JP4318035B2 - ピンチロールユニット - Google Patents

Description

本発明は、バーおよびロッド製品を製造する熱間圧延機に関し、特に、ミル通過ラインに沿った多様な場所でこのような製品の移動を加速および／または減速するために用いる、ピンチロールユニットおよびそれに関連する制御における改良に関する。

ピンチロールユニットは従来、ロッドミルに使用して、小さい寸法の製品の水槽内での移動や、大きな寸法の製品のレイイングヘッド（laying head）での移動を加速した。あるいは、ピンチロールユニットを用いて、冷却床に向かって移動するバー製品を減速したり制止することもできるし、最後のミルスタンドを離れて次のレイイングヘッドに到着するまでのロッド製品の後端の移動が加速されることを防止することもできる。

所望の機能を達成するには、ピンチロールのクロージャ時期を正確に決定しなければならない。また、ピンチロールが付与するピンチ力とトルクとを綿密に制御、協調させて、製品に痕がつかないようにもしなければならない。痕は、ピンチ力が強すぎる場合か、ピンチ力と駆動トルクとのバランスが悪い場合、製品の表面でロールの擦れが生じる可能性がある。

従来のピンチロールユニットは電気モータを用いてピンチロールを駆動し、圧縮空気によって駆動されるリニアアクチュエータを用いてピンチロールの開閉を行っている。このようにピンチロールの開閉を行うことには問題があることが分かった。この問題は、圧延機内に通常存在する圧縮空気の変動、および比較的遅い反応時間に起因する。このような遅い反応時間は、ソレノイドバルブの非作動時間、シリンダが閉じる時間、ピストンのストローク距離が主な原因である。このような問題は特に、高速で圧延を行う環境下にあっては深刻である。例えば、製品の送り出し速度が日常的に１００ｍ／秒を超える圧延機を用いた場合等である。

本発明の主な目的は、上記の問題を排除または少なくとも大幅に軽減することであり、これは、従来の圧縮空気で駆動されるリニアアクチュエータを、より信頼できて作動速度が速い電気的に駆動されるクロージャ機構で代用することによって実現する。

本発明に係るピンチロールユニットは、圧延機の通過ラインに沿って移動する製品の移動を加速または減速する。このピンチロールユニットは一対のレバーを有する。このレバーは互いに平行な第１の軸周りで揺動するように装着されており、このレバーにはロールシャフトが保持されている。ロールシャフトの各々は、それぞれのレバーの第１の軸と平行である第２の軸周りで回転するように軸受されている。それぞれのロールシャフトにはピンチロールが設けられ、このピンチロールが相互に離れて配置されることで、ミルによって処理される製品を受け取る隙間を規定している。

電気的に駆動される第１のモータは中間連結部を介して動作することができ、レバーをそれぞれの第１の軸周りで反対方向に揺動させ、これによって、製品に接触しない開位置と、製品に接触してこれを把持する閉位置との間でピンチロールを調整する。電気的に駆動される第２のモータはピンチロールを回転可能に駆動する。

第１のモータは、ディスククランクを駆動して第１および第２の軸に平行である第３の軸周りで回転させるサーボモータであって、連結部材によってディスククランクを、ロールシャフトを保持するレバーに機械的に接続することが効果的である。

ピンチロールユニットは検出装置と関連して動作することが好適である。この検出装置は例えば熱鋼検出装置であって、ピンチロールによって規定される空間の前段にある通過ラインに沿った位置に製品が存在することを示す信号を生成する。制御システムは検出装置信号が送出する信号に応じて動作し、第１のモータを正確に動作させて、ピンチロールを開位置と閉位置の間で調整する。制御装置は、ピンチロールが製品に加える圧力を制御するように動作できることが好適である。この圧力制御は、第１のモータが付与するトルクを変えることによって実現できることが効果的である。

本発明の上記およびこれら以外の特徴や効果を、添付の図面を参照しながら、より詳細に説明する。

最初に図１を参照する。この図は、高速圧延機の例示的な送り出し端を示す。これは、例えば米国再発行特許第２８，１０７等に開示される種類の仕上げブロック１０を有する。熱間圧延されたロッドがミル通過ラインＰＬに沿って仕上げブロックから通常１００ｍ／秒を超える速度で送出される。このロッドは順次、水槽１２，１４，１６で冷却された後にレイイングヘッド１８に送られる。レイイングヘッド１８は、このロッドを、連続したリング２０の列にする。この列を冷却コンベア２２上にオフセットパターンに配置する。冷却コンベア２２によってこのリングをリフォーミングステーション（図示せず）に送り、集めてコイルにする。

