JP2020106118A - 作業機 - Google Patents

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章雄 山下
智一 安藤
Tomokazu Ando
智一 安藤
康貴 木戸
Yasutaka Kido
康貴 木戸
大希 問覚
Daiki Tooboe
大希 問覚
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Abstract

【課題】前進時及び後進時に、走行装置の駆動負荷の変化を駆動油路の油圧変化によって検出し、駆動油路の油圧を減速操作力にして斜板を減速操作するものでありながら、無段変速装置の大型化を抑制する。【解決手段】走行装置の駆動負荷が設定値以上に増加したとき、無段変速装置8を駆動油路16aの圧油によって減速操作する負荷感応減速機構20が備えられている。負荷感応減速機構20は、油圧モータ17の斜板17bの減速傾動に抵抗を付与する抵抗機構23と、斜板17bを抵抗機構23に抗して減速側に操作可能な油圧アクチュエータ25と、無段変速装置8が前進駆動のとき、高圧側の駆動油路16aから油圧アクチュエータ25に油圧を取り入れ、無段変速装置8が後進駆動のとき、低圧側の駆動油路16aから油圧アクチュエータ25に油圧を取り入れて油圧アクチュエータ25を抵抗機構23に抗して駆動させる減速操作油路27と、を備えている。【選択図】図2

Description

本発明は、作業機に関する。
エンジンと、エンジンの動力が入力される可変容量形の油圧ポンプ、及び、油圧ポンプに一対の駆動油路によって接続された可変容量形又は定容量形の油圧モータを有し、エンジンの動力を前進動力と後進動力に変換して出力する静油圧式の無段変速装置と、無段変速装置の出力によって駆動される走行装置と、が備えられた作業機がある。この種の作業機としては、例えば特許文献1に示されるように、走行装置としての前車輪及び後車輪を備えるトラクタがある。
静油圧式の無段変速装置を備えるものにおいて、走行装置の駆動負荷が設定値以上に増加したとき、無段変速装置を駆動油路の圧油によって、モータ斜板を操作し、モータ容量を増加させ、減速と出力トルクが増加するように負荷感応減速機構を構成されたものがある。この種のものとしては、たとえば特許文献2に示されるものがある。特許文献2に示されるものでは、油圧モータの油圧サーボ機構を操作することによって油圧モータの斜板を減速側に傾動操作する負荷制御機構が備えられている。そして、無段変速装置が前進時であるとき、油圧ポンプと油圧モータを接続する一対のメイン油路のうちの高圧側になるメイン油路の油圧が斜板操作を行わせる圧油として負荷制御機構に導入されるように構成され、無段変速装置が後進時であるとき、油圧ポンプと油圧モータを接続する一対のメイン油路のうちの高圧側になるメイン油路の油圧が斜板操作を行わせる圧油として負荷制御機構に導入されるように構成されている。
特開2012−77763号公報 特開2007−92807号公報
従来の技術を採用した場合、油圧ポンプと油圧モータとを接続する一対の駆動油路のうち、無段変速装置が前進駆動状態のときに高圧側になる駆動油路から斜板を減速操作するための油圧を取り出す前進時用の取出し油路と、油圧ポンプと油圧モータとを接続する一対の駆動油路のうち、無段変速装置が後進駆動状態のときに高圧側になる駆動油路から斜板を減速操作するための油圧を取り出す後進時用の取出し油路と、が必要になるので、油路構造が複雑になって無段変速装置が大型になる。
本発明は、前進時及び後進時のいずれにおいても、走行装置の駆動負荷の変化を駆動油路の油圧変化によって検出し、駆動油路の油圧を減速操作力にして斜板を減速操作するものでありながら、無段変速装置の大型化を抑制できる作業機を提供する。
本発明による作業機は、
エンジンと、
前記エンジンの動力が入力される可変容量形の油圧ポンプ、及び、前記油圧ポンプに一対の駆動油路によって接続された可変容量形又は定容量形の油圧モータを有し、前記エンジンの動力を前進動力と後進動力に変換して出力する静油圧式の無段変速装置と、
