KR0159989B1 - 롤 구동장치 - Google Patents

Abstract

평행 배열되는 복수개의 롤 축에 직교방향으로 피가공물을 이송시키는 장치로서, 하나의 동력원으로 1조 1쌍의 롤을 구동시킬 수 있고, 구동되는 1쌍의 롤은 인접하는 롤의 부하 조건에 따라 상대적인 회전 속도가 자동으로 증감되게 한 롤 구동장치.

이 장치는 하나의 동력원(2)과 1쌍의 롤(8a)(8b) 사이에 부하 상응 분배수단(4)이 개재되어서 상기한 동력원(2)에서 발생된 회전력을 양 롤(8a)(8b)로 전달시켜 주는 매체로 작용하고, 그러한 동력 전달 과정에서 상기한 부하 상응 분배수단(4)가 양 롤(8a)(8b)이 받는 부하 조건에 맞춰서 양 롤(8a)(8b) 사이의 회전 속도를 상대적으로 변화시켜서 피가공물(M)의 처짐이 생기지 않게 해 주는 것이다.

Description

롤 구동장치

제1도는 본 발명의 구성을 묘사하고 있으며, 주요 부분을 단면으로 나타낸 평면 배치도.

제2도는 제1도의 부하 상응 분배수단의 일 예를 보여주는 분해 사시도.

제3도는 본 발명의 적용 예를 설명하기 위한 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 동력원 4 : 부하 상응 분배수단

6a,6b : 감속기 8a,8b : 롤

10 : 등속 분배수단 20 : 구동요소

40a,40b : 출력축 42a,42b : 사이드 기어

44 : 차동장치 케이스 46 : 피니언 샤프트

48a,48b : 피니언 50 : 피동요소

58a,58b : 원동 휘일 60a,60b : 자유 휘일

62a,62b: 딜리버리 축 64a,64b : 클러치판

66 : 액츄에이터 68 : 쉬프트 포오크

본 발명은 금속 가공기계 또는 제지기계 등에 사용되는 롤 구동장치에 관한 것이다.

복수개의 롤 축이 평행으로 배열되어서 각각 상이한 속도로 피가공물을 이송, 가공시키는 장치 또는 방법은 압연기, 제관기 등의 분야에서 볼 수 있다.

압연기는 특히 연속 압연의 경우에 복수개의 롤 축이 평행 배열되고, 그 롤 축마다 압연 롤이 장착되어서 피가공물을 이송 및 가공하게 되는 구조를 포함한다.

피가공물은 복수개의 롤을 거치면서 소정의 두께, 직경, 형상 등을 갖추게 되는 것이며, 이러한 가공 공정에서 피가공물은 각 롤과 마찰되어 부하를 일으키게 된다. 각 롤에 가해지는 부하가 상이하게 되면 회전 속도가 미리 설정되어 있는 범위를 벗어나는 언밸런스로 되고, 이것은 피가공물의 이송에 악영향을 주게 된다. 더 구체적으로 두께(t) 8mm를 3mm로 압연하는 선재 2단 연속 압연을 예로 설명하면, 압연에 의한 직경 감소는 8t-6.8t-5.9t-4.7t-4.0t-3.4t-3.0t로 수회 압연된다.

압연되는 피가공물은 각 단계에 설치된 롤을 지나면서 그 단면적이 감소되는 것이므로 롤의 압하작용에 의한 고압축응력과 마찰에 의한 표면전단응력을 받는다. 마찰에 의한 표면전단응력은 선재가 롤 사이를 통과하도록 끌어들이는 작용을 하기도 하지만, 이러한 물리력은 롤에 대하여 부하로 작용하게 된다. 압연이 원만히 이루어지려면 피가공물의 이송속도가 압연 단계별로 상이하게 되어야 한다. 즉 후방측 롤의 원주속도가 전방측 롤을 빠져 나오는 피가공물의 속도와 같게 되어야 하는 것이다.

그런데, 전방측 롤의 원주속도가 빠르거나 혹은 후방측 롤의 원주속도가 느리게 되면 피가공물의 이송이 원활치 않게 되어 양 롤 사이에서 처짐을 일으키게 된다.

이러한 현상은 종이 압연기에서도 나타나 지면에 주름으로 형성되는 불량을 일으키고, 제관기의 경우에는 관 두께가 불균일해지는 원인이 되기도 한다.

