路の一実施例がブロック図
で示してあり、制御回路８は負荷検出器７かもの負荷電
圧■ＤＡ と設定器１０からの負荷設定電圧■ とが
入力され、これらの電圧■ＤＡ。

Ｒ ＶＤＲの比較結果を２ビツトの２値信号から成るディジ
タル負荷状態儒者としてとり出すための比較回路２０と
、位置検出器９からの位置電圧■ＰＡと設定器１０から
の設定電圧■ＰＲとが入力され、これらの電圧■ＰＡ、
■ＰＲの差を増幅し、出力電圧■Ｐｏを出力する位置信
号用比較増幅回路２１とを備えている。

負荷電圧■ と設定電圧ＶＤＲは、第４図にＡ 示すように、鋤に加わる実際の負荷の大きさＬＡと設定
された負荷の大きさＬＲとに対して夫々反比例するよう
に定められており、ＬＡ、ＬＲが夫夫増大すればこれに
対して■ＤＡ、■ＤＲは夫々直線的に減少する。

そして、更に、これらの特性は一致するように設定され
ており、従って鋤に加わる実際の負荷の大きさが予め設
定された負荷の太きさに一致すると■ＤＡととＶＤＲは
同一の大きさとなる。

一方、位置電圧■ 及び設定電圧■ＰＲＡ と鋤の実際の高さ位置ＨＡ及び設定された高さ位置ＨＲ
との夫々の関係も第４図に示した負荷の場合と同様であ
り、Ｈ、Ｈの増大と共に■ＰＡ。

Ｒ ■ＰＲは夫々直線的に減少する。

位置信号用比較増幅回路２１は、演算増幅器Ａ と抵抗
器Ｒ１、Ｒ２とから戒り、設定電圧■ＰＲと位置電圧■
ＰＡ との大小関係に基づいた位置状態信号である出力
電圧■Ｐｏ を出力するためのものであり、その入出力
特性が第５図に示されている。

即ち、任意の設定電圧■ に対する、位置電圧■ＰＡ
と設定電圧■ＰＲどの差△■。

（−■ＰＡ −■ＰＲ）の変化に従って■Ｐｏ が変化
し、ｌ△■、ｌが所定範囲内においては正比例し°〔変
化し、１△■、ｌが所定範囲以上においてはその出力は
飽和状態となる。

従って第５図において、■Ｐｏ がａである場合には高
さ位置ＨＡが設定高さ位置ＨＲに等しく、■、。

がａより小さい場合にはＨ＞Ｈを、■Ｐｏがａより大き
い場合にＲ はＨＡくＨＲを示していることになる。

しかし乍ら、この場合Ｖ、。

−ａの場合のみを高さ位置Ｈが設定高さ位置ＨＲに一致
したものとして信号■Ｐｏ を扱うと制御が不安定とな
るので、■Ｐ。

が■３より小さく且つ■。

より大きい範囲内を所謂不感帯としてＨＡ−ＨＲとみな
すため、出力電圧■Ｐｏ は、比較器Ａ２ 、Ａ３から
成るディジタル位置状態信号を作るためのウィンド型コ
ンパレータ回路２２に入力されている。

比較器Ａ２の一入力端子は第５図中の電圧■８に対応す
る電圧が印加され、一方比較器Ａ３の十入力端子は第５
図中の電圧■。

に対応する電圧が印加されている。従って、比較器Ａ２
、Ａ３の十入力端子及び−入力端子に入力されている
出力電圧■ｐｏが■８〈■、。

〈■ｏ の範囲内にあるときは、ディジタル位置状態信
号である比較器Ａ２ 、Ａ３の各出力Ｃ７ｄは夫々「Ｏ
」であるが■Ｐｏ〉■３となるとＣのみが「１」となり
、また■、。

