JP4738940B2 - 樹木破砕機 - Google Patents

Description

本発明は、伐採された樹木や剪定された木の枝などを破砕する樹木破砕機に関するものである。

従来、伐採された樹木や剪定された木の枝などを破砕する樹木破砕機１０１は、図９、図１０に示すように、被破砕物の投入口１０２と、被破砕物を破砕する回転刃１０３を回転軸１０４の外周に取付けた破砕装置１０５と、駆動源１０７の回転軸１０６と破砕装置１０５の回転軸１０４とを連結し回転軸１０４に回転力を伝達する駆動ベルト１０８とを備えている。

このような、樹木破砕機１０１は、図９に示すように、破砕装置１０５の回転軸１０４の一端側に駆動ベルト１０８を掛け渡し、他端側に回転刃１０３を取付ける。

したがって、樹木破砕機１０１を運転すると、破砕装置１０５の回転軸１０４の一方の端部には、駆動ベルト１０８の張力によって力Ｆ１が働く。また、破砕装置１０５の回転軸１０４の他方の端部には、破砕時に受ける力Ｆ２が働く。この破砕時の力は、被破砕物を、投入口から回転刃１０３の回転軌跡内へ押し込んで鉋のように被破砕物を削ることにより発生する。

この状態の力の関係を、図９の平面図に示す、回転軸１０４の両端に掛かる力Ｆ１、Ｆ２の方向が、回転軸１０４をこじる方向となるため、回転軸１０４の軸受に無理な力が作用する可能性がある。

本発明に係る樹木破砕装機は、被破砕物を破砕する刃を回転軸の外周に取付けた破砕装置と、破砕装置の回転軸の一端側に掛け渡され回転軸に駆動源からの回転力を伝達する駆動ベルトと、回転軸の駆動ベルトを掛け渡した側に配置され、破砕装置の刃の回転軌跡内に連通した被破砕物の投入口と、前記投入口と破砕装置との間に配設され、被破砕物を破砕装置に送る送込装置と、この送込装置を駆動する油圧モータと、駆動源に連結されて作動油を油圧モータへ供給する油圧ポンプと、作動油の供給量が所定値以下になったとき油圧モータへの作動油の供給を停止させる方向切換弁とを備え、前記方向切換弁は、油圧ポンプから油圧モータへの作動油の供給量が減少し所定値以下に低下したとき油圧モータに対する作動油の供給を停止する方向に切換えて油圧ポンプに連動する破砕装置の負荷を軽減し、これによって油圧ポンプの回転数が所定回転数まで回復したときに油圧モータに作動油を供給する方向に切換えるようにした樹木破砕機。

本発明によれば、被破砕物を破砕する刃を回転軸の外周に取付けた破砕装置と、破砕装置の回転軸の一端側に掛け渡され回転軸に駆動源からの回転力を伝達する駆動ベルトと、回転軸の駆動ベルトを掛け渡した側に配置され、破砕装置の刃の回転軌跡内に連通した被破砕物の投入口とを備えたもので、駆動ベルトにより破砕装置の回転軸に張力として加わる力と、被粉砕物の粉砕時に破砕装置の回転軸に加わる力を回転軸の同一端側で受けるので、回転軸をこじるような力が発生しない。

また、前記投入口と破砕装置との間に配設され被破砕物を破砕装置に送る送込装置と、この送込装置を駆動する油圧モータと、駆動源に連結されて作動油を油圧モータへ供給する油圧ポンプと、作動油の供給量が所定値以下になったとき油圧モータを停止させる方向切換弁とを備えることにより、油圧ポンプによる作動油の供給量で油圧モータの切換を行えるので、高価な電気センサー、電気制御回路や電磁弁を必要とせず、安価な樹木破砕機を得ることができる。また、例えば、方向切換弁を、油圧ポンプから油圧モータへの作動油の供給量が減少し所定値以下に低下したとき油圧モータに対する作動油の供給を停止する方向に切換えて油圧ポンプに連動する破砕装置の負荷を軽減し、これによって油圧ポンプの回転数が所定回転数まで回復したときに油圧モータに作動油を供給する方向に切換えることにより、油圧モータの停止、すなわち送込装置の停止により破砕物の追加送り込みがない状態で破砕装置に滞留した被破砕物を速やかに破砕することができ、しかも破砕が進行して油圧ポンプの回転数が回復すると自動的に送込装置が作動して破砕作業を継続することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る樹木破砕機を図面に基づいて説明する。