前記無段変速装置の出力によって駆動される走行装置と、
前記走行装置の駆動負荷が設定値以上に増加したとき、前記無段変速装置を前記駆動油路の圧油によって減速操作する負荷感応減速機構と、が備えられ、
前記負荷感応減速機構は、
前記油圧モータの斜板の減速側への傾動に抵抗を付与する抵抗機構と、
前記斜板を前記抵抗機構に抗して減速側に傾動操作可能な油圧アクチュエータと、
前記無段変速装置が前進駆動状態のとき、前記一対の駆動油路のうちの高圧側の駆動油路から前記油圧アクチュエータに油圧を取り入れ、取り入れた油圧によって前記油圧アクチュエータを前記抵抗機構に抗して駆動させ、前記無段変速装置が後進駆動状態のとき、前記一対の駆動油路のうちの低圧側の駆動油路から前記油圧アクチュエータに油圧を取り入れ、取り入れた油圧によって前記油圧アクチュエータを前記抵抗機構に抗して駆動させる減速操作油路と、を備えている。
本構成によると、無段変速装置によって走行装置を前進駆動と後進駆動とに切り換えるので、無段変速装置を前進動力の出力用だけに使用し、無段変速装置が出力する前進動力を後進動力に変換して走行装置に伝達するギヤ機構を採用するのに比べ、ギヤ機構を省略できる。無段変速装置の前進駆動状態において、斜板を減速側に操作させる油圧を油圧アクチュエータに取り入れる取り入れ先の駆動回路と、無段変速装置の後進駆動状態において、斜板を減速側に操作させる油圧を油圧アクチュエータに取り入れる取り入れ先の駆動油路と、が同じ駆動油路であって、減速操作油路が前進時用と後進時用とに供用の減速操作油路になるので、油圧構造を簡素な構造にできる。よって、作業機を小型化できる。
本発明においては、前記抵抗機構がスプリングであると好適である。
本構成によると、抵抗機構をコンパクトに得られるので、無段変速装置の大型化をより抑制できる。
本発明においては、前記油圧アクチュエータが油圧ピストンであり、前記油圧ピストンと前記スプリングとが前記斜板の操作部を挟んで前記斜板の揺動方向に沿う方向に並べられていると好適である。
本構成によると、油圧ピストンとスプリングとをコンパクトに纏めて装備できるので、無段変速装置の大型化をより抑制できる。
乗用型草刈機の全体を示す側面図である。 無段変速装置の油圧回路図である。 無段変速装置の前進駆動状態において、油圧モータの斜板に作用するモーメントを示す説明図である。 無段変速装置の後進駆動状態において、油圧モータの斜板に作用するモーメントを示す説明図である。 無段変速装置の前進駆動状態における負荷感応機構の試験結果を示す説明図である。 無段変速装置の後進駆動状態における負荷感応機構の試験結果を示す説明図である。
以下、本発明の一例である実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、乗用型草刈機の車体に関し、図1に示される矢印Fの方向を「車体前方」、矢印Bの方向を「車体後方」、矢印Uの方向を「車体上方」、矢印Dの方向を「車体下方」、紙面表側の方向を「車体左方」、紙面裏側の方向を「車体右方」とする。
〔乗用型草刈機の全体について〕
図1に示されるように、乗用型草刈機は、走行装置としての左右一対の前車輪1が揺動操向可能に装備され、走行装置としての左右一対の後車輪2が駆動可能に装備され、運転座席3、及び、前車輪1を操向操作するステアリングホィール4が備えられた運転部5を有する車体を備えている。車体の前部に、エンジン6を有する原動部7が形成されている。車体の後部に、エンジン6の動力が入力され、入力された動力を前進動力と後進動力に変換して出力する無段変速装置8、及び、無段変速装置8の出力を左右の後車輪2に伝達するミッション9が装備されている。前車輪1と後車輪2との間に、草及び芝の刈取りを行う草刈装置10が設けられている。草刈装置10は、車体から上下揺動可能に延ばされたリンク機構11を介して車体に支持されている。草刈装置10は、リンク機構11の揺動作動により、下降作業状態と上昇非作業状態とにわたって昇降される。車体の後部に集草容器12が支持されている。草刈装置10と集草容器12とにわたり、草刈装置10によって得られた刈草及び刈芝を集草容器12に搬送する搬送ダクト13が設けられている。搬送ダクト13は、車体の下方における左右の後車輪2の間を前後方向に通る状態で設けられている。集草容器12は、車体の後部に立設された支柱フレーム14、及び、支柱フレーム14から後方に向けて集草容器12の両横側へ上下揺動可能に延ばされた左右一対のリンク機構14Aを介して車体後部に支持されている。集草容器12は、左右のリンク機構14Aの揺動作動により、刈草及び刈芝を貯留する下降貯留状態と、貯留した刈草及び刈芝を排出する上昇排出状態と、にわたって昇降される。