く■。となるとｄのみが「１」となる。

また、第５図において、△■１の値が領域Ｉにあるとき
は鋤は設定位置に対して高い状態であり、領域■にある
ときは平衡状態であり、領域■にあるときは低い状態で
あるというように対応づげされるので、Ｃ，ａの出力状
態と高さ状態とを対応づけることができる。

一方、負荷信号用の比較回路２０は比較器Ａ４．。

Ａ と、負荷電圧■ＤＡを分圧するための分圧回路２３
と、設定電圧■ＤＲを分圧するための分圧回路２４とを
備えて成っている。

分圧回路２３゜２４は夫々抵抗器Ｒ、Ｒ及び抵抗器Ｒ５
ｔ Ｒ６４ から成り、これらの分圧回路２３．２４からの各分圧出
力■ＤＡ′、■ＤＲ′は夫々比較器Ａ４ 、Ａ５の十入
力端子に入力される。

そして各比較器Ａ４ ｔＡ の各−入力端子には夫々設
定電圧■ＤＲ１負荷電圧■ＤＡが印加されている。

比較回路２０はこのように構成されているので、分圧回
路２３．２４０分圧比を共にｋであるとすると、比較器
Ａ はｋ・■ＤＡ〉ＶＤＨのときその出力ａが「１」と
なり、比較器Ａ はｋ・ＶＤＨ〉■ＤＡのときその出力
すが「１」となる。

ここでｋは１より小さいので、出力ａが「ｌ」となるの
は■ＤＲ＝■ＤＡ十αの条件の場合であり、α（〉Ｏ）
の値は分圧回路２３の分圧比ｋによって定まることにな
る。

同様に、出力すが「１」となるのは■ＤＡ＝■ＤＲ＋β
の条件の場合であり、β（〉Ｏ）の値は分圧回路２４の
分圧比ｋによって定まることになる。

従って、負荷電圧ＶＤＡが変化した時出力ａｙｂの状態
変化は第６図に示すようになる。

ここではα＋βの大きさに従った巾の不感帯領域が形成
されることになり、ａが「１」の場合には軽負荷状態と
いうことになり、ｂが「「１」の場合には過負荷状態と
いうことになる。

そしてａｔｂが共に「Ｏ」の場合には負荷状態が設定値
状態にあるということになる。

ところで、上述の如（、出力ａが「１」となるための条
件は、 ｋ・■ＤＡ−■ＤＲ〉０ ・・・・・・・・・（
１）であるが、この式を変形すると、 （ｋ−１）・ＶＤＡ十■ＤＡ−ＶＤＨ〉０ ・・・（２
）となり、従って下式 ％式％（３） 同様にして、出力すが「１」となる場合の条件■ＤＲ−
■ＤＡ（（１−ｋ）ＶＤＨ・・・（４）となる。

第（３）式及び第（４）式から、■ＤＡ又はＶＤＨの値
が小さい程１■ＤＲ−ＶＤＡＩの値が小さくなることが
判る。

このことは、換言すると、負荷が大きくなればなる程α
、βの各位が小さくなり、不感帯の巾が狭くなることを
意味している。

従って、比較回路２０は、負荷電圧■ＤＡと設定電圧■
ＤＲとの差によって、設定された高さ位置に対する鋤の
高さ位置の状態を表わす出力ａ。

ｂの信号の組合せから成るディジタル負荷状態信号を得
ることができるが、その際、不感帯の巾は電圧■ 又
は■ＤＡの値が小さくなるに従ってＲ 狭くなり、鋤の負荷が大きくなる程制御精度を向上させ
ることができる。

しかして、上述の説明から判るように、負荷状態と、高
さ位置の状態とについて、夫々３つの状態が存在するの
で、合計９通りの組合せが考えられる。

これを表にして示すと下表のようになる。この表によっ
て、鋤を上昇させる場合、及び下降させる場合を考える
と、鋤を下降させるのは負荷が軽負荷状態（Ｒ＞Ａ ）
であって高さ位置の状態が設定値より高い状態（Ｒ＞Ａ
’）である場合のみであるから、■の状態の場合だけ
である。

