説明

リテンド力演算装置及び圧延異常検出装置

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、継目無管を圧延するマンドレルミルの複数のロールスタンドへ圧延材料を送るモータの、各ロールスタンドを通過する毎の圧延リテンド力値を演算するリテンド力演算装置、及びこのリテンド力演算装置によって圧延異常の発生を早期に検出することが可能な圧延異常検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば継目無管の製造に用いられるマンドレルミルにおいては、マンドレルバーへの潤滑剤塗布の不備、圧延ロールの圧下位置設定不良、及び圧延ロールの回転速度設定不良などに起因して、例えばマンドレルミルのロールスタンド間で圧延材が圧縮されてしわ状になったり、また、逆に圧延材に過大張力がかかり薄肉圧延ちぎれとなる圧延異常が発生する。圧延異常が発生すると、圧延を停止し多大な時間をかけて処置を行う事態が生じる場合がある。
【0003】従来、圧延異常の検出は、圧延ロールを駆動するモータ又はマンドレルバーを駆動するモータの過電流を検知することによって行う方法や、マンドレルバーを駆動するモータの回転速度及び駆動電流値(トルク電流値)を検知し、予め定めたマンドレルミルの圧延異常の許容範囲に所定時間以上継続して存在しない場合を圧延異常と判断する方法(例えば実開平3−9203号)が知られている。
【0004】すなわち、実開平3−9203号では、図4R>4に示すように、例えばトルク電流値について定めた許容値βは、圧延異常が発生して十分異常と判断できる値、つまり+(正側)でモータの力行状態となって、モータにかかるトルクが過大と判断する値とされていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記した従来の方法では、検知するトルク電流値に、マンドレルバー駆動系の機械ロストルクや加減速トルクといったように圧延とは関係なく変動する要素が含まれているので、圧延異常を検出するにあたって、トルク電流値が上記した圧延とは関係なく変動する要素に左右され、図4に示した設定値βを設けても、圧延そのものに関与する要素が変動したのか否かが正確ではなく、圧延異常を正確かつ早期に検出するには確実性に乏しいといった問題があった。
【0006】さらに、従来の方法では、圧延異常が発生して許容値βを超えてから計時設定T2時間後に、圧延異常と検知して設備を停止するといったように、実際の圧延異常発生時から圧延異常の検知までに時間がかかっていたので、マンドレルミル内にしわ状とちぎれ状となった圧延材が残ることがあった。こうした事態が生じると、圧延材をガスカット除去しなければならず、長時間設備を停機することによる損失が生じてしまうといった問題があった。
【0007】本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、圧延そのものに関与するモータのトルクを圧延リテンド力値として演算して、モータの挙動を詳細かつ適正に得ることができるリテンド力演算装置、及びこのリテンド力演算装置で演算された圧延リテンド力値を監視して圧延異常を精度良く検出することができる圧延異常検出装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明のリテンド力演算装置は、演算部で常時モータのリテンド力値を演算し、各ロールスタンドに圧延材料が噛み込まれる直前の信号が入力されたときにおけるリテンド力値を記憶すると共に、記憶したリテンド力値機械ロス分のトルクして噛込直前リテンド力値を演算し、常時演算されるリテンド力値と噛込直前リテンド力値とから圧延リテンド力値を演算するようにしたのである。
【0009】このようにすることで、演算によって得た圧延リテンド力値は、圧延と関係なく変動する機械ロス分のトルクや加減速トルクが除去され、従って各ロールスタンドを通過するときにおける圧延に供するモータの真のトルク要素とすることができ、圧延の挙動を詳細かつ適正に把握することが可能となる。
