JPS62244504A - 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−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、特殊なキャリパーヲモった一対のピルガ
−ミルロールとマンドレルロッ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３
図の、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にコンロッド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、一対のとルガーミルロール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■バランサ９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およびコンロッド５を介
して、ピルガ−ミルスタンド８が往復動する。その結果
、ピルガ−ミルロール７は、図示しないランクとピニオ
ンを介して回転し、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、マンドレンロッドを
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、さらに該ロール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により圧延され接触し
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−底圧
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、そのため、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、ｆｎ性力による偶力
によって、アンバランスが発生ずるが、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９を設けている。

ところが、従来のピルガ−底圧延機では、かかる扇形バ
ランサ４および■バランサ９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
項のアンバランスはなくせない。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
慣性力に耐える非現実的なものとなり、したがって、高
速化には限界がある。４）Ｖバランサ９を備えるため、
例えば、φ２６０ｍｍの素管を圧延するためのピルガ−
ミル圧延機は、深さ約８ｍの基礎工事を必要とし、ひい
ては、■バランサ６″まわ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−底圧延機において、
該ピルガ−ミルスタンドにエアシリンダのピストンロッ
ドを連結し、該ピストンロッドに連結されたエアピスト
ンの両側に圧縮エアを供給して、該ピストンミルスタン
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、かかる提案では、当然のことながら、体
積縮小可能な圧縮エアで慣性力をバランスさせるため、
圧縮エア用の大型の圧縮機や大型圧力タンクが必要とな
り、しかも、その駆動源は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解消するた
めに創作されたもので、すなわち、ピルガ−ミルスタン
ドにエアシリンダを装着し、該エアシリンダの封入され
たエアの圧力で、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るとともに、クランク軸に装着した
マスアンバランサにより該慣性力の二次の項をバランス
させるようにし、クランク軸の回転速度変更時にのみ前
記エアシリンダの圧縮エアのエア体積を変更させるピル
ガ−底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、本発明の構成を第り図に示す実施例により詳細に
説明する。なお、第３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６０７ＯＮ発生する、いわゆる大型
のピルガ−底圧延機に好適である。

ところで、周知のごと（、エアバネとして使用されるエ
アビスｉ・ンでは、任意のストロークにおける荷重を表
す一般の式から Ｐｏ　Ｎｏ　−Ｐｗ　（７！ｏ　−（ｓ−ｘ）　）　　
−■が与えられる。但し、 Ａ　：エアシリンダ１０の有効面積 ＰＯ：エアシリンダ１０の初期圧力 ｌＯ：エアピストン１１の初期スＩ・ローりに　　：ボ
リトロープ七数 Ｐｌｌ：エアシリンダ１０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　ニスクリユージヤツキ１３の中立位置からの変位 そこで、第１図において、ピルガ−ミルスタンド８はエ
アピストンロッド１２を介して、エアピストン１１を連
結しており、がっ、該エアピストン１１のエア体積はス
クリュージヤツキ１３を作動して、ピルガ−ミルスタン
ド８の往復動の慣性力の一次の項の最大値と、エアピス
トン１１の初期ストロークにおける圧力Ｐｍａχとをバ
ランスさせればよいので、スクリュージヤツキ１３の位
置で初期ストロ−りｌｏを求めることができる。

そのため、周知の往復動の慣性力を表す一般式における
慣性力の一次の項と、圧力Ｐ　ｍａｘとをバランスさせ
ると、 Ｐｍａｘ＃ＭＲωｍａｘ／Ａ　　　　　　　…■である
から、■式より、 よって０式を代入して 但し、Ｍ：ピルガ−ミルスタンド８の重量Ｘ＝Ｏ１Ｓ＝
ＲのときのＰ−をＰ　ｍａｘとする。

