JPH0347930B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、継目無鋼管等を製造するためのピル
ガー式圧延機の慣性力バランス装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

一般に、ピルガーミルロールを装着したピルガ
ー式圧延機は、例えば、特公昭51−43472号公報
で示されているごとく、特殊なキヤリパーをもつ
た一対のピルガーミルロールとマンドレルロツド
との間で素管を圧延し、継目無鋼管を製造する。
その構成および動作は、第２図に示す、一般に実
用化されている従来のピルガー式圧延機の模式図
で説明すれば、主モータにより回転されるクラン
ク軸２に、クランクアーム３および扇形バランサ
４を固着し、該クランクアーム３にコンロツド５
およびＶバランサ用コンロツド６をそれぞれ連結
し、該コンロツド５の先端に、一対のピルガーミ
ルロール７，７を装着したピルガーミルスタンド
８を連結するとともに、前記Ｖバランサ用コンロ
ツド６の先端にＶバランサ６′を吊下する。

そして、主モータでクランク軸２を回転速度ω
で定速回転させると、クランクアーム３およびコ
ンロツド５を介して、ピルガーミルスタンド８が
往復動する。その結果、ピルガーミルロール７
は、図示しないラツクとピニオンにより回転し、
素管を圧延する。これを更にいえば、ピルガーミ
ルロール７が回転し、マンドレルロツドを挿入し
た素管が前進すると、該ロール７が素管にかみ込
み、更に該ロール７が回転すると、素管は仕上げ
寸法に迄圧延され、次いで、素管は該ロール７の
接触より離れる。一方、素管は、該ロール７によ
り圧延されている間は停止するが、素管が該ロー
ル７から自由になると同時に前進する。

かかるごとく、従来の実用化されているピルガ
ー式圧延機は、ピルガーミルロール７を装着した
ピルガーミルスタンド８を強大な力で往復動させ
るためにクランク機構を採用しており、該クラン
ク運動により誘発される、往復動の慣性力およ
び、慣性力による偶力によつて、アンバランスが
発生するが、このアンバランスをなくすため、前
記のごとく、扇形バランサ４およびＶバランサ
６′を設けている。

ところが、従来のピルガー式圧延機では、かか
る扇形バランサ４およびＶバランサ６′の装着に
起因して、次のごとく不都合が生じている。すな
わち、(1)扇形バランサ４およびＶバランサ６′を
装着しているため、大型化する。(2)扇形バランサ
４およびＶバランサ６′では、クランク軸２の回
転速度ωにもとづく一次の項（周知の、往復動の
慣性力を表す一般式における一次の項をいう。以
下同じ）のアンバランスはなくすことができる
が、高次の項のアンバランスがなくせない。その
高次の項のアンバランスを小さくしようとすれ
ば、クランクアーム３の長さＲとコンロツド５の
長さＬの比を小さくしなければならないため、コ
ンロツド５の長さＬが大きくなり、装置全体が大
型化する。(3)クランク軸２の回転速度ωの高次の
項のアンバンランスが消去できないため、本来、
ωの２乗に比例する大なる慣性力をコンロツド５
やクランク軸２等で受けているため、高速化すれ
ば、この慣性力に耐える構造は非現実的なものと
なり、したがつて、高速化には限界がある。(4)Ｖ
バランサ６′を備えるため、例えば、φ260mmの素
管を冷延するためのピルガーミル圧延機は、深さ
約８ｍの基礎工事を必要とし、ひいては、Ｖバラ
ンサ６′回りのメンテナンスも困難となる。

一方、一対のピルガーミルロールを装着したピ
ルガーミルスタンドを往復動させるピルガー式圧
延機において、該ピルガーミルスタンドにエアシ
リンダのピストンロツドを連結し、該ピストンロ
ツドに連結されたピストンの両側に圧縮エアを供
給して、該ピルガーミルスタンドの往復動の慣性
力をバランスさせようとする慣性力バランス法が
提案されている（英国特許第1355733号明細書参
照）。

しかしながら、かかる提案を試験したところ、
第３図示のごとく、該往復動の慣性力（実線）
と、ピルガーミルスタンドを連結したエアシリン
ダの圧縮エアの圧力（破線）とは、これらの最大
値を一致させても、刻々と変化する回転角に対す
る、慣性力の変化と圧縮エアの圧力の変化とは一
致せず、つまり、両者はバランスされていないこ
とが判明し、前記提案のみでは、実用的なピルガ
ー式圧延機にそのまま適用できない。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、従来技術のかかる問題点を解
消するため創作されたもので、すなわち、ピルガ
ーミルスタンドにエアシリンダを装着し、該ピル
ガーミルスタンドの往復動の慣性力を、該エアシ
リンダの封入されたエアの圧力でバランスさせる
に当り、ピルガーミルスタンドを往復動させるク
ランク軸の回転角及び回転角速度に対する、慣性
力の変化と圧縮エアの圧力の変化とを一致させて
完全にバランスさせようとするピルガー式圧延機
のバランス装置を提供することにある。

