JP5859186B2

JP5859186B2 - 農作業機

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Publication number: JP5859186B2
Application number: JP2010129878A
Authority: JP
Inventors: 善活池内; 宮本　敏明; 敏明宮本; 山本　誠; 山本　　誠
Original assignee: 松山株式会社
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP2011254721A

Description

本発明は、農作業機に関し、特に、シリンダにより作動する作動部の安全性を考慮したトラクタに装着して農作業を行う農作業機に関する。

トラクタに装着して農作業を行う農作業機には様々な作業や機能を実現するため作動部を有している場合が多い。そして、その作動部は、シリンダの伸縮により作動する機構も多く存在する。

例えば、特許文献１には、電動シリンダにより回動する畦塗り機が記載されている。さらに、特許文献２には、電動油圧シリンダにより延長作業体を上下動させる代掻き作業機が記載されている。さらに、特許文献３には、油圧シリンダを利用した折り畳み農作業機が記載されている。

図１０は、従来の電動油圧シリンダによる代掻き作業機を示す正面図である。代掻き作業機５０は、入力軸５１側をトラクタに装着してカバー５２内の代掻き爪を回転させて代掻き作業を行う。そして、代掻き作業機５０は、上部に設けられた電動油圧シリンダ５６を伸縮させると回動機構５７の作用により延長作業部５５がセンター作業部５８に対し上下動し、延長作業部５５を下ろして作業部を延長するか、延長作業部５５を上げて折りたたむかを選択でき、全体の作業幅を変更できるようになっている。例えば、作業者は、代掻き作業機５０の作業幅を長くしたいときは、遠隔操作用のスイッチをおすと、電動油圧シリンダ５６が作動して、延長作業部５５を降ろすことができる。

電動油圧シリンダ５６は、補助部５６ａに、モータ、ポンプ、オイルタンク等を有し、モータが回転すると、油圧を上げてタンク内の作動油を送り込み、シリンダ５６ｂを作動させる。また、一定圧力以上にならないようにリリーフ弁が設置されている。

特開２００４−１７３５８６号公報特開２００４−３０５１０４号公報特開平１０−２９５１０３号公報

電動油圧シリンダ５６を作動させて、延長作業部５５を降ろした時に、障害物２０１を挟むと、電動油圧シリンダ５６に一定以上の力が加わり、内部の油圧が上昇し、電動油圧シリンダ５６内のリリーフ弁が作用する。リリーフ弁が作用すると、電動油圧シリンダ５６には、それ以上圧力が加わらなくなり、作業者は延長作業部５５が途中で止まっていることに気づいてスイッチを離すと、電動油圧シリンダ５６は止まる。

このとき、電動油圧シリンダ５６のリリーフ弁が作用する場合は、かなりの力がかかっており、農作業機を壊してしまう可能性がある。また、障害物２０１は、一定の力で挟まった状態で取り出すことができない。さらに、人の手や足が挟まると重大な事故につながるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みて、シリンダにより作動する作動部の安全性を考慮したトラクタに装着して農作業を行う農作業機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の農作業機は、トラクタに装着して農作業を行う農作業機において、シリンダの伸縮により一方の定位置と他方の定位置を移動する延長作業部を備え爪を回転させて作業を行う作業部と、前記シリンダを制御する制御部と、負荷及び位置の検出をするための一つのポテンショメータとを有し、前記一方の定位置では前記延長作業部を折り畳み、前記他方の定位置では前記延長作業部により前記作業部が延長されて全体の作業幅を変更でき、前記シリンダは、伸縮及び停止を方向制御弁の切り換えにより行い、前記制御部は、前記シリンダの伸縮作動中に前記ポテンショメータから得られる位置の変化を算出し、当該制御部が指令している前記シリンダの通常の作動による位置の変化の値と比較し、これらの位置の変化の差が一定以上の場合は異常負荷と判定して前記方向制御弁に指令して前記シリンダを逆方向に作動させ、前記ポテンショメータから得られる位置関連情報から前記作業部が移動先の定位置に移動したと判断した場合に前記方向制御弁に指令して前記シリンダを停止させることを特徴とする。