또, 연속 인발기의 경우에도 양 권선 드럼의 원주속도가 동일하지 않게 되는 경우에 상기 현상을 볼 수 있으며, 그 원인도 다이를 통과한 피가공물의 이송 속도가 조화를 이루지 못한 데에 기인한다.

이와 같은 문제점은 양 롤 또는 드럼의 원주속도를 끊임없이 증감 제어하는 방법으로 극복될 수 있으며, 압연기 분야에서 평행 배열된 복수개의 롤 축을 가지는 롤의 원주속도를 변화시키는 방법은 잘 알려져 있다.

이를테면, 인접하는 전방 롤과 후방 롤이 각각 상이한 속도로 회전되게 하는 방법은 아직도 각각의 롤마다 개별의 동력원을 부가시켜 놓고, 전방 롤과 후방 롤 사이에 센서 등을 설치하여 피가공물이 처짐을 일으킬 때 후방 롤축의 동력원을 가속시키는 방법으로 행하고 있다.

그중에서 가장 진보된 방법은 각 롤마다 부가된 동력원에 인버터를 설비하여 상기한 동력원을 제어하게 하는 것이며, 이 방법은 해당 롤의 감속과 증속의 변환이 빠르므로 피가공물의 이송 중에 발생되는 문제를 신속히 수습할 수 있다. 그렇지만 복수개의 동력원과 인버터를 구비해야 하고, 또 인버터의 불필요한 제어 로직 등을 갖추어야 하므로 값이 비싸고 대단위 설비로 되어 중·소 용량의 압연에는 적용하기 곤란한 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 하나의 동력원으로 1조 1쌍의 롤을 구동시킬 수 있고, 구동되는 1쌍의 롤은 인접하는 롤의 부하 조건에 따라 상대적인 회전 속도가 자동으로 증감되게 한 롤 구동장치를 제공하여, 상술한 종래의 롤 구동장치에서 볼 수 있는 문제점을 근본적으로 해결하고자 함에 있다.

상기의 목적을 구현하기 위하여, 본 발명은 하나의 동력원과 1쌍의 롤 사이에 부하 상응 분배수단이 개재된 구성으로 됨을 특징으로 한다.

본질적으로 부하 상승 분배수단은 동력원에서 발생된 동력을 양 롤로 전달시켜 주는 매체로 작용하고, 그러한 동력 전달 과정에서 양 롤이 받는 부하 조건에 맞춰서 양 롤 사이의 상대적인 회전 속도가 변화되도록 자동 조절하여 피가공물의 처짐이 생기지 않게 한다.

따라서 상기한 부하 상응 분배수단은 동축 방향으로 배치되어서 양 롤로 연계되는 1쌍의 출력축과, 이들 출력축 상에 회전 가능하게 축결합되고 외부에 적어도 1열의 링기어가 형성된 차동장치 케이스와, 이 차동장치 케이스의 내부를 가로질러 상기한 출력축과 직교방향으로 배치된 피니언 샤프트, 그리고 상기한 양 출력축의 일 단부에 고정 부착되어서 상기한 차동장치 케이스의 내부로 대향 배치된 사이드 기어와, 상기한 피니언 샤프트에 회전 가능하게 지지되어서 상기한 사이드 기어와 맞물리게 대향 배치된 피니언으로 구성된다.

별개로 나누어 배치된 1쌍의 출력축 사이에는 등속 분배수단이 배치된다.

상기한 등속 분배수단은 출력축 각각의 도중에 설치된 원동 휘일과, 이들 원동 휘일에 접촉 전동되는 1쌍의 자유 휘일을 포함하고, 상기한 자유 휘일은 대향 단부에 1쌍의 클러치판이 각각 고정 부착된 딜리버리 축 상에 일체로 축고정되며, 또한 양 클러치판 중의 어느 하나는 그것을 지지하는 딜리버리 축의 축방향으로 슬라이드 이동할 수 있게 배치됨과 아울러 그 외주면에는 액츄에이터의 쉬프트 포오크가 연계되는 구조를 포함한다.

상기한 원동 휘일과 자유 휘일은 더 구체적으로 기어, 또는 전동 로울러일 수 있다.

이러한 구성에 의해 본 발명은 하나의 동력원에서 발생된 동력이 부하 상응 분배수단과 양 출력축을 경유하여 각각 1쌍의 롤로 전달되어서 이들을 구동시키게 되는 것이며, 구동 중에 각각 1쌍의 롤이 받게 되는 부하가 서로 다르게 되면 부하 상응 분배수단이 발동되어 저부하를 받는 롤이 고부하를 받는 롤보다 상대적으로 빠른 속도가 되게 조절하여 준다.