実施例 以下、本発明の構成を第１図に示す実施例によ
り詳細に説明する。なお、第２図示の従来例と同
一部分には同一符号を示し、その説明を省略す
る。

〔基本的制御〕

本実施例は、素管φ260mmの継目無鋼管を冷延
し、往復動の慣性力が約60TON発生する、いわ
ゆる大型のピルガー式圧延機に好適であるが、そ
の概要は、ピルガーミルスタンド８の往復動の慣
性力を、該ピルガーミルスタンド８に連結したエ
アシリンダ９に封入されたエアの圧力でバランス
させるに当り、クランク軸の回転角及び回転角速
度に対する慣性力の変化と圧縮エアの変化とを一
致させてバランスさせようとするものであるか
ら、先ず、ピルカーミルスタンド８の往復動の回
転角θに対する最大慣性力と、エアピストン１０
の初期ストロークエンドにおける圧縮エアの圧力
とをバランスさせる。

ところで、周知のごとく、エアバネとして使用
されるエアピストンにおいて、任意のストローク
における荷重を表す一般の式から、今、 Ａ：エアシリンダ９の有動面積 P₀：エアシリンダ９の初期圧力 l₀：エアピストン１０の初期ボリユーム相当長 とすれば、エア圧縮は断熱圧縮とし、かつ、クラ
ンク軸２の回転速度ωを一定とした場合には、 P₀l^k ₀＝Pw｛l₀−（ｓ−ｘ）｝^k …… が導かれる。

なお、ここで、ｋ：ポリトロープ指数 Pw：エアシリンダ９の任意の位置における圧力 ｓ：ピルガーミルスタンド８の変位 ｘ：油圧シリンダ１２の中立よりの変位 とする。

一方、第１図において、ピルガーミルスタンド
８はエアピストンロツド１１を介して、エアピス
トン１０と連結されており、該エアピストン１０
のエア体積は、油圧シリンダ１２を作動し調整で
きるから（詳細は後記）、該油圧シリンダ１２を
作動すれば、ピルガーミルスタンド８を往復動す
るクランク軸２の回転角θに対する最大慣性力
と、エアピストン１０の初期ストロークエンドに
おける圧縮エアの圧力Pmaxとがバランスできる
のである。

そこで、油圧シリンダ１２を作動して、エアピ
ストン１０の初期ボリユーム相当長l₀を決めるた
め、前記慣性力と、前記圧力Pmaxとを Pmax＝−Ｍ／Ａ（s¨）max＋P₀ …… とすればよい。ここでＭ：ピルガーミルスタンド
８の重量 そして、ｘ＝０、ｓ＝ＲのときのPwをPmax
とすれば、式より、回転速度ω一定の前提をと
れば、 l₀＝Pmax^1/k・Ｒ／Pmax^1/k−P₀…… このl₀を第１図における位置指令演算部１３で
計算し、その得られた信号ｊ１で油圧シリンダ１
２を作動させればよい。

ところが回転速度ωが一定の場合でも、前記の
ごとく、変化する回転角θについての刻々と慣性
力は変化し、その変化と圧縮エアの圧力の変化と
は一致しないから、本実施例では、刻々と変化す
る回転角θに対応して、完全にバランスさせるた
め、回転角θに応じ油圧シリンダ１２を作動さ
せ、圧縮エアのエア体積、つまり圧力を調整する
ものである。

そのため、油圧シリンダ１２に、クランク軸２
の回転角θに応じた変位指令値Ｘを与える。すな
わち、変位指令値ｘは、式において、ｘ＝Ｘと
すれば、 Ｘ＝ｓ−l₀（Pw^1/k−P₀ ^1/k／Pw^1/k …… 但し 、 Pw＝−Ms¨／Ａ＋P₀ …… によつて得られる。

よつて、、式を演算するには、クランク軸
２に付設されたパルスジエネレータ２８により検
出される回転角速度および回転角θを位置指令演
算部１３に与えて演算し、その信号j1で油圧シリ
ンダ１２を作動させ、所定の圧縮エアのエア体
積、つまり圧力が得られるのである。

