JP2014109457A - シャーピン折損検出装置及びシャーピン折損検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
複雑な構成を採ることなく、簡易な構成でシャーピンの折損を検出することができるシャーピン折損検出装置及びシャーピン折損検出方法を提供する。
【解決手段】
導電性を有するシャーピン１０に電源を接続して通電した回路とし、この回路にシャーピン１０に流れる電流の大きさが零である場合に第一の信号を出力する第一信号出力部２０を接続し、前記出力された第一の信号の入力に基づいて報知動作を行う第一警報装置２４を設けたシャーピン折損検出装置１。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の部材の連結部に用いられるシャーピンの折損を検出する装置及び方法に関し、特に、厚板圧延装置の中で用いられるシャーピンに有効な技術に関する。

従来、駆動側部材と従動側部材の２つの部材をシャーピン（以下、シャーボルトも含む。）を介して連結させて、駆動側部材から従動側部材へ動力を伝達する構造が用いられている。そして駆動側部材からシャーピンに過負荷が加わった場合には、シャーピンが折損し、従動側部材へ過負荷が伝達されることを抑制して、２つの部材及びそれらを含む周辺装置に損傷が拡大することを防止する。シャーピンが折損して複数の切片となった状態では連結部で動力を伝達することが不可能となるのでシャーピンの折損を速やかに検出する必要が生じる。

シャーピンの折損を検出する技術として、回転する機械の軸継手において回転トルクを伝達する２つの回転部材上の定位置に各々取り付けたマイクロスイッチとセンサを用いて共振を測定し、これら２つの部材のずれを電気的に測定することで、２つの部材を連結するシャーピンの折損を検出する技術（特許文献１参照）がある。

特開平０５−０２６６０６号公報

鋼板の厚板圧延装置には、圧延のためのワークロールの近傍に圧延される厚板の先端をワークロールに案内する通板ガイド装置があり、この装置には厚板を直接ガイドするガイド部材とそれを上方から支持する支持部材との連結部にシャーピンが用いられている。ここではリバース圧延によって厚板が繰り返しワークロールとガイド部材の下方を通過するので、厚板の先端が上反りしているような場合には、ガイド部材に厚板が連続して大きな力で衝突することになり、これにより支持部材や通板ガイド装置を損傷することがないようにするものである。このシャーピンに特許文献１の技術を適用しても、マイクロスイッチやセンサを用いた複雑な構成の装置には、連続した衝突の負荷により不具合が発生し、シャーピンの折損を安定して検出することが困難となる。
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、不具合が生じにくく、複雑な構成でない、シャーピンの折損を検出する装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するために、導電性を有するシャーピンに電源を接続して通電した回路とし、この回路に前記シャーピンに流れる電流の大きさが零である場合に第一の信号を出力する第一信号出力部を接続し、前記出力された第一の信号の入力に基づいて報知動作を行う第一警報装置を設けたことを特徴とする。

本発明に係るシャーピン折損検出装置においては、シャーピンが折損していない正常時においてはシャーピンが通電状態であるが、シャーピンが折損した異常時にはシャーピンが非通電状態となって、シャーピンに流れる電流の大きさが零となったことを示す信号を出力し、この出力された信号に基づいて警報装置が動作して、シャーピンの折損を検出するという構成であるため、マイクロスイッチやセンサを用いた複雑な構成を採ることなく簡易な構成で、シャーピンの折損を検出することができる。

シャーピンが正常時のリバース圧延機の要部を示す側面図である。 本発明の第一実施形態の概念構成図である。 本発明の第一実施形態を構成する回路図である。 本発明の第一実施形態の動作を説明するフローチャート図である。 本発明の第二実施形態に用いるシャーピンの説明図である。