一方、鋤を上昇させるのは、負荷が過負荷状態（Ｒ＜Ａ
）であるか又は高さ位置が設定値より低い状態（Ｒ＜
Ａ）であるので、■乃至■の状態の場合である。

出力ａ、ｂ、ｃ、ｄを用いて、鋤を上昇させろための上
昇信号Ｓｘ、及び下降させるための下降信号ＳＹを得る
ために、オア回路２５とアンド回路２６とから戒る判別
回路２７が設けられており、このような論理回路を構成
することにより状態■の場合にのみ信号ＳＹのみが「１
」となり、状態■乃至■の場合に信号Ｓ のみが「１」
となり、その他の状態においては信号Ｓ 及びＳＹは共
に「Ｏ」である。

これらの信号Ｓｘ、ＳＹは選択回路４５を介してアクチ
ュエータ１２，１３に夫々供給されろ。

制御回路８は更に、信号Ｓｘ、ＳＹに優先させて、適宜
鋤３を強制的に最高位置に持上げる動作及び鋤３を強制
的に下降させる動作を行なわせることができるように、
鋤３を強制的に上昇させるための強制上昇信号Ｓ′又は
鋤３を強制的に下降させるための強制下降信号ＳＹ′を
出力する強制信号発生回路２８を有し、該強制信号発生
回路からＳ／又はＳＹ′のいずれか一方が出力されたこ
とを検出する検出信号Ｓ に基づき選択回路４５により
、信号Ｓｘ又はＳＹの代りに信号Ｓｘ′又はＳＹ′を選
択してアクチュエータに印加する。

強制信号発生回路２８はインバータ２９乃至３１を有し
、これらの各インバ・−夕の入力は抵抗器３２，３３゜
３４を介して電源の＋側に接続されている。

そしてこれらのインバータの各入力を選択的にアースに
落すようにするためスイッチ３５．３６が図示の如＜接
続されている。

ここで３５ａ 、３５ｂ 。３５ｃはスイッチ３５の各
接点、３６ａｔ３６ｂｔ３６ｃはスイッチ３６の各接点
である。

選択回路４５はアンド回路３７，３８及びオア回路３９
゜４０から成っている。

アンド回路３７．３８は、強制信号発生回路２８から信
号ＳＸ′又はＳＹ′のいずれか一方が出力されたときに
低ｌ／ベルとなる信号Ｓ によって信号Ｓｘ又はＳＹの
通過を阻止するためのものである。

比較器４１とアンド回路４２とで構成されるのは、信号
Ｓｘ′ が高レベルとなって鋤３を強制的に上昇させ
る場合、鋤３が最高位置に近い所定の位置に達したとき
に鋤３の上昇を停止させて装置が損壊するのを防止させ
るための安全回路である。

このため比較器４１には信号■ＰＡと、鋤３が上記の所
定停止位置に達した時の■ＰＡの値と同一の値を有する
電圧信号■ とが入力されており、■８〉■、Ａとなっ
た時にその出力レベルを低レベルとし、アンド回路４２
の出力を強制的に低レベルとして鋤３が所定停止位置以
上に高くならないように制御する。

次にこの制御回路８の動作について説明する。

スイッチ３５．３６が図示の状態に切換えられていると
、アンド回路３７．３Ｂの出力からは信号Ｓｘ、ＳＹに
従ったレベルの論理信号が得られ、それぞれオア回路３
９．４００各一方の入力に印加される。

この時インバータ２９，３０の入力は高レベルであるか
ら、信号Ｓｘ′、ＳＹ′は共に低レベルであり、従って
オア回路３９，４０からは信号Ｓｘ、ＳＹが夫々駆動信
号出力Ｘ、Ｙとして取出され、鋤３の制御を行なう。

