JPS6010806B2 - 圧延機の作業ロ−ルオフセット量設定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、作業ロールの鞠心が補強ロールの鞠心に対し
て被圧延材の走行方向にオフセツトされた圧延機におい
て、圧延中の作業ロールのふらつきを有効に防止できる
オフセツト量の設定方法に関する。

〔発明の背景〕

圧延機の作業ロールは圧延中に被圧延材の走行方向と平
行な力を受け、いわゆるロールむらつき現象を生ずる。

このロールふらつき現象は、チャタリングと呼ばれるロ
ール異常振動の発生や圧延製品の平坦度や寸法精度を著
しく低下させる原因となるため、できるかぎり抑制され
ねばならない。公知の四重圧延機のように作業ロールが
唯一本の補強ロールによって支持された形式の圧延機に
於て作業ロールのふらつきを防止する最も簡単な方法は
、作業ロールチョツクの側面とロールハウジングの窓の
内壁面との間の間隙を零にすることであるが、この形式
の圧延機に於ては作業ロール組替時に作業ロールをその
チョツクと一体のままでロールハウジングの窓から出入
れしなければならないので、前記の間隙を零にすること
はできない。

それ故、前記形式の圧延機におけるロールふらつきを防
止するために、従来は作業ロール軸心が補強ロール軸心
に対して被圧延材走行方向にオフセツトするように圧延
機設計が行われてきた。

ところで、実公昭４８一２７２２７号公報には、４段圧
延機の作業ロールのオフセツト方向を被圧延材の進行方
向によって変えることが開示されている。前記公報の第
３図には、オフセツト量を連続的に変更する装置が図示
されているが、オフセツト量の決定方法や具体的な値に
ついての記載はなく、また、オフセツトの方向を変える
理由については可逆圧延に対応するためと記載されてい
るのみである。一方、４段圧延機でオフセツト量をむや
みに大きくとるとロール圧下力の水平方向成分が過大と
なり、作業ロールを水平方向に過度に曲げたり、作業ロ
ールネツクや軸受の強度不足が生ずる。

よって、オフセツト量は過大にすることは避けなければ
ならい。そこで、従来の圧延機においては、オフセツト
量は経験的に比較的小さな値に設定してきたが、作業ロ
ールのふらつき現象の真の原因についての解明がなされ
ていなかったので、作業ロールを補強ロールに対してオ
フセツトさせても作業ロールのふらつきを防止すること
ができなかった。

〔発明の目的〕本発明者は多重圧延機における作業ロー
ルふらつき現象について種々の考察を行った結果、作業
ロールのふらつきの真の原因を発見し、これに基づいて
作業ロールのふらつきを有効に防止できるオフセツト量
の設定方法を提供するに至った。

すなわち、従釆オフセツト量の設定に、まったく考慮さ
れていなかったロールのトルクが、作業ロールのふらつ
きに影響していることをつきとめ、ロールのトルクをも
考慮に入れたオフセツト量の設定方法を提案するもので
ある。〔発明の概要〕 本発明は、オフセツト量を決定するに当り、ロールの圧
下力、被圧延材に作用する前方張力及び後方張力、に加
えてロールのトルクを考慮に入れたことを特徴とするも
のである。

〔発明の実施例〕

以下に添付図面を参照して本発明の原理について説明す
る。

第１図は本発明が適用される公知の四重圧延機のキ暁略
であり、この圧延機に於ては作業ロール１の鞠心○，が
補強ロール２の鞠心０２に対して被圧延材５の走行方向
に水平距離ｅだけオフセツトされている。

圧延中に於ては作業ロールチョツク３の一側面がロール
ハウジング４の窓４Ａの一側面に突き当てられて作業ロ
ールチョツク３の他側面とロールハウジング４の窓４Ａ
の他側面との間には間隙ｇが生じている。前記形式の圧
延機の設計に際しては従来、補強ロール軸心０２に対す
る作業ロール軸心ｏ，のオフセツト量ｅが次のような力
の釣合条件を参考にして慣例的に決定されていたが、こ
のような従来の圧延機設計によるとオフセツトを設けて
も作業ロールのふらつきを防止することができなかった
。

次に第１図を参照して従来のオフセツト量決定の基礎と
なっていた力の釣合条件及びこの釣合条件に基づいて決
定されるオフセツト量とについて説明する。第１図に於
て、 補強ロール２から作業ロール１に加えられる圧下力をＰ
、被圧延材５にかけられる前方張力をＴ，、被圧延材５
にかけられる後方張力をＬ、 作業ロール直径をＤｗ、 補強ロール直径をＤＢ、 とすると、力の釣合から次式が得られる。

