JPS62238009A - ピルガ−式圧延機の慣性力バランス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、と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、特殊なキャリバーをもった一対のピルガ
−ミルロールとマンドレルロッドとの間で素管を圧延し
、継目無ｉｌ管を製造する。その構成および動作は、第
２図の一般に実用化されている従来のピルガー式圧延機
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にコンロッド５および■バ
ランサ用コンロッド６をそれぞれ連結し、該コンロッド
５の先端に、一対のピルガ−ミルロール７．７を装着し
たピルガ−ミルスタンド８を連結するとともに、前記Ｖ
バランサ用コンロッド６の先端にＶバランサ９を吊下す
る。

そして、主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およびコンロフド５を介
して、ピルガ−ミルスタンド８が往復動する。その結果
、とルガーミルロール７は、図示しないラックとピニオ
ンを介して、回転し、素管を圧延する。これを更にいえ
ば、ピルガ−ミルロール７が回転し、マンドレルロフト
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、従来の実用化されているピルガ−底圧延
機は、ピルガ−ミルロール７を装着したピルガ−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、そのため、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
って、アンバランスが発生するが、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−底圧延機では、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および■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とコンロッド５の長さしの比を小さくしなければな
らないため、コンロ。

ド５の長さしが大きくなり、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ッド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、したがって、高速化には限界が
ある。４）■バランサ９を備えるため、例えば゛、φ２
６０Ｈの鋼管を圧延するためのピルガ−ミル圧延機は、
深さ約８ｍの基礎工事を必要とし、ひいては、■バラン
サ９まわりのメンテナンスも困難となる。

一方、一対のピルガ−ミルロールを装着したピルガ−ミ
ルスタンドを往復動させるピルガ−底圧延機において、
該ピルガ−ミルスタンドにエアシリンダのピストンロッ
ドを連結し、該ピストンロッドに連結されたピストンの
両側に圧縮エアを供給して、該ピルガ−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
ス法が提案されている（英国特許第１３５５７３３号明
細書参照）。

しかしながら、かかる提案を試験したところ、第３図示
のごとく、該往復動の慣性力（実線）と、ピルガ−ミル
スタンドの往復動によって形成される圧縮エアの圧力（
破線）とは、その最大値を一致させても、刻々と変化す
る回転角に対する、慣性力の変化と、圧縮エアの圧力の
変化とは一致せず、つまり、両者はバランスされていな
いことが判明し、前記提案のみでは、実用的なピルガ−
底圧延機にそのまま通用できない。

〔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解消するた
め創作されたもので、すなわち、ピルガ−ミルスタンド
にエアシリンダを装着し、該ヒルガーミルスタンドの往
復動の慣性力を、該エアシリンダの圧縮エアの圧力でバ
ランスさせるに当り、回転角に対する、慣性力の変化と
、封入された圧縮エアの圧力の変化とを一致させてバラ
ンスさせるため、該圧縮エアの圧力と該慣性力とのａｌ
ｌ顛を、回転速度で制御される油圧シリンダの出力で修
正させるようにしたピルガ−底圧延機の慣性力バランス
装置を提供することにある。

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φ２６０鰭の継目無鋼管を冷延し、往
復動の慣性力が約６０７ＯＮ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、ピルガ
−ミルスタンド８の往復動の慣性力を、該ピルガ−ミル
スタンド８に連結したエアシリンダＩＯに封入されたエ
アの圧力でバランスさせるものであるから、先ず、ピル
ガ−ミルスタンド８の往復動の回転角に対する最大慣性
力と、エアシリンダー０のエアピストン１１の初期スト
ロークエンドにおける圧縮エアの圧力とをバランスさせ
る。