（第一実施形態）
（通板ガイド装置）
本発明の第一実施形態は、鋼板の厚板圧延装置において通板される厚板の先端をガイドする通板ガイド装置の中の、２つの部材の連結部に介在するシャーピンに適用される。
図１は厚板圧延装置のリバース圧延機の要部を示す側面図であり、図示しない圧延機ハウジングに一対のワークロール４２と夫々のワークロール４２を個別にバックアップするバックアップロール４４が各々軸支されている。ワークロール４２の上流側と下流側には、厚板４０の先端を上方から押さえてワークロール４２に案内するための通板ガイド装置６０ａ、６０ｂが、ワークロール４２を介して上流側と下流側とで対称をなして配置されている。この通板ガイド装置６０ａ、６０ｂは、圧延機ハウジングにシリンダ装置４６を介して上下位置の調節を可能に支持されたリフティングビーム４８を備え、リフティングビーム４８の下部には、軸５２により枢着されたヘッダーガイド５０と図示しない手段により固定されたストリッパーガイド５４が備えられる。リフティングビーム４８とヘッダーガイド５０との間には軸５２とは別の位置でシャーピン１０が通され、ヘッダーガイド５０は軸５２とシャーピン１０によってリフティングビーム４８に固定されている。ヘッダーガイド５０の下面とストリッパーガイド５４の下面は各々厚板４０をガイドするガイド面であり、これら２つのガイド面は側面視で連続した面をなしており、ストリッパーガイド５４のガイド面の先端はワークロール４２の周面に近接した位置にある。

こうした構成中における上下のワークロール４２間を、ローラーコンベヤにより搬送された厚板４０が図中左から右に搬送され、厚板４０は上流側の通板ガイド装置６０ａにおけるストリッパーガイド５４のガイド面に案内されて上下のワークロール４２間に入り、１パス目の圧延がなされた後に下流側の通板ガイド装置６０ｂにおけるストリッパーガイド５４の下を通過する。次に厚板４０は上流側に向けて逆に搬送され、下流側の通板ガイド装置６０ｂにおけるストリッパーガイド５４に案内されて上下のワークロール４２間に入り、２パス目の圧延がなされた後に上流側のストリッパーガイド５４の下を通過する。以後、同様の圧延を繰り返し厚板４０は所定の厚さにまで圧延されて、下流の次工程に送られる。

この圧延工程で圧延される厚板４０は、その先端が上反りしている場合があり、上反りが比較的小さければヘッダーガイド５０がこれを抑えてワークロール４２間に案内するが、上反りが比較的大きいとヘッダーガイド５０がこれを抑えきれず、ヘッダーガイド５０には軸５２を中心にヘッダーガイド５０を旋回させる力が働き、シャーピン１０の剪断強度を超えるとシャーピン１０が折損する。これによって通板ガイド装置６０ａ、６０ｂ本体には過負荷が伝達されず、通板ガイド装置６０ａ、６０ｂは損傷しない。

シャーピン１０が折損すると、シャーピン１０を早く交換する必要があるため、厚板圧延装置のオペレータはシャーピン１０の折損を速やかに知る必要がある。本発明は、こうしたシャーピンの折損を検出する装置であり、以下に本発明の実施形態を説明する。
（構成）
本発明においては、図２に示すように、シャーピン１０の両端部に電源（図示しない）の高電位側と低電位側とを各々接続し、閉回路が形成され通電状態とされるとともに、シャーピン１０に流れる電流の大きさが零である場合に、第一の信号を出力する第一信号出力部２０が接続され、その後段には、前記第一の信号が入力された場合に第二の信号を出力する第二信号出力部２２が接続され、さらにその後段には、厚板圧延装置の操作室に配置されるオペレータに対して警報を報知する第一警報装置２４が接続される。第一信号出力部２０、第二信号出力部２２並びに第一警報装置２４は、通板ガイド装置から離れた操作室の内部に配置される。

シャーピン１０は導電性を有する必要があり、鋼や他の金属等導電性を有する材料で構成される。本実施形態でのシャーピン１０は、ねじ頭を有する鋼製のＪＩＳ Ｍ４２のボルトの長さ方向中央部に直径２５ｍｍになる様に切欠部を設けて折損し易くなっている。シャーピン１０が折損して折損部１２が生じると、シャーピン１０は断線状態となって流れる電流の大きさが零となり、シャーピン１０の非通電状態が形成される。なお、上記した電源と接続する導線の位置をこの切欠部を挟んだ位置とすれば、シャーピン１０の折損とシャーピン１０の非通電状態とがより密接に連動する。

第一信号出力部２０は、図３中の回路に示すシャーピン１０と電源によって形成された閉回路において、シャーピン１０より高電位側に設けられた図中のＡ点、及びシャーピン１０より低電位側に設けられた図中のＢ点から、差動ＯＰアンプＯＡ１を経由してＣ点の前までの区間内に図示のとおり形成された回路によって構成される。差動ＯＰアンプＯＡ１は、２つの入力端子２及び３の間に入力される２つの入力信号の電位差が零の場合にＣ点に第一の信号を出力する。なお、第一信号出力部２０は、同様の動作を実現する限り差動ＯＰアンプ以外の回路を用いて構成されてもよい。