本発明に係るピンチロールユニット２４、２６はミル通過ラインＰＬに沿って配置されている。ピンチロールユニット２４は主に駆動モードで動作して製品を前進させたり、製品が確実に最後の水槽１６を通過するようにする。ピンチロールユニット２６は制動モードで動作して、ブロック１０を過ぎた後に加速する傾向が見られる小さな寸法の製品の後端の移動速度を遅くするか、駆動モードで動作して、遅い速度でレイイングヘッド１８を通過中の大きな寸法の製品を押し出したりする。

更に図２および図３を参照する。これらの図は、本発明に係るピンチロールユニット２４、２６を示す。これらの各々はハウジング２８を有し、ハウジング２８内には一対のレバー３０ａ，３０ｂが互いに平行である第１の軸Ａ₁周りで揺動するように装着されている。レバー３０ａ、３０ｂにはロールシャフト３２ａ、３２ｂが保持されており、ロールシャフトの各々は、それぞれのレバーの第１の軸Ａ₁に平行である第２の軸Ａ₂の周りで回転するように軸受されている。ロールシャフトの各々にはピンチロール３４が保持され、これらのピンチロール３４は相互に一定の間隔をあけることで、双方の間にミル通過ラインＰＬに沿って移動する製品を受け取る隙間を規定する。

電気的に駆動される第１のモータ３６はプラネタリギアユニット３８を介して動作して、ディスククランク４０を、第１および第２の軸Ａ₁、Ａ₂と平行な第３の軸Ａ₃周りで回転させる。連結部材４２の両端部は、軸４４においてディスククランク４０と、また軸４６においてレバー３０ａ、３０ｂから突起した耳部と、それぞれ軸支接続されている。

ディスククランク４０および連結部材４２は、モータ３６およびそのギアユニット３８をレバー３０ａ、３０ｂに機械的に接合する連結部として機能する。モータはこの連結部を介して動作でき、レバーをそれぞれの第１の軸Ａ₁周りで揺動させ、それによって、ミル通過ラインに沿って移動する製品に接触しない開位置と、製品に接触して把持する閉位置との間でピンチロール３４を調整する。

ロールシャフト３２ａ、３２ｂには歯状部４８が設けられている。歯状部４８は、駆動シャフト５２ａ、５２ｂに担持された駆動ギア５０ａ、５０ｂとかみ合う。駆動シャフト５２ａは位置５４において、電気的に駆動される第２のモータ５６と結合する。モータ５６はピンチロール３４を駆動する手段として作用する。

更に図４を参照する。この図は、ピンチロールユニット２４、２６の第１および第２のモータ３６、５６がプログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）によって制御されることを示す。ＰＬＣは、ミル制御システムによって生成される製品速度信号５８に応じて、仕上げブロック１０の排出端に設けられる熱鋼検出装置（ＨＭＤ−１）およびピンチロールユニット２４、２６のそれぞれの直前に設けられる熱鋼検出装置（ＨＭＤ−２）によってそれぞれ生成される制御信号６０、６２、６４によって動作する。製品速度を示す信号５８によってＰＬＣは、通過ラインに沿ったある地点から隣の地点、例えば、熱鋼検出装置とそれに対応するピンチロールユニットとの間を製品が移動する時間を検出できる。製品速度が変化することは、圧延処理されている製品の寸法が変更されたことも示す。

