JP7497706B2 - 圧延設備、スピンドル支持装置、スピンドルの監視方法および圧延ロールとスピンドルの着脱方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機に駆動装置（例えば主機モータ）の駆動力を伝達するスピンドルの状態を監視可能な圧延設備、スピンドルを支持し、スピンドルの状態を監視可能なスピンドル支持装置、その装置を用いたスピンドルの監視方法および圧延ロールとスピンドルの着脱方法に関する。

圧延設備ラインにおいて、圧延機は、被圧延材を上下一対の圧延ロールで挟み込んで圧延する。その際、圧延ロールと駆動装置を繋ぐスピンドルの回転などに異常が発生すると、圧延ロールに直接影響を及ぼすため、被圧延材の製品精度にも悪影響を及ぼす。また、スピンドルは駆動装置のトルクが常にかかり、かつ被圧延材を最大４０００トンもの荷重で圧延する圧延ロールと連結しているため、非常に高い耐久性が求められ、破損時は回転方向へ慣性力を持ったまま振れ回るため緊急停止では間に合わず周辺設備を破損させるリスクが非常に高い。

また、圧延対象材のサイズ変更などに対応させるため、圧延機や圧延ロールが交換される。その際、圧延ロールと駆動装置を繋ぐスピンドルを圧延機から離間させ、圧延機や圧延ロールの交換後にスピンドルを圧延ロールに再度連結する必要がある。圧延ロールとスピンドルとの接続位置に乖離が生じた場合には、従来は、スピンドル支持装置に位置調整用のライナーなどの板材を挿入して、高さ調整していた。

たとえば、特許文献１には、ロール軸受け等に振動計を取り付けて振動速度や振動加速度を測定して、解析した振動波形、つまり振幅の変化や衝撃振動の発生から異常を検知する方法が開示されている。

特許文献２には、スピンドルの連結軸を構成する十字軸継手内に超音波センサを内蔵することにより、ベアリング摺動面の劣化を超音波波形の乱れによって状態監視する技術が開示されている。

特開昭６１－１９９５０５号公報 特開２００５－３２５９７８号公報

しかしながら、上記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１や２に開示の技術は、スピンドル接続部のベアリング等の摺動面に対して、傷や腐食による劣化および給脂不足による焼き付きが発生した場合など局所的な異常振動などの特異な事象が生じた場合には有効である。一方、ベアリング摺動面が健全であった場合であっても、ボルトの緩みや外部腐食によるガタツキ等を検知すること、および、大きな周期でのスピンドル全体の振れ回りについて検出することが、困難であるという課題があった。

また、スピンドル全体を外部から状態監視する方法としてレーザーセンサを用いた位置検知方法が存在する。ところが、圧延機周辺は圧延材の温度が５００℃程度と高温であること、設備冷却のために大量の散水を行っており視界が不良となること、および、被圧延材のスケールが圧延時に飛散することにより非常に環境が悪く、蒸気や微粒子等の影響を受ける光を媒体としたレーザーセンサは適していない。そして、耐環境性のある測定センサとして過電流式距離センサがあるが、こちらは適用可能距離が非常に小さく、被圧延材の圧延条件によって位置が大きく変動するスピンドルに対しては、そのままでは適用が困難であるという課題があった。

本発明は上述した問題を有利に解決すべくなされたもので、稼働中およびロール等組替時に圧延機のスピンドルの状態を監視可能な圧延設備、スピンドルを支持し、スピンドルの状態を監視可能なスピンドル支持装置、その装置を用いたスピンドルの監視方法および圧延ロールとスピンドルの着脱方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる圧延設備は、所定位置に設置されて圧延ロールを有する圧延機と、前記圧延ロールに駆動力を伝達するスピンドルと、前記スピンドルの表面位置を非接触で検出可能な検出機構と、を備えることを特徴とする。

なお、本発明にかかる圧延設備については、
（ａ）さらに、前記スピンドルを昇降支持するスピンドル支持機構を有するスピンドル支持装置を備え、前記検出機構は、前記スピンドル支持装置に含まれること
（ｂ）前記検出機構は、前記スピンドルを挟んで、１対設けられていること、
（ｃ）前記検出機構は、近接距離センサを持ち、該近接距離センサと前記スピンドルとが所定の距離を保つように制御されること、
（ｄ）前記スピンドル支持機構は、圧延中は退避位置に昇降し、圧延機または圧延ロールの組替時に、前記スピンドルを組替位置に支持可能に昇降する受け部を持つこと、
（ｅ）前記圧延ロールおよび前記スピンドルが複数であり、それぞれが接続されてなること、
などがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかるスピンドル支持装置は、所定位置に設置されて圧延ロールを有する圧延機と、前記圧延ロールに駆動力を伝達するスピンドルと、を備える圧延設備において、前記スピンドルを昇降支持するスピンドル支持機構、および、前記スピンドルの表面位置を非接触で検出可能な検出機構を有することを特徴とする。

