-0.02 0.76
表 ３ － ７ 耕 う ん ピ ッ チ と 土 塊 上 面 面 積 と 最 大 PTO 軸 ト ル ク の 重 回 帰 結 果
52
-以 上 よ り ， 培 土 作 業 の 場 合 ， 最 大 PTO 軸 ト ル ク に 対 す る 耕 う ん ピ ッ チ の 寄 与 率 が 小 さ い と 判 断 し た ． そ こ で ， 土 塊 上 面 面 積 と 最 大 PTO 軸 ト ル ク の 回 帰 式 は
Tm＝ 657.2 S +5.7 ３ － （ 10）
と な り ， 相 関 係 数 は 0.78（ ｐ ＝ 1.3×10- 1 3） と 相 関 は 高 か っ た ．
次 に ， 土 塊 上 面 面 積 は ロ ー タ リ づ め に よ り 移 動 す る 土 塊 の 質 量 （ 投 て き 量 ； W） を 表 わ す 要 素 と 仮 定 し ， 最 大 PTO 軸 ト ル ク と 投 て き 量 と の 関 係 に つ い て 検 討 を 行 っ た ． 最 大 PTO 軸 ト ル ク と 投 て き 量 と の 試 験 結 果 を 図 ３ － 16 に 示 す ． 個 々 の ロ ー タ リ づ め の 相 関 係 数 は 0.26～ 0.58 と 小 さ く ， さ ら に ４ 種 類 の ロ ー タ リ づ め で は ｐ ＞ 0.05 と な り 相 関 の 有 意 性 は 低 か っ た ．
一 方 ， 全 ロ ー タ リ づ め の 関 係 を １ つ に ま と め た 場 合 の 回 帰 式 は
Tm＝ 4642.3 W +5.8 ３ － （ 11）
で 表 し た ． た だ し ，Tm，W の 単 位 は そ れ ぞ れ N･m， ㎏ で あ る ． 正 の 相 関 を 示 し ， 相 関 係 数 は 0.78（ ｐ ＝ 1.3×10- 1 5） と 高 か っ た ． 投 て き 量 は 土 壌 密 度 ， 耕 う ん ピ ッ チ ， 耕 深 お よ び 切 削 幅 に 分 解 で き る が ， 本 試 験 で は 土 壌 密 度 や 耕 深 が 一 定 で あ っ た た め ， 実 際 に は 耕 う ん ピ ッ チ と 切 削 幅 が 説 明 要 因 と な り ， 式 ３ － （ 10）
と 同 じ に な る ． ま た ， 式 ３ － （ ９ ）， 式 ３ － （ 10） お よ び 式 ３ － （ 11） で は 相 関 係 数 が 類 似 し て い た が ， 第 ４ 章 以 降 で は 投 て き 量 の 回 帰 式 （ 式 ３ － （ 11））
を 用 い る こ と と し た ． な お ， 供 試 づ め ｂ の 速 度 ４ （ 作 業 速 度 0.30ｍ /ｓ ） の 場 合 に つ い て ， 表 ３ － ４ と 式 ３ － （ 11） か ら 求 め ら れ る 三 角 形 型 モ デ ル と 実 測 波 形 の 比 較 を 図 ３ － 17 に 示 す が ， 発 生 点 ， 消 滅 点 に ず れ が 認 め ら れ た ．
53
図 ３ － 16 投 て き 量 と 最 大 PTO 軸 ト ル ク の 関 係
（ ｅ ） 供 試 づ め ｂ
（ ｃ ） ロ ー タ リ づ め ３
（ ａ ） ロ ー タ リ づ め １ （ ｂ ） ロ ー タ リ づ め ２
（ ｆ ） 供 試 づ め ｃ
（ ｄ ） 供 試 づ め ａ
54 -３ ． ４ 側 方 投 て き 距 離 の 評 価
十 分 な 培 土 高 さ を 得 る に は 十 分 な 投 て き 量 と 投 て き 距 離 を 得 る 必 要 が あ る ． 刃 先 幅 に 代 表 さ れ る わ ん 曲 部 の 面 積 が 広 い ロ ー タ リ づ め は 狭 い ロ ー タ リ づ め に 比 べ 投 て き 量 が 多 い た め ， 培 土 機 の 最 外 側 の ロ ー タ リ づ め の 候 補 と し て 供 試 づ め ａ と 供 試 づ め ｃ を 選 び ， 側 方 投 て き 距 離 に つ い て 検 討 し た ．