〔無段変速装置の構成〕
無段変速装置8は、図2に示されるように、エンジン6の動力が入力され、入力されたエンジン6の動力によって駆動される可変容量形の油圧ポンプ15と、油圧ポンプ15に一対の駆動油路16a,16bによって接続され、油圧ポンプ15から一対の駆動油路16a,16bを介して供給される油圧によって駆動される可変容量形の油圧モータ17と、を備えている。無段変速装置8は、静油圧式の無段変速装置に構成されている。油圧モータ17が備えるモータ軸17a(図3参照)の動力がミッション9に入力されるよう構成されている。油圧モータ17は、ミッション9を介して左右の後車輪2を駆動する。図2に示されるように、油圧ポンプ15の斜板15aに変速操作具19が連係されている。油圧モータ17に負荷感応減速機構20が連係されている。
無段変速装置8においては、変速操作具19が中立位置から前進位置に操作されると、斜板15aが前進側に傾動操作され、油圧ポンプ15から一対の駆動油路16a,16bのうちの一方の駆動油路16aを介して油圧モータ17へ作動油が供給されて、油圧モータ17から一対の駆動油路16a,16bのうちの他方の駆動油路16bを介して油圧ポンプ15へ作動油が戻されて、油圧モータ17が前進側に変速操作具19の操作位置に対応した回転速度で駆動される。すなわち、無段変速装置8は、変速操作具19の操作位置に対応した前進駆動側の変速状態になり、エンジン6からの動力を前進動力に変換して油圧モータ17から出力し、後車輪2を前進側に、変速操作具19の操作位置(前進位置)に対応した回転速度で駆動する。このとき、一対の駆動油路16a,16bのうちの一方の駆動油路16aが高圧側の駆動油路になり、一対の駆動油路16a,16bのうち他方の駆動油路16bが低圧側の駆動油路になる。
無段変速装置8においては、変速操作具19が中立位置から後進位置に操作されると、斜板15aが後進側に傾動操作され、油圧ポンプ15から一対の駆動油路16a,16bのうちの他方の駆動油路16bを介して油圧モータ17へ作動油が供給されて、油圧モータ17から一対の駆動油路16a,16bのうちの一方の駆動油路16aを介して油圧ポンプ15へ作動油が戻されて、油圧モータ17が後進側に変速操作具19の操作位置に対応した回転速度で駆動される。すなわち、無段変速装置8は、変速操作具19の操作位置に対応した後進駆動側の変速状態になり、エンジン6からの動力を後進動力に変換して油圧モータ17から出力し、後車輪2を後進側に、変速操作具19の操作位置(後進位置)に対応した回転速度で駆動する。このとき、一対の駆動油路16a,16bのうち他方の駆動油路16bが高圧側の駆動油路になり、一対の駆動油路16a,16bのうちの一方の駆動油路16aが低圧側の駆動油路になる。
〔負荷感応減速機構の構成について〕
負荷感応減速機構20は、前進走行時及び後進走行時のいずれにおいても、後車輪2の駆動負荷が設定値以上に増加したとき、モータの容量を増加させることで、同じ圧力で出力できるトルクが増加させる。
具体的には、負荷感応減速機構20は、図3に示されるように、油圧モータ17の斜板17bに対する抵抗機構としてのスプリング23と、斜板17bを減速側の傾動方向に傾動操作する油圧アクチュエータとしての油圧ピストン25と、無段変速装置8のケーシング21に形成された油室26に接続された減速操作油路27と、を備えている。油室26は、ケーシング21のうちのポートブロック部21aに形成されている。スプリング23と油圧ピストン25とは、斜板17bの操作部17cを挟んで斜板17bの揺動方向に沿う方向に並べられている。スプリング23の軸芯23cと、油圧ピストン25の軸芯25cとが近接し、ほぼ同一軸芯になっている。スプリング23の軸芯23cと、油圧ピストン25の軸芯25cとが同一軸芯になる構成を採用してもよい。