ところで、周知のごとく、エアバネとし使用されるエア
ピストンにおいて、任意のストロークにおける荷重を表
す一般の式から、エア圧縮は断熱圧縮とみて、次の、 Ｐｏ　Ｎｏ　＝Ｐｗ　　Ｈ！ｏ　−（ｓ−ｘ）　ｌ　−
■が与える。但し、 Ａ　；エアシリンダー０の有効面積 Ｐｏ　：エアシリンダー０の初期圧力 ｒｏ　：エアシリンダー０の初期ボリューム相当長 に　：ポリトロープ指数 Ｐｗ　：ニアシリング−ｏの任意の位置における圧力 Ｓ　：ピルガ−ミルスタンド８の変位 Ｘ　ニスクリユージヤツキ１３の中立位置からの変位 一方、第１図において、ピルガ−ミルスタンド８はエア
ピストンロッド１２を介して、エアピストン１１と連結
されており、該エアピストン１１のエア体積はスクリュ
ージヤツキ１３を作動させて調整できるから、該スクリ
ュージヤツキ１３を作動させれば、ピルガ−ミルスタン
ド８の往復動の回転角に対する最大慣性力と、エアピス
トン１１のストロークエンドにおける圧縮エアの圧力Ｐ
ｍａｘとをバランスさせることができる。

そこで、スクリュージヤツキ１３を作動させ、前記ｉｏ
を決めるため、前記慣性力と前記圧力１’ｍａｙとを、 Ｍ　　＋＋ Ｐｍａｘ　　＃　　−−ｆｓｌｓａｘ　　＋　　Ｐｏ　
　　　−■とすればよい、ここでＭ：ピルガ−ミルスタ
ンド８の重量 そして、ｘ−０、ｓ−ＲのときのＰｗをＰｍａｘとすれ
ば、０式より、 る。

すなわち、初期ボリューム相当長ｌＯを求めるには、第
１図において、ある特定の一定回転速度ωを位置指令演
算部１４に与えて０式を演算し、その得られた信号ｊｌ
でり、Ｃモータ１５を制御してスクリュージヤツキ１３
を駆動し、エアシリンダｌＯのエア体積を制御すれば、
この１０が求められる。

ところが、前記のごとく、回転速度ωを一定にしても、
各回転角θについての慣性力は同一でなく、その変化に
対し、封入されたエアの圧力の変化は一致しないから、
両者は完全にバランスしない。そのため、本実施例では
、前記エアピストン１１に油圧シリンダ１６を直結して
該油圧シリンダ１６を駆動し、その出力でエアピストン
１１の位置を位置制御することにより、慣性力と圧縮エ
アの圧力とのそれぞれの変化における間融をなくそうと
するものである。したがって、第１図における慣性力バ
ランス圧力演算部１７において、クランク軸２に付設さ
れたタコジェネレータおよび回転角検出器１８で検出さ
れた回転速度ωおよび回転角θにもとづく慣性力が、一
般の往復動の慣性力を表す周知の式より得られるので、
これをエアシリンダ１０の有効面ｍＡで割れば、所定の
エアシリンダｌＯの圧縮エアの圧力が得られる。その圧
力指令値ｊ５と、切換スイッチ３２を作動して得た実際
の測定値ｊ４とをアンプ３３で比較し、その差を圧力指
令値ｊ２としてアンプ３４に与え、サーボ弁１９を制御
する。なお、Ｉ′ｌ１１圧シリンダ１６の実際の動きは
、油圧シリンダ１６の初圧と作動圧との差を圧力センサ
ー３５で検知してフィードバック信号ｊ６としてアンプ
３４に与え、前記ｊ２とを比較して行う、その圧力指令
値ｊ２を前記油圧シリンダ１６に油圧力を導入させるサ
ーボ弁１９に与えて、油圧シリンダ１６を駆動し、その
出力で慣性力と圧縮エアの圧力との艶聞を修正し完全に
バランスさせる（第３図２点鎖線参照）。

〔実施例の補足説明およびバランス精度向上３次に、以
上のｍ要を第１図にもとづいて補足説明する。エアシリ
ンダ１０には、エアピストン１１を挟んで両側に、前室
２０と後室２１とを形成し、各室２０，２１に第１エア
サブシリンダ２２と第２エアサ′フ゛シリンダ２３をそ
れぞれ連通している。