すなわち、圧下力Ｐの水平分力Ｆは、 Ｐｅ ．．．．．．（１） Ｆ＝を似＋ＤＢ） で表わされる。

また、作業ロールチョツク３が、圧延中常に、ロールハ
ウジング４の窓４Ａの一方の側面（図面で右側）に押し
付けられているためには、水平分力Ｆは、被圧延材５に
作用する左向きの張力よりも大きくなければならない。

つまり、ロールの水平分力は、上下１対のロールにそれ
ぞれＦが作用し、被圧延材５の左向きの張力は、Ｌ−Ｔ
，（以下これを総計張力という）で表わされるから次式
が成立する。Ｆ≧土亨土‐‐…く２） を得る、この‘１｝、■式から ｅ２びにＴ・釜ＤＷ−ＤＢ２…”（３） 更に、補強ロール鞠心Ｑと作業ロール軸心０，とを結ぶ
直線が鉛直線となす角度？をオフセツト角と定義して前
記（３）式をオフセツト角必こ関して表示すると、？＝
を■寺−ＤＢ）≧三夢二…‐‐‐（４）が得られる。

Ｚここで、前記（３
）、（４）式を用いて、標準的寸法の四重圧延機に対す
るオフセツト量ｅ及びオフセツト角◇とを求めてみる。
今、標準寸法の圧延機として、 作業ロール直径Ｄｗが５８仇舷、 ２
補強ロール直径ＤＢが１４２仇舷、氏下力Ｐが７０びＰ
ｎ、 被圧延材にかかる総計張力（Ｌ−Ｔ，）の最大値を４０
ｎ、とすると、前記（３）、（４）式から、 ｅ＞２，８６側、Ｊ＞〇．１６５０ が得られる。

つまり、第１図に示された状態での力の釣合条件のみか
らは、作業ロールのオフセツト量ｅが前記の値以上であ
れば作業ロールのふらつきは生じ得ない筈である。

そして従来の圧延機設計もまた、この釣合条件を満足す
るように行われてきた。すなわち慣用的な圧延機設計に
於ては、作業ロールオフセツト量が慣例的に決定されて
おり、たとえば作業ロール直径と補強ロール直径との和
が１００仇舷以上の圧延機に対しては作業ロールオフセ
ツトｅがｅ〒１′４〜１′８インチになるように設計さ
れてきた。

このオフセツト量は前記（３）、（４）式の釣合条件か
ら縛られたオフセツト量の下限値よりも充分に大きい値
であるから、もしも前記（３）、（４）式が実際のオフ
セツト量の下限値を定めるものであれば、従来の圧延機
に於ては作業ロールのふらつきが生じないはずである。
しかしながら、実際には、公知の設計法によって求めら
れたオフセツト量の圧延機では、作業ロールのふらつき
が生じており、したがって、作業ロールふらつきにはも
っと別の因子があることが本発明者等の実験の結果判明
した。本発明者は圧延機の作業ロールのふらつきが、ど
のような力学的条件の下で生じているかを調べるために
、圧延中にロールハウジングの窓内での作業ロールチョ
ツクの動きを測定すると同時にその時の上作業ロールと
下作業ロールとに対するトルク分配比率の変動を測定し
た結果、両者の間に密接な関係のあることを発見した。

そして、この事実に基づいて新たな力学的仮定をたて、
この仮定に基づいて種々の実験を行った結果、作業ロー
ルのふらつきをほぼ完全に抑制しうるためのオフセツト
量の適正値を見出した。第２図は従来の氏延機設計方法
に基づいて設計された公知の四段圧延機の作業ロールチ
ョツクの水平方向の動きを示すグラフであり、同図に於
て横座標軸は作業ロールの回転周期（秒）を示し、また
、縦座標軸は作業ロールチョツクがロールハウジングの
窓内で水平方向に動いた量（側）を示す。

第２図から、（３）、（４）式によるオフセツト量の圧
延機に於ては作業ロールにオフセツトを設けたにもかか
わらず、作業ロールチョツクが周期的にふらつきを起し
ていることが判る。

第３図は従来設計による圧延機に於て上下の作業ロール
に対するトルク分配比率の変動を測定したグラフを示す
もので、同図に於て横座標軸は作業ロールの回転周期（
秒）を示し、縦座標軸は上下の作業ロールに対するトル
ク分配比率の変動（％）を示す。

タ 第２図と第３図とを比較して参照すれば、作業ロー
ルのふらつきと作業ロールに対するトルク分配比率の変
動との間に極めて密接な関係があることが判る。

本発明者は第２図及び第３図に示された測定縞０果から
作業ロールオフセツト量決定の力学的な根拠として従来
とは全く異なる新しい仮定をたて、この力学的な仮定に
基づいて種々の検証を行った結果、この新しい力学的仮
定によれば作業ロールのふらつきを全く生じないオフセ
ツト量の圧延機を得られることが判った。

