JPH0347929B2

JPH0347929B2 -

Info

Publication number: JPH0347929B2
Application number: JP61081077A
Authority: JP
Inventors: Muneharu Takahashi
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1986-04-10
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1991-07-22
Also published as: US4858459A; DE3725497A1; JPS62238005A; IN166795B

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、ピルガー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、特殊なキヤリパーをもつ
た一対のピルガーミルロールとマンドレルロツド
との間で素管を圧延し、継目無鋼管を製造する。
その構成のおよび動作は、第２図の従来例の模式
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にコンロツド
５およびＶバランサ用コンロツド６をそれぞれ連
結し、該コンロツド５の先端に、一対のピルガー
ミルロール７，７を装着したピルガーミルスタン
ド８を連結するとともに、前記Ｖバランサ用コン
ロツド６の先端にＶバランサ９を吊下する。

そして、メイン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
びコンロツド５を介して、ピルガーミルスタンド
８が往復動する。その往復動に伴い、ピルガーミ
ルロール７は、図示しないラツクとピニオンによ
り回転し、素管を圧延する。これを更にいえば、
ピルガーミルロール７が回転し、マンドレルロツ
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、更に該ロール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、ピルガー式圧延機は、ピルガー
ミルロール７を装着したピルガーミルスタンド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、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、慣性力による偶力に
よつて、アンバランスが発生する。したがつて、
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、従来のピルガー式圧延機では、かか
る扇形バランサ４およびＶ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
のアンバランスがなくせない。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とコンロツド５の長さＬの比を小
さくしなければならないため、コンロツド５の長
さＬ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
ンバン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ツド５やクラ
ンク軸２等で受けているため、高速化すれば、こ
の慣性力に耐える構造は非現実的なものとなり、
高速化には限界がある。(4)Ｖバランサ９を備える
ため、例えば素管φ260mm鋼管を圧延するための
ピルガーミル圧延機は、深さ約８ｍの基礎工事を
必要とし、ひいては、Ｖバランサ９回りのメンテ
ナンスも困難となる。

一方、一対のピルガーミルロールを装着したピ
ルガーミルスタンドを往復動させるピルガー式圧
延機において、該ピルガーミルスタンドにエアシ
リンダのピストンロツドを連結し、該エアシリン
ダに圧縮エアを供給して、該ピルガーミルスタン
ドの往復動の慣性力をバランスさせようとする慣
性力バランス法が知られている（英国特許第
1355733号明細書参照）。

しかしながら、かかる公知の慣性力バランス法
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
圧縮機やエアシリンダが大型となるのみならず、
ピルガーミルロールの素管を圧延する力を圧縮エ
アで助勢しようとしても、圧縮エアでは強力な力
が発揮できない、という問題があつた。しかも、
圧縮エアで、エアシリンダを駆動させて、前記往
復動の慣性力をバランスさせようとすれば、その
駆動源に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除
くため創作されたもので、すなわち、クランク軸
によつて回転運動から往復運動に変換した動力で
往復動させるピルガーミルスタンドの往復動の慣
性力を、バネによりバランスさせるとともに、複
数のバネの選択使用をクランク軸の回転角速度に
より制御することにより、バランスのための外力
を可及的に省力化し、かつ、バネの装着他端位置
の調節用ストロークを可及的に少ならしめようと
するピルガー式圧延機の慣性力バランス装置を提
供することにある。

実施例以下、本発明の構成を第１図に示す実施例によ
り詳細に説明する。なお、第２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の継目無鋼管を圧延
し、往復動の慣性力が約60TON発生する、いわ
ゆる大型のピルガー式圧延機に好適であるが、そ
の概要は、当該ピルガーミルスタンド８の往復動
によつて生じる慣性力を、該ピルガーミルスタン
ド８に装着されたコイルバネ１０でバランスさせ
るものである。

そこで、ピルガーミルスタンド８の慣性力の一
次の項がバネの線形特性と略一致することに着目
して、Ｍ：ピルガーミルスタンド８の重量 α：ピルガーミルスタンド８の中立位置からの変
位ｓの加速度ｘ：油圧シリンダ１１の変位とすれば、Ｍ×α＝ｋ（ｓ−ｘ） …… を成立させればよい。

ところで、ここに用いるバネ常数ｋの凡その大
きさは、次のようにして決める。今、簡単のため
Ｒ／Ｌ＜＜１とすれば、クランク運動によつて生
じる往復動の慣性力の一次の項から、 α＝−ω²×ｓ …… が導かれる。

