JPH08117816A - リトラクトマンドレルミルのバーストリッピング制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】リトラクトマンドレルミルにおける、圧延後の
バーストリッピング性を安定させるバーストリッピング
制御方法を得る。 【構成】マンドレルミルの後段スタンドにおけるロー
ル駆動用モータの電流および回転数を検出する。 モータ電流および回転数に基づいてマンドレルミルの
モータの負荷トルクを推定する。 マンドレルミルの後段スタンドの圧延荷重を検出す
る。 検出圧延荷重および推定負荷トルクからマンドレルミ
ルの後段スタンド間のシェルに作用するシェル張力を計
算する。 計算シェル張力と、あらかじめ設定しておいたストリ
ッピング異常を発生しないような目標シェル張力との偏
差を演算する。 前記偏差に制御ゲインを乗じてモータ回転数を補正す
ることにより、マンドレルミルの後段スタンド間のシェ
ル張力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、継目無管の製造機であ
るリトラクトマンドレルミル圧延後のバーストリッピン
グ不良を防止するためのリトラクトマンドレルミルのバ
ーストリッピング制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２はマンドレルミルとエキストラクタ
を兼ねたサイザーが直列に配置された圧延ラインを説明
する概略断面図である。以下、この図に従って従来技術
を説明する。

【０００３】ピアサーで穿孔された中空素管（以下シェ
ルと称す）３は、リトラクトマンドレルミル１（以下マ
ンドレルミル１と呼称する）においてマンドレルバー４
と圧延ロール６により主に延伸圧延が行われる。マンド
レルミル１で延伸圧延されたシェル３は、サイザー２に
より外径圧下を受け製品寸法に仕上げられる。図２のリ
トラクトマンドレルミルの圧延ラインにおいては、マン
ドレルミル１での圧延が終了し、サイザー２単独での圧
延中にバーリテイナー５が圧延方向とは逆方向に移動
し、マンドレルバー４がシェル３から引き抜かれる。
（これをストリッピングという。）このストリッピング
が正常に行われないと、マンドレルミル１での圧延終了
後、マンドレルバー４はバーリテイナー５により圧延方
向とは逆方向に移動するため、このマンドレルバー４に
噛みこんだままのシェル３も同時に移動してマンドレル
ミル１に衝突し圧延不能となる。それを避けるため、次
のような方法が特開平１−２８４４０８号公報に提案さ
れている。

【０００４】すなわち、ストリッピング時のシェル３に
作用する力は、サイザーのロール７の負荷、回転数また
は電動機の電流値から知ることができるが、これではス
トリッピング性を向上させるには時間的余裕がない。そ
こで、マンドレルミル圧延終了前後のシェル３に作用す
る力には非常に良い相関があるため、マンドレルミル圧
延終了前のシェル張力によりストリッピング異常を検出
し、マンドレルミルとサイザーの圧延速度を制御して、
ストリッピング時のシェル張力を許容限界以下にする方
法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の制御
法では、マンドレルミルとサイザー間のミル間隔が長い
ためシェルの軸方向の寸法に不均一が生じ、さらにマン
ドレルミル圧延後ミル間の張力または圧縮力がぬける
と、マンドレルバーとシェルのすき間（クリアランス）
が小さくなりストリッピング性が悪化する。また、マン
ドレルバーのストリッピング性を改善する上で重要であ
り、同時にシェルの肉厚・外径と密接な関係があるシェ
ル張力の計算法も確立されていない。

【０００６】本発明は係る事情に鑑みてなされたもので
あって、マンドレルミルのロールの負荷トルクを容易に
かつ精度良く検出し、シェルに作用する正確な張力を導
出し、マンドレルミルの後段スタンド間のシェル張力を
マンドレルバーのストリッピング異常が生じない範囲内
になるように当該スタンドロール回転数により制御し、
ストリッピング性を安定させるためのリトラクトマンド
レルミルのバーストリッピング制御方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、リトラクトマ
ンドレルミルのバーストリッピング性を安定させるため
のバーストリッピング制御方法であって、次の手順で行
うことを要旨とする。