第二信号出力部２２は、Ｃ点からＥ点の前までの区間内に図示のとおり形成されたピークホールド回路によって構成される。ＯＰアンプＯＡ２は、その入力端子３に第一の信号が入力されるとＥ点に第二の信号を出力する。このときピークホールド回路は、図中の１００μＦのコンデンサ及び１０ｋΩの可変抵抗ＶＲ３からなるＣＲ回路の放電作用によって第一の信号の入力時間よりも長い時間、第二の信号を出力する。第二信号出力部２２は、上記したような動作を実現する限りピークホールド回路以外の回路を用いて構成されてもよい。また遅延回路等を組み合わせて、所望のタイミングで第二の信号を出力するように構成してもよい。

第一警報装置２４は、Ｅ点より後の区間であって図示のとおりスイッチングトランジスタＴｒ１、リレーＲｙ１並びにリレーＲｙ１の動作に伴って警告音を発生するブザー（図示しない）及び点灯する警告灯（図示しない）によって構成される。そして、ブザー及び警告灯が一旦動作すると第二の信号が入力されなくなっても動作が停止しないように、リレーＲｙ１とともにインターロック回路（図示しない）が構成されている。なお、インターロック回路と同様の動作を実現するシーケンサーやプログラム等が用いられてもよい。また第一警報装置２４は、ブザーと警告灯のいずれか一方のみを用いてもよいし、報知動作を行う装置であれば他の装置と組み合わせて用いられるように構成されてもよい。

（定義）
第一警報装置２４のスイッチングトランジスタＴｒ１のエミッタ−コレクタ間に、リレーＲｙ１の接点を動作できる電流が流れる状態を、シャーピン折損検出装置がスイッチＯＮの状態とする。そして、スイッチＯＮの状態に至るために、第一の信号が流れなければならない必要な時間を、報知動作閾値Ｔ１とする。さらに、シャーピン１０が非通電状態となったときに第一の信号がＯＰアンプＯＡ２に入力される実際の時間を、非通電時間Ｔ２とする。よってＴ１≦Ｔ２であれば、シャーピン折損検出装置１がスイッチＯＮの状態となり、リレーＲｙ１の接点が動作し、このリレーＲｙ１に接続されたブザー及び警告灯が動作する。なお報知動作閾値Ｔ１の値は、スイッチングトランジスタＴｒ１として用いるトランジスタを、その特性に基づいて適宜選択することで変更できる。

（動作）
次に本発明の第一実施形態の動作を図３と図４を参照して説明する。
厚板圧延装置及び通板ガイド装置６０の稼動中は、シャーピン１０は通電状態である。このとき図４中のＡ点とＢ点の電位は同じであるため、差動ＯＰアンプＯＡ１からは第一の信号は出力されない。
（１）第一信号出力工程
シャーピン１０が折損すると、Ａ点の電位は１２Ｖとなり、Ｂ点の電位は０Ｖとなるため、Ａ点とＢ点との間で１２Ｖの電位差が生じる。そのため図４中の差動ＯＰアンプＯＡ１によって第一の信号がＣ点に出力される（図４中のステップＳ１０）。第一信号出力部２０によるこうしたステップＳ１０が、第一信号出力工程を構成する。

（２）第二信号出力工程
ステップＳ１０で第一信号出力部２０から出力された第一の信号は、ピークホールド回路に入力され、この入力された第一の信号に基づいて、ピークホールド回路によって第二の信号がＥ点に出力される（図４中のステップＳ２０）。第二信号出力部２２によるこうしたステップＳ２０が第二信号出力工程を構成する。
（３）第一報知工程
ステップＳ２０で第二信号出力部２２から出力された第二の信号は、スイッチングトランジスタＴｒ１に入力される。このとき、ステップＳ２０でＯＰアンプＯＡ２に入力された実際の時間Ｔ２が、予め設定された報知動作閾値Ｔ１以上の時間であるとき、この入力された第二の信号に基づいて、シャーピン折損検出装置がスイッチＯＮの状態になり、リレーＲｙ１の接点が動作し、ブザーと警告灯が動作する（図４中のステップＳ３０）。第一警報装置２４によるこうしたステップＳ３０が第一報知工程を構成する。
上記したステップＳ１０からステップＳ３０までの工程によって、シャーピン１０の折損が検出される。