次に、以上の概略を第１図に基づいて補足説明
する。すなわち、エアシリンダ９にはエアピスト
ン１０を挟んで両側に、往動室である前室１４、
復動室であるる後室１５を形成し、各室１４，１
５に、第１エアサブシリンダ１６と第２エアサブ
シリンダ１７をそれぞれ連通している。これら第
１および第２エアサブシリンダ１６，１７に共通
のロツド１８を貫通し、該ロツド１８にそれぞれ
のピストンを固着する。該ロツド１８の中央に
は、前記油圧シリンダ１２の油圧ピストン１９を
固着する。該油圧ピストン１９に油圧力を与える
ため、該油圧ピストン１９の両側に連通するサー
ボ弁２０を設けている。なお、２１は油圧源を示
す。

前記エアシリンダ９の前室１４および後室１５
にはチエツク弁２２、リリーフ弁２３および減圧
弁２４、更には、低圧エア減２５を備えたエア回
路２６が付設されている。したがつて、ピルガー
ミルスタンド８が往復動すると、それに伴つてエ
アピストン１０も往復動し、前室１４および後室
１５、これら室１４，１５とそれぞれ連通した第
１および第２エアサブシリンダ１６，１７内の低
圧にセツトされ封入された初期圧力P₀のエアを
それぞれ圧縮する。その圧縮エアの圧力をエアバ
ネとして、ピルガーミルスタンド８の往復動の慣
性力がバランスできる。（第３図２点鎖線参照）。

〔バランス精度向上〕

次に、本実施例では、前記の理論計算値を次の
ごとく補正し、バランス精度を向上させている。
すなわち、パルスジエネレータ２８から検出され
た回転角速度および回転角θにおける慣性力が算
出できるから、その値をエアシリンダ９の有効面
積Ａで割れば、所定の圧縮エア圧力が得られる。
すなわち、慣性力バランス圧力演算部２９でこれ
を演算し、その時に必要な圧縮エアの慣性力バラ
ンス圧力を得ることができる。その慣性力バラン
ス圧力値j2を、アンプ３０へ与える。一方、前室
１４または、後室１５の実際の圧縮エアの圧力を
検出する圧力検出器３１で、切換スイツチ３２を
介して得られた実測圧力を検出し、その実測圧力
値j3をフイードバツク信号としてアンプ３０に与
え、これと慣性力バランス圧力値j2とを比較し、
その差を補正信号として、前記位置指令値Ｘを与
えるアンプ３３に与え、慣性力バランスの精度を
向上している。

また、コンロツド５に張力検出器３４を装着
し、そのフイードバツクゲインKccを補正信号j4
として前記アンプ３３にフイードバツクし、か
つ、ロツド１８の位置検出器３４により、ロツド
１８の位置を検出してフイードバツクゲインkfの
補正信号j5としてアンプ３３へ与え、ピルガーミ
ルスタンド８の往復動の摩擦力等を考慮した、慣
性力バランスの精度を向上している。

〔回転速度ωの変更〕

本実施例では、クランク軸２の回転速度ωを変
化させて運転することができる。すなわち、サー
ボ弁２０を回転速度ωにより制御することで、油
圧ピストン１９を所定の位置に位置させ、第１お
よび第２エアサブシリンダ１６，１７のエア体積
を変更させ、ひいては、エアシリンダ９の前室１
４および後室１５のエア体積が変更でき、つま
り、圧縮エアの圧力を変更できる。そこで、サー
ボ弁２０を制御するには、クランク軸２に付設さ
れたパルスジエネレータ２８から検出した回転角
速度に基づく、前記信号J1をサーボ弁２０へ与え
ることにより所定の回転角速度に応じたエアシリ
ンダ９のエア体積を得ることができる。そして、
例えば、次のような場合に回転速度ωを変えて運
転する。すなわち、φ260mmの素管を冷延するに
当り、多数の素管を直列状にして連続して圧延す
る場合、各素管の始端および末端において、ωを
最大値の例えば130rpmから、70rpmに下げて圧
延し、その部分の割れを防止する場合である。し
たがつて、本実施例では、最大回転速度ωmaxが
得られるエアシリンダ９を設定さえしておけば、
それ以下の回転速度ωは適宜変更でき、それに応
じた圧縮エアの圧力が得られる。

なお、本実施例は継目無鋼管を圧延する、いわ
ゆる大型のピルガー式圧延機（Cold Reducing
Tube Mill）で説明したが、本発明はこれに限ら
ず、例えば鋼板用や棒鋼用ピルガー式圧延機に適
用してもよい。また、前室と後室を形成するエア
シリンダは１個が、望ましいが別個のエアシリン
ダで形成させてもよい。