なお、本発明にかかるスピンドル支持装置については、
（ｆ）前記検出機構は、前記スピンドルを挟んで、１対設けられていること、
（ｇ）前記検出機構は、近接距離センサを持ち、該近接距離センサと前記スピンドルとが所定の距離を保つように制御されること、
（ｈ）前記スピンドル支持機構は、圧延中は退避位置に昇降し、圧延機または圧延ロールの組替時に、前記スピンドルを組替位置に支持可能に昇降する受け部を持つこと、
（ｉ）前記圧延ロールおよび前記スピンドルが複数であり、各スピンドルを個別に支持すること、
がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかるスピンドルの監視方法は、上記いずれかのスピンドル支持装置を用いて、圧延中に前記スピンドル支持機構を退避位置に移動し、前記検出機構によって、スピンドルの状態を監視することを特徴とする。

なお、本発明にかかるスピンドルの監視方法については、前記検出機構が近接距離センサを持ち、該近接距離センサとスピンドルが所定の距離を保つように制御して、スピンドルの状態を監視することがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる圧延ロールとスピンドルの着脱方法は、上記いずれかのスピンドル支持装置を用いて、前記圧延ロールの組替時に、前記検出機構によって、前記スピンドルの位置を検出しながら、スピンドルを昇降支持することを特徴とする。

本発明にかかる圧延設備、スピンドル支持装置によれば、稼働中および圧延機や圧延ロールの組替時のスピンドルの状態を把握できる、スピンドルの表面位置を非接触で検出可能な検出機構を有するので、それぞれの状態に応じて、必要な対処が可能となる。

また、検出機構に近接距離センサを用い、近接距離センサとスピンドルが所定の距離を保つように制御することが好ましい。稼働中のスピンドルの変位量を周期や振幅で解析して、スピンドルの異常を早期に把握できる。

また、圧延ロール等の組替時にスピンドルの高さ位置を把握しながら圧延ロールと接続できるので、接続作業にかかる時間が短縮し、生産性が向上し、産業上有用である。

本発明の実施形態にかかる圧延設備の正面図である。 上記実施形態にかかるスピンドル支持装置の概略拡大図であって、（ａ）は、圧延ロール側から見た左側面図であり、（ｂ）は、圧延ロール組替時のスピンドル支持装置の位置関係を示す正面図であり、（ｃ）は、稼働中のスピンドル支持装置の位置関係を示す正面図である。 上記実施形態にかかるスピンドル支持装置を圧延ロール側から似た概略拡大左側面図であっって、（ａ）は、圧延中の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態からスピンドル３が移動した状態を示す図である。 上記実施形態にかかるスピンドル支持装置を用いて、ロール組替時のスピンドルの指示の様子を示す概略側面図であって、（ａ）は正常なロールとスピンドルの接続状態を示し、（ｂ）は、上スピンドルが正常な接続位置より高すぎる例を示し、（ｃ）は、（ｂ）の上スピンドルを接続位置に修正した様子を示している。 上記実施形態にかかる圧延設備を用いて、スピンドルの変位量を監視したグラフの一例である。 上記実施形態にかかる圧延設備を用いて、スピンドルの変位量を解析したグラフの一例である。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる圧延設備１００の概略正面図である。上下一対のワークロール（圧延ロール）１、１は被圧延材２を上下から挟んで圧下する。上下一対のスピンドル３、３はそれぞれ一端がワークロール１、１に接続され、他端がピニオンスタンド４を介して、図示しない駆動装置としての主機モータの駆動力（トルク）をワークロール４に伝達するように構成される。

図２は、本実施形態で用いるスピンドル昇降ユニット５（スピンドル支持装置）の概略模式図である。図２（ａ）に圧延ロール１側から見たスピンドル昇降ユニット５の概略模式図を示す。スピンドル昇降ユニット５は、スピンドル３のワークロール１側接続部近傍であって、被圧延材２の入側ＩＬおよび出側ＯＬに一対が設置される。スピンドル軸を含む鉛直面に対し、面対称の配置とすることが好ましい。個々のスピンドル昇降ユニット５は、個別に駆動するスピンドル支持機構５ａおよび検出機構５ｂとしての支柱からなる。