【0010】 また、本発明の圧延異常検出装置は、リテンド力演算装置を有し、このリテンド力演算装置で演算された圧延リテンド力値と予め設定した許容値とを比較して圧延異常を検出するようにしているので、各ロールスタンドで圧延する毎に圧延異常を確実しかも早期に検出することが可能となり、設備被害を最小限に抑制するだけでなく、ちぎれ材発生による停止などの停機時間の損失を軽微かつ最小限に止めることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明のリテンド力演算装置は、マンドレルミルの複数のロールスタンドへ圧延材料を送るモータのトルクを、該マンドレルミルの各ロールスタンドを通過する毎のリテンド力値として演算するリテンド力演算装置であって、モータの駆動トルクから演算したトルク演算値と駆動機械系の加減速トルクとからリテンド力値を演算する演算部と、マンドレルミルの第1ロールスタンドに圧延材料が噛み込まれる直前のタイミングを検知する噛込直前検知部と、この噛込直前検知部から噛み込み直前の信号が出力されたときに、演算部で演算されたリテンド力値を記憶すると共に記憶した該リテンド力値機械ロス分のトルク成分して噛込直前リテンド力値を演算するロックオン演算部と、演算部から出力されるリテンド力値とロックオン演算部から出力される噛込直前リテンド力値とから圧延リテンド力値を演算する圧延リテンド力演算部とを備えたものである。
【0012】 演算部で演算されるリテンド力値は、各ロールスタンドを圧延材料が通過する毎にかかるモータのトルク演算値から加減速トルク成分を除去し、圧延に供する分のトルクと機械ロス分のトルクを有している。リテンド力値は、随時連続的に演算され、圧延リテンド力演算部及びロックオン演算部に出力される。
【0013】 ロックオン演算部では、噛込直前検知部からマンドレルミルの第1ロールスタンドに圧延材料が噛み込まれる直前の信号が入力される。そして、ロックオン演算部は、噛み込み直前の信号が入力されたときに、上記したリテンド力値を記憶する。ロックオン演算部は、記憶したリテンド力値を機械ロス分のトルク成分して噛込直前リテンド力値を演算し、圧延リテンド力演算部へ出力する。
【0014】圧延リテンド力演算部では、随時連続的に出力されるリテンド力値と噛込直前リテンド力値とから圧延リテンド力値を演算する。つまり圧延リテンド力演算部では、随時連続的に出力されるリテンド力値に機械ロス分のトルクを含んでいることから、このリテンド力値から圧延に供する分のトルクを除去したつまり機械ロス分のトルクである噛込直前リテンド力値をリテンド力値から除去することで、圧延のみに作用するモータの真のトルクを圧延リテンド力値として得ることができるのである。
【0015】従って、この圧延リテンド力値は、随時連続的かつ可変的に演算されるリテンド力値から一定的な噛込直前リテンド力値を除去して得た値なので、圧延以外の要素に左右されず、詳細かつ適正な圧延状況を得ることが可能となる。
【0016】また、本発明の圧延異常検出装置は、上記したリテンド力演算装置と、このリテンド力演算装置によって演算された圧延リテンド力値と予め設定した圧延リテンド力値の許容範囲とを比較する比較部と、この比較部による比較結果に基づいて、圧延状態の良否を判定する判断部とを備えたものである。
【0017】上記構成において、圧延異常検出装置は、比較部でリテンド力演算装置によって演算された圧延リテンド力値と設定した許容範囲とを比較し、圧延リテンド力値が許容範囲を超えたときに、判断部が圧延異常と判定して圧延を中止するのである。このようにすることで、順次圧延材料がロールスタンドを通過する毎のモータ挙動を詳細に把握することができ、従って圧延異常が生じたときには、即座にそれを検出することができる。
【0018】また、本発明の圧延異常検出装置は、上記した構成において、比較部において、圧延リテンド力値の許容範囲は、各ロールスタンドを通過するときの圧延リテンド力値に対して一定比率で設けるものである。このようにすることで、圧延異常がどのロールスタンドを通過するときに生じたことであるのかを検出することが可能となる。
【0019】