よつて、、式よりｘ／ｓ≒１−Mω²／ｋ …… となり、この式より、油圧シリンダ１１の変位
ｘが０となるように、つまり、油圧シリンダ１１
が殆ど動かないにうに、バネ常数ｋを選べばよ
い。すなわち、最大の回転速度ωのとき（慣性力
の一次の項が最大値のとき）、式において、ｘ／ｓ＝０になるようなバネ常数ｋを決めればよい。

したがつて、バネ常数ｋは、ｋ＝Mω²max …… で決められる。つまり、この式で決められたバ
ネ常数ｋをもつコイルバネ１０を装着すれば、該
コイルバネ１０で大半のアンバランスが消去され
るとともに、コイルバネ１０の装着他端位置は殆
ど動かない。

しかしながら、実際は、Ｒ／Ｌ＜＜1.0でなく、
周知の一般式における高次の項を無視できないか
ら、本実施例では、コイルバネ１０の他端を油圧
シリンダ１１のピストンロツド１２に装着し、コ
イルバネ１０の他端の位置を位置制御することに
より、コイルバネ１０のバネ力を可変とし、慣性
力の高次の項をもバランスさせようとするもので
ある。

かかる位置制御のための、油圧シリンダ１１の
変位ｘについての変位指令値Ｘを求める。すなわ
ち、式を変形して、Ｘ＝Ｍ／ｋs¨＋ｓ …… で求める。この変位指令値Ｘは、クランク軸２に
付設したパルスジエネレータ１３から検出した回
転角速度を演算部１４に与えて演算する。その値
を、相当する電圧値に換算し電圧指令値j1とし
て、前記油圧シリンダ１１に油圧を供給するため
のサーボ弁１５に与え、該サーボ弁１５を制御し
て油圧シリンダ１１を往復動させ、コイルバネ１
０の他端位置を制御する。したがつて、本実施例
では、ピルガーミルスタンド８の往復動の慣性力
の高次の項もバランスさせることができる。

次に、本実施例では、クランク軸２の回転速度
ωを変更して適当に使用できるようにしている。
そのため、前記式からも明らかなごとく、変更
された回転速度ωに応じた最適のバネ常数ｋに変
更するためのバス常数可変装置１６を設けてい
る。すなわち、第１図において、バネ常数ｋを変
更させるため、クランク軸２に装着されたパルス
ジエネレータ１３より検出された回転角速度に応
じ、前記式を満たすようなバネ常数ｋを、バネ
常数演算部１６ａにて演算し、演算されたバネ常
数ｋを得るため、コイルバネ１０の有効バネ本数
を変更している。

すなわち、バネ常数可変装置１６の詳細を第５
図に示す。同図において、前記ピルガーミルスタ
ンド８に連結された連結ロツド１７を案内ガイド
１８に連結し、該案内ガイド１８に前記コイルバ
ネ１０を装着する。該コイルバネ１０は一方にバ
ネ常数k1，k2…とする４本の第１圧縮コイルバ
ネ１９ａ，１９ｂ…と、他方に４本の第２圧縮コ
イルバネ２０ａ，２０ｂ…とより構成されてい
る。該案内ガイド１８には４本のバネロツド２１
ａ，２１ｂ…を摺動自在に挿通し、該バネロツド
２１の両端に第１および第２バネ受２２，２３を
固着している。したがつて、該第１圧縮コイルバ
ネ１９は該案内ガイド１８と第１バネ受２２とで
受坦されている。これら第１、第２バネ受２２，
２３はバネ作用制御用の第１および第２油圧シリ
ンダ２４ａ，２４ｂ…，２５ａ，２５ｂ…で押圧
されるようにしている。該第１油圧シリンダ２４
は、案内フレーム２６の一方の端板２７に、第２
油圧シリンダ２５は他方の端板２８に固着されて
いる。該案内フレーム２６には前記案内ガイド１
８のライナー部２９が摺動自在に案内されてい
る。一方の端板２７には前記連結ロツド１７が摺
動自在に挿通されており、他方の端板２８は前記
油圧シリンダ１１のピストンロツド１２が連結さ
れている。