図２（ｂ）にワークロール１組替時のスピンドル昇降ユニット５の概略正面図を示す。スピンドル支持機構５ａは、スピンドル３のワークロール１側接続部の自重を支え、任意の位置で保持することができるスピンドル受け部６を有している。検出機構５ｂは、近接距離センサ７を有している。近接距離センサ７として、たとえば、非接触式のレーザー方式の距離センサや渦電流式距離センサを用いることができる。なお、近接距離センサの使用環境が、高温多湿で、粉塵環境の場合では、耐環境性に優れ金属物体の距離を高精度に測定できる渦電流式距離センサが好ましい。スピンドル支持機構５ａおよび検出機構５ｂは、それぞれ駆動用の油圧シリンダ８ａ、８ｂと位置検出用の距離センサ一体型シリンダ９ａ、９ｂを接続している。この構成により、受け部６を外部からの操作で任意の位置に移動できる。したがって、ワークロール１の組替時にスピンドル３の接続部がワークロール１の配置と乖離があり、接続不良が発生した場合であっても、外部操作でスピンドル３の高さの微調整ができるため、これまで施工者が行ってきたシム調整等の圧延設備内危険作業を削減でき、安全性の確保、調整時間の短縮および費用削減も達成できるようになる。

図２（ｃ）に示すように、圧延中には、たとえば、異なる厚みの被圧延材２を圧延するワークロール１の駆動に伴い移動するスピンドルの計算された位置に合わせて、近接距離センサ７を移動させることで、近接距離センサ７の測定可能範囲内にスピンドル３の表面を位置させることができる。圧延操業時のスピンドル３の微小な変動を測定し、振れ回り等の異常を監視することができるようになる。

次に、圧延時の操作例をピニオンスタンド側から見た概略側面図として図３に示す。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、受け部６はスピンドル支持機構５ａの昇降機能により回転中のスピンドル３と干渉しない位置に油圧シリンダ８ａによって固定される。一方、近接距離センサ７については、圧延時のワークロール１の位置に伴って変動するスピンドル３の位置を取得して、距離センサ一体型シリンダ９ｂから得られる位置情報に基づき、油圧シリンダ８ｂを駆動して、スピンドル３の平均的表面位置と検出機構５ｂとの垂直距離を所定値Ａに保つ。図３の例では、スピンドル３の最下部表面位置と、検出機構５ｂの下端との垂直距離をＡとしている。ここで、Ａは近接センサ７の検出可能範囲内の大きさから決定することが好ましい。たとえば、渦電流式距離センサの検出可能範囲は１０ｍｍ程度が上限であるので、スピンドル３表面と渦電流式距離センサの端面とのなす隙間を１０ｍｍ以下とするようにＡを決定することが好ましい。

さらに、ワークロール１組替時の操作例を圧延ロール側から見た概略側面図として図４に示す。図４（ａ）～（ｃ）に示すとおり、スピンドル３が受け部６に完全に自重を預ける状態である。したがって、受け部６の位置によって、スピンドルの高さが決まる。正常な状態では、図４（ａ）に示す通り、ワークロール１とスピンドル３との接続位置にスピンドル支持機構５ａが制御される。上記したように近接距離センサ７をワークロール１の位置に依存して位置設定するようにすれば、スピンドル３の正常な位置が把握できる。

たとえば、図４（ｂ）のように、下スピンドル３ｂの位置を基準にして、上スピンドル３ａが正常な接続位置より上に変位して受け部６に支持された場合には、近接距離センサ７に検知される上スピンドル３ａの位置が正常値と異なるので、正しい接続位置になるように、スピンドル支持機構５ａの油圧シリンダ８ａを作動させて受け部６ひいては上スピンドル３ａを昇降させる。近接距離センサ７の検知範囲外であったとしても、スピンドル支持機構５ａと検出機構５ｂを構成する支柱の位置関係を事前に把握しておけば、昇降量を決定できる。図４（ｃ）に近接距離センサを用いたスピンドル高さの修正方法を示す。たとえば、近接距離センサ７としての渦電流式距離センサの端面と上スピンドル３ａの表面の距離が、図４（ｂ）のＢ’であって、正規の距離Ｂより大きかった場合には、図４（ｃ）のように上スピンドル３ａを下げて、Ｂになるように調整する。