그리고 등속 분배수단(10)을 작동시켜서 액츄에이터(66)에 의해 양 클러치판(64a)(64b)이 밀착되게 하면, 일체로 연결되는 딜리버리 축(62a)(62b)에 의해 양 출력축(40a)(40b) 사이는 동력 전달상태가 되므로 양 롤(8a)(8b)의 등속 회전이 이루어진다.

따라서 양 롤의 상대적인 회전 속도는 각 롤이 받는 부하 조건에 변화에 상응하여 자동 증감되는 효과를 나타낸다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 주요 부분을 단면으로 나타낸 구성도로서, 동력원(2)은 부하 상응 분배수단(4)과 연결되고, 또 부하 상응 분배수단(4)은 나란히 배치된 1쌍의 감속기(6a)(6b)로 연결되어서 평행 배열된 1쌍의 롤(8a)(8b)을 각각 종동시키게 한 구성을 포함하고, 상기한 부하 상응 분배수단(4)에는 등속 분배수단(10)이 병설되어 있다.

동력원(2)은 기어 이음, 벨트 전동 이음 등의 동력 전달방식으로 부하 상응 분배수단과 연결될 수 있고, 정역 회전이 가능한 것이라면 어떤 형식이라도 좋다. 또 동력원(2)은 부하 상응 분배수단(4)으로의 동력 전달을 위하여 기어, 풀리 등으로 되는 구동요소(20)를 갖추고 있으며, 도시한 예에서는 스퍼어 기어를 채용하고 있다.

또, 부하 상응 분배수단(4)은 1쌍의 감속기(6a)(6b)로 동력 연결되는 1쌍의 출력축(40a)(40b)을 갖추고 있으며, 이들은 동축 방향으로 배열되어 있다.

상기한 양 출력축(40a)(40b)의 대향 단부에는 사이드 기어(42a)(42b)가 각각 고정 부착되어 있고, 이들 사이드 기어(42a)(42b)는 양 출력축(40a)(40b)에 걸쳐져서 회전 가능하게 지지된 차동장치 케이스(44)의 내부로 위치하게 되어 있다.

이 차동장치 케이스(44)의 내부에는 상기한 양 출력축(40a)(40b)에 직교하는 피니언 샤프트(46)가 배치됨과 아울러 이 피니언 샤프트(46)에는 1쌍의 피니언(48a)(48b)이 대향 배치되어서 상기한 양 사이드 기어(42a)(42b)와 일체로 차차 연결되어 있다. 또한, 차동장치 케이스(44)는 상기한 동력원(2)으로부터 동력을 전달받을 수 있는 피동요소(50)를 외부에 설치하고 있다.

피동요소(50)는 기어, 풀리 등을 사용할 수 있고, 이것이 상술한 구동요소(20)와 함께 기어로 된 경우에는 직접 치차 이음되고, 또 풀리인 경우에는 벨트 이음된다.

도시한 예에서 피동요소(50)는 스퍼어 기어를 채용하고 있다.

상기한 차동장치 케이스(44)를 공동 수용체로 한 사이드 기어(42a)(42b)와 피니언(48a)(48b)의 실시예는 제2도에 묘사되어 있다.

차동장치 케이스(44)에는 양 출력축(40a)(40b)을 위한 축공(52)과, 피니언 샤프트(46)를 위한 축공(54)이 직교 상으로 뚫려져 있고, 한쪽에는 각 1쌍의 사이드 기어(42a)(42b) 및 피니언(48a)(48b)이 출입되는 개구(56)를 보유하고 있다.

양 출력축(40a)(40b)과 사이드 기어(42a)(42b) 사이는 스플라인 이음에 의해 일체로 회전할 수 있게 연결되고, 또 직교하는 피니언 샤프트(46)와 양 피니언(42a)(42b) 사이는 자유 회전 가능하게 단지 축 지지될 뿐이다.

피동요소(50)는 차동장치 케이스(44)의 일측면에 볼트로 체결 부착되는 예로 묘사되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 차동장치 케이스(44)와 일체로 형성시켜 놓아도 좋다.

다시 제1도를 참조하면, 상술한 부하 상응 분배수단(4)의 측방으로 등속 분배수단(10)이 배열된다.

등속 분배수단(10)은 양 출력축(40a)(40b)의 도중에서 각각 소정 위치로 배치된 원동 휘일(58a)(58b)을 포함한다. 이 원동 휘일(58a)(58b)은 양 출력축(40a)(40b)과 일체로 되어 항상 같이 회전하는 것이다.