そして、コイルバネ１０のバネ常数ｋを変更す
るには、第５図示の位置が中立位置とし、図示の
ように、第１油圧シリンダ２４ｂ，２４ｃおよび
第２油圧シリンダ２５ｂ，２５ｃに油圧を供給
し、ピルガーミルスタンド８が図中Ｅ方向に往動
すると、連結ロツド１７により案内ガイド１８も
同方向に摺動するので、第２圧縮コイルバネ２０
ｂ，２０ｃは圧縮される。次いで、ピルガーミル
スタント８が図中Ｆ方向に復動すると、案内ガイ
ド１８も同方向に摺動し、第１圧縮コイルバネ１
９ｂ，１９ｃは圧縮される。したがつて、圧縮コ
イルバネ１９，２０のトータルのバネ常数はk2
＋k3となる。また、すべての第１および第２油
圧シリンダ２４，２５に油圧を供給すれば、第１
および第２圧縮コイルバネ１９，２０はすべてバ
ネ作用をし、バネ常数はk1＋k2＋k3＋k4となる。
この場合にピルガーミルスタンド８の往復動の慣
性力の最大値とバランスする。

前記のように、バネ常数ｋは回転速度ωに応じ
て最適なものを選ぶ必要から、各油圧シリンダ２
４ａ，２４ｂ…，２５ａ，２５ｂ…は前記バネ常
数演算部１６ａにて演算された信号により、
ON、OFFが行われてバネ常数が組合され、最適
バネ常数となるよう制御される。

〔バランス精度の向上〕

更に、本実施例では、例えば、ピルガーミルス
タンド８の摺動摩擦力や計算値と実際の値との誤
差を考慮した補正信号j2をサーボ弁１５に与え
る。すなわち、バランス精度を向上させるため、
コンロツド５に張力検出器２９を装着し、該張力
検出器２９からの信号j2を、フイードバツクゲイ
ンKccとして、前記変位指令値Ｘを与えるアンプ
３０にフイードバツクする。

なお、油圧シリンダ１１の実際の動きは、ピス
トンロツド１１の他端に設けた位置センサー３１
により、油圧シリンダ１１の動きを検出し、前記
アンプ３０にフイードバツクゲインKfとして、
フイードバツクし、前記油圧シリンダ１１の変位
指令値Ｘにしたがつて動くよう位置制御する。

〔圧延作業の助勢〕

また、本実施例は油圧シリンダ１１を使用して
いることから、予めセツトされたタイミング（例
えばクランク角で90°および270°近傍）、すなわ
ち、その圧延反力時に必要な水平方向の力を、油
圧シリンダ１１の出力で助勢する。したがつて、
かかる場合は、メイン駆動系（主モータ１、減速
機、フライホイル、クラツチ、クランク軸２、ク
ランクアーム３およびコンロツド５など）を小型
化・軽量化することができる。例えば、圧延反力
のピーク時に必要な水平方向の力が35TON発生
する場合、油圧シリンダ１１に約10TONの助勢
を与えることができる。

本実施例は叙上の制御によつて、ピルガーミル
スタンド８の往復動の慣性力をコイルバネ１０と
良好にバランスさせることができる。これを第３
図で示す。この試験例では、Ｌ＝4000mm、Ｒ＝
720mm、Ｍ＝35TON、油圧シリンダ１１の径
φ175mm／φ90×2set（両側）、コイルバネ１０のｋ
＝400Kg／cm×2set（両側）、ωmax＝45rpmとし、
その慣性力アンバランスを示している。すなわ
ち、第３図は縦軸に力（TON）、横軸に時間
（秒）をとつたグラフで、イ図は全体図、ロ図は
イ図のアンバランスのみを拡大図示したもので、
実線は慣性力、破線はバネ力、一点鎖線は第２図
に示した従来例のアンバランス、二点鎖線は本実
施例のアンバランスを示す。図示より明らかなご
とく、従来例ではアンバランス力が5TON残存し
ているが、本実施例では0.5TON以下に消去でき
ている。なお、ここで、ピルガーミルスタンド８
は往復動方向からみて両側２点で支持されている
ので、イ、ロ図は１点あたりに作用する力を表示
している。また、クランク軸２回りの慣性偶力
も、前記従来例に比べ、１割以下に消去できる。

次に、本実施例のピルガー式圧延機は、クラン
ク軸２の回転速度ωを変更して良好に運転するこ
とができる。かかる状態の運転例を第４図に示
す。同図の運転モード図において、主モータ１と
クランク軸２との間に設けた変速機またはクラツ
チ（いずれも第１図では図示せず）を操作してＧ
ゾーンに示すごとく、多数の素管を直列状にして
連続して圧延するに際しては、各素管の先端およ
び後端において、ωを最大値から約その半分に下
げて圧延し、その部分の割れを防止している。こ
こにおいて、ωを下げて使用した場合、本実施例
では、下げたωに応じたバネ常数ｋを、バネ常数
可変装置１６で小としているので、油圧シリンダ
１１のストロークは小さくてすむ。例えば、本実
施例では、ピルガーミルスタンド８のストローク
の大きさに対し、油圧シリンダ１１のストローク
は約１割ぐらいに設定してあるが、ｋを可変とせ
ず、ωを小さくすれば、油圧シリンダ１１のスト
ロークはピルガーミルスタンド８のストロークの
約半分のストロークになり、ｋを可変としてωを
小さくすれば、油圧シリンダ１１のストロークは
ピルガーミルスタンド８のストロークの約１割で
すむ。