ケーシング21のうち、斜板17bに対して油圧モータ17のピストン17dが位置する側と反対側の部位に、スプリング室22が形成されている。スプリング23は、スプリング室22の斜板側部分にスライド可能に設けられた斜板押し部材28と、スプリング室22の奥壁部22aとの間に位置する状態でスプリング室22に設けられている。スプリング23は、初期弾性変形を備えられた状態で斜板押し部材28と奥壁部22aとの間に介装されている。斜板押し部材28は、スプリング室22から出る側にスプリング23によってスライド付勢されて操作部17cに押し付けられている。スプリング23は、斜板17bを増速側に傾動付勢している。斜板17bは、減速側へ傾動されるとき、スプリング23によって抵抗を付与されつつ傾動される。
本実施形態では、スプリング23は、斜板押し部材28の内部に一端側が入り込んでいる小径スプリング23aと、小径スプリング23aの外周側に嵌装され、斜板押し部材28の端部に一端側が当接している大径スプリング23bと、を備えている。これに限らず、スプリング23としては、一つだけ、あるいは、3つ以上のスプリングを備えることが可能である。
ケーシング21の内部のうち、斜板17bに対してスプリング23が位置する側と反対側(ピストン17dが位置する側と同じ側)の部位に、支持部24が設けられている。支持部24は、ポートブロック部21aから斜板17bに向けて延ばされている。油圧ピストン25は、支持部24の先端側部分にスライド可能に支持されている。油圧ピストン25は、支持部24から延びる側にスライド操作されると、油圧ピストン25の先端部が操作部17cをスプリング23に抗して押し操作するように構成されている。油圧ピストン25によって斜板17bをスプリング23に抗して減速側に傾動操作することが可能になっている。
減速操作油路27は、図2,3に示されるように、油室26と、一対の駆動油路16a,16bのうちの駆動油路16aとを接続している。駆動油路16aは、無段変速装置8が前進駆動状態のときに高圧側になる方の駆動油路であり、かつ、無段変速装置8が後進駆動状態のときに低圧側になる方の駆動油路である。図3に示されるように、油室26と油圧ピストン25の内部とを接続する油路29が支持部24の内部に形成されている。駆動油路16aの油圧が減速操作油路27によって油室26に取り入れられ、取り入れられた油圧が油路29を通って油圧ピストン25に入り込むことにより、駆動油路16aの油圧が減速操作油路27によって油圧ピストン25に取り入れられる。油圧ピストン25に油圧が取り入れられると、油圧の強さによっては、油圧ピストン25が取り入れられた油圧によってスプリング23に抗して支持部24から延びる側にスライド操作され、操作部17cを押圧して斜板17bを減速側に傾斜操作する。
図3及び図4は、無段変速装置8の駆動状態において、油圧モータ17の斜板17bに作用するモーメントを示す説明図である。図3及び図4においては、油圧モータ17の斜板17bは、矢印Zで示される傾動方向(右回り方向)に傾動されることにより、減速側に傾動する。
図3は、無段変速装置8の前進駆動状態において、油圧モータ17の斜板17bに作用するモーメントを示す説明図である。図3に示されるモーメントM1は、スプリング23による操作部17cの押し操作によって斜板17bに作用するモーメントであり、斜板17bを減速側に傾動させる方向と逆方向のモーメントである。図3に示されるモーメントM2は、油圧ピストン25の作動によって斜板17bに作用するモーメント、すなわち、駆動油路16aの油圧によるモーメントであり、斜板17bを減速側に傾動させる方向のモーメントである。図3に示されるモーメントM3は、油圧モータ17のピストン17dの作動によって斜板17bに作用するモーメント、すなわち、油圧モータ17の前進駆動によるモーメントであり、斜板17bを減速側に傾動させる方向と逆方向のモーメントである。
