JPH09196649A

JPH09196649A - ロール状回転体の摩耗劣化診断方法

Info

Publication number: JPH09196649A
Application number: JP663396A
Authority: JP
Inventors: Toru Akashi; 透明石; Kazusane Wada; 和実和田; Satoshi Nakajima; 智中嶋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ロール状回転体の摩耗状況を常時監視し、操
業性、品質の高位安定化及び適正な設備保全が図れるよ
うにする。【解決手段】帯状または棒状の金属材料の搬送に関与
するロール状回転体であって、前記金属材料に上下ある
いは左右で接触し、その直径及び周速度が互いに異な
り、前記金属材料の流れる方向で上下流に位置するロー
ル状回転体及び金属材料を介して上下関係に位置するロ
ール状回転体の摩耗劣化診断方法において、金属材料が
摩耗劣化診断対象のロール状回転体に噛み込む前後の駆
動系の負荷変動と、該ロール状回転体に隣接するロール
状回転体の押し付け力、隣接するロール状回転体の摩耗
量、金属材料の寸法、搬送速度とを説明変数として採取
し、多変量解析によって摩耗劣化診断対象のロール状回
転体の推定摩耗量を交換度合い指数として求め、この指
数と所定値を比較することで交換時期を判断することを
特徴とするロール状回転体の摩耗劣化診断方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯状または棒状の
金属材料の搬送に関与するロール状回転体であって、前
記金属材料に上下あるいは左右で接触し、その直径及び
周速度が互いに異なり、前記金属材料の流れる方向で上
下流に位置するロール状回転体及び金属材料を介して上
下関係に位置するロール状回転体の摩耗劣化診断方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロール状回転体の摩耗状態を常時監視す
ることは、安定した生産状態を維持するための重要な要
素である。その監視情報から、ロール状回転体に対し、
所定のロール交換基準によって、必要な場合は交換し、
大きな故障や品質に異常をきたさないようにすることが
要求される。

【０００３】そこで、このような要求に対し、用紙の搬
送技術の分野では、ロール状回転体の摩耗劣化診断方法
として用紙の搬送距離を、用紙検出時間と用紙搬送速度
とに応じて重み付けし、この搬送距離に基づいてその摩
耗状態を数値化し累積し、この累積値を用紙搬送の摩耗
判断情報として出力する発明（特開平４−８８４４６号
公報）が提案されている。

【０００４】一方、金属材料の搬送技術の分野では、同
様の技術は見当たらないため、圧延工場の巻き取り工程
を本発明に関連する従来技術の例として説明する。例え
ば、製鉄所で熱延や冷延の鋼板コイルを製造する場合、
圧延の終了した鋼板をテーブルロールに送り出し、さら
に、図２に示すように、ピンチロール１で鋼板２に所定
の荷重を付与して張力をかけながら搬送し、さらに、各
ピンチロールの前に配置された巻き取りガイドで拘束し
ながら、鋼板２を巻き取り軸となるマンドレル３に巻き
取る工程が採用されている。

【０００５】マンドレル３には、その外周に面して、鋼
板２の先端部の巻き付けを良好とするため、図３に示す
ように複数のラッパーロール９〜１２がほぼ等間隔に配
置されている。ラッパーロール９〜１２の各々は、ラッ
パーロールアームの一端に取り付けられ、その他端には
油圧シリンダが連結されている。鋼板２の先端がピンチ
ロール１を通過すると、その先端部に最も近い位置に設
置されているラッパーロール９が駆動され、鋼板２の先
端を押圧する。マンドレル３の回転に伴って鋼板２の先
端がマンドレル３と共に回転するのにタイミングを合わ
せ、順次ラッパーロール１０〜１２が回転しながら回動
される。マンドレル３に板が複数巻きするとマンドレル
３の径を拡大させ、鋼板２が巻き締まってマンドレル３
の回転のみで巻き取ることが可能となるため、油圧シリ
ンダの駆動によってラッパーロールは退避する。

【０００６】また、マンドレル３は減速機４に軸支さ
れ、この減速機４には駆動源となるモータ５が連結され
ている。そして、モータ５の回転数を検出するため、モ
ータ軸には回転検出器６が装着されている。さらに、ピ
ンチロール１の各々の軸端にはモータ７が連結され、他
方の軸端には回転検出器８が装着されている。また、図
示を省略しているが、ライン上に設置している板速度計
または圧延機内の板速度換算装置で、鋼板２の実板速度
を測定できるようになっている。

