JP6899764B2

JP6899764B2 - 草刈機

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Publication number: JP6899764B2
Application number: JP2017253513A
Authority: JP
Inventors: 柴田　隆史; 隆史柴田; 高岡　将樹; 将樹高岡; 竜佑川本; 章雄山下
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: EP3504955A1; JP2019118277A; EP3504955B1

Description

本発明は、モアー装置と、走行装置と、を備えるとともに、前記走行装置の駆動系に静油圧式無段変速装置を備えた草刈機に関する。

この種の草刈機では、下記に記載の技術が用いられていた。
アキシャルプランジャ型で可変容量型の油圧ポンプと、アキシャルプランジャ型で定容量型の油圧モータと、を用いて静油圧式無段変速装置を構成し、油圧モータからの出力をミッションケース内に入力して、左右の後輪に動力伝達するように構成されていた（例えば特許文献１参照。）。

特開２０１０−００４７４８号公報（段落番号００２１、００２８、図２、図３、図５参照）

上記の特許文献１に記載の草刈機においては、走行駆動系に静油圧式無段変速装置を用いているので、走行速度の円滑な増減速が可能であるが、次の点で改善の余地がある。
つまり、この種の草刈機は、機体自体はそれほど大型のものではないが、傾斜地の草刈作業を行ったり、容量の大きい集草容器を備えたりすることがある。このため、刈り取り作業中は、低速でも比較的大きなトルクを必要とする傾向がある。また、刈り取り作業を行わない走行状態は、一般に平坦地を走行して収容されている刈草を排出するなどのために用いられるので、できるだけ高速での走行を行うのが作業能率上望ましい。

走行装置の増減速を静油圧式無段変速装置の操作のみで行うには、十分な増減速幅を得ようとすると、静油圧式無段変速装置として、相当に吐出容量の大きい油圧ポンプを必要とし、装置の大型化を招くことになる。
そこで、静油圧式無段変速装置による変速とは別に、油圧ポンプからの出力をギヤ式副変速機構等に入力し、副変速機構での変速操作を行うことで、静油圧式無段変速装置の大型化を回避することも考えられる。しかしながらこの場合には、副変速操作を行う際に、一旦機体を停止させて変速操作を行うなどの操作が必要となり、能率的な作業を行い難い虞がある。

本発明は、静油圧式無段変速装置の大型化を避けながら、走行装置の増減速を草刈作業に適した速度や出力で操作性良く行えるようにして、草刈作業を能率良く行えるようにしようとするものである。

本発明における草刈機は、走行機体の前部にエンジンが備えられ、前記走行機体の下部に、モアー装置と、走行装置と、が備えられ、前記走行機体の後部に集草装置が備えられ、前記エンジンの後部から取り出された動力を前記走行装置へ伝達する走行駆動系と、前記走行駆動系とは別に、前記エンジンの前部から前記モアー装置への動力を取り出して伝達するモアー駆動系と、が備えられた草刈機であって、前記走行装置への駆動系に静油圧式無段変速装置が備えられ、前記静油圧式無段変速装置が、可変容量型に構成された単一の油圧ポンプと、可変容量型に構成された単一の油圧モータを備えたものであり、前記油圧モータの斜板角度を変更操作する油圧アクチュエータが備えられ、前記油圧ポンプと前記油圧モータを接続する閉回路の高圧側油路に、その高圧側油路から分岐したパイロット圧を前記油圧アクチュエータへ供給する操作回路が接続され、前記操作回路は、前記高圧側油路の圧力上昇に伴って前記油圧モータの斜板を低速側に操作するように、前記油圧アクチュエータの低速操作側に接続されている、という特徴構成を有している。