本発明の別の実施例として、第４図に示すよう
なマスアンバランサを併用してクランク軸２に装
着すれば、エアシリンダ等制御系を小系変するこ
とができる。第４図を説明すれば、マスアンバラ
ンス３６，３６′を回転軸３７，３８の一端に付
設し、これら回転軸３７，３８をクランク軸２が
挿通されているフレーム３９に回動自在に軸支す
る。図中、下方の回転軸３７には小系歯車４０を
その他端に固着し、該小径歯車４０はアイドル歯
車４１を介してクランク軸２に固着した第１歯車
４２で回動する。ここで第１歯車４２と小径歯車
４０の歯車比は２／１とする。また上方の回転軸
３８は中形歯車４３をその他端に固着し、該中形
歯車４３はクランク軸２に固着する第２歯車４４
と噛合せている。ここで、第２歯車４４と中形歯
車４３の歯車比は２／１とする。したがつて、回
動軸37，３８はたがいに反対方向でクランク軸２
の２倍の回転速度で回転し、ピルガーミルスタン
ド８の二次の項の慣性力とバランスさせる。

〔発明の効果〕

以上を要するに本発明は、特許請求の範囲に記
載された構成を採択したので、以下の効果を奏す
る。

従来の、実用化されているＶバランサおよび
扇形バランサを備えたピルガー式圧延機に比
べ、小型化、高速化、メンテナンス容易化およ
び基礎工事安易化などが図れるのは勿論、封入
されたエアの圧力により、ピルガーミルスタン
ドの往復動の慣性力をバランスできるので、バ
ランス用に過大な外部エネルギーを必要としな
い。

従来装置では、ピルガーミルスタンドの往復
動の慣性力の変化と圧縮エアの圧力の変化は定
速回転時の最大慣性力が一致（バランス）さ
れ、加減速時や低速時えストローク途中では増
一致であるが、本発明によれば、クランク軸の
回転角および回転角速度に基づいて制御される
油圧シリンダで、圧縮エアのエア体積を制御す
るので、起動時から定則回転時までの全範囲に
わたる両者の変化を一致させることができ、つ
まり、慣性力と圧縮エアの圧力とを完全にバラ
ンスさせることができる（第３図中２点鎖線参
照）。

ピルガーミルスタンドを往復動させる回転速
度を変更して、素材に最適の速度としたり、稼
働率を向上させたりしても、その加速・減速時
に、それに応じて圧縮エアの圧力が容易に変更
でき、いわゆるバネ常数を容易に変更できるの
で、運転を連続して行うことができる。

圧縮エアの圧力を制御するための、サーボ弁
で作動される油圧シリンダを設けたので、制御
装置が簡素化できる。

本発明によれば、高次の項をバランスさせる
ので、機械加工を要する高級材料使用のコンロ
ツド、クランクアーム、クランク軸などで過大
な力を受ける必要がなく、大形化する必要がな
くなり、著しいコストダウンが図ることができ
る。これに加えて、例えば、ピルガーミルスタ
ンドを格納するためのハウジングの基礎ボルト
（これは、いずれのピルガーミススタンドにも
必要）は、一次の項のみを消去した従来例の場
合では、高次の項の慣性力は少なくともこれで
支持させなければならないので、高速化すれ
ば、より強固な基礎ボルトが必要となつてく
る。

ところが、本発明によれば、高次の項をもバ
ランスさせるので、基礎ボルトは圧延水平反力
さえ支持させればよく、この圧延水平反力は回
転速度と殆ど無関係にあることから、高速化し
ても、基礎ボルトには影響を与えず、低回転速
度時のものが使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の模式図、第２図は従
来例の模式図、第３図はクランク角に対する慣性
力、一般の圧縮エアの圧力および、本実施例の圧
縮エアの圧力を示したグラフ、第４図は本発明の
別の実施例の要部図。 ７……ピルガーミルロール、８……ピルガーミ
ルスタンド、９……エアシリンダ、１２……油圧
シリンダ、２０……サーボ弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クランク軸の回転運動を往復運動に変換して
   一対のピルガーミルロールを装着したピルガーミ
   ルスタンドを水平状に往復動させるピルガー式圧
   延機の慣性力バランス装置において、前記ピルガ
   ーミルスタンドに、往動室と復動室を形成したエ
   アシリンダを装着し、これら往動室および復動室
   のエア体積を、前記クランク軸の回転角および回
   転角速度を検出し、該検出信号によりサーボ弁を
   介して油圧シリンダにより制御するようにしたピ
   ルガー式圧延機の慣性力バランス装置。 ２ 往動室と復動室とサブエアシリンダとを夫々
   連通し、これらサブエアシリンダのエア体積を油
   圧シリンダにより制御する特許請求の範囲第１項
   に記載のピルガー式圧延機の慣性力バランス装
   置。