JP3242803B2 - 圧延機 - Google Patents

圧延機

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JP3242803B2
JP3242803B2 JP30803194A JP30803194A JP3242803B2 JP 3242803 B2 JP3242803 B2 JP 3242803B2 JP 30803194 A JP30803194 A JP 30803194A JP 30803194 A JP30803194 A JP 30803194A JP 3242803 B2 JP3242803 B2 JP 3242803B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、板状あるいは帯状の金
属製品を製造する際に用いる圧延機に関する。
【0002】
【従来の技術】圧延トルクは、制御等に重要な値であ
り、特に、圧延トルクの絶対値を制御入力として用いる
制御(例えば、反り制御)では、圧延トルクの精度が、
制御の精度を左右する。この圧延トルクを測定する方法
として、電動機のトルクを電流、電圧から算出する方法
が特開平5−138223号公報に示されている。
【0003】また、「日本塑性加工学会編:板圧延、
(1993年)、P135,コロナ社」に示されている
様に、さらに高精度なデータが必要な場合には、圧延ロ
ールの駆動軸のねじれを直接測定する方法を用いる。た
とえば、「日本鉄鋼協会共同研究会 圧延理論部会編:
板圧延の理論と実際、(1984年)、P261、日本
鉄鋼協会」に、その具体的な方法が示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法は、いずれ
も圧延ロールの駆動軸のトルクを計測している。しかし
ながら、後述するように、ロール回転速度が一定の場合
には、駆動軸トルクと圧延トルクは一致するが、ロール
回転速度が変化した場合、ロールの慣性の影響が生じ、
駆動軸トルクと圧延トルクは一致しなくなる。したがっ
て、ロール回転速度を加速あるいは減速している圧延条
件において、従来法で測定した圧延トルク値を用いて、
例えば圧延反りの予測を行った場合、反りの予測誤差が
大きくなる等の問題があった。
【0005】本発明は、以上の点を鑑み、ロール回転速
度が変動する場合にも正確な上下圧延トルクが測定可能
な圧延機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するため、圧延機を構成する全てのロールに回転数
検出器を備え、全ての駆動ロールの駆動軸にトルク検出
器を備えた圧延機とすることを特徴とする。すなわち、
本発明の要旨とする処は、次の通りである。上下作業ロ
ールの他に、少なくとも1本以上の補強ロールを有する
多段圧延機で、圧延機を構成する全てのロールに回転数
検出器を備えるとともに、全ての駆動ロールの駆動軸に
トルク検出器を備えたことを特徴とする圧延機。
【0007】
【作用】以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。図1に本発明の圧延機の一例を示す。圧延機の上ロ
ール系は、上作業ロール1、上中間ロール2、上補強ロ
ール3とから構成され、下ロール系は、下作業ロール
1′、下中間ロール2′、下補強ロール3′とから構成
される。これらのロールは各々チョック(図示せず)に
支持され、圧延機のハウジング(図示せず)にて格納さ
れている。圧延材9は、上作業ロール1と下作業ロール
1′で所定の板厚に圧延される。駆動ロールは、上ロー
ル系は上作業ロール1、下ロール系は下作業ロール1′
であり、駆動モーター8、8′により駆動軸10を介し
て駆動力を受ける。また、各駆動軸10にはトルク検出
器7、7′が備えられている。このトルク検出器の例と
しては、圧延ロールと駆動モーターを連結する駆動軸に
抵抗線を貼付した歪ゲージ式の検出器がある。この場
合、トルクは、歪ゲージより測定された駆動軸のねじれ
により算出される。本発明のトルク検出器は、正確な駆
動軸トルクが測定できればいずれの形式でも良く、歪ゲ
ージ形式のものに限定されない。
【0008】各ロールの回転速度は、回転検出器4、
5、6、4′、5′、6′より、測定される。回転検出
器は、一般に圧延ロールと駆動モーターを連結する駆動
軸に設置されるパルス発信器とパルスカウンターから構
成される。この場合、パルス発信器から発信されるパル
ス数の単位時間当たりの数をパルスカウンターで測定
し、回転数を測定する。本発明の回転検出器は、正確な
ロール回転数(あるいはロール周速度)が測定できれば
いずれの形式でも良く、パルス発信器形式のものに限定
されない。
【0009】発明者らは、創意工夫の結果、以下に示す
ように、本発明の圧延機を用いれば、ロール回転速度が
変動する場合においても、正確な上下圧延トルクが測定