培 土 機 の 側 方 投 て き 距 離 に つ い て は 片 平 ら （ 2005） の 報 告 が あ る ． 片 平 ら は ， 松 尾 （ 1961）（ 1963） の 報 告 よ り 側 方 投 て き 角 φs（ 度 ） を ，
φs=-0.57ξ+63.8 ３ － （ 12 ） で 表 し て い る ． た だ し ，ξは 屈 折 角 (度 ） で あ る ．
ま た ， 坂 井 ら (1977） の 報 告 よ り 機 体 後 方 に 対 す る 土 塊 の 最 小 必 要 投 て き 距
離 Lm i n (mm） を
Lm i n＝ (D・ (２R - D))0 . 5+30・n /( v・π )・ (π-cos- 1(1- D/R))
３ － （ 13）
図 ３ － 17 実 測 波 形 と 三 角 形 型 モ デ ル の 比 較 例
55 -で 表 し て い る ．
そ し て ， 最 小 側 方 投 て き 距 離 SLm i n(mm） お よ び 最 大 側 方 投 て き 距 離 SLm ax(mm）
を
SLm i n＝ (Lmin＋ 100) ・ tan(φs) ３ － （ 14）
SLm ax＝ (Lm in＋ 200) ・ tan(φs) ３ － （ 15 ）
で 表 し て い る ． た だ し ，D は 耕 深 (mm），R は ロ ー タ リ づ め の 回 転 半 径 （ mm），n は ロ ー タ リ 軸 回 転 数 （ rpm） お よ び v は 作 業 速 度 （ mm/ｓ ） で あ る （ 図 ３ － 18）．
供 試 づ め ａ と 供 試 づ め ｃ は ， そ れ ぞ れ の 屈 曲 角 が 14 度 ， 35 度 で ， 側 方 投 て き 角 が 55.8 度 ， 43.8 度 で ， 回 転 半 径 が 250mm， 225mm で あ っ た ． 両 ロ ー タ リ づ め の 作 業 速 度 は 0.20m/s と し ， 耕 深 一 定 （ 135mm） で 回 転 数 を 変 え た 場 合 と 回 転 数 一 定 （ 300 rpm） で 耕 深 を 変 え た 場 合 の 側 方 投 て き 距 離 SLの 推 移 を 図 ３
－ 19 に 示 す ． 同 一 作 業 条 件 の 場 合 ， 供 試 づ め ｃ は 供 試 づ め ａ よ り 側 方 投 て き 距 離 が 長 か っ た ．
以 上 よ り ， 供 試 づ め ｃ は 供 試 づ め ａ よ り 最 外 側 の ロ ー タ リ づ め に 適 し て い る と 判 断 し た ．
図 ３ － 18 最 小 必 要 投 て き 距 離 と 最 小 側 方 投 て き 距 離 の 関 係
56
３ ． ５ 摘 要
畦 頂 部 に 達 す る 投 て き 量 を 増 加 さ せ る た め に は ， ロ ー タ リ 中 央 部 の 耕 う ん 層 の 土 塊 を ロ ー タ リ 最 外 側 ま で 移 動 さ せ ， 最 外 側 の ロ ー タ リ づ め に よ り 遠 く ま で 投 て き さ せ る 必 要 が あ り ， そ の た め ３ 種 類 の ロ ー タ リ づ め を 試 作 し ， 成 形 機 に 装 着 し た ３ 種 類 の ロ ー タ リ づ め と と も に PTO 軸 ト ル ク を 計 測 し ， ト ル ク 波 形 モ デ ル （ 三 角 形 型 モ デ ル ） を 求 め た ． な お ， 試 験 条 件 は ， ロ ー タ リ 軸 回 転 数 お よ び 耕 深 は 一 定 と し て 作 業 速 度 は ４ 段 階 と し た ．