本発明によれば、油圧ポンプと油圧モータが共に可変容量型に構成され、その油圧ポンプと油圧モータを接続する閉回路の高圧側油路に、その高圧側油路から分岐したパイロット圧を、油圧モータの斜板角度を変更操作する油圧アクチュエータへ供給する操作回路が接続されている。
そして、高圧側油路の圧力上昇に伴って、つまり走行負荷の上昇に伴って、油圧モータの斜板を減速側に操作するように、油圧アクチュエータの低速操作側にパイロット圧が供給されるので、機体の走行速度は減速側へ操作されることになるが、油圧モータからの出力トルクは上昇する。その結果、傾斜地での草刈作業など、高トルクでの作業が必要となる箇所で、走行速度は安全性の高い低速度に減速して、確実な草刈作業を行うことができる。
高圧側油路の圧力上昇がない場合には、つまり走行負荷の少ない場合には、油圧モータの斜板が増速側に操作されるように、油圧アクチュエータの低速操作側へのパイロット圧供給が解除され、油圧アクチュエータが高速操作側へ復帰して、油圧ポンプの操作量に応じて機体の走行速度は高速側へ操作されることになる。したがって、走行負荷の少ない平坦地走行等では、高速走行して刈草を廃棄箇所へ運搬する等の作業を能率良く行い易い。

このように、走行負荷の増減に応じて油圧モータを変速し、出力トルク優先の減速走行か、出力トルクよりも走行速度を優先した増速走行かを、静油圧式無段変速装置の増減操作で簡便に、かつ迅速に行うことができる。したがって、油圧ポンプ側での増減速幅が比較的小さい静油圧式無段変速装置であっても、傾斜地等での草刈作業に適した高トルク低速度での走行や、平坦地での刈草運搬等に適した低トルク高速度での走行を行うことができ、静油圧式無段変速装置の大型化を避けながら能率の良い草刈作業を行うことができる。

上記構成において、前記油圧アクチュエータには、前記油圧モータの斜板を高速側へ復帰付勢する操作機構が備えられていると好適である。

本構成によれば、油圧アクチュエータ自体が油圧モータの斜板を高速側へ復帰付勢する操作機構を備えているので、油圧アクチュエータに対して、減速操作用のパイロット油路とは別の復帰操作用のパイロット油路を形成したり、別途、圧力センサや電気的制御装置を設けるなどの構成が不要であり、より一層構造の簡素化を図ることができる。

乗用型草刈機の全体側面図である。乗用型草刈機の走行駆動系における動力伝達構造を示す概略説明図である。静油圧式無段変速装置を示す断面図である。静油圧式無段変速装置の操作系を示す油圧回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面の記載に基づいて説明する。
尚、本実施形態での説明における前後方向及び左右方向は、特段の説明がない限り、次のように記載している。つまり、本発明を適用した草刈機の一例である乗用型草刈機の作業走行時における前進側の進行方向（図１における矢印Ｆ参照）が「前」、後進側への進行方向（図１における矢印Ｂ参照）が「後」、その前後方向での前向き姿勢を基準としての右側に相当する方向が「右」、同様に左側に相当する方向が「左」である。

〔乗用型草刈機の全体構成〕
図１には草刈機としての乗用型草刈機の全体側面が示されている。この乗用型草刈機は、走行機体１における機体フレーム１０の前側に左右一対の操向操作自在な前輪１１，１１（走行装置に相当する）を備え、後側に左右一対の駆動自在な後輪１２，１２（走行装置に相当する）を備えて自走するよう構成されている。
機体フレーム１０の下方で、前後方向における前輪１１と後輪１２の間に、リヤディスチャージ型式のモアー装置４が昇降操作可能に吊り下げ装着されている。その走行機体１の後方側に、モアー装置４（作業装置に相当する）で刈り取られた刈草を収容する集草装置５（作業装置に相当する）が設けられている。