【０００７】ところで、ピンチロール１、マンドレル及
びＮｏ．１〜４ラッパーロールは、移動している鋼板２
に対し所定の荷重を付与しながら回転する。更に、鋼板
の先端部の噛み込み時、巻き取り時のたるみを防止する
ため、それぞれのロール状回転体には、板速度に対し、
周速が異なるモードが設定されている。そのため、鋼板
２との間に相対すべりが生じ、その結果、ロール状回転
体が摩耗する。この摩耗により、鋼板を幅方向に拘束す
るためにロール状回転体に付与されている微細な凹凸
や、蛇行抑制を目的にロール状回転体の表面に付与され
ている凸状のクラウンが消失するため、鋼板は蛇行し、
安定した通板や巻き取りが不可能となる。この不安定な
通板や巻き取りにより巻き取ったコイルの側面形状が乱
れ、後工程でのコイル搬送時にコイル側面から突出した
鋼板が折れ曲がり、その部分をスクラップにしなければ
ならない。このため、定期的に粗度計やダイアメータ等
を用いて表面粗さや表面形状を測って管理している。こ
のような定期検査は数カ月に一度程度行われるのが通常
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−８８４
４６号公報に記載された発明は、対象物が連続している
用紙であり、この技術をそのまま本発明が対象とする帯
状または棒状の金属材料の分野に適用したのでは、この
分野で問題となる噛み込みの衝撃による摩耗を評価でき
ない。特に、隣合ったロール状回転体は金属材料を介し
て相互にトルク変動として影響を及ぼし合う為、単一的
な摩耗劣化診断指標をもって摩耗劣化状態を把握するこ
とはできない。

【０００９】そこで、本発明は、帯状または棒状の金属
材料の搬送に関与するロール状回転体であって、前記金
属材料に上下あるいは左右で接触し、その直径及び周速
度が互いに異なり、前記金属材料の流れる方向で上下流
に位置するロール状回転体及び金属材料を介して上下関
係に位置するロール状回転体の摩耗劣化診断を簡便に行
うことのできる方法を提供することを目的とするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の要旨は、次の通りである。（１）帯状または棒状の金属材料の搬送に関与するロー
ル状回転体であって、前記金属材料に上下あるいは左右
で接触し、その直径及び周速度が互いに異なり、前記金
属材料の流れる方向で上下流に位置するロール状回転体
及び金属材料を介して上下関係に位置するロール状回転
体の摩耗劣化診断方法において、金属材料が摩耗劣化診
断対象のロール状回転体に噛み込む前後の駆動系の負荷
変動と、該ロール状回転体に隣接するロール状回転体の
駆動系の負荷変動と、プロセスデーターとしての金属材
料に対するロール状回転体の押し付け力、隣接するロー
ル状回転体の摩耗量、金属材料の寸法、搬送速度とを説
明変数として採取し、多変量解析によって摩耗劣化診断
対象のロール状回転体の推定摩耗量を交換度合い指数と
して求め、この指数と所定値を比較することで交換時期
を判断することを特徴とするロール状回転体の摩耗劣化
診断方法。（２）前記摩耗劣化診断対象のロール状回転体の駆動系
の前記負荷変動を電流変動とし、隣接するロール状回転
体の摩耗量を前記交換度合い指数とすることを特徴とす
る上記（１）記載のロール状回転体の摩耗劣化診断方
法。（３）前記多変量解析を最小二乗法とし、まず始めに、
交換度合い指数と説明変数の因果関係を求め、これを推
定摩耗式として固定し、その後は、前記採取データを推
定摩耗式に入れることによって交換度合い指数を求める
ことを特徴とする上記（１）または（２）記載のロール
状回転体の摩耗劣化診断方法。（４）前記ロール状回転体が、ピンチロール、ラッパー
ロール、マンドレルであることを特徴とする上記（１）
ないし（３）のいずれか１項に記載のロール状回転体の
摩耗劣化診断方法。

【００１１】本発明では、複数の説明変数を多変量解析
することでロール状回転体の推定摩耗量を交換度合い指
数として求めるが、その理由は以下による。基本的に、
ロール状回転体の駆動系における負荷変動として、ロー
ルの回転数変動や駆動系のねじり変動によって発生する
駆動系の軸歪みを測る事によってロール状回転体の摩耗
劣化診断を行う。すなわち、帯状または棒状の金属材料
の噛み込み前は、一般に、ロール状回転体は常に設定さ
れたギャップで待機しており、金属材料が噛み込む瞬間
にロール状回転体のギャップで金属材料から反力が発生
し、その反力によってロール状回転体と金属材料の間に
摩擦力が発生すると共に負荷トルクが発生する。ギャッ
プが摩耗によって拡がった場合は、発生する反力が小さ
くなるので負荷トルクが減少することとなり、これによ
りロール状回転体の摩耗劣化診断を行うことができる。
単一で１対のロール状回転体であれば、以上の方法で十
分であるが、金属材料を介して隣接した位置に設置され
たロール状回転体が、互いにトルクの影響を及ぼし合う
点と、待機時のピンチロールの回転数が金属材料の寸法
によって異なる点が、それぞれ摩耗劣化診断における駆
動系の負荷変動の外乱要因となる。そのため、外乱除去
の手法としては、多変量解析が有効であることを調査、
検証した。