１ ） 供 試 づ め a は 他 の ロ ー タ リ づ め と 比 べ て 回 転 半 径 は 大 き か っ た が ， 本 章 の 試 験 条 件 範 囲 内 で は ロ ー タ リ づ め 間 お よ び 作 業 速 度 間 で は 有 意 差 は 認 め ら れ ず ， 回 転 半 径 の 差 異 の 影 響 は 小 か っ た ．
２ ） 耕 う ん ピ ッ チ と θA，θC の 関 係 は ， ロ ー タ リ づ め １ と ロ ー タ リ づ め ２ で は ， 回 帰 式 を 用 い て 表 し ， そ の 他 の ロ ー タ リ づ め に つ い て ，θA，θCは 耕 う ん ピ ッ チ (作 業 速 度 )に 関 係 な く 一 定 と し ， 試 験 区 の 平 均 を 代 表 値 と し た ．
３ ） 耕 う ん ピ ッ チ と 最 大 PTO 軸 ト ル ク と の 関 係 で は ， 各 ロ ー タ リ づ め は 耕 う ん ピ ッ チ が 大 き い ほ ど 最 大 PTO 軸 ト ル ク は 大 き く な り ， 正 の 相 関 を 示 し た ． し か
図 ３ － 19 供 試 づ め ａ と 供 試 づ め ｃ の 作 業 条 件 と 側 方 投 て き 距 離 の 関 係
（ ａ ） 耕 深 一 定 （ 135 mm） 場 合 （ b） 回 転 数 一 定 （ 300 min- 1） の 場 合
57
-し ， 全 ロ ー タ リ づ め の 耕 う ん ピ ッ チ と 最 大 PTO 軸 ト ル ク の 関 係 を １ つ の 回 帰 式 で 表 す こ と は 難 し か っ た ．
４ ） 全 ロ ー タ リ づ め の 最 大 PTO 軸 ト ル ク を 表 す 耕 う ん ピ ッ チ と 土 塊 上 面 面 積 の 重 回 帰 式 を 求 め た 結 果 ， 重 相 関 係 数 0.76 と 相 関 が 高 く ， 最 大 PTO 軸 ト ル ク に 対 し て 土 塊 上 面 面 積 は 耕 う ん ピ ッ チ よ り 影 響 が 大 き い こ と が 示 さ れ た ． そ こ で ， 最 大 PTO 軸 ト ル ク Tm （ N･m） と 土 塊 上 面 面 積 S（ ㎡ ） と の 回 帰 式 は Tm＝ 657.2 S +5.7， 相 関 係 数 は 0.78 と な っ た ．
５ ） 各 ロ ー タ リ づ め の 投 て き 量 W（ kg） と 最 大 PTO 軸 ト ル ク Tmの 関 係 の 相 関 係 数 は 0.26～ 0.57 と 小 さ い が ， 全 ロ ー タ リ づ め を １ つ に し て 求 め た 場 合 ， 回 帰 式 は Tm＝ 4642.3 W +5.8 と な り ， 相 関 係 数 は 0.78 と 大 き か っ た ．
６ ） 最 大 PTO 軸 ト ル ク と 土 塊 上 面 面 積 あ る い は 最 大 PTO 軸 ト ル ク と 投 て き 量 の 回 帰 式 の 相 関 係 数 は 類 似 し た が ， 第 ４ 章 以 降 で は 最 大 PTO 軸 ト ル ク を 求 め る 場 合 に は 投 て き 量 の 回 帰 式 を 用 い る こ と と し た ．
７ ） 同 一 作 業 条 件 で 供 試 づ め ａ と 供 試 づ め ｃ の 側 方 投 て き 距 離 を 比 較 し た 場 合 ， 供 試 づ め ｃ は ， 側 方 投 て き 距 離 が 長 く ， 最 外 側 の ロ ー タ リ づ め と し て 適 し て い る と 判 断 し た ．
58
-第 ４ 章 培 土 機 の 開 発
４ ． １ 緒 言
