JP3891885B2 - Working vehicle - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧・機械式無段変速機構(HMT)を備えるトラクタ等の作業用走行車の技術分野に属するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、トラクタ等の作業用走行車においては、機械式変速機構に比べて変速時の操作性に優れ、静油圧式無段変速機構(HST)に比べてエネルギー効率に優れる油圧・機械式無段変速機構(HMT)を搭載したものが知られている。この種の油圧・機械式無段変速機構は、静油圧式無段変速機構と遊星ギヤ機構とを組み合せて入力動力を無段変速するにあたり、入力動力を静油圧式無段変速機構の入力側で分割する入力分割型と、入力動力を静油圧式無段変速機構の出力側で分割する出力分割型との2形式があり、さらに、遊星ギヤ機構の各構成要素に対する入力軸および静油圧式無段変速機構の結合パターンにより、各形式がそれぞれ6タイプに分類される。
【0003】
上記油圧・機械式無段変速機構は、タイプによって特性や配置が異なることから、搭載する作業用走行車の走行動力特性、作業動力特性、配置等を考慮した上で、油圧・機械式無段変速機構のタイプを選択する必要があり、特に、トラクタにおいては、トランスミッションケースの上方にステップ(フロア)を形成し、また、トランスミッションケースの下端位置で最低地上高が決るため、上面がフラットで、かつ、上下方向にコンパクトなトランスミッションケースを構成することが要請される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記油圧・機械式無段変速機構を備える従来の作業用走行車では、例えば特開2001−315538号公報で開示される如く、静油圧式無段変速機構のポンプ部および遊星ギヤ機構を入力軸(PTO伝動軸)上に配置しているため、トランスミッションケースの上面に、遊星ギヤ機構を覆う凸部が必要になり、その結果、フラットなステップを形成しにくくなる許りでなく、トランスミッションケースが上下方向に大型化し、最低地上高が低くなる等の不都合がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、トランスミッションケース内に、静油圧式無段変速機構と遊星ギヤ機構との組み合せで走行変速を行う油圧・機械式無段変速機構を構成すると共に、該油圧・機械式無段変速機構の出力回転を前輪および後輪に伝動する作業用走行車において、前記トランスミッションケース内の上側に、前記油圧・機械式無段変速機構に回転動力を入力する入力軸を配置し、前記トランスミッションケース内の下側に、前記油圧・機械式無段変速機構の出力回転を前輪に伝動する前輪伝動軸を配置し、さらに、前記入力軸と前輪伝動軸との間に、前記遊星ギヤ機構を配置して、前記油圧・機械式無段変速機構は、前記入力軸の回転動力を、前記静油圧式無段変速機構のポンプ部および前記遊星ギヤ機構のサンギヤに入力し、前記静油圧式無段変速機構のモータ出力軸から出力される回転動力を、前記遊星ギヤ機構のリングギヤに入力し、さらに、前記遊星ギヤ機構で合成された回転動力を、前記遊星ギヤ機構のキャリアから出力するにあたり、モータ出力軸を入力軸と前輪伝動軸との中間位置に配すると共に、前記入力軸の回転動力をサンギヤに入力するカウンタギヤと、前記モータ出力軸の出力回転をリングギアに入力する迂回伝動軸とを、上下に位置する入力軸とモータ出力軸とのあいだで左右に並ばせて、前記入力軸、モータ出力軸、カウンタギア及び迂回伝動軸を正面視菱形に配置したことを特徴とする作業用走行車である。
つまり、トランスミッションケース内に油圧・機械式無段変速機構を構成するものでありながら、遊星ギヤ機構が入力軸(PTO伝動軸)よりも下側に配置されるため、上面がフラットで、かつ、コンパクトなトランスミッションケースを構成することが可能になり、その結果、トランスミッションケースの上方に形成されるステップに凸部が生じたり、最低地上高が低くなる等の不都合を回避することができる。また、油圧・機械式無段変速機構の形式が出力分割型になるため、トラクタ等の作業用走行車が作業時に主に使用する低速域のエネルギー効率を向上させることができる許りでなく、エネルギー損失となる動力循環を、作業時に殆ど使用しない領域(超低速前進域および後進域)で生じさせることができる。また、遊星ギヤ機構の結合パターンを上記のようにすれば、速度比を減速型とし、変速領域を比較的狭くすることができるため、低速領域を主に使用するトラクタ等の作業用走行車においては、精度の高い変速操作を行うことが可能になる。しかも入力動力およびモータ出力を上記のパターンで遊星ギヤ機構に伝動するものでありながら、伝動部品の配置効率を高めてトランスミッションを小型化することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態の一つを図面に基づいて説明する。図面において、1はトラクタの走行機体であって、該走行機体1は、走行動力および作業動力を発生するエンジン(図示せず)と、エンジン動力を変速するトランスミッション2と、該トランスミッション2から出力される走行動力で回転駆動する前輪3および後輪4と、トランスミッション2から出力される作業動力で動作される作業部5と、該作業部5を昇降自在に支持する昇降リンク機構6とを備えている。