【００１２】その結果、説明変数には、金属材料が摩耗
劣化診断対象のロール状回転体に噛み込む前後の駆動系
の負荷変動と、該ロール状回転体に隣接するロール状回
転体の駆動系の負荷変動と、プロセスデーターとしての
金属材料に対するロール状回転体の押し付け力、隣接す
るロール状回転体の摩耗量、金属材料の寸法、搬送速度
とすることが効果的であることが判明した。

【００１３】また、駆動系の負荷変動をロール状回転体
のモータ電流とし、隣接するロール状回転体の摩耗量を
前記交換度合い指数とすることで、特別な検知装置をつ
けることなく、さらに簡便に摩耗劣化診断ができる。

【００１４】さらに、多変量解析を最小二乗法とし、ま
ず始めに、交換度合い指数と説明変数の因果関係を求め
た結果、この関係は、摩耗劣化診断対象のロール状回転
体の摩耗に対して普遍的な推定摩耗式となることを確認
した。そこで、これを推定摩耗式として固定し、その後
は前記採取データを推定摩耗式に入れることによって交
換度合い指数を求める方法でロール状回転体の摩耗劣化
がより効率的に行われることを検証した。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明においては、前記ロール状
回転体が金属材料を噛み込むために一定回転数で待機し
た状態にある。予めプロセスデーターとして材料寸法や
ロールの回転数を採取し、帯状または棒状の金属材料の
噛み込みタイミングで当該ロール状回転体及び隣接する
前後、上下或いは左右のロール状回転体の押し付け力、
摩耗量、駆動系の負荷変動とを採取し、多変量解析によ
って、摩耗劣化診断対象のロール状回転体の推定摩耗量
を交換度合い指数として求め、この指数と所定値を比較
する事で交換時期を判断する。

【００１６】

【実施例】以下、鋼板の巻き取り工程に本発明を適用し
た実施例に基づき本発明をさらに説明する。図１は、本
発明によるロール状回転体表面の摩耗劣化診断方法の処
理例を示したフローチャートである。これは、異径、異
周速で且つ帯状搬送物（鋼板）を介してお互いに影響を
及ぼし合うロール状回転体の全てに対応するが、具体的
な例として、本発明方法の応用対象であるＮｏ．２ラッ
パーロール１０について図３も併せて説明する。板幅、
板速度、温度、当該ロールの設定回転数をプロセス状態
量データーとして、また、Ｎｏ．２ラッパーロール１０
の実回転数、モーター電流値をＮｏ．２ラッパーロール
状態量として、さらに、噛み込み時の板の流れ方向の上
流にあるＮｏ．１ラッパーロール９、下流側にあるＮ
ｏ．３ラッパーロール１１、板を介して上下関係にある
マンドレル４の回転数、モーター電流値、摩耗量（交換
度合い指数でも可）のそれぞれをＮｏ．１、Ｎｏ．３ラ
ッパーロール、マンドレル状態変数としてそれぞれ測定
する（Ｓ１０１）。また、この方法でＮｏ．１ラッパー
ロール、Ｎｏ．３ラッパーロール、ピンチロール、マン
ドレルの摩耗に関する影響係数も算出する。交換度合い
指数は結果として次式として求められる（Ｓ１０２）。

【００１７】Ｙ＝ΣαｉＡｉ＋ΣβｉＢｉ＋ΣγｉＣｉ＋θ Ｙは交換度合い指数、αｉはプロセス状態量、βｉはＮ
ｏ．２ラッパーロール状態量、γｉはＮｏ．１、Ｎｏ．
３ラッパーロール、マンドレル状態変数、Ａｉ〜Ｃｉは
影響係数、θは定数項（基準化した場合は無し）であ
る。ここで算出された影響係数（Ａｉ〜Ｃｉ）及び定数
項（θ）は、推定摩耗式として記憶させる（Ｓ１０
３）。