양 원동 휘일(58a)(58b)의 부근에는 각각 자유 휘일(60a)(60b)이 접촉 전동할 수 있게 설치되어 있고, 이들 자유 휘일(60a)(60b)은 2개로 분할 형성된 딜리버리 축(62a)(62b)과 각각 일체로 되는 것이다.

상기한 딜리버리 축(62a)(62b)의 대향면에는 각각 클러치판(64a)(64b)이 부착되어 있고, 그 중의 어느 한쪽 클러치판(64b)은 딜리버리 축(62b)을 타고 슬라이딩할 수 있게 배치됨과 아울러, 그 외주에는 액츄에이터(66)의 쉬프트 포오크(68)가 연결된 구성으로 되어 있다.

상기한 등속 분배수단(10)은 액츄에이터(66)에 의해 쉬프트 포오크(68)가 양 클러치판(64a)(64b) 사이를 압착시켰을 때에, 분리된 양 딜리버리 축(62a)(62b)이 일체로 됨에 따라 양 롤(8a)(8b)의 상대적인 회전 속도는 동일하게 된다.

제3도는 본 발명의 장치를 압연기에 적용한 예를 나타내는 개략도이다.

하나의 동력원(2)에서 발생된 회전력은 구동요소(20)과 피동요소(50) 사이의 동력 전달에 의해 차동장치 케이스(44)가 회전되게 한다.

차동장치 케이스(44)의 회전력은 양 피니언(48a)(48b)과 맞물린 양 사이드 기어(42a)(42b)를 거쳐 양 출력축(40a)(40b)으로 전달되어 이를 회전시키게 되고, 이렇게 전달된 회전력은 감속기(6a)(6b)를 통해 양 롤(8a)(8b)의 종동 회전으로 나타난다.

양 롤(8a)(8b) 사이를 지나는 피가공물(M)은 각 롤(8a)(8b)을 지나면서 그 단면적이 감소되는 것이므로 롤의 압하작용에 의한 고압축응력과 마찰에 의한 표면전단응력을 받는다. 마찰에 의한 표면전단응력은 피가공물(M)이 롤 사이를 통과하도록 끌어들이는 작용을 하지만, 이러한 물리력이 양 롤(8a)(8b)에 대하여 부하로 작용하는 것이다.

압연이 원만히 이루어지려면 피가공물(M)의 이송속도가 압연 단계별로 상이하게 되어야 한다. 즉, 후방측 롤(8b)의 원주속도는 전방측 롤(8a)을 빠져 나오는 피가공물(M)의 속도와 같게 되어야 하는 것이다.

그런데, 전방측 롤(8a)과 후방측 롤(8b) 사이를 지나는 피가공물(M)의 속도가 변하여 처짐이 발생하게 되면, 전방측 롤(8a)에서 피가공물(M)의 통과가 순조롭지 않게 되어 부하가 증대되고, 상대적으로 후방측 롤(8b)의 부하는 약해지게 된다. 이러한 부하의 변동은 전방측 출력축(40a)에 대한 회전 억제력으로 작용하고, 그 결과로 전방측 출력축(40a)은 정지상으로 됨과 동시에 피니언(48a)(48b)이 전방측 출력축(40a)의 사이드 기어(42a)를 타고 회전하면서 후방측 출력축(40b)을 더 회전시켜 주게 된다.

그로 인하여 후방측 롤(8b)은 전방측 롤(8a)보다 더 빨리 회전하게 되므로 후방측 롤(8b) 사이를 통과하는 피가공물(M)의 이송속도가 빨라져서 피가공물(M)의 처짐이 해소된다. 피가공물(M)의 처짐이 해소되면 전방측 롤(8a)이 받는 부하가 감소되면서 평형을 유지하게 된다.

이와 같은 부하 상응 분배수단(4)의 작용에 의하여 피가공물(M)의 이송속도에 맞춰서 양 롤(8a)(8b)의 원주속도가 자동 조절되는 것이다.

본 발명에서 등속 분배수단(10)은 구동 초기에 피가공물(M)이 양 롤(8a)(8b) 사이를 통과한 상태로 되는 동안 작동되어야 한다.

그 이유는 피가공물(M)의 공급 초기에 일시적으로 전방측 롤(8a)에만 부하가 작용하고, 후방측 롤(8b)이 무부하 상태로 되는 시기가 있기 때문이다.