さらに本発明の農作業機は、前記シリンダを逆方向へ作動させる量は、あらかじめ定め
た一定量であることを特徴とする。
さらに本発明の農作業機は、前記シリンダを逆方向へ作動させる量は、前記延長作業部の移動始めの定位置まで戻る量であることを特徴とする。

本発明の農作業機が有するシリンダにより作動する作動部の制御システムのブロック図である。本発明の農作業機が有するシリンダにより作動する作動部の制御システムのフローチャートである。本発明の農作業機が有するシリンダに適用可能な油圧回路の一例である。本発明の農作業機の一例である代掻き作業機の第１の状態を示す正面図である。本発明の農作業機の一例である代掻き作業機を第２の状態を示す正面図である。本発明の農作業機の一例である代掻き作業機において制御システムが作用するときの状態を示す正面図である。本発明の農作業機の一例である畦塗り機の状態の変化を示す平面図である。本発明の農作業機の一例である畦塗り機において制御システムが作用するときの第１の状態を示す平面図である。本発明の農作業機の一例である畦塗り機において制御システムが作用するときの第２の状態を示す平面図である。従来の電動油圧シリンダによる代掻き作業機を示す正面図である。

本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明の農作業機が有するシリンダにより作動する作動部の制御システムのブロック図である。制御システム１は、操作部５と、記憶手段１１と演算ユニット１２を有する制御ユニット１０と、方向制御弁１５と、油圧シリンダ１６と、負荷検出手段２０と、位置検出手段２１とを備えている。なお、油圧シリンダ１６により作動する作動部の具体例については、後述する。

操作部５は、例えば、トラクタ側に配置可能とし、作業者が操作部５のスイッチをＯＮにすることで油圧シリンダ１６による作動部を作動させる。操作部からの操作信号は、有線又は無線のどちらで送信してもよい。

記憶手段１１は、定位置に関するデータや負荷条件に関する情報を記憶しておく手段であり、例えば、フラッシュメモリやＨＤＤ等の記憶デバイスで構成され、農作業機の適した位置に設置可能である。

演算ユニット１２（演算部）は、操作部５からの操作信号、各検出手段２０、２１からの情報と、及び、記憶手段１１に記憶させた定位置等の情報から、油圧シリンダ１６に対して伸縮又は停止の指令を出す手段であり、ＣＰＵ等のデバイスで構成され、農作業機の適した位置に設置可能である。

記憶手段１１と演算ユニット１２は、制御ユニット１０（制御部）としてコンパクトな構成とすることができる。

油圧シリンダ１６は、油圧を利用して作動するシリンダである。油圧シリンダ１６は、油圧ホースなどを接続して油圧回路を構成してもよく、また、従来例で示したようにポンプやタンク、モータと一体型の電動油圧シリンダであってもよい。

方向制御弁１５は、演算ユニット１２からの指令をもとに油圧シリンダ１６を伸縮又は停止させるための弁である。方向制御弁１５は、油圧回路内に設置でき、直接、方向制御弁１５を制御することができる。また、例えば、電動油圧シリンダの場合等では、方向制御弁１５は、ポンプを動かすモータの回転方向により連動させて切り換える弁とすることができ、モータ等の回転方向を制御して方向制御弁１５の切換を行ってもよい。

負荷検出手段２０は、負荷関連情報を検出し、演算ユニット１２へ送る。そして、演算ユニット１２では、一定以上の負荷であるか否かを判定する。具体例は後述する。

位置検出手段２１は、位置関連情報を検出し、演算ユニット１２へ送る。そして、演算ユニット１２では、定位置であるか否かを判定する。具体例は後述する。

図２は、本発明の農作業機が有するシリンダにより作動する作動部の制御システムのフローチャートである。図２は、シリンダを伸ばす方向に作動させる場合について説明している。

作業者は、油圧シリンダ１６を有する作動部を作動させるため、操作部５の所定のスイッチを押す。すると、操作部５からの操作情報を受け取った演算ユニット１２は油圧シリンダ１６に対して伸び指令をだし、油圧シリンダ１６が伸びる（Ｓ１０１）。このとき、負荷検出手段２０は、演算ユニット１２に負荷関連情報を送って、この負荷関連情報に基づき演算ユニット１２が作動部に一定以上の負荷（異常負荷）がかかっているか否かを判定する（Ｓ１０２）。