図4は、無段変速装置8の後進駆動状態において、油圧モータ17の斜板17bに作用するモーメントを示す説明図である。図4に示されるモーメントM1は、スプリング23による操作部17cの押し操作によって斜板17bに作用するモーメントであり、方向においても強さにおいても、無段変速装置8の前進駆動状態におけるモーメントM1と同じモーメントである。図4に示されるモーメントM4は、油圧ピストン25の作動によって斜板17bに作用するモーメント、すなわち、駆動油路16aの油圧によるモーメントであり、斜板17bを減速側に傾動させる方向のモーメントである。図4に示されるモーメントM5は、油圧モータ17のピストン17dの作動によって斜板17bに作用するモーメント、すなわち、油圧モータ17の後進駆動によるモーメントであり、斜板17bを減速側に傾動させる方向のモーメントである。無段変速装置8の前進駆動状態におけるモーメントM3の方向と、無段変速装置8の後進駆動状態におけるモーメントM5の方向とは、逆になる。
無段変速装置8の前進駆動状態において後車輪2の駆動負荷(無段変速装置8の出力トルク)が設定値R1(図5参照)になるときのモーメントM2、無段変速装置8の前進駆動状態において後車輪2の駆動負荷が設定値R1(図5参照)になるときのモーメントM3、無段変速装置8の後進駆動状態において後車輪2の駆動負荷が設定値R2(図6参照)になるときのモーメントM4、及び、無段変速装置8の後進駆動状態において後車輪2の駆動負荷が設定値R2(図6参照)になるときのモーメントM5を検出し、検出したモーメントM2,M3,M4,M5を基に、前進時及び後進時において、後車輪2の駆動負荷が設定値R1以上になると斜板17bの減速側への傾動操作が行われることになるスプリング23のバネ定数、スプリング23のセット荷重(組付け状態での初期弾性変形)を算出する。算出したばね定数、及び、算出した初期弾性変形(セット荷重)がスプリング23に備えられている。
図5及び図6は、本実施形態における負荷感応減速機構20の試験結果を示す説明図である。図5は、無段変速装置8の前進駆動状態での試験結果を示す説明図であり、この試験は、無段変速装置8の入力回転数を1500[rpm]に設定し、無段変速装置8を前進最高速度に設定した状態で行われている。図6は、無段変速装置8の後進駆動状態での試験結果を示す説明図であり、この試験は、無段変速装置8の入力回転数を1500[rpm]に設定し、無段変速装置8を後進最高速度に設定した状態で行われている。尚、前進駆動状態で高圧側になる駆動油路16aのリリーフ回路30(図2参照)によるリリーフ圧が24.5[MPa]に設定され、後進駆動状態で高圧側になる駆動油路16bのリリー回路31(図2参照)によるリリーフ圧が20.6[MPa]に設定されている。図5及び図6における左側の縦軸は、後車輪2の駆動負荷Rを示し、上側の負荷ほど高負荷になる。図5及び図6における右側の縦軸は、油圧モータ17の斜板角Kを示し、上側の斜板角ほどより低速になる斜板角である。図5における横軸は、斜板操作に効く有効圧P(油路16aの圧力−油路16bの圧力)、図6における横軸は、有効圧P(油路16bの圧力−油路16aの圧力)を示している。図5及び図6に示される線Xは、斜板角Kの変化を示し、線Yは、駆動負荷Rの変化を示している。
図5に示されるように、前進駆動状態では、駆動負荷Rが設定値R1以上になると、有効圧PがP1{8[MPa]}以上になり、有効圧PがP1以上になると、斜板角Kが減速側に変化している。図6に示されるように、後進駆動状態では、駆動負荷Rが設定値R2以上になると、有効圧PがP2{6[MPa]}以上になり、有効圧PがP2以上になると、斜板角Kが減速側に変化している。
負荷感応減速機構20においては、一対の駆動油路16a,16bのうち、前進時に高圧側になり、後進時に低圧側になる駆動油路16aの油圧変化と、油圧モータ17のピストン内油圧とによって、前進時及び後進時における後車輪2の駆動負荷の変化を検出し、前進時は、駆動油路16aの油圧を減速操作力にして、後進時は、駆動油路16aの油圧と、油圧モータ17のピストン内油圧とを減速操作力にして、油圧モータ17の斜板17bを減速側に傾動操作する。