これら第１および第２エアサブシリンダ２２．２３に共
通のスクリュー２４を貫通し、該スクリュー２４にそれ
ぞれのピストンを固着し、該スクリュー２４の中央では
前記スクリュージヤツキ１３と螺合する。なお、スクリ
ュー２４の実際の動きは、スクリュー２４の端部にスク
リュー位置検出器２５を装着し、その位置信号ｊ３を、
フィードバックゲインＫｆとして、前記信号ｊ１を導入
するアンプ２６に与えて、Ｄ、Ｃモータ１５を制御する
。

前記前室２０および後室２１には、チェック弁２７、リ
リーフ弁２８および減圧弁２９、更には低圧エア＃３０
からなるエア回路３１を付設している。

したがって、ピルガ−ミルスタンド８が往復動すると、
それに伴ってエアピストン１１も往復動じ、前室２０お
よび後室２１、これらの室２０゜２１にそれぞれ連通し
た第１および第２エアサブシリンダ２２．２３内の低圧
にセントされ封入された初期圧力ＰＯのエアをそれぞれ
圧縮する。その圧縮エアの圧力で、エアバネとしてピル
ガ−ミルスタンド８の往復動の慣性力が御名バランスで
きる。なお、略完全なバランスは、前記のごと（、前記
油圧シリンダ１６の出力で行われる。

更に、本実施例では、コンロフト５の張力検出器３６を
装着し、そのフィードバックゲインＫｃｃを補正信号ｊ
７として前記アンプ３４に与え、ピルガ−ミルスタンド
８の往復動の摩擦力等を考慮して慣性力バランスの精度
を向上している。

（回転速度ωの変更〕 また、本実施例ではクランク軸２の回転速度ωを変更し
て運転することができる。すなわち、Ｄ、Ｃモータ１５
を回転速度ωに応じ制御することにより、スクリュージ
ヤツキ１３を駆動し、第１および第２エアサブシリンダ
２２．２３のエア体積を変更し、ひいては、エアシリン
ダ１０の前室２０と後室２１のエア体積を変更して、圧
縮エアの圧力を変更し、その回転速度による慣性力とバ
ランスさせる。

そこで、Ｄ、Ｃモータ１５を制御するには、クランク軸
２に装着したタコジェネレータおよび回転角検出器１８
で検出された回転速度ωにもとづく信号ｊ１をり、Ｃモ
ータ１５に与えることにより、所定の回転速度ωに応じ
たエアシリンダ１０のエア体積が得られる。そして、例
えば次のような場合に、回転速度ωを変えて運転する。

すなわち、φ２６０　ａｍの素管を冷延する場合、多数
の素管を直列状にて連続して圧延するに際し、各素管の
始端および末端において、回転速度ωを例えば最大値の
１３０ｒｐｍから７Ｏｒｐｍに下げて圧延し、その部分
の割れを防止する。したがって、本実施例では、最大回
転速度ωｍａｘが得られるエアシリンダ１０を設定さえ
しておけば、それ以下の回転速度は任意に変更でき、そ
れに応じた圧縮エアの圧力が得られる。つまり、任意の
低回転速度の運転ができる。

〔圧延作業の助勢〕

また、本実施例では、ピルガ−ミルスタンド８、エアピ
ストンロッド１２、エアピストン１１および油圧シリン
ダ１６を直列状に直結しているので、予めセットされた
タイミング、例えばピストンミルロール７が素管にかみ
込み、次いで、仕上げ寸法に迄圧延するとき、その圧延
時に１・要な水平方向の力を、該油圧シリンダ１６の出
力で助勢をすることができる。その結果、メイン駆動系
（主モータ１１フライホイル、減速機、クラッチ、クラ
ンク軸２、クランクアーム３およびコンロノド５など）
を小型化・軽量化することができる。

なお、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−底圧延′ＩＩＡ（Ｇｏｌｄ　Ｒｅｄｕｃｉｎ
ｇＴｕｂｅ　Ｍｉｌｌ　）で説明したが、本発明はこれ
に限らず、例えば鋼板用や棒鋼用のピルガー式圧延機に
通用してもよく、勿論、Ｄ、Ｃモータは適宜の油圧モー
タであってもよい。