Ｓ１０２で異常負荷と判定した場合は、演算ユニット１２は油圧シリンダ１６に縮み指令を出し、油圧シリンダ１６を縮ませる（Ｓ１０３）。そして、演算ユニット１２は指定の縮み量か否かを判定し（Ｓ１０５）、指定の縮み量に達しない場合は引き続き油圧シリンダ１６を縮ませ、指定縮み量に達した場合は油圧シリンダ１６の縮みを停止させる（Ｓ１０７）。

指定縮み量は、例えば、作動部を一定量戻す縮み量とすることができる。この場合は、例えば、人の手や障害物により負荷を検出した場合は、一定量戻すことで、引っかかりをなくし手や障害物を取り除くことができる。さらに、操作部５のスイッチを押すなどして再作動させる場合は、縮み量が少ないため無駄な時間を短縮できる。この一定量は、記憶手段１１に記憶させておけばよい。

また、指定縮み量は、例えば、作動部が移動し始めた定位置まで戻す縮み量としてもよい。この場合の制御としては、位置検出手段２１により、移動し始めの定位置を検知するまで戻すようにすることができる。

Ｓ１０２で異常負荷でないと判定した場合は、次に、演算ユニット１２は位置検出手段２１から送られる位置関連情報をもとに、油圧シリンダ１６による作動部が移動先の定位置か否かを判定する（Ｓ１０４）。定位置と判定した場合は、演算ユニット１２から油圧シリンダ１６へ停止命令を出し、油圧シリンダ１６を停止させる（Ｓ１０６）。一方、定位置でない場合は、シリンダの伸び指令により引き続き油圧シリンダ１６を作動させる（Ｓ１０１）。定位置の情報は、記憶手段１１に記憶させておけばよい。

上記は、シリンダを伸ばす方向に作動させる場合について説明したが、シリンダが縮む方向の場合は、伸びと縮みを逆にして同様の制御を行える。このようにすることで、シリンダが作動しているときに途中で負荷を感じた場合は、油圧シリンダ１６を逆方向に指定量だけ作動させる。一方、作動部が移動先の定位置まで移動した場合は、油圧シリンダ１６を停止させる。このため、定位置で油圧シリンダ１６が逆方向に作動することはない。

図３は、本発明の農作業機が有するシリンダに適用可能な油圧回路の一例である。油圧タンク３３内の作動油は、油圧ポンプ３２により油圧回路３０へ送られる。そして、方向制御弁１５を切り換えることで、油圧シリンダ１６を伸ばす方向に動かすか、縮む方向に動かすか、停止させるかを選択することができる。また、リリーフ弁３１は、油圧回路３０内の圧力が一定以上にならないように設定され、回路の破損を防止する。さらに、圧力スイッチ２２は、油圧回路３０内の圧力が一定以上でＯＮとなるスイッチである。圧力スイッチ２２が作用する圧力は、油圧シリンダ１６の通常の作動に必要な圧力より高く、リリーフ弁３１が作用する圧力よりも低く設定される。

以下に、負荷検出手段２０と位置検出手段２１の具体例を述べる。なお、これらの具体例を併用して使用して精度を上げることもできる。

〈負荷検出手段２０の第１の具体例〉
負荷検出手段２０の第１の具体例は、負荷検出手段２０が、ポテンショメータの場合である。ポテンショメータは、移動により変化する可変抵抗の電圧を測定する等して現在の位置や角度が分かるようになっている。このポテンショメータを作動部などに設置し、ポテンショメータからの情報を負荷関連情報として得る。そして、演算ユニット１２では、この情報から、時間当たりの位置の変化を算出し、演算ユニット１２が指令している油圧シリンダ１６の通常の作動による位置の変化の値と比較する。そして、これらの差が一定以上の場合は、油圧シリンダ１６に負荷がかかっているとして異常負荷と判定する（Ｓ１０２）。