熱鋼検出装置によって生成された信号は、通過ラインに沿ったそれぞれの位置を製品の前端および後端が通過することを示す。

図５は、複数のピンチロールユニットの中の１個について、前端ピンチ列を制御する処理を示す。この処理を開始するにあたって、モータ５６が動作してピンチロール３４を駆動しているか否かを検出する（ステップ６６）。ピンチロール３４が駆動されていなければ、この処理は打ち切られる（ステップ６８）。ピンチロール３４が駆動されていれば、システムは次にサーボモータ３６がイネーブル状態にあるか否かを検出する（ステップ７０）。サーボモータ３６がイネーブル状態でなければ、この処理は打ち切られる。サーボモータ３６がイネーブル状態であれば、システムは次に、熱鋼検出装置ＨＭＤ−１から受信した前端存在信号６０に応じてＰＬＣがピンチコマンドを供給することを待つ（ステップ７２）。製品速度信号５８の分析に基づいて、システムは製品の寸法が変更されたか否かを判断する（ステップ７４）。製品の寸法が変更されていれば、システムはＨＭＤ−２に前端が到着することを待つ（ステップ７６）。その位置に前端が到着するとシステムは、サーボモータ３６に対する電流制限値を設定する（ステップ７８）。これがピンチロール３４によって製品に適用される最大ピンチ圧力を決定する。次にサーボモータ３６の動作によってピンチロール３４をゆっくり移動させて製品と接触させ、電流を事前に設定された制限値まで増加する（ステップ８０）。所定の遅延（例えば５秒）後（ステップ８２）、システムはピンチロールの接触前位置を決定する（ステップ８４）。これは製品の表面と接触するよりも短い距離をとったのであって、例えば接触位置より２ｍｍ短い等である。次にシステムは、ミル制御システムから開コマンドが到着するのを待つ（ステップ８６）。その後、サーボモータ３６に信号を送ってピンチロールを全開位置まで移動する（ステップ８８）。

一方、製品寸法が変更されていなければ（ステップ７４）、システムはピンチロールを以前に決定された接触前位置まで移動する（ステップ９０）。次にシステムは、ＨＭＤ−２に前端が到着するのを待つ（ステップ９２）。その後、サーボモータ３６の電流制限値を設定し（ステップ９４）、サーボモータ３６を励磁して、ピンチロール３４をその接触前位置から製品に接触する位置まで素早く移動させる。その後、電流を事前に設定された制限値まで増加する（ステップ９６）。次にシステムはステップ８４〜８８の処理を順に行う。

当業者は、同様の手順によって製品の後端をピンチしたり、状況によっては製品の全長をピンチしたりできることがわかるだろう。

本発明は、現在使用されている圧縮空気で駆動されるピンチロールユニットや制御システムを凌駕する多数の利点を提供する。例えば、サーボモータ３６は反応時間が早いので、ＨＭＤ−２検出装置をピンチロールユニットの近くに配置することができ、ピンチロールユニットを通過する前端から１ｍ以内で製品をピンチできる。これに対して、反応が遅い圧縮空気で駆動されるシステムを使用した場合には、熱鋼検出装置はピンチロールユニットからかなり前方に設置しなければならない。これは通常、仕上げブロック１０の上流である。製品の移動を加速および減速させる間、サーボモータ３６のトルク制限値性能および駆動モータ５６の速度制御を、適切にバランスさせたピンチロールトルクおよびピンチ力に電子的に結合することができ、これによって製品の表面に痕が残ることを回避する。ピンチロールの接触前位置は記録することができ、同じ寸法の製品に対して繰り返し使用できる。電気的に駆動されてピンチ工程を行うシステムは、空気が圧縮性を有するが故に、製品の寸法が変更されるとピンチ力に好ましくないバラツキが生じることがある従来の圧縮空気によって制御されるシステムより確実である。

本発明に係るピンチロールユニットを装備する圧延機の送り出し端部の概略図である。 図１に示すピンチロールユニットの１個の水平断面図である。 図２の線分３−３に沿った垂直断面図である。 各ピンチロールユニットのピンチ列を制御するためのシステムの概略図である。 標準的なピンチ列を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 仕上げブロック、１２，１４，１６ 水槽、１８ レイイングヘッド、２２ 冷却コンベア、２４，２６ ピンチロールユニット、２８ ハウジング、３０ａ，３０ｂ レバー、３２ａ，３２ｂ ロールシャフト、３４ ピンチロール、３６ モータ、３８ ギアユニット、４０ ディスククランク、４２ 連結部材、４８ 歯状部、５０ａ，５０ｂ 駆動ギア、５２ａ，５２ｂ 駆動シャフト、５６ 第２のモータ、６０、６２、６４ 制御信号、ＰＬＣ プログラム可能論理制御装置、ＨＭＤ−１，ＨＭＤ−２ 熱鋼検出装置、 ＰＬ ミル通過ライン。

Claims (7)