図１及び２に示すように、走行機体１の機体フレーム１０上には、その前部に原動部２が設けられ、原動部２の後部側に搭乗運転部３が設けられている。
原動部２では、エンジン２０が、エンジンボンネット２１に内装された状態で機体フレーム１０に搭載されている。エンジン２０の後方側から取り出された動力は、主伝動軸２２を介して後方位置の静油圧式無段変速装置６に入力され、静油圧式無段変速装置６からの出力が、ギヤ伝動機構２３Ａを内装したミッションケース２３を介して、左右の後車軸ケース２４に支持された後車軸１２ａに伝達され、後輪１２が駆動される。これらの主伝動軸２２、静油圧式無段変速装置６、ミッションケース２３、及び後車軸ケース２４等によって、エンジン２０の後方側から取り出された動力を後輪１２に伝える走行駆動系が構成されている。
前輪１１の操向操作は、搭乗運転部３に備えたステアリングホイール３１の操作に伴って作動するパワーステアリング装置（図示せず）によって行われる。

エンジン２０の前方側からは、作業用の動力が取り出し可能に構成されている。つまり、エンジン２０の前側に、ベルト伝動機構によって構成された動力取り出し機構２５が設けられ、この動力取り出し機構２５に備えたＰＴＯ軸２６を介して、エンジン２０の動力がモアー装置４に伝達されている。上記のベルト伝動機構及びＰＴＯ軸２６を備える動力取り出し機構２５によって、モアー装置４へ動力を伝達するモアー駆動系が構成されている。

原動部２の後方側における搭乗運転部３には、エンジンボンネット２１の後方側に連なる操縦パネル３０、及びステアリングホイール３１等を備えた操縦部３Ａが設けられている。そして、操縦部３Ａの後方側には、足元に位置する搭乗ステップ３２の上側に運転座席３３が設置され、その運転座席３３の後部箇所にロプス３４が立設されている。

ロプス３４は正面視で門形に形成され、機体フレーム１０の後端部に一体に備えた左右一対のロプスベース（図示せず）に対して、左右両側における柱状脚部３４ａ，３４ａの下端側が連結固定されている。左右の柱状脚部３４ａ，３４ａの上端部側は門形の上部枠３４ｂで連結され、運転座席３３の上方側を覆う状態に設けられている。

機体フレーム１０の前部には、機体前部の保護部材となるガードフレーム１０Ａが設けられている。
このガードフレーム１０Ａには、複数個のバランスウェイトを装着可能な、バランスウェイト取付部１４が、設けられている。

〔モアー装置〕
モアー装置４は、前リンク１３ａ及び後リンク１３ｂの対を左右両側に備えたリンク機構１３を介して、機体フレーム１０に対して昇降可能に吊り下げ支持されたハウジング４０を備えている。
リンク機構１３のうち、前リンク１３ａの上端部には、モアー昇降シリンダ４３が連結されている。このモアー昇降シリンダ４３の伸縮作動に伴ってハウジング４０の機体フレーム１０に対する上下高さ位置を変更することができる。

ハウジング４０内には、左右一対の回転ブレード４１，４１が配設されている。各回転ブレード４１は、上下軸心回りに回転し、その回転軌跡の一部が互いに重複した状態で、等速回転駆動されることにより、草類の刈り取りを行うとともに、その回転運動で生起される搬送風によって、ハウジング４０の後部に形成された排出口から刈草を後方へ向けて排出するように構成されている。

〔集草装置〕
図１及び図２に示されるように集草装置５は、刈草を収容する集草容器５０と、その集草容器５０を走行機体１に対して昇降作動及び刈草排出作動が可能であるように操作する昇降駆動機構５１とを備えている。
集草容器５０は、モアー装置４側から搬送ダクト４２を介して供給される刈草を受け入れる受入口（図示せず）を前端側に備え、後端側に排出用の排出口５０ａと、その排出口５０ａを覆う開閉蓋５０ｂとを備えている。

