JPS62238005A - ピルガ−式圧延機の慣性力バランス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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！Ｉｉ！Ｉ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−ミルロールを２ｉ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、特殊なキャリバーをもった一対のピル
ガ−ミルロールとマンドレルロフト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図の従来例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にコンロラド
５およびＶバランサ用コンロッド６をそれぞれ連結し、
該コンロッド５の先端に、一対のピルガ−ミルロール７
．７を装着したピルガ−ミルスタンド８を連結するとと
もに、前記■バランサ用コンロッド６の先端にＶバラン
サ９を吊下する。 そして、メイン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およびコンロフト５
を介して、ピルガ−ミルスタンド８が往復動する。その
往復動に伴い、ピルガ−ミルロール７は、図示しないラ
ッ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−ミルロール７が回転し、マンドレ
ルロン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（、ピルガー式圧延機は、ピルガ−ミルロー
ル７を装着したピルガ−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って、アンバランスが発生する。し
たがって、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■バランサ９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９の装着に起因してミ次のご
とく不都合が生じている。すなわち、ｌ）扇形バランサ
４およびＶバランサ９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９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とコンロッド５の長さしの比を小さくしなければなら
ないため、コンロッド５の長さしが大きくなり、装置全
体が大型化する。 ３）クランク軸２の回転速度ωにもとづく高次の項のア
ンバ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ッド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、高速化には限界がある。４）
■バランサ９を備えるため、例えば素管φ２６０■ｍＭ
Ａ管を圧延するためのピルガ−ミル圧延機は、深さ約８
ｍの基礎工事を必要とし、ひいては、■バランサ９回り
のメンテナンスも困難となる。 一方、一対のピルガ−ミルロールを装着したピルガ−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−ミルスタンドにエアシリンダのピストンロン
ドを連結し、該エアシリンダに圧縮エアを供給して、該
ピルガ−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知られている（英国特許
第１３５５７３３号明細書参照）。 しかしながら、かかる公知の慣性力バランス法では、当
然のことながら、体８ｇ縮小可能な圧縮エアで慣性力を
バランスさせるため、圧縮エア用の圧縮機やエアシリン
ダが大型となるのみならず、ピルガ−ミルロールの素管
を圧延する力を圧縮エアで助勢しようとしても、圧縮エ
アでは強力な力が発揮できない、という問題があった。 しかも、圧縮エアで、エアシリンダを駆動させて、前記
往復動の慣性力をバランスさせようとすれば、その駆動
源に過大なエネルギーが必要となる。 〔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除くため創
作されたもので、すなわち、回転運動から往復運動に変
換した動力で往復動させるピルガ−ミルスタンドの往復
動の慣性力を、バネによりバランスさせるとともに、そ
のバネ力を、例えば該バネのバネ常数、または、該バネ
の装着他端位置を、回転速度により制御することにより
、バランスのための外力を可及的に省力化し、かつ、バ
ネの装着他端位置の調節用ストロークを可及的に小なら
