JP3854521B2 - ロール矯正機での金属板の矯正方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板、例えば鋼板の平坦度矯正に供するロール矯正機において、電動機の軸動力を複数の作業ロールに伝達する動力伝達装置、または動力分配装置について、作業ロールの受ける負荷の相違に起因して発生する過大軸トルクによる設備破損を未然に防止するロール矯正機での金属板の矯正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板の平坦度矯正に供するロール矯正機では、一般に、図１に示す動力伝達機構が設けられている。図１において電動機１４の軸動力を減速ギア１２並びに回転方向調整ギア１０を介して前段ロール群２、後段ロール群３を駆動する各々の駆動軸７，８上に配置されたギア７，８に１次伝達し、各々のロール群の駆動軸７，８から等分配ギア５，６を介して、そのロール群を構成する各作業ロール１の駆動軸４−１〜４−９に２次伝達する機構が用いられており、各作業ロール１−１〜１−９には等分のトルクと被矯正材と接するロール周速の方向が同じで同一の回転数が与えられる。
【０００３】
金属板の矯正においては、矯正機入側の曲げ曲率を大きくとり、その後曲げ曲率を漸減しながら残留応力を軽減する矯正方法、即ち、入側から出側に向けて押込み量を漸減する傾動圧下方法が行なわれているため、作業ロールと接する板の表面では、その曲げ曲率の差により、入側に於いてはロール周速＞板表面速度、出側に於いてはロール周速＜板表面速度となる滑り摩擦が生じている。このため、入側の作業ロールには曲げ加工トルクに加えて滑り摩擦トルクが加わり、出側の作業ロールには逆に被矯正材から摩擦トルクを受ける、所謂、トルク循環現象が発生することから、特に入側の作業ロールにおいて設備破損に至る過大な軸トルクが発生することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金属板平坦度矯正用ロール矯正機において、作業ロールの受ける負荷の相違に起因して発生する過大軸トルクによる設備破損を防止するロール矯正機での金属板の矯正方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかるトルク循環現象に着目して、出側作業ロールを入側作業ロールよりも高速で回転させることにより、入側と出側作業ロールの負担する負荷トルクを均等化して過大軸トルクの発生を防止するものである。
【０００６】
その具体的手段は、１）金属板をロール矯正機で矯正する方法において、前記ロール矯正機のロール群を、前記金属板の入側を前段ロール群、出側を後段ロール群に区分し、前記後段ロール群に駆動を伝達する動力伝達機構内にスリップクラッチを設け、予め設定したトルク以上の負荷トルクが前記クラッチに掛かると該クラッチをスリップさせることを特徴とする金属板のロール矯正機での矯正方法であり、また、２）金属板をリバースしながらロール矯正機で矯正する方法において、前記ローラー矯正機のロール群を少なくとも２つのロール群に区分し、両ロール群を駆動する各々の動力伝達機構内にスリップクラッチを設け、前記リバースする金属板の出側となるロール群の前記動力伝達機構内のクラッチに、予め設定したトルク以上の負荷トルクが掛かると該クラッチをスリップさせることを特徴とする金属板のロール矯正機での矯正方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
金属板の平坦度矯正においては、前述したように、板波の原因である幅方向延び差を是正するために、矯正機入側で曲げ曲率を大きくとり、その後曲げ曲率を漸減しながら残留応力を軽減する矯正方法、即ち、入側から出側に向けて押込み量を漸減する傾動圧下方法が行なわれている。例えば、図２に示すように、作業ロール径：Ｄ、ロールピッチ間隔：Ｌで配置された矯正機において、被矯正材の板厚：ｔ、作業ロールの押込み量：δ、曲げ曲率：１／ρは、簡単な梁の曲げ理論から式（１）のようになる。
【０００８】
１／ρ＝６δ／Ｌ2 …………（１）
その場合、作業ロール直下の板表面ひずみ：εは、式（２）のようになり、
ε2 ＝−ｔ／２ρ2 …………（２）
作業ロール直下の板表面速度：Ｖは、板中心の速度をＶC として、式（３）のようになる。
【０００９】
Ｖ＝（１−ｔ／２ρ）ＶC …（３）
板の中心速度ＶC は一義的に求めることは困難であるが、作業ロールで曲げ曲率：１／ρを受けながら進行するため作業ロールの周速ＶR よりも速く、前述したように、入側から出側にかけて押込みδが漸減されるため、一般に、入側板表面速度：Ｖｉｎ＜作業ロールの周速：ＶR ＜出側板表面速度：Ｖｏｕｔの関係が成立している。
【００１０】