（効果）
本発明の第一実施形態は、１０００℃程度に加熱された厚板を、絶えず冷却水を供給しながら圧延するという比較的高温多湿の環境下である厚板圧延装置における通板ガイド装置の２つの部材の連結部に介在するシャーピンの折損を確実に検出できる。
また、厚板の上反りした先端がヘッダーガイドに衝突するときの力の大きさや方向は、圧延のパスの都度異なるので、あるパスでの衝突においてシャーピンが一旦折損しても、その後のパスでの衝突によって折損した部位が再度密接してシャーピンが通電状態に復帰することで、シャーピンの非通電状態の時間が比較的短くなったとしても、本発明の第一実施形態においては、第二の信号の出力時間がこの非通電状態の時間に基づく第一の信号の出力時間よりも長いので、シャーピンの折損を確実に検出することができる。

さらに、図１に示す上流側の通板ガイド装置６０ａ側のシャーピン１０が折損し、ヘッダーガイド５０が自重により図中の時計回りに旋回して、下端部５０ａがストリッパーガイド５４のガイド面より下方に突出する状態となった場合、そのままの状態で厚板の圧延を継続すると、下流側から送り出されワークロール４２間を通過した後の厚板４０の先端が、突出した下端部５０ａに衝突することも考えられ、このときはヘッダーガイド５０やリフティングビーム４８が損傷して圧延作業に大きく影響することになるが、本発明の第一実施形態を適用すれば、シャーピン１０の折損を速やかに検知することができ、これを防止することができる。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態に係るシャーピン折損検出装置は、上述した第一実施形態の構成に加え、図５に示すようなシャーピン１０と第二警報装置２６とを有することを特徴とする。
シャーピン１０は、第一実施形態と同様にねじ頭を有する鋼製のＪＩＳ Ｍ４２のボルトを用いるが、軸内部にはねじ頭側の端面１４からねじ先側の端面１６まで、孔部１８が貫通形成され、その中に熱電対３０が挿通されていることを特徴とする。
熱電対３０は、温接点側をねじ先側に配置して、２箇所のコンプレッションフィッティング３２ａ、３２ｂによって、シャーピン１０が折損するとそれに連動して熱電対３０も切断されるような張力を付与されてシャーピン１０に固定される。

熱電対３０は、その温接点が露出して通板ガイド装置のヘッダーガイドとリフティングビームに挟まれた平均５０℃前後の空隙に配置される一方、補償導線３４の先端に位置して冷接点となる図示しない接続端子が２５℃前後の厚板圧延装置の操作室内に位置するので、この温度差による起電力を生じ、熱電対３０には電流が流れる。そして熱電対３０の接続端子の先に接続された、図示しないブザーと警告灯を備えた第二警報装置２６に電流を流す。

第二警報装置２６は、熱電対３０から入力電流がある場合にはブザーと警告灯を動作させる出力信号（バーンアウト信号）を出力しないが、熱電対３０から入力電流がない場合にはバーンアウト信号を出力するように構成された図示しない電流検知制御回路を有する。電流検知制御回路には、ブザーと警告灯並びにそれらを駆動させるための電源等の周辺器具が接続される。ブザー及び警告灯は、第一実施形態における第一警報装置２４のブザー及び警告灯と共通化して、リレーＲｙ１が動作したときとバーンアウト信号が出力されたときの少なくとも一方のときに動作するように構成してもよい。

シャーピン１０が折損し、それに連動して熱電対３０が切断されると、熱電対３０に流れる電流の大きさは零となる。そして熱電対３０からの電流が第二警報装置２６に流れないことから、第二警報装置２６の電流検知制御回路は、熱電対３０に流れる電流の大きさが零である状態を検知して、ブザーと警告灯に対してバーンアウト信号を出力する。上記した動作が第二報知工程を構成し、シャーピン１０の折損が検出される。

本実施形態では、シャーピン１０の折損に連動して流れる電流の大きさが零であるかどうかを検知するために熱電対３０を用いたが、シャーピン１０の折損に連動して切断される構成である限り、銅線等他の導電素子を電源とともに用いてもよいし、それが配設される位置も孔部１８の中に限らず、ねじ頭側の端面１４からねじ先側の端面１６までの間であってシャーピン１０の軸表面側に配設してもよい。導電素子の数も複数であってよい。ただし熱電対３０は自ら起電力を生じ、電源を接続しなくとも通電状態を構成し、シャーピン折損検出装置の構成を簡略化することができるので好ましい。さらに銅線等の導電素子に比べて接触抵抗値が低いため、電流検知制御回路に入力電流が有るか無いかという通電量の測定に適しているので好ましい。またシャーピン１０は比較的高温多湿の環境下で用いられるため、熱電対３０等の導電素子を孔部１８内に配設する方が、長期使用の観点から好ましい。