【0007】
トランスミッション2は、トランスミッションケース7内に、エンジン動力を入力する入力軸列(入力軸)8と、主変速機構として機能する油圧・機械式無段変速機構(HMT)9と、副変速機構として機能する摩擦クラッチ式変速機構10と、後輪動力をリヤアクスルケース(図示せず)に伝動する後輪伝動軸11と、該後輪伝動軸11から取り出した前輪動力を断続する2駆・4駆切換機構12と、機体旋回時に前輪動力を増速する前輪増速用変速機構13と、前輪動力をフロントアクスルケース(図示せず)に伝動する前輪伝動軸14と、入力軸列8から取り出した作業動力を断続するPTOクラッチ機構15と、作業動力の正転・逆転を切換えるPTO逆転機構16と、作業動力を変速するPTO変速機構17と、作業動力を出力するPTO軸18とを備える。トランスミッションケース7は、油圧・機械式無段変速機構9等を内装する前部ミッションケース19と、PTOクラッチ機構15等を内装するセンターミッションケース20と、摩擦クラッチ式変速機構10等を内装する後部ミッションケース21とを結合して構成される。
【0008】
油圧・機械式無段変速機構9は、静油圧式無段変速機構(HST)24と遊星ギヤ機構25とを組み合せて構成される。静油圧式無段変速機構24は、斜板角度に応じて吐出量が変化するポンプ部(可変容量油圧ポンプ)26と、該ポンプ部26の吐出油で回転駆動するモータ部(固定容量油圧モータ)27とを組み合せたもので、ポンプ部26に入力される動力を無段階的に変速し、モータ部27から出力する。静油圧式無段変速機構24の変速操作は、ポンプ部26の斜板に連繋されるトラニオン軸(図示せず)によって行われる。上記ポンプ部26とモータ部27は、上下に重なるように配置され、縦型の静油圧式無段変速機構24を構成している。ポンプ部26にエンジン動力を入力する入力軸列8は、静油圧式無段変速機構24の上部を前後に貫通し、その後端部は、PTOクラッチ機構15に結合される。ここで、入力軸列8は、ポンプ部26のポンプ軸26aを含む複数の直列軸で構成され、トランスミッションケース7内の上側に配置される。また、静油圧式無段変速機構24の下部後面には、モータ出力軸27aが後方に向けて突設されており、ここからモータ部27のモータ動力が出力される。
【0009】
遊星ギヤ機構25は、同心上に回転支持されたサンギヤ28、リングギヤ29およびキャリア30を備える。キャリア30は、複数のプラネタリギヤ31を支持しており、これらのプラネタリギヤ31が、サンギヤ28とリングギヤ29との間に介在し、両ギヤ28、29に同時噛合する。本実施形態の油圧・機械式無段変速機構9は、入力軸列8の回転動力を、静油圧式無段変速機構24のポンプ部26および遊星ギヤ機構25のサンギヤ28に入力すると共に、静油圧式無段変速機構24のモータ部27から出力される回転動力を、遊星ギヤ機構25のリングギヤ29に入力し、遊星ギヤ機構25で合成された回転動力を、遊星ギヤ機構25のキャリア30から出力するように構成される。これにより、油圧・機械式無段変速機構9は、その形式が出力分割型、タイプが減速タイプ(機械入力をサンギヤ、油圧入力をリングギヤ、出力をキャリアにする結合パターン)となり、図8に示す動作特性を示す。
【0010】
つまり、トラクタにおいては、大きい牽引力を要求する低速作業(ローダー、プラウ耕、サブソイラによる心土破砕作業等)がときに必要となるため、油圧・機械式無段変速機構9の形式は、低速域で油圧パワーが小さな比を占めてエネルギー効率が良く、また、エネルギーロスに繋がる動力循環が、作業時に使用しない前進超低速域と後進域で生じる出力分割型が適している。また、トラクタにおいては、自動車のように低速から高速に至る幅広い変速比を必要とせず、低速作業を主体とした比較的幅の狭い変速比で足りることから、出力分割型の6タイプのうち、変速比が減速型となる上記のタイプを採用している。
【0011】
また、トラクタにおいては、居住性の面で操作部32のステップ(床面)33が可及的にフラットであることが要求されると共に、作業性の面で最低地上高が高いことが要求される。そして、ステップ33は、トランスミッションケース7の上方に形成され、最低地上高を規定するトランスミッションケース7の下面は、前輪伝動軸14の存在により決定される。従って、油圧・機械式無段変速機構9を内装するトランスミッションケース7としては、ケース上面が上方に突出せず、ケース下面の位置が高く、しかも、上下方向にコンパクトなものであることが望まれる。
【0012】