できることを見いだした。
【0010】圧延中での、それぞれのロールに作用する
力、およびトルクを図2に示す。記号の定義は以下の通
りである。 G1T :上作業ロール1の圧延トルク G1L :下作業ロール1′の圧延トルク T1T :上作業ロール(駆動ロール)の駆動
軸トルク T1L :下作業ロール(駆動ロール)の駆動
軸トルク F1T,F1T′ :上作業ロールと上中間ロール間の接
触面に作用する接線力 F2T,F2T′ :上中間ロールと上補強ロール間の接
触面に作用する接線力 F1L,F1L′ :下作業ロールと下中間ロール間の接
触面に作用する接線力 F2L,F2L′ :下中間ロールと下補強ロール間の接
触面に作用する接線力 R1T,R2T,R3T:上ロール系のロール半径 R1L,R2L,R3L:下ロール系のロール半径 ω1T,ω2T,ω3T:上ロール系のロール角速度 ω1L,ω2L,ω3L:下ロール系のロール角速度
【0011】この時、上ロール系(上作業ロール1、上
中間ロール2、上補強ロール3)に関する回転の運転方
程式は、各ロールの慣性モーメントをI1T,I2T,I3T
とすると、上作業ロール1に関しては、 T1T−G1T−F1T・R1T=I1T(dω1T)/dt …(1) 上中間ロール2に関しては、 F1T′・R2T−F2T・R2T=I2T(dω2T)/dt…(2) 上補強ロール3に関しては、 F2T′・R3T=I3T(dω3T)/dt …(3) となる。
【0012】F1T=F1T′およびF2T=F2T′なので、
式(1)、(2)、(3)を整理すると、上作業ロール
の圧延トルクG1Tは、式(4)で表すことができる。す
なわち、正確な圧延トルクは、軸トルクの値から各ロー
ルの慣性項の値(慣性モーメントとロール周速度の加速
度とに正比例)を差し引いた値となる。
【0013】
【数1】
【0014】下ロール系に関しても同様にして、
【数2】 となる。
【0015】式(4)、(5)から分かるように、ロー
ルの角速度が一定の場合には、 (dω1T)/dt=(dω2T)/dt=(dω3T)/dt=0 (dω1L)/dt=(dω2L)/dt=(dω3L)/dt=0 となり、駆動軸トルクと圧延トルクは等しくなる(T1T
=G1T,T1L=G1L)。すなわち、ロールの角速度が一
定の場合には、駆動軸トルクT1T,T1Lを測定すれば、
圧延トルクG1T,G1Lを測定したことになる。
【0016】一方、ロールの角速度が変化する場合に
は、式(4)、(5)より、正確な圧延トルクG1T,G
1Lを求めるためには、下記の値が必要なことが分かる。 全駆動軸の測定トルク T1T,T1L 全ロールのロール半径 R1T,R2T,R3T,R1L,R
2L,R3L 全ロールの慣性モーメント I1T,I2T,I3T
1L,I2L,I3L 全各ロールの角加速度 (dω1T)/dt,(dω2T)/dt,(dω3T)/d
t,(dω1L)/dt,(dω2L)/dt,(dω3L
/dt
【0017】ロールの測定は容易であり、ロールの慣
性モーメントは、ロール寸法とロールの密度より容易に
求めることができる。また、角加速度dω/dtは、単
位時間当たりのロール回転数Nの時間変化の計測によ
り、測定できる。角加速度に関しては、ロール間に滑り
が発生しない場合には、隣接するロール周速度が等しく
なるので、上下ロール系において、少なくとも各1本の
ロールの回転速度が測定できれば、他の全てのロールの
回転速度も、計算により求めることができる。しかし、
板先端噛込み時のような急減速あるいは急加速の圧延で
は、各ロール間に滑りが発生する場合もあり、そのよう
な条件下では、全ロールの角加速度を測定することが必
要になる。
【0018】すなわち、圧延機を構成する全てのロール
に回転数検出器を備え、全ての駆動ロールの駆動軸にト
ルク検出器を備えた本発明の圧延機においては、全駆動
軸の測定トルクおよび全各ロールの角加速度が測定でき
るので、ロールが加減速する場合に加えて、ロール間に
滑りが生じる条件においても、式(4)、(5)によ
り、正確な圧延トルクG1T,G1Lを求めることができ
る。
【0019】なお、上記では、6重圧延機の例で説明し
たが、補強ロールのロール本数が異なる多段圧延機、例
えば4段、8段圧延機の様な場合でも、全く同様にして
圧延トルクを求めることができる。また、上下ロールの
本数が異なる、例えば3段圧延機の様な場合も同様であ
る。さらに、駆動軸のロールがいずれのロールであって
も、やはり同様の方法で圧延トルクが求まる。
【0020】
【実施例】
(実施例および比較例)表1に仕様を示す本発明の4段
圧延機を用いて、上下面に温度差(上面が高温)を有す
るスラブ(板厚75mm、板幅2510mm)を板厚65mm
まで圧延し、圧延トルクを測定算出した。また、そのト
ルク測定算出値により、昭和61年度日本塑性加工学会
春季講演会論文集、第235〜第238頁の山田らの論
