JPS63303606A - 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ものである。

〔従来の技術とその問題点〕

一般に、ピルガ−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（、特殊なキャリパ−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
、継目無鋼管を製造する。その構成を第３図に示す、す
なわち、−ａに実用化されている従来のピルガー式圧延
機をその模式図で説明すれば、駆動ＤＣ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を備えたピルガ−ミルロールスタンド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６“を吊設している。

そして、駆動ＤＣ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およびコンロッド
５を介して、ピルガ−ミルロールスタンド８が往復動す
る。その往復動に伴い、ピルガ−ミルロール７は、図示
しないラックとと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−ミルロール７が回転し、
マンドレルロッドが挿入された素管が前進すると、ピル
ガ−ミルロール７が素管にかみ込み、更にピルガ−ミル
ロール７が回転すると、素管は仕上げ寸法にまで圧延さ
れ、次いで、素管はピルガ−ミルロール７との接触より
離れる。一方、素管は、ピルガ−ミルロール７により圧
延されている間は停止しているが、素管がピルガ−ミル
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、従来の実用化されたピルガー式圧延機で
は、ピルガ−ミルロール７を備えたピルガ−ミルロール
スタンド８を強大な力で往復動させるため、クランク機
構を採用しており、このクランク運動により誘発する、
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■バランサ６
゜を設けている。

しかしながら、かかるピルガー式圧延機では、扇形バラ
ンサ４および■バランサ６′を備えることにより、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６゛を備えているため、大型化す
る。２）扇形バランサ４および■バランサ６″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、したがって、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、コンロッド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、しかも、
軸受等の寿命に大きく影響する。したがって、高速化に
は限界がある。４）■バランサ６′を備えているため、
例えば、φ２６０”の素管を冷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６°廻りのメンテナンスも困難となる。

一方、一対のピルガ−ミルロールを備えたとルガーミル
ロー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−ミルロー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導入するとともに、エアシ
リンダに並設し、かつ、該エアシリンダと連通ずるサブ
シリンダを設け、該サブシリンダの中央部を隔壁で仕切
り、該隔壁を移動させることにより、圧縮エアの圧縮比
を変え、しかも前記ピルガ−ミルロールスタンドを床に
対し往復動とした慣性バランス装置が知られている（特
公昭５０−２８７３号公報参照）。

しかしながら、かかる公知の慣性力バランス装置では、
当然のことながら、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、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ることから、
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、従来技術のかかる諸問題を一挙に解消
するために創作されたもので、すなわち、とルガーミル
ロールスタンドの往復動の慣性力を、コイルバネにより
バランスさせるとともに、そのコイルバネのバネ常数を
変更させずに、バネ力をクランク軸の回転速度により制
御し、その結果、往復動慣性力のバランスのための外力
を可及的に省力化し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ものである。

以下、本発明の構成を作用とともに、第１図および第２
図に示す実施例により詳細に説明する。

なお、第３図示の従来例と同一部分には同一符号で示し
、その説明を省略する。

〔基本的考え〕

本実施例は、素管φ２６０”−の継目無鋼管を圧延し、
往復動の慣性力が約５（ＩＴＯＮ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−ミルロールスタンド８の往復動によって生じ
る慣性力を、該とルガーミルロールスタンド８に装着さ
れたコイルバネ１２（例えば複数個のコイルバネ）でバ
ランスさせようとするものである。

そこで、Ｒ／Ｌ（１，０とすれば、ピルガ−ミルロール
スタンド８の慣性力の一次の項がコイルバネ１２の線形
特性と略一致するので、かかることに着目して、 Ｍ　：ピルガーミルロールスタンド８の重量α　：ピル
ガーミルロールスタンド８の中立位置からの変位Ｓの加
速度 Ｘ　：コイルバネ１２の他端の変位 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にの凡その大きさは次
のようにして決める。

今、Ｒ／Ｌ（１，０であるから、クランク運動によって
生じる往復動の慣性力の一次の項から、αζ−ω”Ｘｓ
　　　　　　　　　・φΦ■が導かれる。

よって、■、■式より Ｍω３ ｘ　／　ｓζ１＝□　　・・・■ に となり、回転速度ωの最大のとき（慣性力の一次の項が
最大値のとき）、０式において、ｘ　／　ｓ−〇 になるようなバネ常数ｋを決めればよい。

したがって、バネ常数には、 ｋ−Ｍω富−ａｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・■で決められる。つまり、この０式で決められ
たバネ常数ｋをもつコイルバネ１２（第１図、第２図）
を装着すれば、ピルガ−ミルロールスタンド８の往復動
による慣性力の大半のアンバランスは消去される。

しかしながら、実際は、Ｒ／Ｌ＜１．０ではなく、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１２のバネ力を可変とし、往復動慣
性力の高次の項をもバランスさせようと試みたところ、
かかるコイルバネ１２はそのバネ常数ｋがきわめて大で
あることから、バネ常数ｋを可変とする構造とすること
が困難であることが判明した。そこで以下の構造を試み
た。

〔具体的構造〕

第１図および第２図において、１は駆動ＤＣモータ、４
は回転速度検出計、９はギャップ調整量演算指令部、１
０．１０’　はギャップ調整装置（電動ジヤツキ、また
はサーボシリンダ）、１１．１１′はエンドプレート、
１２はコイルバネ、１３はバネ圧縮ボックス、１４はラ
イナを示す。