本発明の別の実施例として、第４図に示すようなマスア
ンバランサを併用してクランク軸２に装着すれば、エア
シリンダ等制御系を小形化することができる。第４図を
説明すれば、マスアンバランサ３６．３６°を回転軸３
７．３８の一端に付設し、これら回転軸３７．３Ｂをク
ランク軸２が挿通されているフレーム３９に回動自在に
軸支する０図中、下方の回転軸３７には小径歯車４０を
その他端に固着し、該小径歯車４０はアイドル歯車４１
を介してクランク軸２に固着した第１歯車４２で回動す
る。ここで第１歯車４２と小径歯車４０の歯車比は２／
１とする。また、上方の回転軸３日は中形歯車４３をそ
の他端に固着し、該中形歯車４３はクランク軸２に固着
された第２歯車４４で回動する。ここで、第２歯車４４
と中形歯車４３の歯車比は２／１とする。したがって、
回動軸３７．３８はたがいに反対方向でクランク軸２の
２倍の回転速度で回転し、ピルガ−ミルスタンド８の二
次の項の慣性力とバランスさせる。

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

〔発明の効果〕

■　従来の、実用化されている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、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、エアバネとしてのエアピストンで、ピル
ガ−ミルスタンドの往復動の慣性力がバランスできるの
で、バランス用に過大な外部エネルギーを必要としない
ばかりか、圧縮エアの圧力を容易に変更して、回転速度
に応じたバランスができる。

■　エアシリンダに封入されたエアの圧力を、油圧シリ
ンダの出力で修正して、回転角に対する慣性力の変化と
圧縮エアの圧力の変化との■顛をなくしているので、略
完全なバランスが得られる。

したがって、圧延される製品の品質を向上することがで
きる。

■　回転速度に応じた圧縮エアの圧力が得られるので、
素材に最適の回転速度で圧延でき、前記■と相俟って圧
延される製品の品質を向上することができる。

■　油圧シリンダを装着したので、油圧シリンダの出力
で圧延時に必要な水平方向の力を助勢することができる
ため、メイン駆動系を小型化することができる。

■　本発明によれば、高次の項をバランスさせるので、
機械加工を要する、高級材料使用のコンロッド、クラン
クアーム、クランク軸などで過大な力を受ける必要がな
く、大形化する必要がなくなり、著しいコストダウンが
図ることができる。これに加えて、例えば、ピルガ−ミ
ルスタンドを格納するためのハウジングの基礎ボルト（
これは、いずれのピルガ−ミルスタンドにも必要）は、
−次の項のみを消去した従来例の場合では、高次の項の
慣性力を少なくとも支持させなければならないので、高
速化すれば、より強固な基礎ボルトが必要となってくる
。

ところが、本発明によれば、高次の項をもバランスさせ
るので、基礎ボルトは圧延水平反力さえ支持されればよ
く、この圧延水平反力は回転速度と殆ど無関係にあるこ
とから、高速化しても基礎ボルトには影響を与えず、変
更する必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の模式図、第２図は従来例の模
式図、第３図はクランク角に対する慣性力、一般の圧縮
エアの圧力および本実施例の圧縮エアの圧力を表すグラ
フ、第４図は本発明の別の実施例の要部図。 ７…ピルガ−ミルロール、８・・・ピルガ−ミルスタン
ド、１０・・・エアシリンダ、１３・・・スクリュージ
ヤツキ、１６・・・油圧シリンダ。 第３図 ＠４図 η

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対のピルガーミルロールを装着し、かつ、クランク運
   動で水平状に往復動させるピルガーミルスタンドに、エ
   アピストンを挟んで前室と後室とを形成したエアシリン
   ダを装着し、これらの室の圧縮エアの圧力で、前記往復
   動の慣性力をバランス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、 該エアピストンに油圧シリンダを直列状に連結し、該慣
   性力を該エアシリンダに封入された圧縮エアの圧力でバ
   ランスさせ、該圧縮エアの圧力と該慣性力との齟齬を、
   前記クランク運動の回転速度で制御される該油圧シリン
   ダの出力により修正させるようにしたピルガー式圧延機
   の慣性力バランス装置。