従って、このような板表面速度：Ｖと作業ロールの周速：ＶR の相対速度差により、入側の作業ロールには曲げ加工トルクに加えて滑り摩擦トルクが加わり、出側の作業ロールには逆に被矯正材からの逆負荷トルクを受けるため、所謂、トルク循環現象が発生し、特に曲げ加工トルクの大きい入側の作業ロールにおいて設備破損に至る過大な軸トルクが発生する。実際に、図１の動力伝達機構を有し、作業ロール径Ｄ２８０mmでピッチ間隔Ｌ３００mmのローラー矯正機を用いて、板厚ｔ２０mm、板幅Ｗ４ｍ、降伏応力σy ４０kg／mm2 の被矯正材の矯正を行なった場合、各作業ロール１−１〜９の駆動軸４−１〜９、駆動軸７，８及び電動機軸１３には、表１に示す負荷トルクが計測された。併記した計算により求めた曲げ加工トルクＴC に比較して、例えば、作業ロール１−３では、約１．７倍近い軸負荷トルクが作用していることが分かる。また、電動機軸１３からロール群の駆動軸７，８間の減速比は１／３０．７２であり、電動機軸１３のトルクと後段ロール群３の駆動軸８に掛かる逆負荷トルクが中間ギア１０を介して前段ロール群２の駆動軸７の負荷トルクになるトルク循環が発生していることも分かる。
【００１１】
なお、曲げ加工トルクの計算には、まず、式（１）、式（２）から導出され、弾性限歪みに対する板表面歪みの比として定義される加工度：αを式（４）により求める。
【００１２】
加工度 α＝３Ｅｔ・δ／σy Ｌ2 ……………………（４）
（Ｅ：被矯正材のヤング率）
次いで、加工トルク（Ｔｃ）を公知の加工トルクの導出式（５）により算出した。
【００１３】
Ｔｃ＝（Ｄ／２）（Ｗｔσy 2／Ｅ）（α−１)2／α…（５）
本発明を適用した金属板、特に厚板の矯正用ロール矯正機の動力伝達装置の構成は前述の図３に示したとおりである。図１に示す従来の動力伝達機構に対して、図３および図４に示すように、本発明における動力伝達機構においては、前段ロール群２、後段ロール群３を駆動する駆動軸７，８の片方、あるいは両方にスリップクラッチ１５または１６を設けることによって、被矯正材の出側に位置する駆動軸の伝達トルクを任意に調整し、出側の作業ロールに発生する被矯正材からの逆負荷トルクを制限することにより、トルク循環によって発生する入側ロール群の駆動軸並びに入側ロール群の作業ロールにかかる過大な軸負荷トルクを防止する。
【００１４】
すなわち、図３に示すように、被矯正材の進行方向が前段ロール群２から後段ロール群３の方向である場合、被矯正材の進行方向に対して出側に位置する後段ロール群３の駆動軸８にスリップクラッチ１５を設けている。この機構において、スリップクラッチ１５の伝達可能トルクを駆動軸８に発生する逆負荷トルク以下に設定すれば、中間ギア１２を介して前段ロール群２の駆動軸７に作用する循環トルクを軽減することが可能となる。
【００１５】
なお、図３に示すスリップクラッチ１５，１６の構造は、図５に示すように、減速ギア９，１１を貫通して設けられ、外筒１７、内筒１８およびエアチューブ１９から構成され、このエアチューブ１９に外部から空気圧を付与して前記エアチューブを膨張させて外筒１７のトルクを内筒１８に伝達する仕組みとなっている。エアチューブ１９内の圧力を高圧にすると大きなトルクを内筒１８に伝達され、また、エアチューブ１９内の圧力を低圧にすると内筒１８への伝達トルクは低減されることになる。しかし、被矯正材の進行方向が一方向矯正、すなわち、被矯正材の進行方向が前段ロール群２から後段ロール群３の方向での矯正においては上記エアチューブの調整は原則的不要である。
【００１６】
また、上述の説明は金属板の矯正において一方向での矯正、すなわち、被矯正材の進行方向が前段ロール群２から後段ロール群３の方向での矯正について述べたが、本発明においてはロール矯正機の構成を更に変更することによって金属板をリバース矯正することも可能である。すなわち、図４に示すように、被矯正材の進行方向を前段ロール群２から後段ロール群３の方向、および後段ロール群３から前段ロール群２への方向での矯正を繰返すリバース矯正を行うことにより更に矯正効率の向上および矯正時間の短縮を図ることができる。このリバース矯正を行うに際しては、図４に示すように、動力伝達機構において、前段ロール群２を駆動する駆動軸７および後段ロール群３を駆動する駆動軸８にそれぞれエアチューブ１９を内臓したスリップクラッチ１５，１６を設け、被矯正材の進行方向の後段に位置するロール群２またはロール群３に接続されたエアチューブ１９に送給される空気圧を調整して、伝達可能トルクを駆動軸７または駆動軸８に発生する逆負荷トルク以下に設定することで、中間ギア１２を介して前段ロール群２または後段ロール群３の駆動軸７または駆動軸８に作用する循環トルクを軽減することが可能となる。
【００１７】