さて、前記０式のに＝Ｍω”ｗａｘにて最大のバネ常数
には不変とし、第２図に示す初期ギャップｙ０を回転速
度ωに応じ、第４図に示すごとく、制御することにより
、バネ力を制御し、往復動の慣性力とバランスさせよう
とするものでる。

すなわち、第２図において、第１図示のとルガーミルロ
ールスタンド８が左方間に動くと、バネ圧縮ボックス１
３を介して、エンドプレート１１を左方に押圧し、エン
ドプレート１１がコイルバネ１２を圧縮する。このとき
、他端のエンドプレート１１“は他端のギャップ調整装
Ｗ１０゛によって、初期ギャップｙｏの位置に保持され
ている。

また、第２図において、第１図示のとルガーミルロール
スタンド８が右方向に動くと、バネ圧縮ボックス１３を
介して、エンドプレート１１’によりコイルバネ１２を
圧縮する。このとき、ギャップ調整装置ｌＯによって、
エンドプレート１１が保持されることになる。

以上のサイクルを回転数ωに応じてギャップｙを調整し
つつ繰り返すことになる。つまり、ギャップ調整装置１
０．１０”とエンドプレート１１．１１゛との当り力を
変更可能とし、クランク軸２の回転速度ωが最大値ωｗ
ａｘより小になれば、その当りを軽（して、結果として
、バネ力を減少させようとするものである。

そして、ギャップｙの調整は回転速度検出計４からの出
力からギャップ調整量演算指令部９にて最適ギャップｙ
を第４図示の曲線の弐のようにして求め、ギャップ調整
装置１０に指令することになる。

かかる制御状態の１例、すなわち、ω／ωｗａｘ＝０．
７５、ｙ　ｏ　／　Ｒ−０，３を第５図に示す、なお、
（１）　／　ωｌ１ａＸ　！　ｔ、　０、ｙｏ／Ｒ−０
のときは、慣性力はバネ力と等しくなり、アンバランス
力は作用しない０図中、実線はアンバランス力、破線は
バネ力、２点鎖線は慣性力をあられす、　　。

〔実施例の作用〕

本実施例は、畝上の制御によって、とルガーミルロール
スタンド８の往復動の慣性力をコイルバネ１２で良好に
バランスできる。これを第６図で示す、この試験例では
、Ｌ−４０００”１、Ｒ−７２０”、Ｍ−３５””とし
た場合の慣性力のアンバランス状態を示す、Ｎ軸に力（
ＴＯＮ）、横軸に時間（秒）をとったグラフで、実線は
慣性力、破線はバネ力、２点鎖線は本実施例のアンバラ
ンス量を示す。

また、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７図に示す。

駆動ＤＣモータ１とクランク軸２との間に設けた変速機
またはクラッチ（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
連結して圧延するに際し、各素管の先端および後端にお
いて、ωを最大値から釣上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に応じてバネ常
数ｋを小さくするため、ギャップ調整装置ｔｏ、ｔｏ’
とエンドプレート１１．１１’　との当りを軽くすべく
、ギャップ調整装置１０．１０°を後退して行う。

以上要するに本発明は、特許請求の範囲に記載された構
成を採択したので、次の効果が期待できる。

〔発明の効果〕

■　従来の、■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、■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
工事簡略化などが計れるのは勿論、コイルバネにより、
ピルガ−ミルロー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−ミルロー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、バネ力が変更可能であるので
、バランスが良好に対応できる。

■　バネ常数を変えず、当り力のみの加減でバネ力を可
変としたので、バネ装置が簡単に構成でき、殊にバネ常
数の大きいピルガー式圧延機用には好適となる。

■　特に、クランク軸の回転速度ω鴫ａｘ近辺での使用
時は、当り力をクランク軸の１回転内でも制御でき、こ
れによって、ωの２次のアンバランスまでとることが可
能となる。

■　ピルガ−ミルロールスタンドの慣性力の二次の項を
バランスできるので、機械加工を要する、高級材料を使
用したコンロッド、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。したがって、著しいコストダウンを計るこ
とができる。これに加えて、例えば、ピルガ−ミルロー
ルスタンドを格納したハウジングの基礎ボルト（これは
いずれのピルガ−ミルスタンドにも必要）が、−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ったので、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、ビルガーミルロ−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
っても、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図は本発明の実施例の模式図、第２図は第１図の要
部拡大図、第３図は従来例の模式図、第４図は制御グラ
フ、第５図はアンバランス量グラフ、第６図は他のアン
バランス量グラフ、第７図は動作グラフ。 ７・・・ピルガ−ミルロール、８・・・ピルガ−ミルロ
ールスタンド、１２・・・コイルバネ。 第４図 ■０ 第５図

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たピルガーミルロー
   ルスタンドを、回転運動から往復運動に変換した動力で
   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、 前記ピルガーミルロールスタンドにコイルバネを装着し
   、該ピルガーミルロールスタンドの往復動慣性力を該コ
   イルバネによりバランスさせるものであって、 該コイルバネのバネ常数を不変とし、かつ、前記回転運
   動の回転速度により、該コイルバネと該ピルガーミルロ
   ールスタンドとの当り力を加減して、該コイルバネのバ
   ネ力を制御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。