ωｍａｘ　　ｒ本考案ではωを変更して運転するが、そ
の最大値を設定すれば、そ れ以下の慣性力は当然減少するの で、先ずωｍａｘを算定する。

でＩｏが求められる。

すなわち、初期ストロークｇｏは、第１図において、一
定回転速度ωｗａｘの、回転角に対する最大値をクラン
ク軸２に装着した速度検出器および回転角検出器３７か
ら検出し、これを位置指令演算部１４に与えて０式を演
算し、その得られた信号ｊ１でり、Ｃモーター５を制御
してスクリュージャンキー３を駆動し、エアシリンダー
ｏのエア体積を制御して得られる また、任意の回転速度ω（一定）時における位置指令演
算部１４で得べきエアピストン１１のストローク変更指
令値Ｘは、 八 で求められる。

つまり、クランク軸２のクランク角θではなく　（した
がって時々刻々ではなり）、回転速度ωの関数として０
式番こ基づいて、スクリュージヤツキ１３を駆動させ、
その位置を決めれば、慣性力の一次の項についてメ、エ
アシリンダ１０の最適のエア体積は求められる。

ところが、各クランク角θについての慣性力は刻々と変
化し、その変化に対し、圧縮エアの圧力の変化は一致し
ないから、換言すれば、前記０式を導くにあたり、周知
の往復動の慣性力を表す一般式における高次の項が無視
できないから、本実施例では、特に、第２図のごとく、
クランク軸２に一対の、回転速度ωの２倍の回転速度の
マスアンバランサ１６．１６゛を装着し、慣性力の二次
の項をバランスさせるものである。そのときのマスアン
バランサ１６．１６°の重量ｍおよび取付半径ｒは次の
ようにして求める。

すなわち、周知の往復動の慣性力の一般式より、ピルガ
−ミルスタンド８の慣性力ＦＭはＦＭ　＝ＭＲω２（ｃ
ｏｓ　ωｔ　＋Ｒ／　Ｌｃｏｓ２ωｔ　）　−■Ｍ：ピ
ルガ−ミルスタンド８の重量、ｔ：時間 で与えられるから、０式におけるωの二次の項の慣性力
と、マスアンバランサ１６とをバランスさせればよい。

ＭＲ（ｄ２ＸＲ／ＬＸｃｏｓ２６）ｔ　＝　［ｍ−ｒ　
（２Ｊ　・ｃｏｓ２ωｔ）×２ Ｌ 求めたｍ−ｒをクランク軸２に装着すればよいので、ク
ランク軸２に、上下一対のたがいに反対方向に、かつ、
クランク軸２０２倍の回転速度で回転する回転軸１７．
１８に前記マスアンバランサ１６．１６゛をそれぞれ付
設し、該マスアンバランサ１６．１６°とピルガ−ミル
スタンド８の往復動の二次の項の慣性力とをバランスさ
せる。

〔実施例の補足の説明〕

次に、以上の基本的制御を第１図、および第２図に基づ
いて補足説明する。第１図において、エアシリンダ１０
にはエアピストン１１を挟んで両側に、前室１９と後室
２０とを形成し、各室１９．２１に第１エア副シリンダ
２１と第２エア副シリンダ２２をそれぞれ連通している
。これら第１および第２エア副シリンダ２１．２２に共
通のスクリュー２３を貫通し、該スクリュー２３にそれ
ぞれの副ピストンを固着し、該スクリュー２３の中央に
前記スクリュージヤツキ１３を蜆合する。なお、スクリ
ュー２３の実際の動きは、スクリュー２３の端部にスク
リュー位置検出器２４を装着し、そこで検出された信号
ｊ２を、フィードバックゲインｋｆとして、前記信号ｊ
１を導入するアンプ２５に与えて、Ｄ、　Ｃモータ１５
を制御する。

また、前記前室１９および後室２０には、チェック弁２
６、リリーフ弁２７および減圧弁２８、更には低圧エア
源２９、からなるエア回路３０を付設している。そして
、ピルガ−ミルスクリュー８が往復動すると、それに伴
ってエアピストン１１も往復動し、その結果、前室１９
および後室２０、これらの室１９．２０にそれぞれ連通
した第１および第２エア副シリンダ２１．２２内の低圧
に封大セットされた初期圧Ｐｏのエアをそれぞれ圧縮す
る。その圧縮エアの圧力で、エアバネとしてピルガ−ミ
ルスタンド８の往復動の慣性力をバランスさせる。