そこで、トランスミッション2においては、トランスミッションケース7内の上側位置(O1)に、静油圧式無段変速機構24の上部(ポンプ部26)にエンジン動力を入力する入力軸列8を配置し、また、静油圧式無段変速機構24のモータ出力軸27aを、入力軸列8(O1)と前輪伝動軸14(O2)との中間位置(O3)に配置し、また、モータ出力軸27aと同心上に遊星ギヤ機構25を配置し、また、入力軸列8の動力を、入力動力伝動経路34を介して遊星ギヤ機構25のサンギヤ28に伝動し、さらに、モータ出力軸27aの動力を、モータ動力伝動経路35を介して遊星ギヤ機構25のリングギヤ29に伝動することにより、遊星ギヤ機構25、入力動力伝動経路34およびモータ動力伝動経路35を、入力軸列8と前輪伝動軸14との間に配置する。これにより、トランスミッションケース7内に油圧・機械式無段変速機構9を構成するものでありながら、トランスミッションケース7の上方への突出を抑えてフラットなステップ33を構成でき、また、十分な最低地上高を確保できるコンパクトなトランスミッションケース7を構成することが可能になる。
【0013】
また、上記トランスミッション2においては、前述した変速特性を得るために、入力軸列8の回転動力を、同方向の回転動力として遊星ギヤ機構25のサンギヤ28に入力すると共に、正転時に入力軸列8と同方向に回転するモータ出力軸27aの回転動力を、同方向の回転動力として遊星ギヤ機構25のリングギヤ29に入力することが要求される。そこで、本実施形態では、モータ出力軸27aと遊星ギヤ機構25とを同軸上(O3)に配置した上で、入力軸列8の回転動力を、カウンタギヤ36を含む入力動力伝動経路34を介してサンギヤ28に入力し、モータ出力軸27aの回転動力を、迂回伝動軸37を含むモータ動力伝動経路35を介してリングギヤ29に入力する。そして、入力軸列8上の伝動ギヤ38と、中間軸39で回転自在に支持されたカウンタギヤ36と、サンギヤ28を支持するサンギヤ軸40とにより構成される入力動力伝動経路34には、カウンタギヤ36が含まれるので、入力軸列8上の伝動ギヤ38を小径にし、トランスミッションケース7の上方突出量をさらに抑制することが可能になる。また、モータ動力伝動経路35は、モータ出力軸27a上の伝動ギヤ41と、迂回伝動軸37上の二つの伝動ギヤ42、43と、リングギヤ29に設けられる伝動ギヤ44とにより構成されるが、迂回伝動軸37は、前記カウンタギヤ36(中間軸39)と左右に位置をずらして配置できるので、本実施形態の如く、入力軸列8とサンギヤ軸40(モータ出力軸27a)との間に、迂回伝動軸37(O4)とカウンタギヤ36(O5)が左右に並ぶ正面視菱形の配置構成を採用できる。これにより、トランスミッションケース7内の配置効率が高まり、トランスミッションケース7のさらなるコンパクト化が可能になる。
【0014】
尚、本実施形態のトランスミッション2は、油圧・機械式無段変速機構9を搭載しないギヤ変速式または静油圧無段変速式のトランスミッションとの間で可及的に部品を共通化するように構成されている。例えば、油圧・機械式無段変速機構9を内装する前部ミッションケース19を除き、センターミッションケース20および後部ミッションケース21は、基本的にギヤ変速式または静油圧無段変速式のトランスミッションと共通化でき、また、これらに組み込まれる機構や部品も、ギヤ比等の設定を除いて共通化することができる。そして、従来のギヤ変速式または静油圧無段変速式のトランスミッションでは、センターミッションケース20に入力される動力の回転方向が統一されており、しかも、その回転方向が、前記トランスミッション2における回転方向と同じであるため、部品の共通化する観点から、極めて好都合となる。
【0015】
叙述の如く構成されたものにおいて、トラクタの走行機体1は、トランスミッションケース7内に、静油圧式無段変速機構24と遊星ギヤ機構25との組み合せで走行変速を行う油圧・機械式無段変速機構9を構成すると共に、該油圧・機械式無段変速機構9の出力回転を前輪3および後輪4に伝動するにあたり、トランスミッションケース7内の上側に、油圧・機械式無段変速機構9に回転動力を入力する入力軸列8を配置すると共に、トランスミッションケース7内の下側に、油圧・機械式無段変速機構9の出力回転を前輪3に伝動する前輪伝動軸14を配置し、さらに、入力軸列8と前輪伝動軸14との間に、遊星ギヤ機構25を配置する。これにより、トランスミッションケース7内に油圧・機械式無段変速機構9を構成するものでありながら、遊星ギヤ機構25が入力軸列8よりも下側に配置されるため、上面がフラットで、かつ、コンパクトなトランスミッションケース7を構成することが可能になり、その結果、トランスミッションケース7の上方に形成されるステップ33に凸部が生じたり、最低地上高が低くなる等の不都合を回避することができる。
【0016】