このように出力Ｘ、Ｙとして信号ＳＸ ｔ Ｓｙが取出
されている場合の実際の掘削動作について第７図を参照
して説明する。

第７図はトラクターの鋤３により掘削する部分の土質状
態を断面にて示したものであり、■の領域はやや硬い土
質であり、■の領域は軟い土質であり、■の領域はかな
り硬い土質である場合が示されている。

第７図中で一点鎖線で示されるのは掘削の深さの目標深
さであり、電圧ＶＦＲによって設定されている。

トラクタ１が第７図で左から右へ移動しつつ地面を掘削
していくと、■の領域では土質がやや硬いため、鋤３が
目標深さのレベルに達する前に鋤３に加わる負荷が予め
設定された負荷設定値に達してしまうので、表に示す状
態■となり、鋤３の深さ位置は目標深さに達しないまま
点線のような軌跡をもって領域Ｉを掘削する。

この時、鋤３には大きな負荷が加わるため、第６図に示
す不感帯の巾は狭くなり、精度の高い制御が行なわれる
。

このことは、既に述べたように設定電圧■ＤＲを小さく
した場合も同様である。

次に鋤３が領域■に入ると、土質が軟らかくなるので鋤
３に加わる負荷が減少し、第１表の状態■となるのでＹ
出力が高レベルとなり、鋤３は油圧アクチュエータ６に
より下降して目標の深さにまで達する。

この時鋤３に加わる負荷は設定負荷値より小さいが、鋤
３が目標の深さにまで達したので状態■となり、鋤３は
目標の深さに固定されたままとなる。

鋤３が領域■に入ろと、土質がかなり硬いので鋤３に加
わる負荷が増太し、第１表の状態■となるので、Ｘ出力
が高レベルとなり鋤３は持上げられ始める。

鋤３の上昇につれて鋤３に加わる負荷が減少し、鋤３に
加わる負荷が設定負荷値に達すると状態■となり、この
時の深さ位置で鋤３は位置固定される。

このように、本考案の制御装置によると、土質が異る地
面を掘削する場合でも、鋤３の制御はドラフト制御及び
ポジション制御の双方によって行なわれるのでトラクタ
が過負荷のためにスリップしたり、或は深く掘削しすぎ
ろことがないし、鋤に加わる負荷が大きくなるにつれ、
また設定負荷値が大きくなるにつれ、比較回路２０の不
感帯の巾が狭くなり、理想的な負荷制御を行なうことが
できろ。

一方、何らかの理由で、鋤３の位置を強制的に高＜シた
い場合には、スイッチ３６をその接点３６ａと３６ｃと
が接続されるように切換えれば信号Ｓ によって、信号
Ｓ 、或はＳＹに代えてＤ
Ｘ 信号ＳＸ／がＸ出力として出力され、鋤３が上昇させら
れる。

すでに述べたように、この場合比較器４１とアンド回路
４２との働きにより鋤３は所定の最高位置で自動的に停
止する。

また、鋤３の位置を強制的に低くしたい場合には、スイ
ッチ３５をその接点３５ａと３５ｃとが接続されるよう
に切換えれば信号Ｓ によって信号Ｓｘ或はＳＹに代え
て信号ＳＹ′がＹ出力として出力され、鋤３は下降させ
られる。

第８図には第３図に示した制御回路８の変形例が示され
ており、この制御回路８ａは強制信号発生回路２８′
がスイッチ３５．３６及び抵抗器Ｒ３，〜Ｒ３７のみで
構成され、信号ＳＸ′、ＳＹ′をインバータを介するこ
となく直流電源■ から直接供給するように構成した点
で第３図の回路と異なるのみで、その動作は全く同様で
ある。

第９図は本考案の制御回路の他の実施例が示されており
、この制御回路８ｂは強制信号発生回路２８からの信号
Ｓｘ′が、信号Ｓｘ′が「１」になってから所定時間の
間だけ「１」を出力する時限回路４３を介してオア回路
３９０１つの入力に印加されている点で第３図の制御回
路８と異なる。