〈負荷検出手段２０の第２の具体例〉
負荷検出手段２０の第２の具体例は、負荷検出手段２０が、圧力スイッチの場合である。圧力スイッチは、図３でも説明したように油圧回路３０内の圧力が一定以上でスイッチが入る。すなわち油圧シリンダ１６に一定以上の負荷がかかった場合、油圧回路３０の圧力が上昇し圧力スイッチがＯＮとなる。この圧力スイッチからの情報を負荷関連情報として得る。そして、演算ユニット１２では、圧力スイッチがＯＮとなっている場合は、油圧シリンダ１６に負荷がかかっているとして異常負荷と判定する（Ｓ１０２）。

〈負荷検出手段２０の第３の具体例〉
負荷検出手段２０の第３の具体例は、負荷検出手段２０が、ストロークセンサの場合である。ストロークセンサは、ストローク量を測定できるセンサであり、このストロークセンサを油圧シリンダ１６や油圧シリンダ１６により作動する部分に設置し、このストロークセンサからの情報を負荷関連情報として得る。そして、演算ユニット１２では、この情報から、時間当たりの位置の変化を算出し、演算ユニット１２が指令している油圧シリンダ１６の通常の作動による位置の変化の値と比較する。そして、これらの差が一定以上の場合は、油圧シリンダ１６に負荷がかかっているとして異常負荷と判定する（Ｓ１０２）。

〈負荷検出手段２０の第４の具体例〉
負荷検出手段２０の第４の具体例は、負荷検出手段２０が、電流検出手段の場合である。電流検出手段は、油圧シリンダ１６を動かすためのポンプを作動させるモータに流れる電流値を測定する。そして、この電流検出手段からの情報を負荷関連情報として得る。油圧シリンダ１６に負荷がかかるとモータにも負荷がかかりモータを構成する回路に過電流が流れる。そのため、演算ユニット１２では、電流検出手段からの電流値が一定以上の場合、油圧シリンダ１６に負荷がかかっているとして異常負荷と判定する（Ｓ１０２）。この電流検出手段は、油圧ポンプをモータで作動させる場合に利用でき、例えば、電動油圧シリンダ５６で採用可能である。

〈位置検出手段２１の第１の具体例〉
位置検出手段２１の第１の具体例は、位置検出手段２１が、ポテンショメータの場合である。このポテンショメータを作動部などに設置し、このポテンショメータからの情報を位置関連情報として得る。そして、演算ユニット１２では、この情報と、記憶手段１１に記憶してある定位置の情報を比較し、作動部が定位置（の範囲内）であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。なお、このポテンショメータは、〈負荷検出手段２０の第１の具体例〉のポテンショメータと供用することができ、コストを抑えることができる。

〈位置検出手段２１の第２の具体例〉
位置検出手段２１の第２の具体例は、位置検出手段２１が、リミットスイッチの場合である。リミットスイッチは、スイッチがＯＮになるとその情報が演算ユニット１２に伝達される。このリミットスイッチを作動部の各定位置でＯＮとなるように設置し、リミットスイッチからの情報を位置関連情報として得る。そして、演算ユニット１２では、リミットスイッチがＯＮとなった場合、作動部が定位置（の範囲内）であると判断する（Ｓ１０４）。

〈位置検出手段２１の第３の具体例〉
位置検出手段２１の第３の具体例は、位置検出手段２１が、ストロークセンサの場合である。このストロークセンサを油圧シリンダ１６や作動部に設置し、このストロークセンサからの情報を位置関連情報として得る。そして、演算ユニット１２では、この情報と、記憶手段１１に記憶してある定位置の情報を比較し、作動部が定位置（の範囲内）であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。なお、このストロークセンサは、〈負荷検出手段２０の第３の具体例〉のストロークセンサと供用することができ、コストを抑えることができる。

以下に、上記の制御システムを具体的な各農作業機に適用する場合の例について述べる。

〈代掻き作業機に適用する場合〉
図４〜図６は、本発明の農作業機の一例である代掻き作業機の各状態を示す正面図である。図４〜図６の代掻き作業機は、図１０で説明した従来の代掻き作業機５０と同様に、両端に、延長作業部５５を有し、電動油圧シリンダ５６を作動させると、回動機構５７を介して延長作業部５５が上下動し、延長作業部５５（作動部）を延長するか折りたたむかを選択でき、全体の作業幅を変更できるようになっている。以下、上記の制御システムを代掻き作業機に適用する場合について説明し、図１０で説明した従来の代掻き作業機５０と異なる点について説明する。