次に第４図及び第５図を参照して上下の作業ロールに対
するトルク分配比率を考慮した力学的釣合条件について
説明する。

第４図は上下の作業ロール６，７に対するトルク分配比
什蜜が１：１の場合を示すものであり、ロールバイト中
の中立点で被圧延材５から両作業ロール６，７に対して
働く反力は圧下力Ｐと同一である。

上作業ロール６のトルクをＱ，「下作業ロール７のトル
クをＱ２、被圧延材５から両作業ロＺールに対する反力
の着力点と各作業ロール軸心との水平距離を１，，１２
とすると、Ｑ，＝Ｐｌ．、Ｑ２＝Ｐ１２、 及び ＺＱ，十
Ｑ２＝ （１，十１２）Ｐ………（５）ここで Ｑ，＝
Ｑ２ならば、１，＝１２を得る。

従って、上下の作業ロールに対する被圧延材５ ２の反
力は同一鉛直線上にあって、かつ、その大きさは等しい
。

第５図は上下の作業ロール６，７に対するトルク分配比
率の異なる場合で、ロールバイト中の中立点において上
下の作業ロールに対する被圧延材５の反力の着力点が異
なっている状態を示す。

上作業ロール６の軸心と反力Ｐの着力点との間の水平距
離を１，、下作業ロール７の軸心と反力Ｐの着力点との
水平距離を１２、上作業ロール６のトルクをＱ，、下作
業ロール７のトルクをＱ２、とす３ると、前記と同様に
、Ｑ，＝１，Ｐ Ｑ２＝１２Ｐ 及び Ｑ，十Ｑ２＝（１，十１２）Ｐ………（６）ここで、上
下の作業ロール６，７のトルク比を４：６と仮定すると
、下記の式を得る。

Ｑ，６ １， Ｑ２一４一１２ １，＝１．９２ つまり、１，が１２よりも大きく、従って、被圧延材５
から作業ロールに対して生ずる反力Ｐのために水平力Ｆ
ｏが生じることがわかる。

この水平力Ｆｏは第５図及び第６図を参照してＦｏ＝Ｐ
ｓｉｎ８として表わされ、この式は実際の圧延機や圧延
条件などを参考としてＦ。

＝ＰＳｉｎ８；。５云圭子Ｐ……（７）ここでｔはＤｗ
に比べて非常に小さいことから（７）式はＦ。

±４青峯主‐‐‐‐‐‐（８）となる。

ところで、第３図に示したように、上下作業ロールのト
ルク分配比率は、当初１：１に設定していても、延圧作
業中に、最大４：６程度まで変化するので、分配比率が
最大に変化した場合を想定して水平分力を求めておく必
要がある。分配比率が４：６になると、１，＝１．９２
となるので、（８）式は、Ｆ。

≠鰐・Ｐ・・・・．・（９）Ｑ，＝１．斑２、Ｑ，十Ｑ
２＝Ｑであるから（９）式はＦ。

≠段尊鼻５＝ｕｉＱ／Ｒ……（ｉｏ）として表示できる
（但しＲは作業ロール半径でＱは全トルクである。

）。従って、この式によると、上下作業ロールのトルク
分配比率がたとえば４：６である場合には、全トルクの
１０％程度の水平力を生じることが判る。

そして、この力Ｆｏと前記の力Ｆ及び被圧延材の総計張
力（Ｌ一Ｔ，）の１／２との和もし〈は差が作業ロール
をふらつかせる原動力となっていると推定された。本発
明者は前記の如き仮定の下に、作業ロールオフセツト量
及びオフセツト角と作業ロールふらつきとの間の関係に
ついて実験を行ったところ、従来、オフセツト角０の下
限値として圧延機設計に於て採用されてきた前記（４）
式では、不適当であり、作業ロールのトルク分配比率の
変化に基因する水平分力Ｆｏの影響を加味して決定され
るべきである。

すなわち、本発明者によってたてられた前記の理論的仮
定によると、上作業ロールにかかる全水平力すなわち、
作業ロールのチョツクを水平方向右側に押し付ｆはｆ＝
Ｆ−こう土−Ｆげ‐‐‐‐‐（１１）と表わされ、この
ｆが圧延中に常に零に近いプラスの値を取るようにオフ
セツト量を決める必要がある。

つまりｆＺＯとして（１１）式を変形すればｅ≧宅よ．
牛千十轡｝．・．．・．（１２）で表わされ、この式に
基づいて種々の仕様の圧延機における作業ロールオフセ
ツトを定めた上、横型実験によって作業ロールのふらつ
きを測定した結果、前記の仮定にこぼ誤りがないことが
実証された。次にその一実施例について説明する。