また、油圧・機械式無段変速機構9は、入力軸列8の回転動力を、静油圧式無段変速機構24のポンプ部26および遊星ギヤ機構25のサンギヤ28に入力すると共に、静油圧式無段変速機構24のモータ部27から出力される回転動力を、遊星ギヤ機構25のリングギヤ29に入力し、さらに、遊星ギヤ機構25で合成された回転動力を、遊星ギヤ機構25のキャリア30から出力する。これにより、油圧・機械式無段変速機構9の形式が出力分割型になるため、トラクタが作業時に主に使用する低速域のエネルギー効率を向上させることができる許りでなく、エネルギー損失となる動力循環を、作業時に殆ど使用しない領域(超低速前進域および後進域)で生じさせることができる。また、遊星ギヤ機構25の結合パターンを上記のようにすれば、速度比を減速型とし、変速領域を比較的狭くすることができるため、低速領域を主に使用するトラクタにおいては、精度の高い変速操作を行うことが可能になる。
【0017】
また、入力軸列8の回転動力を、同方向の回転動力としてサンギヤ28に入力すると共に、正転時に入力軸列8と同方向に回転するモータ部27の出力回転を、同方向の回転動力としてリングギヤ29に入力するにあたり、入力軸列8の回転動力を、カウンタギヤ36を介してサンギヤ28に入力し、モータ部27の出力回転を、迂回伝動軸37を介してリングギヤ29に入力するため、伝動部品の配置の自由度が高まる許りでなく、配置効率を高めてトランスミッションケース7を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】トラクタの側面図である。
【図2】トランスミッションの側断面図である。
【図3】油圧・機械式無段変速機構を示すトランスミッションの要部側断面図である。
【図4】トランスミッションケースの正面図である。
【図5】トランスミッションケースのA−A断面図である。
【図6】トランスミッションケースのB−B断面図である。
【図7】トランスミッションケースのC−C断面図である。
【図8】油圧・機械式無段変速機構(出力分割型)の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 走行機体
2 トランスミッション
3 前輪
4 後輪
5 作業部
7 トランスミッションケース
8 入力軸列
9 油圧・機械式無段変速機構
14 前輪伝動軸
19 前部ミッションケース
20 センターミッションケース
21 後部ミッションケース
24 静油圧式無段変速機構
25 遊星ギヤ機構
26 ポンプ部
27 モータ部
27a モータ出力軸
28 サンギヤ
29 リングギヤ
30 キャリア
31 プラネタリギヤ
33 ステップ
36 カウンタギヤ
37 迂回伝動軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a working vehicle such as a tractor having a hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism (HMT).
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, working vehicles such as tractors have excellent operability during shifting compared to mechanical transmission mechanisms, and are hydraulic and mechanical continuously variable that are more energy efficient than hydrostatic continuously variable transmission mechanisms (HST). One equipped with a transmission mechanism (HMT) is known. This type of hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism is a combination of a hydrostatic continuously variable transmission mechanism and a planetary gear mechanism for continuously variable input power. There are two types, an input division type that divides the input power at the output side of the hydrostatic continuously variable transmission mechanism, and an input shaft and hydrostatic type for each component of the planetary gear mechanism. Each type is classified into 6 types according to the coupling pattern of the continuously variable transmission mechanism.