昇降駆動機構５１は、走行機体１の後方側に設けられたロプス３４に対して集草容器５０を連結する昇降リンク５２と、その昇降リンク５２をロプス３４に対して昇降作動させるリフトシリンダ５３（油圧アクチュエータに相当する）と、昇降リンク５２に対する集草容器５０の姿勢を、水平に近い回収姿勢の状態から後下がりの後傾姿勢に変更して、集草容器５０の開閉蓋５０ｂを開閉作動させるためのダンプシリンダ５４（油圧アクチュエータに相当する）とを備えている。
昇降リンク５２は、左右一対のアッパーリンク５２ａと、左右一対のロアーリンク５２ｂとを備え、各アッパーリンク５２ａとロアーリンク５２ｂの前端側がロプス３４の上部に着脱可能に連結され、後部側が集草容器５０の後端側近くの下部に連結されている。そして、油圧シリンダで構成されているリフトシリンダ５３の上端部はロアーリンク５２ｂに対して連結され、リフトシリンダ５３の伸縮作動によって、昇降リンク５２が揺動し、集草容器５０の昇降作動が行われる。

油圧シリンダで構成されたダンプシリンダ５４は、集草容器５０の後端側の下方に配置されている。このダンプシリンダ５４の伸縮作動によって、集草容器５０をひっくり返すように後傾させた排出姿勢と、水平に近い状態の回収姿勢と、に切り換え操作することが可能であるように、ダンプシリンダ５４の一端部を周知のダンプ操作機構（図示せず）に連結させている。
上記のリフトシリンダ５３及びダンプシリンダ５４も左右一対備えられていて、左右で同時作動するように、集草装置５用の油圧回路に配備されている。

〔走行駆動系〕
エンジン２０から後輪１２への走行駆動系における伝動機構は次のように構成されている。
図１及び２に示されるように、エンジン２０の後部にクラッチハウジング２７が連設され、クラッチハウジング２７の出力軸２７ａを介してエンジン２０の動力が取り出される。
クラッチハウジング２７の出力軸２７ａの後端部に主伝動軸２２が一体回転自在に接続され、主伝動軸２２の後端部に静油圧式無段変速装置６の入力軸としてのポンプ軸６０ａが接続されている。
主伝動軸２２とポンプ軸６０ａとは、冷却ファン２８ａを有した連結具２８を介して連結されている。冷却ファン２８ａは、静油圧式無段変速装置６に冷却風を供給するためのものである。

静油圧式無段変速装置６の出力軸としてのモータ軸６１ａが、減速用のギヤ伝動機構２３Ａを内装したミッションケース２３に挿入され、ミッションケース２３内に変速動力が伝えられる。静油圧式無段変速装置６から伝えられた動力は、ミッションケース２３に内装されているデフ機構２３Ｂを介して左右の後車軸ケース２４に分岐伝動され、各後車軸ケース２４に支持された後車軸１２ａに伝達され、後輪１２が駆動される。

〔静油圧式無段変速装置〕
走行駆動系に設けられた静油圧式無段変速装置６、及びその油圧駆動回路について説明する。
図３及び図４に示されているように、静油圧式無段変速装置６は、ポンプ軸６０ａを有したアキシャルプランジャ形でかつ可変容量形の油圧ポンプ６０と、モータ軸６１ａを有したアキシャルプランジャ形の油圧モータ６１と、この油圧ポンプ６０及び油圧モータ６１を接続する閉回路６２（図４参照）と、を備えている。

油圧ポンプ６０と油圧モータ６１を接続する閉回路６２は、油圧ポンプ６０から油圧モータ６１へ圧油を供給する高圧側油路６２Ｈと、油圧モータ６１から油圧ポンプ６０側へ圧油を戻す低圧側油路６２Ｌと、を備えている。閉回路６２へ圧油を補充するためのチャージ回路６３は、高圧側油路６２Ｈと低圧側油路６２Ｌにわたって接続されている。

油圧ポンプ６０は、圧油供給ポンプ１５と共にエンジン２０の動力によって駆動される。この油圧ポンプ６０の斜板６０ｂの角度変更は、搭乗運転部３の足元に配備した変速ペダル３５（図４参照）によって人為的に操作される。つまり、油圧ポンプ６０の斜板６０ｂは、油圧サーボ機構７を介して変速ペダル３５に連係されている。
油圧サーボ機構７は、図４に示すように、変速ペダル３５に連係されたサーボバルブ７０と、斜板６０ｂに連係されたサーボシリンダ７１とを備え、変速ペダル３５の踏み込み操作でサーボシリンダ７１への操作油路７２を切換操作可能に構成されている。