これを更に具体的に説明すると、作業ロール１−１〜９は、ロール径２８０mmで上４本、下５本がピッチ間隔Ｌ３００mmで上下千鳥に配置されている。電動機１４の動力は、１／３０．７２の減速を経て前段ロール群２を駆動する駆動軸７と後段ロール群３を駆動する駆動軸８に１次伝達され、それぞれの駆動軸７，８からは等分配ギア５，６を介して各作業ロールに２次伝達されており、電動機は容量：３００kw、定格トルク：４１２kg−ｍ、定格回転数：７１０rpm でありから、作業ロールの回転数は２３rpm 、ロール周速は２０mpm である。図３に示すように、後段ロール群３の駆動軸８には、スリップクラッチ１５が設け、また、図４に示すように、リバース矯正を行う場合には前段ロール群２の駆動軸にもスリップクラッチ１６を設けることで、２０００kg−ｍの負荷トルクで滑りが発生し、これ以上のトルクが伝達できないようになっている。
【００１８】
【実施例】
表１に、板厚ｔ２０mm、板幅Ｗ４ｍ、降伏応力σy ４０kg／mm2 の被矯正材である鋼板を用いて図１に示す従来型の矯正機と、図３または図４に示すスリップクラッチを有する本発明の矯正機を用いて平坦度矯正を行なった場合の各作業ロールの駆動軸４−１〜９、駆動軸７，８及び電動機軸１３で計測された負荷トルクの分布を示す。本発明の効果を分かり易くするために、矯正機の諸元および作業ロールの押込量は本発明を適用しない場合のそれと同じく設定した。また、鋼板出側におけるスリップクラッチ１５のスリップ開始設定トルクは２０００kg−ｍとした。
【００１９】
表１に示したように、本発明を適用しない従来例の場合には、計算により求めた曲げ加工トルクＴｃに比較して、作業ロール１−３に於いて、約１．７倍（５１５１kg−ｍ／２９５５kg−ｍ）近い軸負荷トルクが作用していたのに対して、本発明を適用した実施例は、約１．４倍（４１８８kg−ｍ／２９５５kg−ｍ）に低減している。また、後段ロール群３の駆動軸８はスリップクラッチにより、２０００kg−ｍの逆負荷トルクに留まり、前段ロール群２の駆動軸７の軸トルクに至っては、約８１％（１３５６６kg−ｍ／１６６８３kg−ｍ）に低減している。
【００２０】
【表１】
また、図４において、前記とは逆に鋼板が矢印Ｂ方向（図面右側）から進入してくる場合にはスリップクラッチ１６をスリップさせる設定を行った。この場合も表１と同等の効果を得ることができた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、ロール矯正機の動力伝達装置の内部で発生していた循環トルクを軽減して装置の寿命延長や保全費用の低減に多大な効果を発揮している。また、ロール矯正機の建設に際して本発明を採用することにより、機械強度余裕を過大に見積もることなく、適性かつ経済的な建設が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロール矯正機の動力伝達機構の概略を示す図。
【図２】ロール矯正機による曲げ曲率と押込量の関係を説明する図。
【図３】本発明のロール矯正機の動力伝達機構の概略を示す図。
【図４】本発明のロール矯正機のリバース矯正における動力伝達機構の概略を示す図。
【図５】本発明のロール矯正機に用いるスリップクラッチの概略を示す図。
【符号の説明】
１−１〜９…ロール矯正機の作業ロール
２…前段ロール群
３…後段ロール群
４−１〜９…ロール駆動軸
５…前段ロール群の作業ロールに動力を伝達する等分配ギア
６…後段ロール群の作業ロールに動力を伝達する等分配ギア
７…前段ロール群の駆動軸
８…後段ロール群の駆動軸
９…前段ロール群の駆動軸に設置された減速ギア
１０…前段ロール群と後段ロール群の回転方向を一致させる中間ギア
１１…後段ロール群の駆動軸に設置された減速ギア
１２…電動機軸トルクを伝達する減速ギア
１３…電動機軸
１４…電動機
１５，１６…スリップクラッチ
１７…外筒
１８…内筒
１９…エアチューブ
Claims (2)
- 金属板をロール矯正機で矯正する方法において、前記ロール矯正機のロール群を、前記金属板の入側を前段ロール群、出側を後段ロール群に区分し、前記後段ロール群に駆動を伝達する動力伝達機構内にスリップクラッチを設け、予め設定したトルク以上の負荷トルクが前記クラッチに掛かると該クラッチをスリップさせることを特徴とする金属板のロール矯正機での矯正方法。
- 金属板をリバースしながらロール矯正機で矯正する方法において、前記ローラー矯正機のロール群を少なくとも２つのロール群に区分し、両ロール群を駆動する各々の動力伝達機構内にスリップクラッチを設け、前記リバースする金属板の出側となるロール群の前記動力伝達機構内のクラッチに、予め設定したトルク以上の負荷トルクが掛かると該クラッチをスリップさせることを特徴とする金属板のロール矯正機での矯正方法。
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