JP5088175B2

JP5088175B2 - 回転軸の異常診断装置

Info

Publication number: JP5088175B2
Application number: JP2008049545A
Authority: JP
Inventors: 慶晃西名; 大輔今西; 和成石野; 陽一吉永; 美孝林
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP2009204565A

Description

本発明は、回転軸において発生する亀裂や磨耗発生等の異常を診断する異常診断装置に関し、特に、回転軸の亀裂の発生や進展に伴って発生する弾性波信号をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサで検出する異常診断装置に関する。

従来より、鋼板などを圧延する圧延機には、鋼板を圧延する一対の圧延ローラにモーターから駆動力を伝達するために、ギアや回転軸が多数介在している。
各々のスピンドルを支持する軸受は、使用条件によっては、運転中に微細な磨耗粉等が発生し、磨耗粉が異物となって潤滑油に混入して焼き付き等の異常が発生したり、亀裂等の損傷が発生することがある。
このような異常や損傷の存在を検知する手段としては、加速度計等の振動センサで圧延機等の振動を計測する手段や、軸受の亀裂の発生や進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ信号）をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサで計測する手段が挙げられる。そして、これらの検知手段は軸受に取付けられることが多い。

しかしながら、圧延機における亀裂や磨耗等の異常発生は、軸受だけでなく、スピンドルそのものに発生することがある。
この場合、従来の軸受に設けられたＡＥセンサは、スピンドルの亀裂発生や進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ信号）を、軸受経由で受信することとなる。
しかし、軸受に取付けたＡＥセンサによって、軸受を介してスピンドルの異常を検出する方法では、スピンドルから発生する弾性波（ＡＥ信号）が減衰してしまうという問題がある。
このような問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に記載の技術が開示されている。

図６は、特許文献１における異常診断装置を示す図である。図６に示すように、特許文献１に記載の異常診断装置は、回転体２３にＡＥセンサ１を直接設置し、このＡＥセンサ１が検知したＡＥ信号を、異常診断手段を備えた受信装置（図示せず）に無線で伝送する方法である。
特開平９−２６４１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、回転体に直接設置されたＡＥセンサが検知したＡＥ信号を異常診断手段に無線で伝送するため、無線で伝送した信号にノイズが含まれる。このノイズの発生によって、微弱なＡＥ信号をＡＥセンサが検出できない可能性があり、結果として異常診断の検出の精度の低下をもたらしていた。
また、ＡＥセンサや送信アンテナが回転体に設置されるため、ＡＥセンサや送信アンテナへの給電方法に課題が残されている。給電方法としては、例えば、スリップリングなどを用いることが挙げられる。しかし、このような給電方法によっても、ノイズの発生やスリップリングにおける接触不良などの問題が生じやすく、異常診断の検出の精度が低下する結果を招くことになる。なお、特許文献１には、このような問題を解決する手段については何ら開示されていない。
従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸の亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を、減衰させることなく受信することができる異常診断装置を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明のうち請求項１に係る回転軸の異常診断装置は、回転軸に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上の弾性波検出手段と、その弾性波検出手段に有線接続され、前記弾性波検出手段で検出された弾性波に基づいて前記回転軸の異常を解析する解析手段とを有する回転軸の異常診断装置であって、磁性流体が充填されると共に、前記弾性波検出手段が設けられた流体貯留部を有し、前記回転軸と、前記流体貯留部との間に前記磁性流体を保持する磁石が前記流体貯留部に設けられたことを特徴としている。
また、上記問題を解決するため、本発明のうち請求項２に係る回転軸の異常診断装置は、流体貯留部を保持する保持手段が、前記回転軸が設置された圧延機に設けられたことを特徴としている。

本発明のうち請求項１に係る回転軸の異常診断装置によれば、スピンドル（回転軸）の下側の断面形状に合わせてスピンドルの軸方向に切り欠かれてスピンドルの下側を覆う形状をなし、スピンドルの少なくとも一部に接する磁性流体が充填され、縁部に磁石を設置した流体貯留部に前記弾性波検出手段を設けたので、スピンドルにおける亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を減衰させることなく直接受信することができる。また、弾性波検出手段と解析手段とが有線接続されているので、得られた弾性波をＡＥ信号として解析手段に送信する際、無線送信によるノイズ減衰が発生しない。