このような構成によると、鋤３が強制的に上昇させられ
た後所定時間経過後アクチュエータ１２の駆動が停止さ
せられるので鋤３の駆動系が無理な作動を長時間しいら
れることが防止できる。

他の動作は第３図のそれと全く同一である。

第１０図は、第９図に示す制御回路８ｂにおいて強制信
号発生回路を第８図に示す強制信号発生回路２８′
に置換えた場合の変形例である。

本考案によれば、上述の如く、ドラフト制御に関して、
鋤が地上近くにあって負荷が小さいような場合には不感
帯の巾が広く、鋤が下降して鋤に加わる負荷が大きくな
ると不感帯の巾が狭くなるように鋤位置制御を行なうこ
とができるので、鋤位置制御を極めて理想的に行なえ、
しかも回路が極めて簡単であるから、価格の低減を期待
することができる等極めて優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の制御回路を適用したトラクタの概略図
、第２図は第１図の油圧系統の詳細図、第３図は第１図
に示された制御回路の回路図、第４図は制御への各入力
電圧の特性を示す特性図、第５図は第３図の位置信号用
比較増幅回路の入出力特性図、第６図は第３図の比較回
路の入出力特性図、第７図は本考案の制御装置により土
質の異なる地面を掘削する場合の鋤の位置の変化を説明
するための説明図、第８図は第３図に示す実施例の変形
例を示すブロック図、第９図は本発明の他の実施例のブ
ロック図、第１０図は第９図に示す実施例の変形例を示
すブロック図である。 １・・・・・・トラクタ、３・・・・・・鋤、６・・・
・・・油圧アクチュエータ、７・・・・・・負荷検出器
、８，８ａ、８ｂ。 ８ｃ・・・・・・制御回路、９・・・・・・位置検出器
、１０・・・・・・設定器、１１・・・・・・油圧弁、
１２，１３・・・・・・電磁アクチュエータ、２０・・
・・・・比較回路、２１・・・・・・位置信号用比較増
幅回路、２２・・・・・・ウィンド型コンパレータ回路
、２３，２４・・・・・・分圧回路、２５・・・・・・
オア回路、２６・・・・・・アンド回路、２７・・・・
・・判別回路、Ａ ・・・・・・演算増幅器、Ａ２．Ａ
３．Ａ４゜Ａ ・・・・・・比較器、Ｓ ・・・・・・
上昇信号、ＳＹ：・・・・・下５
Ｘ 時信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. トラクタに設けられた鋤に過負荷を掛けることなく前記
   鋤の位置を制御するように前記鋤を上下動させるアクチ
   ュエータを駆動制御するためのトラクタの鋤位置制御回
   路において、前記鋤に加わる負荷の大きさに関連した負
   荷信号の大きさと予め設定された負荷設定信号の大きさ
   との大小関係に基づいて２値信号の組合せから成るディ
   ジタル負荷信号を作る負荷用比較回路と、前記鋤の高さ
   位置に関連した位置信号の大きさと予め設定された位置
   設定信号の大きさとの大小関係に基づいた位置状態信号
   を出力する位置信号用比較増幅回路と、前記位置状態信
   号の大きさにより前記鋤の位置状態に対応する２値信号
   の組合せから成るディジタル位置状態信号を作る位置用
   ウィンド型コンパレータと、前記負荷状態信号と前記位
   置状態信号とから所定の論理に従って前記アクチュエー
   タを上下動させるための１組の駆動信号を出力する論理
   回路とを備え、前記負荷用比較回路が、前記負荷信号を
   分圧する第１の分圧回路と、前記負荷設定信号を分圧す
   る第２の分圧回路と、前記負荷信号と前記第２の分圧回
   路からの出力とを比較する第１の比較器と、前記負荷設
   定信号と前記第１の分圧回路からの出力とを比較する第
   ２の比較器とを有して成ることを特徴とするトラクタの
   鋤位置制御回路。