文「剛塑性有限要素法による非対称圧延の解析」に開示
されているようなオフラインの解析モデルを用いて、反
りの予測を行い、実際の反りと比較した。ここで、実施
例、比較例1、比較例2は以下の通りである。
【0021】・実施例:上下作業ロールにトルク検出
器、回転数検出器を有し、上下補強ロールに回転数検出
器を有する圧延機 ・比較例1:上下作業ロールにトルク検出器を有する圧
延機(上下作業ロール、上下補強ロールに回転検出器無
し) ・比較例2:上下作業ロールにトルク検出器、回転数検
出器を有する圧延機(上下補強ロールに回転検出器無
し)
【0022】ロールの回転速度すなわちロールの角速度
を一定とした場合の圧延トルク測定結果、反りの予測値
および反りの実測値を表2(条件1)に示す。この場
合、上述したように、圧延トルクと駆動軸トルクは等し
いので、実施例および比較例1、2の圧延トルクの値は
良く一致しており、反りの予測も実測値に良く一致し
た。
【0023】次に、ロールの回転速度が変化した場合の
圧延トルク測定結果、反りの予測値および反りの実測値
を表2(条件2)に示す(ただし、作業ロールと中間ロ
ール間の滑りは発生していない)。この場合、角速度が
減速しているので、圧延トルクは、駆動軸トルクより大
きな値となる。実施例では、全てのロールの回転速度を
直接測定できるので、全てのロールの慣性が考慮でき、
測定トルクは真の圧延トルクとなり、反りの予測値も実
測値に良く一致した。一方、ロールの慣性を考慮できな
い比較例1では、測定トルクは真の圧延トルクよりも小
さな値を示し、反りの予測も大きな誤差が生じた。比較
例2では、作業ロールの回転速度より、補強ロールの回
転速度が計算できるので(ロール間の滑りが無いため
に、作業ロールと補強ロールのロール周速度は等し
い)、全てのロールの慣性が考慮できる。したがって、
測定トルクは真の圧延トルクであり、反りの予測値も実
測値に良く一致した。
【0024】さらに、ロールの回転速度が変化し、かつ
作業ロールと中間ロール間との間に滑りが発生した場合
の圧延トルク測定結果、反りの予測値および反りの実測
値を表2(条件3)に示す。実施例では、全てのロール
の回転速度を直接測定できるので、ロール間の滑りが生
じても、全てのロールの慣性を正確に考慮でき、測定ト
ルクは真の圧延トルクとなり、反りの予測値も実測値に
良く一致した。比較例1では、上記と同様、測定トルク
は真の圧延トルクよりも小さな値を示し、反りの予測も
大きな誤差が生じた。一方、比較例2では、作業ロール
と補強ロールのロール周速度は等しいとして、全てのロ
ールの慣性を計算することになるため、補強ロールの角
加速度は、−10.0 rad/s2 となる。したがって、ロ
ールの慣性の影響を大きく見積り過ぎ、測定トルクは真
の圧延トルクよりも大きな値を示し、反りの予測も大き
な誤差が生じた。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【発明の効果】本発明の圧延機を用いると、板の噛込み
時および尻抜け時等のロール回転速度が変化する圧延時
においても正確な圧延トルクが測定できるので、上下圧
延トルクの絶対値を制御入力として用いる制御(例え
ば、反り制御)の精度を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧延機の一例を示す図。
【図2】本発明の圧延機の各ロールに作用する力および
モーメントを示す図。
【符号の説明】 1 作業ロール 2 中間ロール 3 補強ロール 4 作業ロールの回転検出器 5 中間ロールの回転検出器 6 補強ロールの回転検出器 7 駆動軸のトルク検出器 8 駆動モーター 9 圧延材 10 駆動軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−138223(JP,A) 特開 昭64−31509(JP,A) 特開 昭57−127512(JP,A) 特開 昭50−134955(JP,A) 特開 昭53−70958(JP,A) 特開 平8−88989(JP,A) 特開 平7−164031(JP,A) 特開 平7−132308(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 37/00 B21B 37/28 B21C 51/00 B21B 13/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上下作業ロールの他に、少なくとも1本
    以上の補強ロールを有する多段圧延機において、該圧延
    機を構成する全てのロールに回転数検出器を備えるとと
    もに、全ての駆動ロールの駆動軸にトルク検出器を備え
    たことを特徴とする圧延機。
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