樹木破砕機１は、図１に示すように、フレーム２の上に、破砕装置４と、駆動源５とを備えている。

フレーム２は、この実施形態では、図１に示すように、前進方向に延びており、下部に無端状の走行輪６を前進方向に対して左右に備えているとともに、前進方向の最後部に樹木破砕機１を操縦するためのハンドル７を備えている。

破砕装置４は、この実施形態では、図２に示すように、破砕ケース８内に軸受１０で水平方向に軸支された回転軸９を取付けている。回転軸９の外周には刃１１が取付けられている。この実施形態では、図１に示すように、回転軸９に、回転板１２を取付け、この回転板１２の一側面に被破砕物（例えば、樹木）を破砕する刃１１を取付けている。破砕ケース８の一側面側で、回転軸９からやや離れた位置に被破砕物の投入口３を連通させて取付けており、被破砕物を回転板１２にほぼ直角に押しつけて刃１１でチップ状に破砕するようにしている。この破砕されたチップは、回転板１２の回転時に発生する風圧でダクト１３から排出している。この破砕装置４は、回転軸９の向きを、図２に示すように、樹木破砕機１の前進方向と直角にして、回転板１２を前進方向に沿った面内で回転するようにフレーム２上に取付けている。この実施形態では、図３に示すように、前進方向に向かってフレーム２の右側に破砕装置４を前後方向に配置している。このことにより、図３に示すように、投入口３は、前進方向に向かって、フレーム２の左側の後部に位置している。

駆動源５は、この実施形態では、エンジンで形成され、走行輪６や破砕装置４等をエンジンで回転駆動する。駆動源５は前進方向向かって回転軸１６を左右方向に配置している（図２参照）。この駆動源５の回転軸１６と、破砕装置４の回転軸９との間に、駆動ベルト１７が掛け渡されている。駆動ベルト１７は、この実施形態では、図１に示すように、回転軸９，１６にプーリ１８，１９をそれぞれ取付け、プーリ１８，１９間に掛け渡して取付けられ、駆動源５の回転力を破砕装置４の回転軸９に伝達する。

また、投入口３と破砕装置４との間には、投入された被破砕物を破砕装置４に送る送込装置２１を設けている。この実施形態では、送込装置２１は、被粉砕物を破砕装置４の回転板１２に押しつける送りローラ２２と、送りローラ２２を回転させる油圧モータ２３とから構成している。油圧モータ２３は、駆動源５に連結された油圧ポンプ２４から送出される作動油を流して回転を制御している。油圧ポンプ２４は、吸込側をタンク２５に接続し、吐出側を油圧モータ２３の作動油供給管路２６に接続している。

油圧モータ２３の作動油供給管路２６には、図４に示すように、手動切換弁２７と、方向切換弁２８とを設けている。手動切換弁２７は、３位置切換弁であり、そのレバーを操作することにより、油圧ポンプ２４からの作動油を油圧モータ２３の正転側、または逆転側に供給するか、あるいは、戻り管路２９側へアンロードする。すなわち、手動切換弁２７により、油圧モータ２３の正転、逆転、停止を制御できるようになっている。

方向切換弁２８は、油圧ポンプ２４による作動油の流量が少ないときに中立状態、作動油の流量が多いときに作動状態とする２位置切換弁である。この方向切換弁２８は、図５に示すように、作動油の流入側となる入力ポート２８Ｐと、作動油の流出側となる第１出力ポート２８Ａ、および第２出力ポート２８Ｔと、第１分岐通路孔３０と、第２分岐通路３１と、圧縮ばね３２とを備えている。

方向切換弁２８は、この実施形態では、図６、図７に示すように、入力ポート２８Ｐ、第１出力ポート２８Ａ、第２出力ポート２８Ｔがバルブ３３に形成され、バルブ３３内の一端側に油溜室３４、他端側にばね３２を配設して、スプール３５をバルブ３３内に往復動可能に配設している。具体的には、この実施形態では、スプール３５を往復動可能に内嵌するバルブ３３の内周壁に、図６、図７の左から右へ入力ポート２８Ｐと連通する第１油室３６、第１出力ポート２８Ａと連通する第２油室３７、第２出力ポート２８Ｔと連通する第３油室３８を設けている。バルブ３３の両端はプラグ３９，４０をねじ込んで取付けている。前記油溜室３４は、入力ポート２８Ｐから供給される作動油が溜まる室で、前記プラグ３９とスプール３５の端部間並びにスプール３５の端部側に形成された室３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及びバルブ３３の空間３４ｄで形成されている。スプール３５は、ばね３２により油溜室３４側に附勢されている。

