JPS63260607A - 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ビルガー式圧
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、ビルガーミルロールを装着したビルガー式圧延
機は、例えば、特公昭５１−４３４７２号公報で示され
ているごとく、特殊なキャリバーヲモっタ一対のビルガ
ー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。その構成および動作は、第４
聞に示す。すなわち、−Ｃに実用化されている従来例の
ビ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、一対のビルガーミルロー
ル７．７を備えたピルガゝ。

−ミルスタンド８を連結するとともに、前記■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、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およびコンロノド５を介
して、ビルガーミルスタンド８が往復動する。その往復
動に伴い、ビルガーミルロール７は、図示しないラック
とビニオンにより回転し、素管を圧延する。これを更に
いえば、ビルガーミルロール７が回転し、マンドレルロ
ッドを挿入した素管が回転しながら前進すると、ビルガ
ーミルロール７が素管にかみ込む。更にビルガーミルロ
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、素管はビルガーミルロール７との接触より離
れる。一方、素管は、ビルガーミルロール７により圧延
されている間は停止しているが、素管がとルガーミルロ
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ビルガー式圧延機は
、ビルガーミルロール７が備えられたビルガーミルスタ
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、かかるビルガー式圧延機では、扇形バラ
ンサ４およびＶバランサ６′を備えることにより、次の
ごとく不都合が生している。すなわち、１）Ｊｆｉ形バ
ラバランサ４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Ｖ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）■バランサ６°
を備えているため、例えば、φ２６０１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、特公昭５１−４３９９２号公報には、主モータに
より、クランク機構を介して、駆動される粗圧延ビルガ
ーミルスタンドと、中間・仕上圧延ビルガーミルスタン
ドとを連設し、これら両ピルガーミルスタンドをラック
とビニオンで連動させ、たがいに逆方向に往復動させる
ビルガー式圧延機が紹介されている。

ところが、かかるビルガー式圧延機では、主モータによ
り１個のコンロッドを介して粗圧延ビルガーミルスタン
ドを駆動し、中間・仕上圧延ビルガーミルスタンドは、
粗圧延ビルガーミルスタンドよりラックとビニオンを介
して連動することから、かかるクランク機構におけるコ
ンロッドに２倍の慣性力が働くこととなり、クランクピ
ンなどに破壊を招くおそれがあり、しかも、往復動慣性
力バランス装置については開示されていない。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、以上の従来技術の問題点を全面的に解
決することに着目して創作されたもので、その要旨とす
るところは、一対のビルガーミルロールを装着したビル
ガーミルスタンドを、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ビルガー式圧延機の慣性力
バランス装置において、前記ビルガーミルスタンドの２
個同一重景のものを、たがいに逆方向に、かつ、同一速
度で往復動するよう連動・連設するとともに、これら２
個のビルガーミルスタンド間に、バネまたはエアーシリ
ンダーなどのポテンシャルエネルギーを備えた、ビルガ
ーミルスタンドの慣性力をバランスさせる慣性力バラン
ス装置を介在させたビルガー式圧延機の慣性力バランス
装置にある。

〔実施例の基本制御〕 本実施例の構成を作用とともに、添付図面に示す第１お
よび第２の実施例により詳細に説明する。

本実施例は、例えば素管φ２６０＋−の継目無鋼管を冷
延し、往復動の慣性力が約５９　ｔｏｎ発生する、いわ
ゆる大型のビルガー式圧延機に好適である。

第１の実施例を示す第１図において、１０は一対の中間
・仕上圧延用ビルガーミルロール１１、１１を備えた第
１のロールスタンド（ビルガーミルスタンド）、１２は
一対の粗圧延兼バランスウェイト用ビルガーミルロール
１３．１３を備えた第２のロールスタンド（ビルガーミ
ルスタンド）を示し、第１のロールスタンド１０と第２
のロールスタンド１２とは同一重量にしている。

１４は、両ロールスタンド１０．１２の往復動による慣
性力をバランスさせる慣性力バランス装置で、図示のも
のはコイルバネ方式であるが、ピストンロンドを第１の
ロールスタンド１０に、シリンダーを第２のロールスタ
ンドにそれぞれ連結したエアーシリンダ一方式でもよく
、本出願人のすでに出願したものなど、要するにバネ力
、エアー圧縮力などのポテンシャルエネルギーを備えた
ものであればよい。

１５は主モータで、これにより、クランク軸２クランク
アーム３およびコンロッド５を介して第１のロールスタ
ンド１０を往復動ずみ。

１７はラック、１８はピニオンで、第１のロールスタン
ド１０と第２のロールスタンド１２との間に、上下一対
介在し、両ロールスタンド１ｏ、１２を連動している。

すなわち、第２のロールスタンド１２はコ字状フレーム
１９に固着され、コ字状フレーム１９の相対する個所に
はランク１７．１７を刻設している。一方、第１のロー
ルスタンド１０の上下外側にはラック１７ａ、１７ａを
刻設し、これらラック１７．１７ａ間にビニオン１８が
噛合っている。そして、ピニオン１日はその軸心位置を
固定しているので、第１のロールスタンド１０と第２の
ロールスタンドＩ２の往復動は、床面上でたがいに逆方
向に同−速さ、がっ、同一変位量で移動する。