【０００８】マンドレルミルの後段スタンドにおける
ロール駆動用モータの電流および回転数を検出する。

【０００９】前記モータ電流および回転数に基づいて
マンドレルミルのモータの負荷トルクを推定する。

【００１０】マンドレルミルの後段スタンドの圧延荷
重を検出する。

【００１１】前記で検出した圧延荷重および前記
の推定負荷トルクからマンドレルミルの後段スタンド間
のシェルに作用するシェル張力を計算する。

【００１２】前記計算シェル張力と、あらかじめ設定
しておいたストリッピング異常を発生しないような目標
シェル張力との偏差を演算する。

【００１３】前記偏差に制御ゲインを乗じてモータ回
転数を補正することにより、マンドレルミルの後段スタ
ンド間のシェル張力を制御する。

【００１４】

【作用】本発明に係るリテインドマンドレルミルのバー
ストリッピング制御方法は、マンドレルミルの各スタン
ドにおけるロール駆動用モータの電流Ｉa および回転数
ｎを検出し、これらに基づいて各モータの負荷トルクＴ
L を下記の（１）式により推定する。

【００１５】 ＴL （ｓ）＝｛Ｋ／（１＋Ｔ0 ・ｓ）｝・Ｉa （ｓ） −｛（Ｊ・ｓ）／（１＋Ｔ0 ・ｓ）｝・ｎ（ｓ） ・・・・（１） ただし、Ｋ ： モータ界磁強さ係数、 Ｉa ： モー
タ電流、ｎ ： モータ回転数、 Ｊ ： モー
タの慣性モーメント、Ｔ0 ： 平滑フィルターの時定数 この際、直接差分演算をせずに図３に示すように計測ノ
イズ除去のための処理を行った上で演算し、モータの負
荷トルク推定精度を高めることが望ましい。また、リト
ラクトマンドレルミルの各スタンドの圧延荷重は該スタ
ンドに設置されたロードセルにより測定可能であり、シ
ェル内面摩擦係数およびトルクアームもあらかじめ実験
により求めることができる。

【００１６】従って、マンドレルミル後段スタンド間の
シェル張力は、推定モータ負荷トルク、圧延荷重、シェ
ル内面摩擦係数およびトルクアームから計算可能であ
る。

【００１７】マンドレルミルの後段スタンド間のシェル
張力とマンドレルバーのストリッピング力の間には、図
４に示すように良好な（強い）相関関係がみられるた
め、マンドレルミルの後段スタンド間の目標シェル張力
をストリッピング異常が生じない範囲内になるように設
定し、これら目標シェル張力と前記計算シェル張力との
偏差に適当なゲインを乗じてマンドレルミルの後段スタ
ンドのモータ回転数を補正することにより、マンドレル
バーとシェルのクリアランスを適正値にし、マンドレル
バーのストリッピング性を安定させる。

【００１８】

【実施例】図１に本発明方法を適用した一実施例のブロ
ック図を示す。

【００１９】従来技術の図２と共通の部分は同一の符号
を付し、その説明は省略する。

【００２０】図１において、新たに、リトラクトマンド
レルミルの複数個のスタンドＡ1 〜Ａn の各々に回転数
調整器８を１個づつ、同じく複数個のスタンドの各々に
ロードセル９を１個づつ設置した。

【００２１】複数個のスタンドＡ1 〜Ａn の各々のミル
駆動用モータ１０の電流およびモータ回転数をそれぞれ
の測定器により計測し、演算制御装置１１に同一タイミ
ングで送信した。演算制御装置１１では、マンドレルミ
ル後段スタンド間シェル張力とマンドレルバーのストリ
ッピング力の相関を利用して、マンドレルバーのストリ
ッピング時にシェル張力が許容限界以下になるようにマ
ンドレルミルの後段スタンド間のロール回転数を調整す
べく指令を出した。そして、マンドレルミル圧延中また
はストリッピング中のモータ電流及び回転数からマンド
レルミル後段スタンド間のシェル張力を推定し、それが
前記指令値になるようにマンドレルミルのモータ回転数
を補正した。

【００２２】次に、圧延中のシェル張力の求め方の一実
施例を以下に説明する。

【００２３】各スタンドの圧延トルクＧは（２）式によ
り求めた。

【００２４】 Ｇ＝ａi ・λｄi ・Ｐi −（１／２）・Ｒi ・（ｑfi−ｑbi） ＋μi ・Ｒi ・Ｐi ・・・・・・（２） ただし、ａ ： トルクアーム係数、 λｄ： トルク
アーム、Ｐ ： 圧延荷重、 Ｒ ： 等価ロ
ール半径、ｑf ： シェルに作用する前方張力、ｑb ：
シェルに作用する後方張力、μ ： シェル内面摩擦
係数（サイザー圧延中は零とする）、ｉ ： スタンド
番号 上記（２）式の左辺はミル駆動用モータ１０の負荷トル
クであり、下記（３）式により演算した。