スプール３５内には、連通路４１が形成されており、一端４１ａが少なくとも二股に分岐してそのうちの第１分岐通路３０がスプール３５の端面において前記油溜室３４に臨んで常時開口している。また、連通路４１の第２分岐通路３１がスプール３５の周面に開口してスプール３５が前記油溜室３４側に往動した状態で油溜室３４に臨んで開口すると共にスプール３５がばね３２に抗して復動した状態でバルブ３３の内周壁によって閉塞されるようになっている。また、連通路４１の他端４１ｂにスプール３５の周面の所定位置に開口４２，４３を形成している。開口４２は第２油室３７と連通し、開口４３は第３油室３８と連通する。開口４３は、前記ばね３２の挿入用の開口にもなっていて、ばね３２の一端が連通路４１内に挿入されている。

方向切換弁２８の中立状態とは、スプール３５がばね３２の力により油溜室３４側へ移動している状態で、プラグ３９とスプール３５の端部が当接している。この時、開口４２がバルブ３３の内周壁で閉じられており、開口４３と第三油室３８が連通する。また、方向切換弁２８の作動状態とは、図７に示すように、作動油の供給量が増大して、第１分岐通路３０、第２分岐通路３１を通過する流量による圧力差が増大し、スプール３５がばね３２の力に抗して反油溜室３４側へ移動している状態で、プラグ４０とスプール３５の開口４３の端部が当接して第三油室３８との連通を閉じ、開口４２と第２油室３７が連通する。したがって、スプール３５が中立状態に位置する時には、油溜室３４に、第１分岐通路３０と第２分岐通路３１とで連通し、スプール３５が作動状態に位置する時には、第２分岐通３１をバルブ３３の内周壁で閉じて、第１分岐通路３０だけを連通する。

このような樹木伐採装置１は、図４に示すように、駆動源５と破砕装置４、油圧ポンプ２４は連動しており、駆動源５の回転軸１６の回転が速ければ、破砕装置４の回転軸９の回転速度、油圧ポンプ２４の回転速度も速くなる。また、破砕装置４の回転軸９の回転速度が被破砕物を破砕する抵抗等で遅くなれば、駆動源５の回転軸１６の回転も遅くなり、油圧ポンプ２４の回転も遅くなる。すなわち、駆動源５、破砕装置４、油圧ポンプ２４は、連動して回転数が早くなったり、遅くなったりする。

被破砕物を投入していない状態では、駆動源５の回転軸１６を一定回転数で運転すると、動力伝達手段１７により破砕装置４の回転軸９は回転数Ｒ１以上で回転して刃１１を回転する。また、同時に油圧ポンプ２４も回転させられ、油圧ポンプ２４から作動油を流量Ｑ１以上で吐出する。この回転数Ｒ１により作動油の流量がＱ１以上となると、方向切換弁２８の油溜室３３にＱ１の流量が流れて、第１分岐通路３０、第２分岐通路３１を通過する流量による圧力差が増大し、ばね３２の力に抗してスプール３５を復動させて方向切換弁２８を作動状態する。この結果、油圧モータ２３の作動油の流量Ｑ１を油圧モータ２３に供給して油圧モータ２３を回転させ、送込装置２１を作動させる。

そして、この状態で伐採された樹木や剪定された枝などの被破砕物を投入口３に投入すると、被破砕物が送込装置２１によって破砕装置４の回転板１２に押しつけられ刃１１によりチップ状に破砕され、ダクト１３から排出される。

この時、破砕作業時に破砕装置４の負荷が増大すると破砕装置４と同期して駆動源５の回転が落ち、回転軸１６の回転がＲ２に下がり、油圧ポンプ２４から吐出される作動油の流量がＱ２以下にまで下がる。作業油の流量がＱ２以下となると、第１分岐通路３０を通過する流量による圧力差が減少し、方向切換弁２８のスプール３５を押圧する力が弱くなり、ばね３１の力でスプール３５が往動し中立状態となる。方向切換弁２８が中立状態になると、作動油は方向切換弁２８の第２出力ポート２８Ｔから手動切換弁２７に流れて、タンク２５へと流れる。この結果、油圧モータ２３への作動油の供給が停止して、送込装置２１が一時的に停止する。