図４と図５は、リミットスイッチ２５の取り付け例を示している。リミットスイッチ２５は、センター作業部５８の両端と、両側の回動機構５７内に取り付けられており、図４の延長作業部５５を上側に上げて折りたたんだ状態では、回動機構５７内のリミットスイッチ２５ａ、２５ｂがＯＮとなり、演算ユニット１２が一方の定位置であると判断する。一方、図５の右側のように、延長作業部５５を下ろして、延長させた状態では、センター作業部５８右側のリミットスイッチ２５ｃがＯＮとなり、演算ユニット１２は延長作業部５５が他方の定位置であると判断する。

図６は、本発明の農作業機の一例である代掻き作業機において制御システムが作用するときの状態を示す正面図である。上側に折りたたんだ状態から電動油圧シリンダ５６を縮めると、回動機構５７が作用して、延長作業部５５は下に回動し延長する状態へ変化する。このとき、障害物２０１により延長作業部５５が途中で動かなくなり、電動油圧シリンダ５６に負荷がかかったと演算ユニット１２が判断すると、電動油圧シリンダ５６を逆方向すなわち、伸ばす方向に作用させる。このとき戻す量は、例えば、延長作業部５５を図６中の二点鎖線ぐらいまで戻すことで、障害物２０１を取り除け、作業機自体の破損を防止できる。

図６には、リミットスイッチ２５以外に、圧力スイッチ２２と、ポテンショメータ２３の取り付け例も示されている。圧力スイッチ２２は、電動油圧シリンダ５６内部に設置でき、ポテンショメータ２３は、回動機構５７の回動部に設置し角度を検出することができる。これらは、上述した、負荷検出手段２０や位置検出手段２１となり得る。なお、図６は、取り付け例であり、同時にすべての取り付けが必要という訳ではない

〈畦塗り機に適用する場合〉
以下、上記の制御システムを畦塗り機に適用する場合について説明する。

図７は、本発明の農作業機の一例である畦塗り機の状態の変化を示す平面図である。畦塗り機７０は、装着部７１をトラクタ後部に装着して、作業部７８で畦塗り作業を行う。装着部７１と作業部７８の間は、中間フレーム７２により接続されている。中間フレーム７２の両側に位置する、回動支点７２ａ、７２ｂにより、装着部７１と作業部７８がそれぞれ水平方向に回動可能に支持されている。作業部７８は、爪などを有する耕耘部７６で旧畦の土をかき出し、ディスクを回転させるなどして整畦部７７で畦形状に仕上げる。また、上面削り部７５を付設させて旧畦の上面を削り強固な畦を形成してもよい。

図７（ａ）は、前進作業時の図である。トラクタは、図の上側に位置しトラクタを前進させながらトラクタ幅より外側に位置する作業部７８で横側に畦を形成していく。

図７（ｂ）は、格納時の図である。第１シリンダ８０は、装着部７１（の支点８０ａ）と中間フレーム７２（の支点８０ｂ）の間に装着され、図７（ａ）の状態から、第１シリンダ８０を縮ませると中間フレーム７２が回動支点７２ａを中心に左側へ回動する。すると作業部７８も同時に移動し、作業部７８はトラクタの幅方向の中心付近まで移動させることで図７（ｂ）の格納時の状態となる。

図７（ｃ）は、バック作業時の図である。第２シリンダ８１は、中間フレーム７２（の支点８１ａ）と作業部７８（の支点８１ｂ）の間に装着され、図７（ｂ）の状態から第２シリンダ８１を伸ばすと中間フレーム７２が回動支点７２ｂを中心に左側へ回動する。すると作業部７８の向きが前進作業時の図７（ａ）とは逆になる。これにより、トラクタを旋回させて向きを変え、バックで作業を行えば、トラクタの全長幅により畦を塗ることのできない圃場の隅の作業を行える。

図７（ｃ）から図７（ａ）への変化は、第１シリンダ８０と第２シリンダ８１の伸縮を逆に行えばよい。そしてこれら、第１シリンダ８０と第２シリンダ８１を油圧シリンダ１６として制御することが可能となる。第１シリンダ８０による作動部は中間フレーム７２がなり得え、第２シリンダ８１による作動部は作業部７８がなり得る。そして、定位置は、図７で示される位置が定位置となる。