[0003]
Since the above hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism has different characteristics and arrangements depending on the type, the hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism is considered in consideration of the driving power characteristics, working power characteristics, arrangement, etc. of the work vehicle to be mounted. It is necessary to select the type of speed change mechanism. In particular, in the tractor, a step (floor) is formed above the transmission case, and since the minimum ground clearance is determined at the lower end position of the transmission case, the upper surface is flat, In addition, it is required to configure a transmission case that is compact in the vertical direction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional working vehicle equipped with the above hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-315538, a pump unit and a planetary gear mechanism of a hydrostatic continuously variable transmission mechanism are provided. Since it is arranged on the input shaft (PTO transmission shaft), a convex part covering the planetary gear mechanism is required on the upper surface of the transmission case, and as a result, it is difficult to form a flat step. There are inconveniences such as the case becoming larger in the vertical direction and lowering the minimum ground clearance.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to solve these problems in view of the above-described circumstances, and a traveling speed change is made by combining a hydrostatic continuously variable transmission mechanism and a planetary gear mechanism in a transmission case. A hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism that performs the operation, and in a working vehicle that transmits the output rotation of the hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism to the front wheels and the rear wheels, on the upper side in the transmission case, An input shaft for inputting rotational power to the hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism is arranged, and a front wheel transmission shaft for transmitting the output rotation of the hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism to the front wheels is provided below the transmission case. Further, the planetary gear mechanism is disposed between the input shaft and the front wheel transmission shaft, and the hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism transmits the rotational power of the input shaft to the hydrostatic Pump unit of the transmission mechanism and input to the sun gear of the planetary gear mechanism, the rotational power outputted from the motor output shaft of the hydrostatic continuously variable transmission mechanism, and input to the ring gear of the planetary gear mechanism, furthermore, In outputting the rotational power synthesized by the planetary gear mechanism from the carrier of the planetary gear mechanism, the motor output shaft is arranged at an intermediate position between the input shaft and the front wheel transmission shaft, and the rotational power of the input shaft is transmitted to the sun gear. and the counter gear to enter into, and a bypass transmission shaft for inputting the output rotation of the motor output shaft to the ring gear, so lined up from side to side between the input shaft and the motor output shaft positioned vertically, the input A working vehicle characterized in that a shaft, a motor output shaft, a counter gear, and a bypass transmission shaft are arranged in a rhombus in front view .
In other words, since the planetary gear mechanism is disposed below the input shaft (PTO transmission shaft) while constituting a hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism in the transmission case, the upper surface is flat, and As a result, it is possible to configure a compact transmission case, and as a result, it is possible to avoid inconveniences such as occurrence of a convex portion in a step formed above the transmission case and a reduction in the minimum ground clearance. In addition, since the hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism is an output split type, it is not allowed to improve the energy efficiency of the low speed range that is mainly used by working vehicles such as tractors during work, Power circulation that results in energy loss can be generated in regions that are rarely used during work (ultra-low-speed forward region and reverse region). If the planetary gear mechanism coupling pattern is as described above, the speed ratio can be reduced and the speed change range can be made relatively narrow. Therefore, in a working vehicle such as a tractor that mainly uses the low speed range. Makes it possible to perform highly accurate gear shifting operations. Moreover, while the input power and the motor output are transmitted to the planetary gear mechanism in the above pattern, the transmission efficiency can be increased and the transmission can be downsized.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, reference numeral 1 denotes a traveling machine body of a tractor. The traveling machine body 1 is output from an engine (not shown) that generates traveling power and work power, a
[0007]
The
[0008]
The hydraulic / mechanical continuously
[0009]
The
[0010]
In other words, the tractor sometimes requires low speed work (loader, plow plowing, subsoil crushing work, etc.) that requires a large traction force. In this case, the output power split type is suitable, in which the hydraulic power occupies a small ratio and has high energy efficiency, and the power circulation that leads to energy loss occurs in the forward ultra-low speed range and the reverse range that are not used during work. In addition, the tractor does not require a wide speed ratio from low speed to high speed like an automobile, and a relatively narrow speed ratio mainly for low speed work is sufficient. The above-mentioned type in which the gear ratio is a deceleration type is adopted.
[0011]
Further, in the tractor, the step (floor surface) 33 of the
[0012]
Therefore, in the
[0013]
In the
[0014]
The
[0015]
In the structure constructed as described, the tractor traveling machine body 1 includes a hydraulic / mechanical continuously variable transmission that performs a traveling shift by a combination of a hydrostatic continuously
[0016]
In addition, the hydraulic / mechanical continuously
[0017]
In addition, the rotational power of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a tractor.
FIG. 2 is a side sectional view of a transmission.
FIG. 3 is a sectional side view of a main part of a transmission showing a hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism.
FIG. 4 is a front view of a transmission case.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA of the transmission case.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the transmission case taken along the line BB.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC of the transmission case.
FIG. 8 is a graph showing characteristics of a hydraulic / mechanical continuously variable transmission mechanism (output division type).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Traveling
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