送込装置２１が停止することにより、破砕装置４の回転軸９の負荷が低下するので、これにより、駆動源５の回転軸１６の回転が上昇に転じて回転数Ｒ１以上に回復すると、油圧ポンプ２４から流量Ｑ１以上の作動油を方向切換弁２８の入力ポート２８Ｐに吐出する。方向切換弁２８の入力ポート２８Ｐと連通している油溜室３４に作動油の流量Ｑ１以上が流入すると、当初は油溜室３４から第１分岐通路３０，第２分岐通路３１，連通路４１，開口４３、第３油室３８、第２出力ポート２８Ｔへ作動油が流れるが、油溜室３４側の第１分岐通路３０、第２分岐通路３１を通過する流量による圧力差による力がばね３１の力よりも大きくなると、スプール３５をばね３１の力に抗して復動させ方向切換弁２８を再び作動状態にする。

油圧ポンプ２４から吐出される作動油の流量Ｑは、駆動源５の回転軸１６の回転数の増減により、増減する。このため、方向切換弁２８の作動は、図８に示すようになる。

ａ;作動油の流量が増加する場合（回転軸１６の回転数が上がる場合）

ａ−１；作動油の流量がＱ１未満の場合
作動油は、入力ポート２８Ｐ→第１油室３６→油溜室３４→第１分岐通路３０，第２分岐通路３１→連通路４１→開口４３→第３油室３８→第２出力ポート２８Ｔへと流れて、タンク２５へ作動油を戻している。この時、第１分岐通路３０，第２分岐通路３１の圧力損失をＰ１、スプール３５の断面積をＡとすると、Ｐ１×Ａ＜ばね力Ｆｂ１（Ｆｂ１は、方向切換弁２８を中立状態に保持するばね３２の力）の関係にある。

ａ−２；作動油の流量がＱ１以上の場合
作動油は、入力ポート２８Ｐ→第１油室３６→油溜室３４→第１分岐通路３０→連通路４１→開口４２→第２油室３７→第１出力ポート２８Ａと流れて、手動切換弁２７を介して油圧モータ２３→タンク２５へと流れる。この時、第１分岐通路３０の圧力損失をＰ２、スプール３５の断面積をＡとすると、Ｐ２×Ａ＞ばね力Ｆｂ２（Ｆｂ２は、方向切換弁２８を作動状態から中立状態に戻すばね３２の力）の関係にある。
ｂ;作動油の流量が減少する場合（回転軸１６の回転数が下がる場合）

ｂ−１；作動油の流量がＱ２以上の場合
作動油は、入力ポート２８Ｐ→第１油室３６→油溜室３４→第１分岐通路３０→連通路４１→開口４２→第２油室３７→第１出力ポート２８Ａと流れて、手動切換弁２７を介して油圧モータ２３→タンク２５へと流れる。この時、第１分岐通路３０の圧力損失をＰ３、スプール３５の断面積をＡとすると、Ｐ３×Ａ＞ばね力Ｆｂ２（Ｆｂ２は、方向切換弁２８を作動状態から中立状態に戻すばね３２の力）の関係にある。

ｂ−１；作動油の流量がＱ２未満の場合
作動油は、入力ポート２８Ｐ→第１油室３６→油溜室３４→第１分岐通路３０，第２分岐通路３１→連通路４１→開口４３→第３油室３８→第２出力ポート２８Ｔへと流れて、タンク２５へ作動油を戻している。この時、第１分岐通路３０，第２分岐通路３１の圧力損失をＰ４、スプール３５の断面積をＡとすると、Ｐ４×Ａ＜ばね力Ｆｂ１（Ｆｂ１は、方向切換弁２８を中立状態に保持するばね３２の力）の関係にある。