この構造では、変速ペダル３５の踏込みが解除されると、図３に示すように、油圧ポンプ６０の斜板６０ｂは中立（０°）に復帰維持されて油圧ポンプ６０からの圧油の吐出がなく、走行停止状態がもたらされる。

そして、変速ペダル３５を踏込むに連れて、サーボバルブ７０が圧油供給ポンプ１５からの圧油を操作油路７２からサーボシリンダ７１に供給する。すると、このサーボシリンダ７１が駆動されて油圧ポンプ６０の斜板角を変更操作し、油圧ポンプ６０の駆動速度が変化して静油圧式無段変速装置６の速度状態が変化する。このとき、サーボシリンダ７１の作動がフィードバック機構７３によってサーボバルブ７０にフィードバックされており、静油圧式無段変速装置６が変速ペダル３５のの操作位置に対応した制御目標の速度状態になると、サーボバルブ７０が中立状態に切り換え操作され、静油圧式無段変速装置６が制御目標の速度状態に維持されるようになっている。

圧油供給ポンプ１５は、圧油供給回路１６によって、閉回路６２へ圧油を補充するためのチャージ回路６３に接続され、チャージ油の補給を行うように構成されている。また、この圧油供給回路１６には、油圧サーボ機構７の操作油路７２も接続されていて、サーボシリンダ７１への圧油供給を行えるように構成されている。このため、油圧サーボ機構７のシステム圧がチャージ圧と同一となっている。

油圧モータ６１の斜板６１ｂは、油圧アクチュエータ６４によって操作される。この油圧アクチュエータ６４は、図３に示すように、操作ピストン６４ａと復帰バネ６４ｂ（斜板６１ｂを高速側へ復帰付勢する操作機構に相当する）との組み合わせで構成され、操作ピストン６４ａと復帰バネ６４ｂとで前後から斜板６１ｂを挟持した状態にある。尚、この油圧アクチュエータ６４は、図４の油圧回路図において、単一シリンダ内に操作ピストン６４ａと復帰バネ６４ｂを対向させるように配置した記号で描かれているが、実際は、図３に示すように、斜板６１ｂを挟む状態で斜板６１ｂの両側に配置されている。

油圧アクチュエータ６４の操作ピストン６４ａが前方移動限界まで後退している時、油圧モータ６１における斜板６１ｂの角度が中立（０°）となる。操作ピストン６４ａが復帰バネ６４ｂに抗して後方に進出するに連れて斜板６１ｂの角度が大きくなるように構成してある。なお、復帰バネ６４ｂは初期圧縮をかけて組み込んであり、斜板６１ｂを設定された付勢力で中立側に付勢している。

上記の油圧アクチュエータ６４は、図４に示すように、油圧ポンプ６０からの圧油を油圧モータ６１に供給する高圧側油路６２Ｈに操作回路６５を介して接続されている。これにより、操作回路６５の圧力と復帰バネ６４ｂのバネ力とが均衡したところで斜板６１ｂの角度が安定するようになっている。

したがって、変速ペダル３５を踏込むと、油圧ポンプ６０における斜板６０ｂの角度も大きくなり、斜板角度に応じた量の圧油が吐出されて油圧モータ６１に供給される。
このとき、走行負荷が比較的軽くて高圧側油路６２Ｈの圧が比較的低い状態であると、操作回路６５を介して高圧側油路６２Ｈの圧を受ける油圧アクチュエータ６４の操作ピストン６４ａは、復帰バネ６４ｂの初期バネ力の抵抗を受けて、油圧モータ６１の斜板６１ｂの角度を比較的小さい中立（０°）に近い状態に維持し、油圧ポンプ６０の吐出量に応じた比較的高速での走行が行われる状態となる。