なお、本実施形態においては、シャーピン１０は呼び長さ＝１７０ｍｍ、円筒部径＝４２ｍｍとした。熱電対３０は株式会社大晃電工社製（品番Ｋ−Ｈ１．０）を採用した。温接点は、通板ガイド装置の振動等により、熱電対を構成する２つの素線が容易に分離しないように、市販の熱電対の温接点の絶縁被覆部分を露出させた上で、２つの素線どうしをねじり合わせてハンダで固めたが、２つの素線が露出しておりかつ容易に分離しない限り、初めから露出型として市販されている熱電対を用いてもよい。補償導線は日立電線製（品番ＳＨ−Ｓ−ＪＸ−ＧＲ５Ｐ)を採用し、コンプレッションフィッティング３２ａ、３２ｂは株式会社八光電機製（品番ＺＣＰ１８１１）を用いて、０．１Ｋｇ・ｆの張力を付与した。

（効果）
本発明の第二実施形態は、シャーピンの折損に連動して熱電対を確実に切断させることができるため、第一実施形態の効果に加え、より正確にシャーピンの折損を検出できる。
以上、第一実施形態及び第二実施形態を説明したが、本発明に係るシャーピン折損検出装置が適用されるシャーピンは、厚板圧延装置の通板ガイド装置中のシャーピンに限定されるものではなく、他の機械装置におけるシャーピンに適用することができる。

１ シャーピン折損検出装置
１０ シャーピン
１２ 折損部
１８ 孔部
２０ 第一信号出力部
２２ 第二信号出力部
２４ 第一警報装置
２６ 第二警報装置
３０ 熱電対
３２ａ、３２ｂ コンプレッションフィッティング
４０ 厚板
４８ リフティングビーム
５０ ヘッダーガイド
６０ａ、６０ｂ 通板ガイド装置

Claims (8)

1. 導電性を有するシャーピンに電源を接続して通電した回路とし、
   この回路に前記シャーピンに流れる電流の大きさが零である場合に第一の信号を出力する第一信号出力部を接続し、
   前記出力された第一の信号の入力に基づいて報知動作を行う第一警報装置を設けたことを特徴とするシャーピン折損検出装置。
2. 前記第一信号出力部に、前記出力された第一の信号が入力された場合に第二の信号を出力する第二信号出力部をさらに接続し、
   前記第一警報装置によって行われる報知動作は、前記出力された第二の信号の入力によって制御される報知動作とし、
   前記第二信号出力部を、前記第一の信号が前記第二信号出力部に入力される時間よりも長い時間、前記第二の信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のシャーピン折損検出装置。
3. シャーピンの一端から他端までの間にこのシャーピンの折損と連動して切断可能な導電素子を備え、
   前記導電素子に流れる電流の大きさが零である状態を検知するとともに、当該状態を検知した場合に報知動作を行う第二警報装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシャーピン折損検出装置。
4. 前記シャーピンは、その一端から他端まで貫通形成された孔部を有し、当該孔部内に前記導電素子が挿通固定されていることを特徴とする請求項３記載のシャーピン折損検出装置。
5. 前記導電素子を熱電対としたことを特徴とする請求項３又は４記載のシャーピン折損検出装置。
6. 導電性を有するシャーピンに電源を接続して通電状態とした上で、
   前記シャーピンに流れる電流の大きさが零である場合に出力される第一の信号を出力する第一信号出力工程と、
   前記出力された第一の信号が入力された場合に報知動作を行う第一報知工程と、
   を有することを特徴とするシャーピン折損検出方法。
7. 請求項３〜５のいずれか一項に記載のシャーピン折損検出装置を用いて、
   前記導電素子に流れる電流の大きさが零である場合に報知動作を行う第二報知工程をさらに有することを特徴とする請求項６記載のシャーピン折損検出方法。
8. 厚板鋼板の上反りをガイドする通板ガイド装置におけるヘッダーガイドと、当該ヘッダーガイドを支持するリフティングビームとの連結部のシャーピンに、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシャーピン折損検出装置を適用したことを特徴とする厚板圧延装置。

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