図８と図９は、本発明の農作業機の一例である畦塗り機において制御システムが作用するときの各状態を示す平面図である。

図８で、第１シリンダ８０を縮めて中間フレーム７２を移動させているとき、障害物２０２に作業部７８（整畦部７７）がぶつかり、第１シリンダ８０に負荷がかかったと演算ユニット１２が判断すると、第１シリンダ８０を逆方向すなわち、伸ばす方向に作用させる。このとき戻す量は、例えば、図８中の二点鎖線ぐらいまで戻すことで、障害物２０２を取り除け、作業機自体の破損を防止できる。

一方、図９では、第２シリンダ８１を伸ばして作業部７８を回動させているとき、障害物２０３に作業部７８（整畦部７７）がぶつかり、第２シリンダ８１に負荷がかかったと演算ユニット１２が判断すると、第１シリンダ８０を逆方向すなわち、縮める方向に作用させる。このとき戻す量は、例えば、図９中の二点鎖線ぐらいまで戻すことで、障害物２０３を取り除け、作業機自体の破損を防止できる。

また、図８と図９では、負荷検出手段２０や位置検出手段２１の例も示されている。リミットスイッチ２５（２５ｅ、２５ｆ）は、装着部７１に中間フレーム７２の回動範囲の端部でＯＮになる位置に設置され、第１シリンダ８０による各定位置（図７（ａ）と図７（ｂ）（ｃ））でＯＮとなる。ポテンショメータ２３（２３ａ、２３ｂ）は、中間フレーム７２の回動支点７２ａと回動支点７２ｂ近傍にそれぞれ設置でき、第１シリンダ８０や第２シリンダ８１による装着部７１に対する中間フレーム７２の角度や、中間フレーム７２に対する作業部７８の角度を検知できる。また、ストロークセンサ２４を第１シリンダ８０に取り付けすれば、第１シリンダ８０のストローク量を検知できる。なお、図８、図９は、取り付け例であり、同時にすべての取り付けが必要という訳ではない。

上記実施例は、代掻き作業機と畦塗り機について述べたが、本発明は、これ以外に、シリンダで作動する機構を有している農作業機に広く適用可能である。

１制御システム
５操作部
１０制御ユニット
１１記憶手段
１２演算ユニット
１５方向制御弁
１６油圧シリンダ
２０負荷検出手段
２１位置検出手段
２２圧力スイッチ
２３ポテンショメータ
２４ストロークセンサ
２５リミットスイッチ
３０油圧回路
３１リリーフ弁
５０、５０’ 代掻き作業機
５６電動油圧シリンダ
７０畦塗り機

Claims

トラクタに装着して農作業を行う農作業機において、
シリンダの伸縮により一方の定位置と他方の定位置を移動する延長作業部を備え爪を回転させて作業を行う作業部と、前記シリンダを制御する制御部と、負荷及び位置の検出をするための一つのポテンショメータとを有し、
前記一方の定位置では前記延長作業部を折り畳み、前記他方の定位置では前記延長作業部により前記作業部が延長されて全体の作業幅を変更でき、
前記シリンダは、伸縮及び停止を方向制御弁の切り換えにより行い、
前記制御部は、前記シリンダの伸縮作動中に前記ポテンショメータから得られる位置の変化を算出し、当該制御部が指令している前記シリンダの通常の作動による位置の変化の値と比較し、これらの位置の変化の差が一定以上の場合は異常負荷と判定して前記方向制御弁に指令して前記シリンダを逆方向に作動させ、前記ポテンショメータから得られる位置関連情報から前記作業部が移動先の定位置に移動したと判断した場合に前記方向制御弁に指令して前記シリンダを停止させることを特徴とする農作業機。
請求項１に記載の農作業機において、
前記シリンダを逆方向へ作動させる量は、あらかじめ定めた一定量であることを特徴とする農作業機。
請求項１に記載の農作業機において、
前記シリンダを逆方向へ作動させる量は、前記延長作業部の移動始めの定位置まで戻る量であることを特徴とする農作業機。