特に、スピンドルに生じた亀裂等を伝播する媒体に磁性流体を用い、この磁性流体を保持する磁石を、磁性流体が充填された流体貯留部のスピンドル側に設置しているため、磁性流体の保持力が高く、弾性波の伝播性を維持することができる。そして、このような構成により、単に、回転軸とＡＥセンサとの間に媒体として流体を介在させるよりも弾性波の伝播性を維持することができる。
また、本発明のうち請求項２に係る回転軸の異常診断装置によれば、前記流体貯留部を保持する緩衝部材が、前記回転軸が設置された圧延機に設けたので、スピンドルの直下に流体貯留部を設置するスペースが乏しい場合でも流体貯留部を設置することができる。

以下、本発明に係る回転軸の異常診断装置方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る回転軸の異常診断装置の一実施形態における構成を示す概略図である。
図１に示すように、圧延機１は、モーター（電動機）８と、モーター８の駆動力をスピンドル４ａ，４ｂに伝達するピニオンギア６ａ，６ｂ、及び減速機７と、スピンドル４ａ，４ｂに連結され、鋼材５０を挟んで圧延する一対の圧延ロール２ａ，２ｂとを有する。

スピンドル４ａ，４ｂは、圧延ロール２ａ，２ｂの回転軸５ａ，５ｂにそれぞれ連結されている。スピンドル４ａ，４ｂのそれぞれには、相互に噛み合わされたピニオンギア６ａ，６ｂが連結されている。ピニオンギア６ａには、減速機７を介して、モーター８の駆動力を伝達する回転軸９が連結されている。回転軸５ａ，５ｂの両端部、スピンドル４ａ，４ｂ、及び回転軸９には、これらをそれぞれ支持する複数の軸受３が設けられている。

そして、スピンドル４ａ，４ｂの下方には、後述する磁性流体を充填した流体貯留部１１ａ，１１ｂが設置されている。この流体貯留部１１ａ，１１ｂは、圧延機１の接地面に設けられた支持手段１５ａ，１５ｂ上に設置されている。また、流体貯留部１１ａ，１１ｂの外壁面には、スピンドル４に亀裂が発生したときに発生する弾性波（ＡＥ信号）を検出するためのＡＥセンサ１２ａ，１２ｂが設置されている。

すなわち、圧延機１は、モーター８からの出力が、減速機７を介して伝達されたピニオンギア６ａ，６ｂで上下に分配されて、スピンドル４ａ，４ｂへと駆動力が伝達される。駆動力が伝達されたスピンドル４ａ，４ｂは、回転軸５ａ，５ｂを介して、圧延ロール２ａ，２ｂを回転させて、鋼材５０を圧延する。なお、流体貯留部１１ａ，１１ｂには、スピンドル４の外周面に接触するように、磁性流体が充填されている。

磁性流体としては、磁性を有した液体状であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、スピンドル４に長く保持される目的で、スピンドル４の回転速度に応じた粘性や、耐熱性を有していることが好ましい。
磁性流体の例としては、直径が１０ｎｍ程度の磁性超微粒子と、主成分である水、有機溶剤、又は油等の液体（分散媒）、及びその粒子に吸着して粒子を液体（分散媒）中に安定して分散させるための界面活性剤の３成分よりなるコロイド溶液がある。磁性流体は、磁界が零のときは磁性のない液体であるが、磁石等を近づけて磁界を作用させると磁化する。一方、磁性流体から磁石等を遠ざけると、磁性流体の磁界は取り除かれる。

図２は、本発明に係る異常診断装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、異常診断装置１０は、弾性波検出手段１０ａ，１０ｂと、解析手段１６とを有する。弾性波検出手段１０ａ，１０ｂは、流体貯留部１１ａ，１１ｂにそれぞれ設けられたＡＥセンサ１２ａ，１２ｂと、各ＡＥセンサ１２ａ，１２ｂに接続されたプリアンプ１３ａ，１３ｂとを有する。解析手段１６は、具体的には、ＡＥ信号を解析する手段であり、プリアンプ１３ａ，１３ｂに接続されている。プリアンプ１３ａ，１３ｂと、解析手段１６とは有線で接続されている。このため、弾性波検出手段１０ａ，１０ｂで得られた弾性波をＡＥ信号として解析手段１６に送信する際、無線送信によるノイズ減衰が発生しない。