２０はタコジェネレータおよび回転角検出器（Ｔ、Ｇ）
、２１は慣性力バランス演算部で、クランク軸２０回転
速度ωをＴ、０．２０により検出し、慣性力バランス演
算部２１により、慣性力バランスの最適値になるように
前記慣性力バランス装置１４へ指令する。

第２図は、前記ビルガーミルロール１１．１３とマンド
レルロッド２２および素管２３の関係を示す側断面図で
あるが、同図において、該とルガーミルロール１１．１
３は、前記のごとく、たがいに逆方向に移動し、素管２
３の流れＡ矢印方向に移動するとき、素管２３は両ピル
ガーミルロール１１．１３で圧延される。一方、マンド
レルロッド２２は両ピルガーミルロール１１．１３の共
通のロンドで構成し、ビルガーミルロール１１および１
３の圧延域に応じ、２段２２ａ、２２ｂに構成している
。

次に、かかる慣性力バランス装置１４の制御の原理は次
のとおりである。すなわち、本実施例では、往復動の慣
性力の一次の項がコイルバネのバネ力と良好にバランス
できる点に着目し制御しようとするもので、しかも、ク
ランク軸２の回転速度ωに応じて、コイルバネのバネ常
数を最適値にしようとするものである。したがって、第
１のロールスタンド１０についていえば、クランク軸２
の回転速度ωを一定とした場合、第１のロールスタンド
１０の往復動慣性力の一次の項を、慣性力バランスｌｉ
＆１４のコイルバネのバネ力でバランスさせればよいの
で、 Ｍ：第１のロールスタンドｌＯの重￥ 天＝第１のロールスタンドｌＯの変位Ｘの加速度 に＝慣性力バランス装置１４のバネのバネ常数 とすれば、 Ｍ賢−ｋ　（２ｘ）　　　　　　　　・・・■にすれば
よい。

一方、ハネ常数には次のようにして求める。すなわち、
本実施例では、クランク運動の往復動慣性力の一次の項
のみをコイルバネでバランスさせて高次の項を無視した
ので、周知の往復動の慣性力を表す一般式で、Ｒ／Ｌ（
１とすれば、ｘ−１−ω　×ｘ　　　　　　　　・・・
■が得られ、これら■、０式より ｋ　＝　−Ｍｏ２　　　　　　　　・・・■が求められ
る。かかるバネ常数ｋを回転速度ωに応じ適宜選ぶこと
により、第１のロールスタンド１０の往復動慣性力の大
半はバランスできる。なお、コイルバネを分割し、中間
にコモンベースなどの介入した場合には、０式はに＝Ｍ
ω２となる。

また、第２のロールスタンド１２の往復動慣性力のバラ
ンスも同様に慣性力バランス装置Ｉ４でバランスさせる
。

本実施例は叙上の構成を採択しているので、その作動は
次のごと〜くなる。すなわち、主モータ１５によりコン
ロノド５などを介して、第１のロールスタンド１０を往
復動させると、ランク・ビニオン１７．１８を介して第
２のロールスタンド１２が逆方向に往復動する。このと
き、第１８よび第２のロールスタンド１０．１２より発
生する往復動慣性力は、慣性力バランスＥａＶｔ　１４
にてバランスする。そして、かかる慣性力バランス装置
１４は、例えばコイルバネで構成しているので、第１お
よび第２０−ルスタンド１０．１２の運動エネルギーを
コイルバネのポテンシャルエネルギーとして蓄え、かつ
、放出する。したがって、コイルハネの反力は、第１お
よび第２のロールスタンド１０．１２で内部的にクロー
ズされる。

また、クランク軸２の回転速度ωはＴ、０．２０にて検
出され、慣性力バランス演算部２１にて、慣性力バラン
スの最適値になるようなコイルバネ常数ｋにする。

そして、素管２３およびマンドレルロッド２２は適宜の
送りと回転が与えられながら、粗圧延用のビルガーミル
ロール１３．１３に供給され、素管２３の流れ方向に移
動するとき、素管２３はビルガーミルロール１３．１３
とマンドレルロッド２２ａとの間で圧延され、更に、仕
上または中間圧延用のビルガーミルロール１１．１１と
マンドレルロッド２２ｂで圧延される。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。第３図におい
て、第１回と相違する部分のみを述べると、第２のロー
ルスタンド１２を箱状フレーム２４で構成し、第１のロ
ールスタンド１０をその節状フレーム２４内で往復動さ
せる。そして、これら第１および第２のロールスタンド
１０．１２は、同一クランク軸２で１８０’位相差をも
たせて連結されたコンロノド５および５ａにより往復動
する。