第 ２ 章 に お い て ， 市 販 の ロ ー タ リ 作 業 機 で は サ ト イ モ の 培 土 作 業 に 適 さ な い こ と を 明 ら か に し ， 培 土 機 の 開 発 の 必 要 性 が 示 さ れ た ． し か し ， 過 去 に 培 土 機 の 開 発 に 関 す る 報 告 例 は 少 な い ． 片 平 ら （ 2005） は ， 屈 折 角 が 異 な る ロ ー タ リ づ め に 交 換 す る こ と で 側 方 投 て き 全 量 と 投 て き 高 さ を 確 保 し た ． そ こ で ， 培 土 機 の 開 発 で は ， は じ め に ロ ー タ リ づ め の 形 状 と そ の 配 置 を 中 心 に 検 討 を 行 っ た ． 本 章 で は ， 第 ３ 章 で 求 め た ト ル ク 波 形 モ デ ル に よ り 培 土 機 の 耕 う ん 軸 特 性 評 価 （ 坂 井 ら ， 1990a） を 行 い ， 適 正 な ロ ー タ リ づ め の 配 置 を 明 ら か に し た ． さ ら に ， 投 て き 土 塊 の 飛 散 抑 制 の た め の ロ ー タ リ カ バ ー の 改 良 や サ ト イ モ 保 護 の た め の 分 草 桿 の 装 着 を 行 っ た ．
４ ． ２ ロ ー タ リ 軸 特 性 評 価 ４ ． ２ ． １ 評 価 方 法
坂 井 ら （ 1990a ） は ， ロ ー タ リ 耕 う ん 軸 の 力 学 特 性 を 評 価 す る た め に 必 要 な 条 件 と し て ， 耕 起 後 の 作 物 栽 培 に 好 適 な 土 壌 物 理 条 件 （ 耕 う ん 条 件 ； 均 平 度 ， 砕 土 の 均 一 性 な ど ） と 耕 う ん 装 置 の 動 力 学 的 な 条 件 （ 力 学 的 条 件 ； 省 エ ネ ル ギ ， 低 振 動 な ど ） を 挙 げ て い る . 本 論 文 で は 培 土 作 業 を 対 象 と し て い る た め ， 耕 う ん ・ 整 地 作 業 の 場 合 と は 土 壌 物 理 条 件 は 異 な っ た ． そ こ で ， 培 土 作 業 に お け る 土 壌 物 理 条 件 に つ い て は 第 ６ 章 に お い て 検 討 す る ．
本 章 で は ， 力 学 的 条 件 （ 土 塊 の 抱 込 み 条 件 ， 軸 空 転 時 の 平 衡 条 件 ， 耕 う ん 中 の 作 業 機 の 振 動 条 件 お よ び ト ル ク 特 性 の 条 件 ） に つ い て 坂 井 ら (1990a)の 手 法 に 従 い 検 討 を 行 っ た ．
59
-供 試 し た ロ ー タ リ づ め （ ロ ー タ リ づ め １ ， ロ ー タ リ づ め ２ ， -供 試 づ め ａ ， -供 試 づ め ｂ ， 供 試 づ め ｃ ） の 配 置 は ， 表 ４ － １ に 示 す と お り ， ３ 種 類 と し た ． ホ ル ダ の 配 置 は 成 形 機 の 配 置 に 準 じ た が ， 以 下 の 点 に つ い て 変 更 し た ． 成 形 機 の ホ ル ダ ａ か ら ホ ル ダ ｃ の 配 置 は ， 進 行 方 向 に 対 し て 右 側 が 120 度 の 等 角 配 置 で ， 左 側 が 90 度 ， 180 度 ， 90 度 の 配 置 と な り ， 左 右 で 異 な っ て い た ． し か し ， ロ ー タ リ づ め の 配 置 は 静 バ ラ ン ス を と る た め 等 角 配 置 に す る こ と が 望 ま し く ， セ ン タ ー ド ラ イ ブ 方 式 の 場 合 は 左 右 対 称 の 配 置 が 一 般 的 で あ る ． 成 形 機 で は ホ ル ダ の 配 置 は 全 体 と し て 90 度 間 隔 に な っ て い た た め ， 培 土 機 で は 右 側 の ホ ル ダ ａ か ら ホ ル ダ ｃ の 配 置 が 90 度 間 隔 に な る よ う に 変 更 し た ． な お ， ホ ル ダ ｈ と ホ ル ダ ｉ の 間 は 240 度 で あ っ た が ， 左 右 対 称 で あ っ た た め ホ ル ダ の 配 置 は 変 更 し な か っ た ．