しめようとするピルガー式圧延機の慣性力バランス装置
を提供することにある。 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〕 本実施例ば、素管φ２６０龍の継目無鋼管を圧延し、往
復動の慣性力が約６０７ＯＮ発生する、いわゆる大型の
ピルガ一式圧延機に好適であるが、その概要は、当該ピ
ルガ−ミルスタンド８の往復動によって生じる慣性力を
、該ピルガ−ミルスタンド８に装着されたコイルバネ１
０でバランスさせるものである。 そこで、ピルガ−ミルスタンド８の慣性力の一次の項が
バネの線形特性と略一致することに着目して、 Ｍ　：ピルガーミルスタンド８の重量 α　；ピルガ−ミルスタンド８の中立位置からの変位Ｓ
の加速度 ｘ：／Ｉｈ圧シリンダｌ

【の変位 とすれば、 Ｍ×α＝ｋ　（ｓ−ｘ）　　　　　　　・・・■を成立
させればよい。 ところで、ここに用いるバネ常数にの凡その大きさは、
次のようにして決める。今、簡単のため１？／Ｉ、＜＜
ｌとすれば、クランク運動によって生じる往復動の慣性
力の一次の項から、 α；−ω×Ｓ　　　　　　　　…■ が導かれる。 よって、■、０式より Ｍ（／ ｘ／５＝ｌ−□　　　　・・・■ に となり、この０式より、油圧シリンダー１の変位Ｘが０
となるように、つまり、油圧シリンダーｌが殆ど動かな
いにうに、バネ常数ｋを選べばヨイ。 すなわち、最大の回転速度ωのとき（慣性力の一次の項
が最大値のとき）、０式において、ｘ　／　ｓ　＝　Ｑ になるようなバネ常数ｋを決めればよい。 したがって、バネ常数には、 ｋ＝Ｍω−ａｘ　　　　　　　　　―φ−■で決められ
る。つまり、この０式で決められたバコイルバネｌＯで
大半のアンバランスが消去されるとともに、コイルバネ
１０の装着他端位置は殆ど勤かない。 しかしながら、実際は、Ｒ／Ｌ＜＜１．０でなく、周知
の一般式における高次の項を無視できないから、本実施
例では、コイルバネ１０の他端を油圧シリンダー１のピ
ストンロッド１２に装着し、コイルバネ１０の他端の位
置を位置制御することにより、コイルバネ１０のバネ力
を可変とし、慣性力の高次の項をもバランスさせようと
するものである。 かかる位置制御のための、油圧シリンダー１の変位Ｘに
ついての変位指令値Ｘを求める。すなわち、■式を変形
して、 Ｍ＋。 Ｘ　＝　−ｓ　＋　ｓ　　　　　　　　・・・■に で求める。この変位指令値Ｘは、クランク軸２に付設し
たタコジェネレータおよび回転角検出器１３から検出し
た回転速度ωを演算部１４に与えて演痒する。その値を
、相当する電圧値に換算し電圧１旨令値ｊ１として、前
記油圧シリンダ１１に油圧をｊ共給するためのサーボ弁
１５に与え、該サーボ弁】５を制御して油圧シリンダ１
１を往復動させ、コイルバネ１０の他端位置を制御する
。したがって、本実施例では、ピルガ−ミルスタンド８
の往１証勤の慣性力の高次の項もバランスさせることが
できる。 次に、本実施例では、クランク軸２の回転速度ωを変更
して適当に使用できるようにしている。 そのため、前記■式からも明らかなごとく、変更された
回転速度ωに応じた最適のハネ常数ｋに変更するための
バネ常数可変装置１６を設けている。 すなわち、第１図において、バネ′帛数ｋを変更させる
ため、クランク軸２に装着されたタコジェネレータおよ
び回転角検出器１３より検出された回転速度ωに応じ、
前記■式を満たずようなハネ常数ｋを、バネ常数演算部
１６ａにて演算し、演算されたバネ常数ｋを得るため、
コイルハ２１Ｏの有効バネ本数を変更している。 すなわち、バネ常数可変装面１６の詳細を第５図に示す
、同図において、前記ピルガ−ミルスタンド８に連結さ
れた連結ロッド１７を案内ガイド１日に連結し、該案内
ガイド１８に前記コイルバネ１０を装着する。該コイル
バネ１０は一方にバネ常数ｋｌ　、、に２・・・とする
４本の第１圧縮コイルバネ１９ａ、１９ｂ・・・と、他
方に４本の第２圧縮バネ２０ａ、２０ｂ・・・とより構
成されている。 該案内ガイド１８には４本のバネロッド２１ａ１２１ｂ
・・・を摺動自在に掃通し、該バネロッド２１の両端に
第１および第２バネ受２２．２３を固着している。した
がって、該第１圧縮コイルバネ１９は該案内ガイド１８
と第１バネ受２２とで受用されている。これら第１、第
２バネ受２２．２３はバネ作用制御用の第１および第２
油圧シリンダ２４ａ２４ｂ・・・、２５ａ、２５ｂ・・
・で押圧されるようにしている。該第１油圧シリンダ２
４は、案内フレーム２６の一方の端板２７に、第２油圧
シリンダ２５は他方の端板２８に固着されている。該案
内フレーム２６には前記案内ガイド１８のライナ一部２
９が摺動自在に案内されている。一方の端板２７には前
記連結ロッド１７が摺動自在に挿通されており、他方の
端板２８は前記油圧シリンダ１１のピストンロッド１２