【実施例】以下に本発明のリテンド力演算装置及び圧延異常検出装置の実施例について図1〜図3を参照して説明する。図1は、本発明のリテンド力演算装置を搭載した圧延異常検出装置の概略構成を示す。図2は、マンドレルミルでの圧延工程における、マンドレルバーの駆動モータの回転速度及びトルク電流値の各々の変位状況を示す。図3は、本発明のリテンド力演算装置及び圧延異常検出装置におけるトルク電流値の変位状況を示す。
【0020】図1において、Sはマンドレルミル、Pは圧延材料としての中空素管、Bはマンドレルバー、であり、1は、例えばマンドレルバーBを保持する設備を備えたマンドレルミルSにおいて、後述するリテンド力演算装置11を搭載した圧延異常検出装置であり、次のように構成されている。
【0021】2は、マンドレルバーBを挿入した中空素管Pを保持してマンドレルミルSへ搬送するバーリテーナであり、このバーリテーナ2は、駆動源となるバーリテーナ駆動モータ2A及び減速機2Bと、バーリテーナ駆動モータ2Aの駆動力によって回転する駆動ホイル2Cと、この駆動ホイル2Cから所定間隔離間した位置に設けられた従動ホイル2Dと、これら駆動ホイル2C及び従動ホイル2Dに亘って架けられたチェーン2Eと、このチェーン2Eに取り付けられ、マンドレルバーBを保持するラッチ2Fとを備えている。
【0022】3は、バーリテーナ2におけるバーリテーナ駆動モータ2Aの可変速電源装置であるバーリテーナドライブ装置であり、このバーリテーナドライブ装置3は、予め設定された速度プログラムに従ってバーリテーナ駆動モータ2Aの速度制御を行い、また、バーリテーナ駆動モータ2Aを駆動したときのトルク演算値T1を後述するリテンド力演算装置11へ出力する。
【0023】4は、後述するリテンド力演算装置11から出力される圧延リテンド力値Fと予め設定した許容値とを比較する比較部である。5は、比較部4から出力された比較結果に基づいて圧延異常の有無を判断する判断部である。
【0024】上記構成の圧延異常検出装置1に搭載されたリテンド力演算装置11は、次のように構成されている。
【0025】11Aは、バーリテーナドライブ装置3から出力されたトルク演算値T1からバーリテーナ駆動モータ2Aの加減速に伴う慣性トルク(以下、加減速トルクTaとする)を以下の数式1に示すように減算し、加減速トルクTaを除去した負荷トルクTを演算する第1演算部である。
【0026】
【数1】T=T1−Taただし、T :負荷トルクT1:トルク演算値Ta:加減速トルク
【0027】なお、第1演算部11Aで演算された負荷トルクTは、第1演算部11Aから出力された状態では、圧延に供するトルクTLに機械ロス分のトルクTBを含んでいるから、以下の数式2のように表すことができる。
【0028】
【数2】T=TL+TBただし、TL:圧延に供する分のトルクTB:機械ロス分のトルク
【0029】11Bは、第1演算部11Aで演算された負荷トルクTに、以下の数式3に示すように、減速機2Bの固有の減速ギヤ比と駆動ホイル2Cの半径の比から求められた定数を乗じた値を、マンドレルミルSの各ロールスタンドを圧延材料が通過するときに、バーリテーナ駆動モータ2Aにかかるトルクをリテンド力値F1として演算する第2演算部である。第2演算部11Bで演算されたリテンド力値F1は、後述するロックオン演算部11D及び圧延リテンド力演算部11Eに出力される。
【0030】
【数3】F1=T×(i/R)
ただし、F1:リテンド力値i :減速ギア比R :駆動ホイル半径
【0031】なお、リテンド力値F1は、上記した数式2に基づいて以下の数式4のように表すこともできる。
【0032】
【数4】F1=(TL+TB)×(i/R)
【0033】11Cは、マンドレルミルSの第1ロールスタンドに圧延材料が噛み込まれる直前のタイミングを検知する噛込直前検知部であり、噛み込みの直前の信号は、後述するロックオン演算部11Dに出力される。
【0034】 11Dは、噛込直前検知部11Cからの噛み込み直前の信号が入力されたときに、第2演算部11Bから入力されたリテンド力値F1を記憶すると共に、以下の数式5に示すように、記憶した該リテンド力値F1を機械ロス分のトルク成分と噛込直前リテンド力値F0を演算し、後述する圧延リテンド力演算部11Eに出力するロックオン演算部である。