なお、本実施例はバネ常数可変装置１６で説明
したが、コイルバネ１０のバネ常数を変更せず、
コイルバネ１０のピルガーミルスタンド８に作用
するバネ力自身をクランク軸２の回転速度ωに応
じ変更させてもよい。例えば、中心支持のレバー
の一端にピルガーミルスタンド８を連結し、他端
にコイルバネを連結して、該レバー比を回転速度
ωに応じ変更させ、バネ力を変更させる構造を採
用してもよい。更に、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ー式圧延機
（Cold Reducing Tube Mill）で説明したが、本
発明はこれに限らず、鋼板用や棒鋼用のピルガー
式圧延機に適用してもよい。

以上を要するに本発明は、特許請求の範囲に記
載された構成を採択したので、以下の効果を奏す
る。

〔発明の効果〕従来の、Ｖバランサおよび扇形バランサを備
えたピルガー式圧延機に比べ、Ｖバランサなど
がなくなることから、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、バネにより、ピルガーミルスタン
ドの往復動がバランスできるので、殆ど補正す
ることなくバランスできるとともに、バランス
用の過大な外部エネルギーを必要としない。

ピルガーミルスタンドを往復動させるための
回転速度を変更して、素材に最適の速度とした
り、稼働率を向上させたりしても、バネ常数が
変更可能で、かつ、バネの他端位置を変更可能
としているので、バランスが良好に図られる。

バネ常数を可変したので、バネの他端位置
（固定位置）の調節用ストロークが短縮できる。

高次の項をバランスさせるので、機械加工を
要する高級材料を使用したコンロツド、クラン
クアームおよびクランク軸で過大な力を受ける
必要がなく、ひいては、小形化することができ
る。したがつて、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、ピルガー
ミルスタンドを格納したハウジングの基礎ボル
ト（これはいずれかのピルガーミルスタンドに
も必要）が、一次の項のみを消去した従来例の
場合は、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つたので、高速化すればこ
れを強固にしなければならないが、本発明によ
れば、二次の項はバランスさせており、圧延水
平反力（圧延力の１割程）さえ支持させればよ
く、かかる水平反力は回転速度とは関係ないこ
とから、高速化しても、前記基礎ボルトには全
く影響せず、低回転速度時のまま使用できる。
すなわち、本発明によれば、ピルガーミルスタ
ンドの往復動の慣性力が、高速化した分だけ大
となつても、その慣性力は機械加工の必要のな
い機枠でバネを介して支持し、基礎ボルトには
影響しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の従来例の模式図、第２図は従
来例の模式図、第３図はアンバランス量を示すグ
ラフで、イは全体を示すグラフ、ロはアンバラン
ス量のみを拡大して示したグラフ、第４図は運転
モード図、第５図はバネ常数可変装置の詳細図。７……ピルガーミルロール、８……ピルガーミ
ルスタンド、１０……コイルバネ、１１……油圧
シリンダ、１６……バネ常数可変装置。

Claims

【特許請求の範囲】１クランク軸の回転運動を往復運動に変換して
一対のピルガーミルロールを装着したピルガーミ
ルスタンドを水平状に往復動させるピルガー式圧
延機の慣性力バランス装置において、前記ピルガ
ーミルスタンドに連設した案内ガイドに、ピルガ
ーミルスタンドの往復動の慣性力をバランスさせ
る複数のバネの一端を夫々装着し、かつ、夫々の
バネの他端側に前記案内ガイドを内装した案内フ
レームの端板に固定したシリンダを装着すると共
に、前記クランク軸の回転角速度を検出し、該回
転角速度によつて夫々のバネに対向した１本或い
は複数本のシリンダを選択的に作動し、バネ力を
変更することを特徴とするピルガー式圧延機の慣
性力バランス装置。２案内フレームに、クランク軸の回転角速度に
より制御されるサーボ弁を介して油圧を給排する
油圧シリンダを連結した特許請求の範囲第１項に
記載のピルガー式圧延機の慣性力バランス装置。３バネを組合せコイルバネとした特許請求の範
囲第１項に記載のピルガー式圧延機の慣性力バラ
ンス装置。