〔実施例〕

作業ロール直径Ｄｗ＝５８仇奴、 補強ロール直径ＤＢ＝１４２比脈、 被圧延材の総計張力最大値４のｎ 圧延荷重Ｐ＝７０仇Ｐｎ ロール駆動トルクＱ＝１３．１ｔｏｎ−凧の圧延機に対
し、前記の（１０）式によってＦｏを求めると、Ｆｏ＝
４．５２０ｎを得、また、前記（１２）式からｆＺＯな
る条件ｃを計算すると、ｅ≧９．３１側を得る。

このオフセツト量ｅをオフセツト角０に書き直すと、マ
≧０．５３３０になる。一方、比較例として、上記条件
で（３）式よりｅを求めると、ｅ＝２．８６側となり、
（１２）式で求めた値よりも小さくなる。

今、作業ロールオフセツト量を９．３１胸にした模型圧
延機を圧延時と同じ状態にして作業ロールのふらつきを
測定したところ、第６図の如きグラフを得た。

第６図に於て横座標軸は作業ロールの回転時間（秒）、
縦座標軸はロールハウジングの窓内での作業ロールチョ
ツクの水平方向の動き（肋）を、それぞれ表わしている
。

第６図を参照すれば、前記の理論的仮定に基づいて構成
された圧延機に於ては作業ロールのふらつきが殆んど生
じないことが判る。

尚、（１２）式は、上下作業ロールのトルク分配比率が
最大４：６になるとの条件で立てられたものであるが、
分配比率の変動が更に大きくなれば、最後の項つまり０
．幻／Ｄｗの係数が更に大きくなる。

この係数は、分配比率によって１，，１２の大きさが変
るので、予め実験的に分配比率の変動の最大値を実験的
に求めておき、その値に応じた１，，１２の大きさから
く９）、（１０）式を用いて係数を決めることができる
。また、（１２）式で計算されるｅの値は下限値であり
、実際のオフセツト量は、この計算値に１０％〜数１０
％の安全率を上乗せした値とすることが好ましいが、余
りにこの安全率を大きくすると、前述の如く、ロールの
ネツク部、及び軸受の強度を大きくしなければならない
問題が生ずる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、従来の圧延機に於て生
じていた作業ロールふらつき現象をほぼ完全に消失させ
るに十分でかつ必要最小限のオフセツト量に設定できる
ので、圧延機の軸受、ロールネツクの強度を上げること
なく、圧延製品の形状精度や寸法精度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の四重圧延機の概略図で、作業ロールオフ
セツト量を決定する従来の設計方法を説明するための図
、第２図は公知の圧延機において圧延中にロールハウジ
ング中で作業ロールチョツクが水平方向にふらつきを生
じていることを示す０グラフ、第３図は圧延中における
上下作業ロールに対するトルク分配比率が変動している
ことを示すグラフ、第４図及び第５図は上下作業ロール
に対するトルク分配比率が変動した場合に作業ロールに
水平力が生じることを説明する図、第６図は５本発明に
よる圧延機の作業ロールチョツクのふらつきを実測した
グラフである。 １・・・・・・作業ロール、２・・・・・・補強ロール
、３・…・・作業ロールチョツク、４・・・・・・ロー
ルハウジング、５・・・・・・被圧延材、６・・・・・
・上作業ロール、７・…・・下ｏ作業ロール。 努’図 第２図 第３図 第４図 労う図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上下一本ずつの作業ロールと、この作業ロールを支
   持する各一本ずつの補強ロールとを有し、前記作業ロー
   ルの軸心が各補強ロールの軸心に対して被圧延材の走行
   方向にオフセツトされた圧延機に於て、前記オフセツト
   量をこのオフセツト量により生ずるロール圧下力の水平
   分力Ｆが被圧延材の総張力の１／２と、圧延中に生ずる
   トルク分配比率の変動が最大値となつたときの前記トル
   ク分配比率の変動によつて作業ロールに生ずる水平分力
   Ｆ＿０との和よりも、わずかに大きくなるように設定す
   ることを特徴とする圧延機の作業ロールオフセツト量設
   定方法。 ２ 特許請求の範囲、第１項記載において、オフセツト
   量ｅをｅ＝（Ｄ＿Ｗ＋Ｄ＿Ｂ）／（２Ｐ）・｛（Ｔ＿２
   −Ｔ＿１）／２＋（ＫＱ）／（Ｄ＿Ｗ）｝但し、Ｄ＿Ｗ
   ：作業ロール直径 Ｄ＿Ｂ：補強ロール直径 Ｐ：ロール圧下力 Ｔ＿１：被圧延材の前方張力 Ｔ＿２：被圧延材の後方張力 Ｑ：全トルク Ｋ：トルク分配比率によつて定まる定数 により決定したことを特徴とする圧延機の作業ロールオ
   フセツト量設定方法。