次に、第２図において、マスアンバランス１６．１６は
回転軸１７．１８に付設されているが、これらの回転軸
１７．１８は、クランク軸２が挿通されているフレーム
３１に回動自在に軸支されている。すなわち、図中、下
方の回転軸１７は小径歯車３２が固着され、該小径歯車
３２はアイドル歯車３３を介して、クランク軸２に固着
された第１歯車３４で回動される。また、上方の回転軸
１８は中形歯車３５が固着され、該中形歯車３５はクラ
ンク軸に固着された第２歯車３６で回動される。

そして、回転軸１７と１８はたがいに反対方向でクラン
ク軸２の２倍の回転速度（ω°−２ω）で回転する。

また、本実施例では前記のごとく、クランク軸２の回転
速度ωを変更して運転するが、その例は次のようである
。すなわち、素管を直列状に連続して圧延する作業方法
があるが、かかる作業の場合、各素管の始端および末端
において、例えばωを最大値の１３Ｏｒｐｍから７Ｏｒ
ｐｍに下げて圧延し、その部分の割れを防止している。

なお、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（Ｇｏｌｄ　ＲｅｄｕｃｉｎｇＴｕ
ｂｅ　Ｍｉｌ＋　）で説明したが、本発明はこれに限ら
ず、例えば、鋼板用や棒鋼用のピルガ一式圧延機に適用
してもよいことはいう迄もない。

〔発明の効果〕

■　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一式圧延機に比べ、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、エアバネとしてのエアピストンで、ピル
ガ−ミルスタンドの往復動の慣性力がバランスできるの
で、バランスのための大な外部エネルギーを必要としな
いばかりか、封入されたエアの圧縮を変更して、いわゆ
るエアバネのバネ常数を変更でき、回転速度に応じたバ
ランスが容易にできる。

■　殊に、エアシリンダで慣性力を、特に、マスアンバ
ランサで慣性力の二次の項を、バランスさせるので、エ
アシリンダでの制御が容易で、そのためバランスが容易
に行われるとともに、クランク軸の回転速度を変更した
場合でも、最適のエア体積を容易に得ることができる。

また、二次の項のみをバランスさせるマスアンバランサ
も小型とすることができる。

■　回転速度を変更し、その回転速度に応じた圧縮エア
の圧力が得られるので、圧延する素材に最適の回転速度
を適用して圧延できるので、防振と相俟って圧延された
製品の品質を向上することができる。

■　前記■により高速化が図られるが、その高速域にお
いても安定した操業ができる。

■　本発明によれば、二次の項をバランスさせるので、
機械加工を要するコンロッド、クランクアーム、クラン
ク軸で過大な力を受ける必要がなく、ひいては、大形化
したりする必要がなくなり、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、ピルガ−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−ミルスタンドにも必要）は、−次
の項　　・のみを消去した従来例の場合では、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、より強固な基礎ボルトが必要となっ
てくる。

ところが、本発明によれば、二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であるこ
とから、高速化しても基礎ボルトには影響を与えず、変
更する必要がない。

【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図は第１図の要
部断面図、第３図は従来例の模式図。 ２・・・クランク軸、７・・・ピルガ−ミルロール、８
・・・ピルガ−ミルスタンド、１０・・・エアシリンダ
、１１・・・エアピストン、１６．１６”・・・マスア
ンバランサ、１９・・・前室、２０・・・後室、ω・・
・回転速度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対のピルガーミルロールを装着し、かつ、クランク運
   動で水平状に往復動させるピルガーミルスタンドに、エ
   アピストンを挟んで前室と後室とを形成したエアシリン
   ダを装着し、これらの室に封入されたエアの圧力で、前
   記往復動の慣性力をバランスさせるピルガー式圧延機の
   慣性力バランス装置であって、 該封入されたエアの圧力で、前記往復動の慣性力をバラ
   ンスさせるようにし、 前記クランク連動のクランク軸に、該クランク軸の２倍
   の回転速度で回転するマスアンバランサを付設すること
   により、該慣性力の二次の項をバランスさせるようにし
   、 該クランク軸の回転速度の変更により、前記エアピスト
   ンの前室および後室のエア体積を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。