また、方向切換弁２８から自動的に作動油を供給している状態の時には、手動切換弁２７を操作することにより、油圧モータ２３の正転、逆転、停止の操作をすることができる。

以上説明したように、樹木破砕機１は、破砕装置４の回転軸９に駆動ベルト１７を掛け渡した側に、投入口３を配置しているので、破砕装置４の回転軸９に作用する力は、回転軸９の一端側において駆動ベルト１７からの張力として発生する力Ｆ１（図１，図２で示すＦ１の方向）と、回転軸９の同じ一端側において破砕装置４の刃１１が被破砕物との衝突により破砕時に受ける力の反力Ｆ２（図１，図２で示すＦ２の方向）となる。このように図１，図２に示すように、回転軸９の同一端部側で力Ｆ１，Ｆ２を受けるので、力Ｆ１，Ｆ２が互いに一部相殺される結果となり、回転軸９をこじるような力が発生せず、軸受に過大な力が掛かることがなく、騒音や振動を小さくすることができる。

また、破砕装置４の負荷が増大し、油圧ポンプ２４からの作動油の流量がＱ２以下に減少したときは、油圧モータ２３への作動油の供給を停止し、破砕装置４の負荷を軽減する。破砕装置４の負荷が軽減されると、駆動源５の回転軸１６の負荷も軽減されて、回転軸１６の回転数が上昇し、この回転数の上昇が所定値Ｒ１以上となると、方向切換弁２８の油溜室３３の作動油の流量がＱ１以上となってばね３２の力に抗してスプール３５を切換えて、油圧モータ２３へ作動油を流量Ｑ１以上で供給して、油圧モータ２３を回転させる。したがって、破砕装置４の破砕性能低下を防止でき安定した破砕ができる。また、破砕時に回転軸９をこじる力が働かないので、こじりによる回転軸９の回転数変動を少なくして、方向切換弁２８の切換え回数を少なくすることができる。

以上、本発明の一実施形態に係る樹木破砕機を説明したが、本発明に係る樹木破砕機は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。

例えば、実施形態では、破砕装置４の回転軸９を駆動源５の回転軸１６で回転させたが、油圧ポンプ２４の作動油で回転する油圧モータの回転軸と破砕装置４の回転軸９を動力伝達手段で連結することもできる。また、送込装置２１を送りローラと油圧モータで構成したが、コンベアと油圧モータで構成してもよい。また、方向切換弁２８においては、第１分岐通路だけとして、ばね力を2段階に変化させても、分岐通路を細長い通路で断面積を変化させてもよい。

樹木破砕機の概略側面図である。 樹木破砕機の概略背面図である。 樹木破砕機の概略平面図である。 樹木破砕機のシステム概要図である。 方向切換弁の記号回路図である。 方向切換弁の中立状態を示す断面図である。 方向切換弁の作動状態を示す断面図である。 油圧ポンプに流れる作動油の流量と駆動源回転軸の回転数の関係を示すグラフである。 従来の樹木破砕機の破砕装置の回転軸に働く力を説明する模式平面図である。 図９の模式正面図である。

符号の説明

１ 樹木破砕機
２ フレーム
３ 投入口
４ 破砕装置
５ 駆動源
９ 回転軸
１１ 刃
１２ 回転板
１３ ダクト
１６ 回転軸
１７ 駆動ベルト
１８，１９ プーリ
２１ 送込装置
２３ 油圧ポンプ
２４ 油圧ポンプ
２６ 作動油供給管路
２８ 方向切換弁

Claims (1)

1. 被破砕物を破砕する刃を回転軸の外周に取付けた破砕装置と、破砕装置の回転軸の一端側に掛け渡され回転軸に駆動源からの回転力を伝達する駆動ベルトと、回転軸の駆動ベルトを掛け渡した側に配置され、破砕装置の刃の回転軌跡内に連通した被破砕物の投入口と、前記投入口と破砕装置との間に配設され、被破砕物を破砕装置に送る送込装置と、この送込装置を駆動する油圧モータと、駆動源に連結されて作動油を油圧モータへ供給する油圧ポンプと、作動油の供給量が所定値以下になったとき油圧モータへの作動油の供給を停止させる方向切換弁とを備え、前記方向切換弁は、油圧ポンプから油圧モータへの作動油の供給量が減少し所定値以下に低下したとき油圧モータに対する作動油の供給を停止する方向に切換えて油圧ポンプに連動する破砕装置の負荷を軽減し、これによって油圧ポンプの回転数が所定回転数まで回復したときに油圧モータに作動油を供給する方向に切換えるようにした樹木破砕機。