配 置 １ は ， 土 塊 の 側 方 移 動 量 を 確 保 す る た め ， ホ ル ダ ｃ か ら ホ ル ダ ｊ に 供 試 づ め ａ を 外 向 き に 取 り 付 け ， 合 計 24 本 の ロ ー タ リ づ め を 供 試 し た ． 次 に ， ロ ー タ リ づ め 数 を 減 ら し た 配 置 ２ お よ び 配 置 ３ を 提 案 し た ． 配 置 ２ は ， 配 置 １ の ホ ル ダ ｇ か ら ホ ル ダ ｊ の 試 作 づ め ａ を 取 り 外 し ， ホ ル ダ ｇ ， ｈ に 試 作 づ め ｂ を 外 向 き に 取 り 付 け ， 合 計 20 本 の ロ ー タ リ づ め を 供 試 し た ． 配 置 ３ は ， さ ら に ホ ル ダ ｃ か ら ホ ル ダ ｆ の 供 試 づ め ａ を 取 り 外 し ， ホ ル ダ ｃ ， ｄ に 試 作 づ め ｂ を 外 向 き に 取 り 付 け ， 合 計 16 本 の ロ ー タ リ づ め を 供 試 し た ．
な お ， ３ 種 類 の 配 置 と も ， ホ ル ダ ａ ， ｂ に は そ れ ぞ れ ロ ー タ リ づ め １ と ロ ー タ リ づ め ２ を 内 向 き に ， 最 外 側 の ホ ル ダ ｋ ， ｌ に は 試 作 づ め ｃ を 外 向 き に 取 り 付 け た ．
60
４ ． ２ ． １ ． １ 土 塊 の 抱 込 み 条 件
坂 井 ら （ 1990a） は ， 土 塊 抱 込 み 度 Lｉ（ 度- 1） を
Lｉ＝
mw i 1
A１/βi+
nw i 1
A2/γi ４ － （ １ ）
で 表 し て い る ． た だ し ，βi は i と （ i+1） ,(i+2)番 目 の ロ ー タ リ づ め と の 角 度 間 隔 (度 )，γi は i と （ i+3） の ロ ー タ リ づ め の わ ん 曲 部 が 向 か い 合 う 場 合 の 角 度 間 隔 (度 )， mw， nw は βiお よ び γiの 組 数 で あ る ． A１お よ び A2は 重 み 付 け で あ り ， 人 為 的 な も の で 計 算 と 評 価 の 要 求 度 に よ っ て 決 定 さ れ る ． 坂 井 ら （ 1990ａ ） は ，βi≧ 60 度 な ら ば A1＝ ０ ，γi≧ 45 度 な ら ば A2=０ ，βi＜ 60 度 な ら ば A1＝ 100，
γi＜ 45 度 な ら ば A2＝ 100 と し ，Lｉ＞ ０ の と き ロ ー タ リ は 土 塊 を 抱 込 み や す く ，
a 45 0 ロータリづめ１ ロータリづめ１ ロータリづめ１
b 225 180 ロータリづめ２ ロータリづめ２ ロータリづめ２
c 135 90 供試づめａ 供試づめａ 供試づめb
ⅱ 130 d 315 270 供試づめａ 供試づめａ 供試づめb
ⅲ 180 e 45 0 供試づめａ 供試づめａ ―
ⅳ 230 f 225 180 供試づめａ 供試づめａ ―
g 315 270 供試づめａ 供試づめｂ 供試づめｂ
h 135 90 供試づめａ 供試づめｂ 供試づめｂ
ⅵ 340 i 15 330 供試づめａ ― ―
ⅶ 390 j 195 150 供試づめａ ― ―
ⅷ 440 k 105 60 供試づめｃ 供試づめｃ 供試づめｃ
ⅸ 490 l 285 240 供試づめｃ 供試づめｃ 供試づめｃ
右側 配置１
注）回転面ⅰ～ⅸおよびホルダa～ｌは図２－４に対応，角度間隔は右ホルダａを基準に逆転方向の角 度，左側・右側は進行方向に対しての向き
配置２ 配置３
ⅰ 90
ⅴ 280
回転面
チェーンケー ス中央からの 距離(mm)
ホルダの 位置
角度間隔（度） ロータリづめの種類 左側
表 ４ － １ 供 試 す る ロ ー タ リ づ め 配 置