すなわち、無段変速装置8の前進駆動状態では、一対の駆動油路16a,16bのうちの高圧側になる駆動油路16aの油圧が減速操作油路27によって油圧ピストン25に取り入れられている。無段変速装置8の後進駆動状態では、一対の駆動油路16a,16bのうちの低圧側になる駆動油路16aの油圧が減速操作油路27によって油圧ピストン25に取り入れられている。前進時は、後車輪2の駆動負荷Rが設定値R1以上になると、図3に示されるモーメントM2が、斜板17bを傾けるのに抵抗する方向のモーメントM1とモーメントM3との和以上になり、斜板17bが減速側に傾動操作される。一方、後進時は、後車輪2の駆動負荷Rが設定値R2以上になると、図4に示されるモーメントM4とモーメントM5の和が、斜板17bを傾けるのに抵抗する方向のモーメントM1以上になり、斜板17bが減速側に傾動操作される。
〔別実施形態〕
(1)上記した実施形態では、抵抗機構としてスプリング23が採用された例を示したが、スプリング23に限らず、ゴム材など、各種の弾性部材の採用が可能である。また、2つのスプリング23a,23bを採用しているが、1つのみ、あるいは、3つ以上のスプリングの採用が可能である。
(2)記した実施形態では、前車輪1及び後車輪2のうちの後車輪2のみが駆動される例を示したが、これに限らず、前車輪1及び後車輪2の両方が駆動されるよう構成してもよい。また、前車輪1及び後車輪2のうちの前車輪1のみが駆動されるよう構成してもよい。
(3)上記した実施形態では、油圧アクチュエータとして油圧ピストン25のみが採用された例を示したが、これに限らず、油圧ピストンの動力を斜板に伝達する揺動部材やスライド部材と油圧ピストンとを組わせたものを採用してもよい。
(4)上記した実施形態では、前車輪1及び後車輪2を備える例を示したが、クローラ走行装置、あるいは、車輪とセミクローラとを備えるものであってもよい。
本発明は、乗用型草刈機に限らず、トラクタ、運搬車等の各種の作業機に適用できる。
6 エンジン
15 油圧ポンプ
17 油圧モータ
17b 斜板
17c 操作部
23 抵抗機構(スプリング)
25 油圧アクチュエータ(油圧ピストン)
27 減速操作油路

Claims (3)

  1. エンジンと、
    前記エンジンの動力が入力される可変容量形の油圧ポンプ、及び、前記油圧ポンプに一対の駆動油路によって接続された可変容量形の油圧モータを有し、前記エンジンの動力を前進動力と後進動力に変換して出力する静油圧式の無段変速装置と、
    前記無段変速装置の出力によって駆動される走行装置と、
    前記走行装置の駆動負荷が設定値以上に増加したとき、前記無段変速装置を前記駆動油路の圧油によって減速操作する負荷感応減速機構と、が備えられ、
    前記負荷感応減速機構は、
    前記油圧モータの斜板の減速側への傾動に抵抗を付与する抵抗機構と、
    前記斜板を前記抵抗機構に抗して減速側に傾動操作可能な油圧アクチュエータと、
    前記無段変速装置が前進駆動状態のとき、前記一対の駆動油路のうちの高圧側の駆動油路から前記油圧アクチュエータに油圧を取り入れ、取り入れた油圧によって前記油圧アクチュエータを前記抵抗機構に抗して駆動させ、前記無段変速装置が後進駆動状態のとき、前記一対の駆動油路のうちの低圧側の駆動油路から前記油圧アクチュエータに油圧を取り入れ、取り入れた油圧によって前記油圧アクチュエータを前記抵抗機構に抗して駆動させる減速操作油路と、を備えている作業機。
  2. 前記抵抗機構がスプリングである請求項1に記載の作業機。
  3. 前記油圧アクチュエータが油圧ピストンであり、
    前記油圧ピストンと前記スプリングとが前記斜板の操作部を挟んで前記斜板の揺動方向に沿う方向に並べられている請求項2に記載の作業機。
JP2018247052A 2018-12-28 2018-12-28 作業機 Active JP7329924B2 (ja)

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