【００２５】 Ｇ＝Ｋ・Ｉa −Ｊ・ｄｎ／ｄｔ ・・・・・・（３） ただし、Ｋ ： モータ界磁強さ係数、 Ｉa ： モー
タ電流、ｎ ： モータ回転数、 Ｊ ： モー
タの慣性モーメント 上記（３）式は直接微分演算を行わずに、図３に示すブ
ロック図のように計測ノイズ除去のための処理を行った
上で演算を行った。

【００２６】ここで、前記（２）式の右辺第１項は圧延
荷重の１次モーメントを表し、右辺第２項はシェルに作
用する張力によるトルクを表わし、右辺第３項はマンド
レルミル圧延におけるマンドレルバーとシェル内面の摩
擦力によるトルクを表わしている。

【００２７】リトラクトマンドレルミルの各スタンドに
設置されたロードセルにより圧延荷重を測定し、シェル
内面摩擦係数およびトルクアームもあらかじめ実験によ
り測定しておき、（２）式右辺第１、３項を計算した。
シェル内面摩擦係数については圧延が進むにつれてシェ
ル内面の潤滑が悪くなることを考慮し、後段スタンドほ
ど大きくなるようにした。よって、（２）式右辺第２項
のシェル張力は、モータ負荷トルク、圧延荷重、シェル
内面摩擦係数およびトルクアームから計算可能とした。

【００２８】演算制御装置１１で実施した演算制御手順
を図５のフローチャートに従い説明する。

【００２９】（１）圧延前 リトラクトマンドレルミルの後段スタンド間の目標シ
ェル張力を設定する。

【００３０】（ステップ−Ｓ１０１） （２）圧延中またはストリッピング中 モータ電流、モータ回転数および圧延荷重の検出す
る。

【００３１】（Ｓ１０２〜Ｓ１０３） モータ負荷トルクを推定する（Ｓ１０４）。

【００３２】後段スタンド間のシェル張力を計算する
（Ｓ１０５）。

【００３３】このシェル張力が目標シェル張力になる
ように制御ゲインを乗じてモータ回転数補正量とする
（Ｓ１０６）。

【００３４】各スタンドのロール駆動モータの回転数
を補正してバーストリッピング制御を行う（Ｓ１０
７）。

【００３５】本実施例の制御装置をリトラクトマンドレ
ルミルに設置し、外径１５９ｍｍ、肉圧３ｍｍの鋼管を
製造したところ、在来１００本に３〜４本の割で起こっ
ていたマンドレルバーのストリッピング事故が皆無とな
った。

【００３６】

【発明の効果】上述のように、本発明方法によれば、圧
延中のシェルに作用する正確な張力を検出することがで
き、この検出値に基づいてマンドレルミルの各スタンド
のロール回転数を制御することにより、バーストリッピ
ング性を安定させることができる。従って継目無管の製
造にあたり、安定操業ならびに品質向上に大なる効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置構成図である。

【図２】リトラクトマンドレルミルおよびエキストラク
タを兼ねたサイザーの構成図である。

【図３】本発明方法のモータ負荷トルクの演算例を示す
ブロック図である。

【図４】マンドレルミル後段スタンド間シェル張力とバ
ーストリッピング時のシェル張力の関係を示す説明図で
ある。

【図５】マンドレルミルのバーストリッピング制御の過
程を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ マンドレルミル ２ サイザー ３ シェル ４ マンドレルバー ５ バーリテイナー ６ マンドレルミルのロール ７ サイザーのロール ８ 回転数調整器 ９ ロードセル １０ ミル駆動用モータ １１ 演算制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出側にバーストリッピングのためのエキス
   トラクタもしくはエキストラクタを兼ねたサイザーを有
   するリトラクトマンドレルミルのバーストリッピング制
   御方法において、マンドレルミルの後段スタンドにおけ
   るロール駆動用モータの電流および回転数を検出し、前
   記モータ電流および回転数に基づいてマンドレルミルの
   モータの負荷トルクを推定し、さらにマンドレルミルの
   後段スタンドの圧延荷重を検出し、前記圧延荷重および
   前記推定負荷トルクからマンドレルミルの後段スタンド
   間のシェルに作用するシェル張力を計算し、前記計算シ
   ェル張力とストリッピング異常を発生しないような目標
   シェル張力との偏差に基づきマンドレルミルの後段スタ
   ンド間のシェル張力を制御することを特徴とするリトラ
   クトマンドレルミルのバーストリッピング制御方法。