そして、走行負荷が増加して、高圧側油路６２Ｈの圧が復帰バネ６４ｂの初期バネ力の設定範囲を上回ると、高圧側油路６２Ｈの圧を受ける油圧アクチュエータ６４の操作ピストン６４ａが、復帰バネ６４ｂに抗して油圧モータ６１の斜板６１ｂの角度を大きくする側に作動する。
つまり、走行負荷が設定範囲を越えて大きくなると、油圧モータ６１側の吐出量が大きくなって出力トルクが高められ、モータ軸６１ａは減速駆動されて、機体の走行速度は低下する。

尚、静油圧式無段変速装置６を操作する前記変速ペダル３５は、エンジン２０の後部に設けた調速装置（図外）を操作するアクセルペダルとしての機能をも備えている。
したがって、変速ペダル３５を踏み込むと、エンジン回転数を増加させるとともに、静油圧式無段変速装置６における油圧ポンプ６０の斜板角が増速側へ操作される。

〔別実施形態の１〕
実施の形態では、静油圧式無段変速装置６の斜板角の変更を、変速ペダル３５の踏み込み操作に連動させるように構成した構造のものを例示したが、この構造に限られるものではなく、例えば静油圧式無段変速装置６の斜板角を操作する専用の操作レバー等で操作できるようにしてもよい。
その他の構成は、前述した実施形態と同様の構成を採用すればよい。

〔別実施形態の２〕
実施の形態では、静油圧式無段変速装置６の斜板角の変更を、油圧サーボ機構７を介して行うように構成した構造のものを例示したが、この構造に限られるものではなく、例えば、油圧サーボ機構７を省略して、変速ペダル３５もしくは操作レバー等で直接的に操作できるようにしてもよい。
その他の構成は、前述した実施形態と同様の構成を採用すればよい。

〔別実施形態の３〕
実施の形態では、油圧モータ６１の斜板６１ｂの角度変更を、油圧アクチュエータ６４の操作ピストン６４ａと、復帰バネ６４ｂで行うように構成した構造のものを例示したが、この構造に限られるものではなく、例えば、斜板６１ｂの角度変更を、増速側も減速側も油圧で操作されるアクチュエータを用いて、油圧操作されるようにしても良い。
その他の構成は、前述した実施形態と同様の構成を採用すればよい。

本発明は、大型機から小型機に至る各種の草刈機に利用可能である。

１走行機体
４モアー装置
６静油圧式無段変速装置
１１前輪（走行装置）
１２後輪（走行装置）
６０油圧ポンプ
６１油圧モータ
６１ｂ斜板
６２閉回路
６２Ｈ高圧側油路
６４油圧アクチュエータ
６４ｂ操作機構
６５操作回路

Claims

走行機体の前部にエンジンが備えられ、
前記走行機体の下部に、モアー装置と、走行装置と、が備えられ、
前記走行機体の後部に集草装置が備えられ、
前記エンジンの後部から取り出された動力を前記走行装置へ伝達する走行駆動系と、前記走行駆動系とは別に、前記エンジンの前部から前記モアー装置への動力を取り出して伝達するモアー駆動系と、が備えられた草刈機であって、
前記走行装置への駆動系に静油圧式無段変速装置が備えられ、
前記静油圧式無段変速装置が、可変容量型に構成された単一の油圧ポンプと、可変容量型に構成された単一の油圧モータを備えたものであり、
前記油圧モータの斜板角度を変更操作する油圧アクチュエータが備えられ、
前記油圧ポンプと前記油圧モータを接続する閉回路の高圧側油路に、その高圧側油路から分岐したパイロット圧を前記油圧アクチュエータへ供給する操作回路が接続され、
前記操作回路は、前記高圧側油路の圧力上昇に伴って前記油圧モータの斜板を低速側に操作するように、前記油圧アクチュエータの低速操作側に接続されている草刈機。
前記油圧アクチュエータには、前記油圧モータの斜板を高速側へ復帰付勢する操作機構が備えられている請求項１記載の草刈機。