生産量１５，０００ｔ／日の圧延設備の仕上圧延機に上記実施形態を適用し、設備稼働中のスピンドルの表面位置の変位を監視した結果の一例を図５に示す。図５中にＡで示した期間は圧延中であり、Ｂで示した期間は圧延材が通板されていない空転中である。圧延材ごとに、スピンドルの平均的表面位置が変動していることがわかる。この変位データを振動数や変位幅、移動平均などの統計手法を用いて解析し、スピンドルの状態を監視することができる。

図６にスピンドルの変位量の解析例を示す。上スピンドルおよび下スピンドルの変位幅の推移を圧延荷重（ロードリレー）の負荷時（ＯＮ）と解放時（ＯＦＦ）と合わせて、グラフで表す。圧延中の変位幅が所定値を超えたときに、ロールの状態異常と判定することができる。例えば、スピンドルのボルトが緩んでいる場合には、圧延中のスピンドルの変位量が正常回転時のレベルを有意に超えるため、圧延中の変位幅が所定値（正常回転時のレベル）を超えたときに、異常と判定することか可能となる。

１００ 圧延設備
１ ワークロール（圧延ロール）
２ 被圧延材
３ スピンドル
３ａ 上スピンドル
３ｂ 下スピンドル
４ ピニオンスタンド
５ スピンドル昇降ユニット（スピンドル支持装置）
５ａ スピンドル支持機構
５ｂ 検出機構
６ スピンドル受け部
７ 近接距離センサ
８ａ、８ｂ 油圧シリンダ
９ａ、９ｂ 距離センサ一体型シリンダ

Claims (12)

1. 所定位置に設置されて圧延ロールを有する圧延機と、前記圧延ロールに駆動力を伝達するスピンドルと、前記スピンドルの表面位置を非接触で検出可能な検出機構と、を備え、
   前記検出機構は、近接距離センサを持ち、該近接距離センサと前記スピンドルとが所定の距離を保つように制御される、圧延設備。
2. 前記検出機構は、前記スピンドルを挟んで、１対設けられている、請求項１に記載の圧延設備。
3. さらに、前記スピンドルを昇降支持するスピンドル支持機構を有するスピンドル支持装置を備え、
   前記検出機構は、前記スピンドル支持装置に含まれる、請求項１または２に記載の圧延設備。
4. 前記スピンドル支持機構は、圧延中は退避位置に昇降し、圧延機または圧延ロールの組替時に、前記スピンドルを組替位置に支持可能に昇降する受け部を持つ、請求項３に記載の圧延設備。
5. 前記圧延ロールおよび前記スピンドルが複数であり、それぞれが接続されてなる、請求項１～４のいずれか１項に記載の圧延設備。
6. 所定位置に設置されて圧延ロールを有する圧延機と、
   前記圧延ロールに駆動力を伝達するスピンドルと、
   を備える圧延設備において、
   前記スピンドルを昇降支持するスピンドル支持機構、および、前記スピンドルの表面位置を非接触で検出可能な検出機構を有し、
   前記検出機構は、近接距離センサを持ち、該近接距離センサと前記スピンドルとが所定の距離を保つように制御される、スピンドル支持装置。
7. 前記検出機構は、前記スピンドルを挟んで、１対設けられている、請求項６に記載のスピンドル支持装置。
8. 前記スピンドル支持機構は、圧延中は退避位置に昇降し、圧延機または圧延ロールの組替時に、前記スピンドルを組替位置に支持可能に昇降する受け部を持つ、請求項６または７に記載のスピンドル支持装置。
9. 前記圧延ロールおよび前記スピンドルが複数であり、各スピンドルを個別に支持する、請求項６～８のいずれか１項に記載のスピンドル支持装置。
10. 請求項６～９のいずれか１項に記載のスピンドル支持装置を用いて、
    圧延中に前記スピンドル支持機構を退避位置に移動し、
    前記検出機構によって、スピンドルの状態を監視する、スピンドルの監視方法。
11. 前記検出機構が近接距離センサを持ち、該近接距離センサとスピンドルが所定の距離を保つように制御して、スピンドルの状態を監視する、請求項１０に記載のスピンドルの監視方法。
12. 請求項６～９のいずれか１項に記載のスピンドル支持装置を用いて、
    前記圧延ロールの組替時に、前記検出機構によって、前記スピンドルの位置を検出しながら、スピンドルを昇降支持する、圧延ロールとスピンドルの着脱方法。

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