【0035】
【数5】F0=TB×(i/R) ※TL=0ただし、F0:噛込直前リテンド力値
【0036】11Eは、以下の数式6に示すように、第2演算部11Bから出力されるリテンド力値F1と、ロックオン演算部11Dから出力される噛込直前リテンド力値F0とから、マンドレルミルSにおいて各ロールスタンドを通過毎にバーリテーナ駆動モータ2Aにかかる真のトルクを圧延リテンド力値Fとして演算する圧延リテンド力演算部である。この圧延リテンド力演算部11Eからの圧延リテンド力値Fは、圧延異常検出装置1の比較部4に出力される。
【0037】
【数6】F=F1−F0ただし、F:圧延リテンド力値
【0038】圧延リテンド力値Fは、加減速トルクTaや機械ロス分のトルクTBのように圧延に関係なく変動する要素が除去された値であり、すなわち、各ロールスタンドを圧延材料が通過する(圧延される)際に供されるバーリテーナ駆動モータ2Aのトルクである。なお、圧延リテンド力値Fは、上記した数式1〜数式4を変形して以下の数式7のように変形して表すこともできる。
【0039】
【数7】
F={(T−TB)×i}/R=TL×(i/R)
【0040】次に、上記構成のリテンド力演算装置11を搭載した圧延異常検出装置1の圧延異常検出動作について説明する。
【0041】中空素管Pは軸方向にマンドレルバーBが貫通される。マンドレルバーBは、その後端部がラッチ2Fに取り付けられ、減速機2Bを介したバーリテーナ駆動モータ2Aにより駆動ホイル2Cを駆動して、チェーン2E上のラッチ2Fを従動ホイル2D方向へ移動させることで、マンドレルバーBが移動する。そして、マンドレルバーBの移動によって中空素管Pを貫通し、この状態の該中空素管PがマンドレルミルSへ挿入される。
【0042】バーリテーナ駆動モータ2Aは、バーリテーナドライブ装置3によって予め定められた速度プログラムに基づいてこの速度プログラムに一致するように駆動される。マンドレルミルSによって圧延を行う場合のバーリテーナ駆動モータ2Aの一般的な回転速度及びトルク電流値の変化は、図2(a)(b)に示すようになる。
【0043】図2(a)に示すように、中空素管PがマンドレルミルSの第1ロールスタンドに噛み込まれるまでの時間Aと、中空素管PがマンドレルミルSの最終ロールスタンドを通過した圧延終了後の時間Cとは、回転速度を早くし、かつ駆動トルクを変化させている。そして、圧延中の時間Bでは、回転速度及びトルクを一定に保持している。
【0044】ここで、バーリテーナ駆動モータ2Aのトルクを、本発明のリテンド力演算装置11の演算結果によって示すと図3のようになる。時間Aと時間Cの領域で、図2(b)の挙動と、図3の挙動が似ているのは、ロールスタンドを中空素管Pが通過していない、つまり、噛込直前リテンド力値F0が作用していないため、圧延リテンド力演算部11Eから随時連続的に演算出力されるリテンド力値F1の挙動がそのまま反映しているからである。
【0045】従って、マンドレルミルSを通過する中空素管Pが一定速度となる時間B領域内では、中空素管Pが複数のロールスタンドを入側から順次通過するから、図3に示す本発明のリテンド力演算装置11の演算結果では、正常な圧延のときは、図3の実線で示すように、中空素管Pの先端部がマンドレルミルSの最終ロールスタンドを通過するまでは中空素管PがマンドレルミルSの入側から出側へと引き込まれるから段階状に減少し、中空素管Pの尾端部がマンドレルミルSの最終ロールスタンドを通過するまでは段階状に増加する挙動となる。
【0046】つまり、例えば中空素管Pが第1ロールスタンドに噛み込まれる直前に、ロックオン演算部11Dから噛込直前リテンド力値F0が出力され、中空素管Pが第1ロールスタンドに噛み込まれたときには、圧延リテンド力値Fから噛込直前リテンド力値F0が減算されるので、それまで演算していたリテンド力値F1より圧延リテンド力値Fが小さくなり、図3に示すように下降線となる。