このように構成された異常診断装置１０は、ＡＥセンサ１２ａ、１２ｂの出力がプリアンプ１３ａ，１３ｂを経由して増幅され、解析手段１６でフーリエ変換等の信号処理がなされて、スピンドル４における異常が検出可能にされている。
ここで、図３は、流体貯留部の構成を示す図であり、図３（ａ）は、スピンドル４ａと流体貯留部１１ａとの構成を示す側面図であり、図３（ｂ）は、圧延ロール２ａ側から見たスピンドル４ａと流体貯留部１１ａとの構成を示す図であり、図３（ｃ）は、流体貯留部１１ａとの構成を示す斜視図である。

図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示すように、圧延機１の接地面に設けられた支持手段１５ａ上に設置された流体貯留部１１ａは、スピンドル４ａの下側を覆う形状をなしている。
図３（ｃ）に示すように、流体貯留部１１ａは、スピンドル４ａに対向する側に、所定の間隙を有して、開口部１８が形成されている。開口部１８は、スピンドル４ａの下側の断面形状に合わせてスピンドル４ａの軸方向に切り欠かれている。開口部１８におけるスピンドル４ａ側の内壁面には、磁石１４ａが設置されている。流体貯留部１１ａの内部には、磁性流体が充填されている。

このように、開口部１８とスピンドル４ａとが所定の間隙を有し、開口部１８におけるスピンドル４ａ側の内壁面に磁石１４ａが設けられることにより、流体貯留部１１ａ内に充填した磁性流体がスピンドル４ａに常に接触する。従って、流体貯留部１１ａの外壁面に設置されたＡＥセンサ１２ａは、磁石１４ａによって開口部１８の上端面とスピンドル４ａとの間に保持された磁性流体を介してスピンドル４ａ内部で発生した弾性波を高い精度で検知することができる。

（他の実施形態）
図４は、本発明に係る異常診断装置の他の実施形態における構成を示す概略図である。
図５は、本発明に係る異常診断装置の他の実施形態における流体貯留部の構成を示す概略図である。図４及び図５に示すように、本実施の形態では、流体貯留部１１ａ，１１ｂは、減速機７におけるスピンドル４の設置側の壁面に、緩衝部材１７ａ，１７ｂを介して取り付けられている点が、上記実施形態と異なる。緩衝部材１７ａ，１７ｂとしては、例えば、防振ゴムが挙げられる。このように、流体貯留部１１ａ，１１ｂを保持する緩衝部材１７ａ，１７ｂを圧延機に設けたので、スピンドル４ａ，４ｂの直下に流体貯留部１１ａ，１１ｂを設置するスペースが乏しい場合でも流体貯留部１１ａ，１１ｂを設置することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、流動体貯留部１１ａ，１１ｂを、スピンドル４ａ，４ｂの端部（図示せず）に設けてもよい。
また、１つのスピンドル４に、ＡＥセンサ１２を流動体貯留部１１と共に、それぞれ複数設けることが好ましい。ＡＥセンサ１２及び流動体貯留部１１を複数設けることによって、スピンドル４の異常を高い精度で検知するだけでなく、その異常が発生している箇所を特定しやすくなる。

本発明に係る異常診断装置が設置される圧延装置の構成を示す概略図である。本発明に係る異常診断装置の一実施形態における構成を示す概略図である。流体貯留部の一実施形態における構成を示す概略図である。本発明に係る異常診断装置の他の実施形態における構成を示す概略図である。流体貯留部の他の実施形態における構成を示す概略図である。従来の異常診断装置を備えた圧延装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１圧延装置
２ａ，２ｂ圧延ロール
３軸受
４ａ，４ｂスピンドル
１０異常診断装置
１１磁性流体貯留部
１２ＡＥセンサ
１４磁石
１５支持手段
１６解析手段
１７緩衝部材

Claims

回転軸に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上の弾性波検出手段と、その弾性波検出手段に有線接続され、前記弾性波検出手段で検出された弾性波に基づいて前記回転軸の異常を解析する解析手段とを有する回転軸の異常診断装置であって、前記回転軸の下側の断面形状に合わせて前記回転軸の軸方向に切り欠かれて前記回転軸の下側を覆う形状をなし、磁性流体が充填されると共に、前記弾性波検出手段が設けられた流体貯留部を有し、前記回転軸と、前記流体貯留部との間に前記磁性流体を保持する磁石が前記流体貯留部に設けられたことを特徴とする回転軸の異常診断装置。
前記流体貯留部を保持する緩衝部材が、前記回転軸が設置された圧延機に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転軸の異常診断装置。