이 경우에 동력원(2)의 회전력은 모두 후방측 롤(8b)로 전달되어 후방측 롤(8b)의 회전만 행해지게 된다.

그러나 등속 분배수단(10)을 작동시켜서 액츄에이터(66)에 의해 양 클러치판(64a)(64b)이 밀착되게 하면, 일체로 연결되는 딜리버리 축(62a)(62b)에 의해 양 출력축(40a)(40b) 사이는 동력 전달상태가 되므로 양 롤(8a)(8b)의 등속 회전이 이루어지고, 그 결과로 피가공물(M)은 후방측 롤(8b) 사이를 통과하여 압연을 시작할 수 있는 상태로 된다.

도시한 실시예는 압연에 관하여 설명하고 있으나 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 압연공정과 유사하게 피가공물이 평행 배열된 복수개의 롤 또는 드럼축에 직교방향으로 이송되는 공정, 예를 들면 종이 압연, 연속인발, 제관 등에도 적용될 수 있다.

또한 상기한 실시예에서는 1조의 롤을 1개의 부하 상응수단으로 구동하는 것에 대하여 설명하였으나, 수조의 롤을 설치하는 경우에는 각조마다 부하 상응수단을 연결하고 인접하는 동력원의 출력축 사이에 부하 상응 수단을 연결하므로서 수조의 롤의 원주속도를 조절할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 평행 배열된 복수개의 롤 축에 대하여 직교방향으로 피가공물을 이송시킴에 있어서, 피가공물이 각 롤 축을 통과하는 도중에 발생하는 부하의 변동에 맞춰서 각 롤 축의 상대적인 회전속도를 자동적으로 변화시켜서 항상 일정하고 균형을 이루는 부하로 나타나게 함으로써 피가공물을 의도하는 데로 가공하여 제품의 품질 향상과 불량률의 감소를 도모할 수 있고, 게다가 하나의 동력원으로 1쌍의 롤 축을 회전시키는 것이므로 설비비용이 저렴하게 되어 매우 경제적인 이점을 얻게 되는 효과를 나타낸다.

Claims (3)

1. 동력 전달을 위한 구동요소를 갖춘 하나의 동력원과, 동축 방향으로 배치되어서 양 롤로 연계되는 1쌍의 출력축 및 이들 출력축 상에 회전 가능하게 지지되고 외부에 적어도 1열의 피동요소가 형성된 차동장치 케이스, 그리고 이 차동장치 케이스의 내부를 가로질러 상기한 출력축과 직교방향으로 배치된 피니언 샤프트, 상기한 양 출력축의 일단부에 고정 부착되어서 상기한 차동장치 케이스의 내부로 대향 배치된 사이드 기어 및 상기한 피니언 샤프트에 회전 가능하게 지지되어서 상기한 사이드 기어와 맞물리게 배치된 피니언으로 이루어진 부하 상응 분배수단으로 구성된 롤 구동장치.
2. 동력전달을 위한 구동요소를 갖춘 하나의 동력원과, 동축 방향으로 배치되어서 양 롤로 연계되는 1쌍의 출력축 및 이들 출력축 상에 회전 가능하게 지지되고 외부에 적어도 1열의 피동요소가 형성된 차동장치 케이스, 그리고 이 차동장치 케이스의 내부를 가로질러 상기한 출력축과 직교방향으로 배치된 피니언 샤프트, 상기한 양 출력축의 일 단부에 고정 부착되어서 상기한 차동장치 케이스의 내부로 대향 배치된 사이드 기어 및 상기한 피니언 샤프트에 회전 가능하게 지지되어서 상기한 사이드 기어와 맞물리게 배치된 피니언으로 이루어진 부하 상응 분배수단과, 상기한 출력축 각각의 도중에 설치된 원동 휘일, 둘로 분리되어서 상기한 원동 휘일에 접촉 전동되는 1쌍의 자유 휘일이 설치되고 분리된 대향 단부에 클러치판이 부착된 딜리버리 축, 상기한 양 클러치판 중의 어느 하나는 해당 딜리버리 축의 축방향으로 슬라이딩할 수 있게 배치되어 있는 등속 분배수단으로 구성된 롤 구동장치.
3. 제2항에 있어서, 등속 분배수단의 클러치판 중 딜리버리 축의 축방향으로 슬라이딩하는 클러치판은, 그 외주면에 액츄에이터로 연동되는 쉬프트 포오크가 설치된 롤 구동장치.