【００１８】その後は、前記プロセス状態量、Ｎｏ．２
ラッパーロール状態量、Ｎｏ．１、Ｎｏ．３ラッパーロ
ール、マンドレル状態変数を測定し（Ｓ１０４）、その
まま直接、記憶推定摩耗式を基に、交換度合い指数を推
定する（Ｓ１０５）。次に、算出したＹが、取り替え基
準Ｙ_Lの近傍（または一致）のレベルになったか否かを
判定する（Ｓ１０６）。取り替え時期に到ったことが判
定されると、監視員らに認識させるようにブザー等によ
って警告を発生する（Ｓ１０７）。

【００１９】図４は、本発明方法を実施した場合の各実
施例の計算結果を図示したものである。横軸を交換度合
い指数Ｙ、縦軸をＮｏ．２ラッパーロール摩耗によって
発生する鋼板の蛇行量〔mm〕とした。縦軸１５mmの位置
に示してある斜線は、鋼板の巻き取りに際し、折れ曲が
りが発生したしきい値（これ以下であれば折れ曲がりは
発生しない）である。本発明の実施に際しては、この線
を越えない様に交換度合い指数の基準Ｙ_L＝２と設定し
た。図４の結果より、摩耗量を越えることの無いよう交
換することで、鋼板の蛇行が無くなり安定通板が可能と
なった。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の本発明により、適切なロール
状回転体の交換ができるようになるのでロール状回転体
起因による蛇行が抑制され、その結果、操業の高位安定
稼働が確保される。また、ロール状回転体の寿命を全う
させることが可能となる。また、請求項２の本発明によ
り、上記効果を、特別に劣化診断装置を用いることなく
簡便、且つ効果的に得ることができる。請求項３の本発
明により、線形の多変量解析としたことで、交換度合い
指数に対してそれぞれの要因の結び付きが判るので、効
果的に説明変数を選ぶことができ、始めに交換度合い指
数と説明変数の関係を最小二乗法で求めれば、これを推
定摩耗式として固定し、採取したデータをそのまま推定
摩耗式に入れて予測を簡便、且つ効果的に行うことがで
きる。さらに、請求項４の本発明は、前記ロール状回転
体をピンチロール、ラッパーロールまたはマンドレルと
するもので摩耗の影響を最も受けるこれらロール状回転
体に対する摩耗診断を効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロール状回転体表面の摩耗劣化診
断方法の一処理例を示すフローチャートである。

【図２】鋼板の巻き取り工程の斜視図である。

【図３】マンドレルとＮｏ．１〜４ラッパーロールの位
置関係を説明した図である。

【図４】本発明の効果として交換度合い指数Ｙに対する
板蛇行量、その管理値Ｙ_Lを示した図である。

【符号の説明】

１ピンチロール２鋼板３マンドレル４減速機５、７モータ６、８回転検出機９Ｎｏ．１ラッパーロール１０Ｎｏ．２ラッパーロール１１Ｎｏ．３ラッパーロール１２Ｎｏ．４ラッパーロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状または棒状の金属材料の搬送に関与
するロール状回転体であって、前記金属材料に上下ある
いは左右で接触し、その直径及び周速度が互いに異な
り、前記金属材料の流れる方向で上下流に位置するロー
ル状回転体及び金属材料を介して上下関係に位置するロ
ール状回転体の摩耗劣化診断方法において、金属材料が
摩耗劣化診断対象のロール状回転体に噛み込む前後の駆
動系の負荷変動と、該ロール状回転体に隣接するロール
状回転体の駆動系の負荷変動と、プロセスデーターとし
ての金属材料に対するロール状回転体の押し付け力、隣
接するロール状回転体の摩耗量、金属材料の寸法、搬送
速度とを説明変数として採取し、多変量解析によって摩
耗劣化診断対象のロール状回転体の推定摩耗量を交換度
合い指数として求め、この指数と所定値を比較すること
で交換時期を判断することを特徴とするロール状回転体
の摩耗劣化診断方法。
【請求項２】前記摩耗劣化診断対象のロール状回転体
の駆動系の前記負荷変動を電流変動とし、隣接するロー
ル状回転体の摩耗量を前記交換度合い指数とすることを
特徴とする請求項１記載のロール状回転体の摩耗劣化診
断方法。
【請求項３】前記多変量解析を最小二乗法とし、まず
始めに、交換度合い指数と説明変数の因果関係を求め、
これを推定摩耗式として固定し、その後は、前記採取デ
ータを推定摩耗式に入れることによって交換度合い指数
を求めることを特徴とする請求項１または２記載のロー
ル状回転体の摩耗劣化診断方法。
【請求項４】前記ロール状回転体が、ピンチロール、
ラッパーロール、マンドレルであることを特徴とする請
求項１ないし３のいずれか１項に記載のロール状回転体
の摩耗劣化診断方法。