が連結されている。 そして、コイルバネ１０のバネ常数ｋを変更するには、
第４図示の位置が中立位置とし、図示のように、第１油
圧シリンダ２４ｂ、２４ｃおよび第２油圧シリンダ２５
ｂ、２５ｃに油圧を供給し、ピルガ−ミルスタンド８が
図中Ｅ方向に往動すると、連結ロッド１７により案内ガ
イド１８も同方向に摺動するので、第２圧縮コイルバネ
２０ｂ、２０ｃは圧縮される０次いで、ピルガ−ミルス
タンド８が図中Ｆ方向に復動すると、案内ガイド１８も
同方向に摺動し、第１圧縮コイルバネ１９ｂ、１９ｃは
圧縮される。したがって、圧縮コイルバネ１９．２０の
トータルのバネ常数はに２＋に３となる。また、すべて
の第１および第２油圧シリンダ２４．２５に油圧を供給
すれば、第１および第２圧縮コイルバネ１９．２０はす
べてバネ作用をし、バネ常数はｋｌ　＋に２　＋に３　
＋に４となる。 この場合にピルガ−ミルスタンド８の往復動の慣性力の
最大値とバランスする。 前記のように、バネ常数には回転速度ωに応じて最適な
ものを選ぶ必要から、各油圧シリンダ２４ａ、２４ｂ−
・・、２５ａ、２５　ｂ　−・・は前記バネ常数演算部
１６ａにて演算された信号により、ＯＮ、ＯＦＦが行わ
れてバネ常数が組合され、Ｗｋ通バネ常数となるよう制
御される。 〔バランス精度の向上〕 更に、本実施例では、例えば、ピルガ−ミルスタンド８
の摺動摩擦力や計算値と実際の値との誤差を考慮した補
正信号ｊ２をサーボ弁１５に与える。すなわち、バラン
ス精度を向上させるため、コンロッド５に張力検出器２
９を装着し、該張力検出器２９からの信号ｊ２を、フィ
ードバンクゲインＫｃｃとして、前記変位指令値Ｘを与
えるアンプ３０にフィードバックする。 なお、油圧シリンダ１１の実際の動きは、ピストンロフ
ト１１の他端に設けた位置センサー３１により、油圧シ
リンダ１１の動きを検出し、前記アンプ３０にフィード
バンクゲインＫｆとして、フィードバックし、前記油圧
シリンダ１１の変位指令値Ｘにしたがって勤（よう位置
制御する。 〔圧延作業の助勢〕 また、本実施例は油圧シリンダ１１を使用していること
から、予めセットされたタイミング（例えばクランク角
で９０°および２７０°近傍）、すなわち、その圧延反
力時に必要な水平方向ありを、油圧シリンダ１１の出力
で助勢する。したがって、かかる場合は、メイン駆動系
（主モータ１、減速機、フライホイル、クラッチ、クラ
ンク軸２、クランクアーム３およびコンロッド５など）
を小型化・軽量化することができる０例えば、圧延反力
のピーク時に必要な水平方向の力が３５７ＯＮ発生する
場合、油圧シリンダ１１に約１０７ＯＨの助勢を与える
ことができる。 本実施例は叙上の制御によって、ピルガ−ミルスタンド
８の往復動の慣性力をコイルバネ１０と良好にバランス
させることができる。これを第３図で示す。この試験例
では、Ｌ”’４０００ｍ瞭、Ｒ＝７２０ｍ、Ｍ＝３５７
ＯＮ、油圧シリンダ１０の径φ１７５ｍｍ／φ９０Ｘ２
ｓｅｔ（両側）、コイルバネ１０のに−４００ｋｇ／ｃ
ｓＸ　２ｓｅｔ　　（両側）、ω１ＩＩａｘ　＝　４．
５　ｒｐｍとし、その慣性力アンバランスを示している
。すなわち、第３図は縦軸に力（ＴＯＮ）、横軸に時間
（秒）をとったグラフで、（イ）図は全体図、（ロ）図
は（イ）図のアンバランスのみを拡大図示したもので、
実線は慣性力、破線はバネ力、一点鎖線は第２図に示し
た従来例のアンバランス、二点鎖線は本実施例のアンバ
ランスを示す０図示より明らかなごとく、従来例ではア
ンバランス力が５７ＯＮ残存しているが、本実施例では
０．５↑ＯＮ以下に消去できている。なお、ここで、ピ
ルガ−ミルスタンド８は往復動方向からみて両側２点で
支持されているので、（イ）、（ロ）図は１点あたりに
作用する力を表示している。また　、クランク軸２回り
の慣性偶力も、前記従来例に比べ、１割以下に消去でき
る。 次に、本実施例のピルガ一式圧延機は、クランク軸２の
回転速度ωを変更して良好に運転することができる。か
かる状態の運転例を第４図に示す。 同図の運転上−１′図において、主七−夕１とクランク
軸２との間に設けた変速機またはクラッチ（いずれも第
１図では図示せず）を操作してＧゾーンに示すごと（、
多数の素管を直列状にして連続して圧延するに際しては
、各素管の先端および後端において、ωを最大値から約
その半分に下げて圧延し、その部分の割れを防止してい
る。ここにおいて、ωを下げて使用した場合、本実施例
では、下げたωに応じたバネ常数ｋを、バネ常数可変装
置１６で小としているので、油圧シリンダ１１のストロ
ークは小さくてすむ０例えば、本実施例では、ピルガ−
ミルスタンド８のストロークの大きさに対し、油圧シリ
ンダ１１のストロークは約１割ぐらいに設定しであるが
、ｋを可変とせず、ωを小さくすれば、油圧シリンダ１
１のストロークはピルガ−ミルスタンド８のストローク
の約半分のストロークになり、ｋを可変としてωを小さ