したがって、第２の実施例ではラック・ピニオンが不要
となる。

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、以下に列挙した諸効果が期待できる
。

〔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
ルガ一式圧延機に比べ、アンバランスの消去効果は同効
ながら（但し、２０％低減できる）これらのバランサを
粗圧延ロールスタンドに置換したので、回動運動から往
復運動に変換した駆動部の小型化、゛高速化（例えば、
ωを１．５倍増速することができる）、メンテナンス容
易化および基礎工事簡略化などが可能となるのは勿論、
ビルガーミルスタンドの往復動により誘発するアンバラ
ンス力を慣性力バランス装置のポテンシャルエネルギー
でバランスさせることから省エネルギーが計られる。す
なわち、例えば、大型のピルガ一式圧延機では、慣性力
は最大６０　ｔｏｎにも及ぶことから、かかる慣性力を
バランスさせるためには多くの外部エネルギーが必要と
なるが、かかる外力は慣性力バランス装置のポテンシャ
ルエネルギーでまかなわれる。勿論、連設したビルガー
ミルスタンドによって圧下率を大きくし生産性は一段と
向上する。

■　慣性力バランス装置のポテンシャルエネルギーによ
る慣性力のバランスであるから、従来の扇形バランサお
よびＶバランサを備えたピルガ一式圧延機にも併用して
装着でき、かかる場合は扇形バランサおよびＶ−バラン
サを小型化することができる。

■　本発明によれば、慣性力を慣性力バランス装置のポ
テンシャルエネルギーでバランスさせるので、機械加工
を要するコンロッド、クランクアーム、クランク軸など
に過大な力を受ける必要がなく、大型化する必要がなく
なり、小型化およびコストダウンを計ることができる。

■　一方のビルガーミルスタンドの慣性力をバランスさ
せるポテンシャルエネルギーと、他方のビルガーミルス
タンドの慣性力をバランスされるポテンシャルエネルギ
ーが共通の床面上で打ち消し合って内部的にクローズさ
れるので、周辺の設６ｉｆｆなどに振動が伝わらず操業
の安全性が確保できる。

■　２個のビルガーミルスタンド間に、バネまたはエア
ーシリンダーなどのポテンシャルエヱルギーを備えた慣
性力バランス装置を介在させたので、ビルガーミルスタ
ンドを駆動する、回動運動から往復運動に変換する装置
が小型化できる。

■　なお、本発明の実施例のに＝Ｍω２を使用した慣性
力バランス装置を装着したビルガー式圧延機と、第４図
に示す従来例との比較例を第５図に示す。

すなわち、第５図は、Ｌ＝４０００ｍｎ＋、Ｒ＝　７２
０ｍｍ、　Ｍ　’＝　３５　ｔｏｎで試験し、縦軸に力
（ｔｏｎ）　、横軸に時間（秒）をとったグラフで、慣
性力アンバランス量を図示している。同（イ）図はω＝
４５ｒｐｍ　、　ｋ＝４００ｋｇ／ｃｍＸ２ｓｅｔ（両
側）の場合、（ロ）図はω＝３　Ｏｒｐｍ　、　ｋ＝　
１７８ｋｇ／ｃｍＸ２ｓｅｔ（両側）の場合をそれぞれ
示している。破線は第４図に示した従来例における慣性
力バランス油、実線は本実施例の惰性力アンバランス量
を示す。

同図示により明らかなように、本実施例では常時アンバ
ランスを小としている。

【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
部詳細図、第３図は第２の実施例の模式図、第４図は従
来例の模式図、第５図は試験例のグラフを示す。 ２・・・クランク軸、３・・・クランクアーム、５・・
・コンロッド、１０・・・第１のロールスタンド、１１
．１３・・・ビルガーミルロール、１２・・・第２のロ
ールスタンド、１４・・・慣性力バランス装置、１７・
・・ラック、１８・・・ピニオン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対のビルガーミルロールを装着したビルガーミルスタ
   ンドを、回転運動から往復連動に変換した動力で水平状
   に往復動させるビルガー式圧延機の慣性力バランス装置
   において、 前記ビルガーミルスタンドの２個同一重量のものを、た
   がいに逆方向に、かつ、同一速度で往復動するよう連動
   ・連設するとともに、 これら２個のビルガーミルスタンド間に、バネまたはエ
   アーシリンダーなどのポテンシャルエネルギーを備えた
   、ビルガーミルスタンドの慣性力をバランスさせる慣性
   力バランス装置を介在させたビルガー式圧延機の慣性力
   バランス装置。