1. 圧延機の通過ラインに沿って移動する製品を加速または減速するピンチロールユニットであって、
   互いに平行である第１の軸周りで揺動するように装着された一対のレバーと、
   前記レバーに保持され、それぞれのレバーの第１の軸と平行な第２の軸周りで回転するように軸受されたロールシャフトと、
   前記ロールシャフトに保持され、相互の間に前記製品を受け取る空間を規定するピンチロールと、
   電気的に駆動される第１のモータと、
   前記第１のモータを前記レバーに機械的に結合する連結手段であって、前記第１のモータは前記連結手段を介して動作して前記レバーを前記第１の軸周りで揺動させ、前記製品に接触しない開位置と、前記製品に接触して相互の間で前記製品を把持する閉位置との間で前記ピンチロールを移動する連結手段と、
   前記ピンチロールを回転可能に駆動する、電気的に駆動される第２のモータと、
   前記ピンチロール間に規定された空間の前段である前記通過ラインに沿った位置に前記製品が存在することを示す信号を生成する検出手段と、
   所定の製品寸法について前記信号に応じて動作し、前記開位置と前記閉位置との間に前記ピンチロールの接触前位置を決定し、前記接触前位置を記憶し、同じ寸法の後続の製品に対し、前記ピンチロールを前記開位置から前記接触前位置に迅速に移動させ、前記ピンチロールを前記接触前位置から前記閉位置に引き続き素早く移動させる制御手段と、
   を有するピンチロールユニット。
2. 前記連結手段は、
   前記第１のモータによって駆動されて、前記第１および第２の軸に平行である第３の軸周りで回転するディスククランクと、
   一対の連結部材であって、各々がその両端部において前記ディスククランクおよび前記レバーのそれぞれ１個と軸支結合される一対の連結部材と、
   を有する、請求項１に記載のピンチロールユニット。
3. 前記制御手段は、前記ピンチロールによって前記製品に適用される圧力を制御するように追加的に動作する、請求項１に記載のピンチロールユニット。
4. 前記第１のモータによって付与されるトルクを変化させることによって、前記ピンチロールによって前記製品に適用される圧力を制御する、請求項４に記載のピンチロールユニット。
5. 前記第１のモータはサーボモータである、請求項１に記載のピンチロールユニット。
6. 前記制御手段は、前記製品寸法の変更に応じて、前記接触前位置を変更するように追加的に動作する、請求項１に記載のピンチロールユニット。
7. 熱間圧延された製品をピンチロール間で通過ラインに沿って進め、電気的に駆動されるサーボモータによってピンチロールを開閉する圧延機において、前記ピンチロールの動作を制御する方法であって、
   （１）前記ピンチロールの前段の通過ラインに沿った位置に製品が到着すること、および製品の速度を検出し、
   （２）（１）のステップの結果に基づいて、製品寸法が以前の寸法から新規の寸法に変更されたか否かを検出し、
   （３）（２）のステップの結果に基づいて、
   （ａ）製品寸法が変更されている場合、
   （ｉ）所定のピンチロール圧力を前記製品に加えるために前記サーボモータに適用する電流制限値を設定し、
   （ｉｉ）前記サーボモータを励磁して前記ピンチロールを全開位置から閉位置にゆっくり移動して前記製品と接触させて前記所定のピンチロール圧力を実現し、
   （ｉｉｉ）前記ピンチロールを前記全開位置から、前記製品から短い距離をあけた接触前位置に移動するための前記サーボモータの暫定設定を決定、保存し、
   あるいは、
   （ｂ）製品寸法が変更されていない場合、
   （ｉ）以前に保存された暫定設定にしたがって前記サーボモータを励磁して、前記ピンチロールを前記全開位置から前記以前に保存された暫定設定によって得られた接触前位置まで迅速に移動し、
   （ｉｉ）所定のピンチロール圧力を前記製品に加えるために前記サーボモータに適用する電流制限値を設定し、
   （ｉｉｉ）前記ピンチロールを前記接触前位置から素早く移動して前記製品と接触させて前記所定のピンチロール圧力を前記製品に適用し、
   （ｉｖ）前記サーボモータに対する、更新された暫定設定を決定、保存し、
   （４）ピンチロール開コマンドを受信することを待ち、
   （５）前記サーボモータを励磁して、前記ピンチロールをそれぞれの全開位置に戻す、
   方法。
   

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