くすれば、油圧シリンダ１１のストロークはピルガ−ミ
ルスタンド８のストロークの約１割ですむ。 なお、本実施例はバネ常数可変装置１６で説明したが、
コイルバネ１０のバネ常数は変更せず、コイルバネ１０
のピルガ−ミルスタンド８に作用するバネ刀自身をクラ
ンク軸２の回転速度ωに応じ変更させてもよい０例えば
、中心支持のレバーの一端にピルガ−ミルスタンド８を
連結し、他端にコイルハネを連結して、該レバー比を回
転速度ωに応じ変更させ、バネ力を変更させる構造を保
用してもよい、また、回転運動から往復運動に変換する
ＩＪＩ！構は、クランク機構に限らず、カム状のもので
あってもよい、更に、本実施例は継目無鋼管を製造する
、いわゆる大型のピルガ一式圧延機（Ｃｏｌｄ　Ｒｅｄ
ｕｃｉｎｇ　Ｔｕｂｅ　Ｍｉｌｌ　＞で説明したが、本
発明はこれに限らず、鋼板用や棒鋼用のピルガ一式圧延
囚に通用してもよい。 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。 〔発明の効果〕 ■　従来の、■バランサおよび扇形バランサを備えたピ
ルガ一式圧延機に比べ、■バランサなどがなくなること
から、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、バネにより、ピルガ
−ミルスタンドの往復動がバランスできるので、殆ど補
正することなくバランスできるとともに、バランス用の
過大な外部エネルギーを必要としない。 ■　ピルガ−ミルスタンドを往復動させるための回転速
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、バネ常数が変更可能で、かつ、バネ
の（Ｉｈ端位置を変更可能としているので、バランスが
良好に図られる。 ■　バネ常数を可変したので、バネの他端位置（固定位
置）の凋節用ストロークが短縮できる。 ■　高次の項をバランスさせるので、機械加工を要する
高級材料を使用したコンロンド、クランクアームおよび
クランク軸で過大な力を受ける必要がな（、ひいては、
小形化することができる。したがって、著しいコストダ
ウンを図ることができる。これに加えて、例えば、ビル
ガーミルスタンドを格納したハウジングの基礎ボルト（
これはいずれのピルガ−ミルスタンドにも必要）が、−
次の項のみを消去した従来例の場合は、二次の項の慣性
力は少なくとも支持させなければならなかったので、高
速化すればこれを強固にしなければならないが、本発明
によれば、二次の項はバランスさせており、圧延水平反
力（圧延力の１割程）さえ支持させればよく、かかる水
平反力は回転速度とは関係ないことから、高速化しても
、前記基礎ボルトには全く影響せず、低回転速度時のま
ま使用できる。すなわち、本発明によれば、ピルガ−ミ
ルスタンドの往復動の慣性力が、高速化した分だけ大と
なっても、その慣性力は機械加工の必要のない機枠でバ
ネを介して支持し、基礎ボルトには影響しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の従来例の模式図、第２図は従来例の模
式図、第３図はアンバランス量を示すグラフで、（イ）
は全体を示すグラフ、（ロ）はアンバランス量のみを拡
大して示したグラフ、第４図は運転モード図、第５図は
バネ可変装置の詳細図。 ７・・・ピルガ−ミルロール、８・・・ピルガ−ミルス
タンド、ＩＯ・・・コイルバフ、１１・・・油圧シリン
ダ、１６・・・バネ常数可変装置。 代理人　弁理士　加　藤　正　信 （ほか１名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、回転運動から往復運動に変換した動力で
   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、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るバネの一端を装着し
   、 前記回転連動の回転速度により制御して該バネのバネ力
   を変更させることを特徴とするピルガー式圧延機の慣性
   力バランス装置。
2. （２）該バネのバネ常数および、該バネの装着他端位置
   を回転速度により制御して該バネ力を変更させる特許請
   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。
3. （３）バネの装着他端位置に、回転速度により制御され
   るサーボ弁で油圧を供給する油圧シリンダを連結した特
   許請求の範囲第（２）項に記載のピルガー式圧延機の慣
   性力バランス装置。
4. （４）バネを組合せコイルバネとし、その組合せを、回
   転速度により変更してバネ常数を変更する特許請求の範
   囲第（２）項に記載のピルガー式圧延機の慣性力バラン
   ス装置。