【0047】そして、一旦、例えば第1ロールスタンドに中空素管Pが噛み込まれてから、次のロールスタンドへ進むまでは、圧延異常が発生しない限り、圧延リテンド力値F(F1−F0)はほぼ一定であるから、図3に示すように略平坦状となる。このような挙動が各ロールスタンドを通過する毎に繰り返される。
【0048】異常圧延検出装置1では、比較部4に図3の一点鎖線に示すように圧延リテンド力値Fについて許容値を設けており、この許容値は、例えば各ロールスタンドを通過するときに演算された圧延リテンド力値に対して一定比率で設けて、圧延状態を監視している。
【0049】ここで、あるロールスタンド間で中空素管Pが部分的に圧縮されてしわ状になってロールスタンドを通過中の中空素管Pに過大な圧延反力が生じたり、また、部分的に過大張力による薄肉圧延ちぎれが生じて中空素管PがマンドレルミルSの出側に引き込まれないといった圧延異常が生じたときには、いずれの場合においても、図3の破線で示すように、圧延リテンド力値Fが急激に増加する。
【0050】比較部4では、圧延異常が発生して、圧延リテンド力値Fが、図3の一点鎖線に示す許容値を超えたことを判定したときには、判断部5にその旨信号を出力する。判断部5では圧延リテンド力値Fが許容値を超えた旨の信号が入力されたときに、圧延異常が発生したと判断し、即座に設備を停止すべく制御する。
【0051】このように、リテンド力演算装置11は、バーリテーナ駆動モータ2Aの駆動トルク及び加減速トルクと、圧延に供しない圧延直前のトルクとから、マンドレルミルSのロールスタンドを中空素管Pが通過するとき毎に変動する、圧延に供される真のトルクを圧延リテンド力値Fとして演算するようにしているので、圧延挙動を確実かつ詳細に把握することができる。
【0052】そして、上記したリテンド力演算装置11を圧延異常検出装置1に搭載することによって、圧延異常を確実かつ早期に検出することができ、設備停止の判断を圧延異常が発生した初期段階のうちに行うことができるから、圧延異常が拡大してマンドレルミルS内の設備が破損することが防止でき、また、中空素管Pに発生する不具合を防止することができ、被害や停機時間の損失を最小限にできる。
【0053】また、圧延異常検出装置1は、中空素管Pがロールスタンドを通過する毎に圧延リテンド力値Fが変動するから、各ロールスタンドを通過するときの圧延リテンド力値に対して一定比率で設けておけば、どのロールスタンド通過時に発生したのかも判断でき、処置を迅速に行うことが可能となる。
【0054】なお、許容値は、上記の他に、例えば実際の圧延リテンド力値Fの挙動に合わせて、回生方向に一定比率の平均値で設けておいてもよく、この場合は、どのロールスタンドを通過した時点で圧延異常が発生したかは検出できないが、従来よりは格段に早くかつ正確に圧延異常を検出することができる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のリテンド力演算装置は、演算部で常時モータのリテンド力値を演算し、各ロールスタンドに圧延材料が噛み込まれる直前の信号が入力されたときにおけるリテンド力値を記憶すると共に、記憶したリテンド力値機械ロス分のトルクして噛込直前リテンド力値を演算して出力し、常時演算されるリテンド力値と噛込直前リテンド力値とから圧延リテンド力値を演算するようにしたので、各ロールスタンドを通過するときにおけるモータの真のトルクを圧延リテンド力値として監視してモータの挙動を詳細かつ適正に把握することが可能となる。
【0056】 また、本発明の圧延異常検出装置は、本発明のリテンド力演算装置と、このリテンド力演算装置で演算された圧延リテンド力値と予め設定した許容値とを比較する比較部と、比較部の判定に基づいて圧延異常を検出する判断部とを備えたので、各ロールスタンドで圧延する毎に圧延異常を確実でしかも早期に検出することが可能となり、従って、圧延異常が発生することによる設備被害を最小限に抑制するだけでなく、ちぎれ材発生による停止などの停機時間の損失を軽微かつ最小限に抑制することができる。
【0057】また、本発明の圧延異常検出装置は、比較部において、圧延リテンド力値について設けた許容範囲は、各ロールスタンドを通過するときの圧延リテンド力値に対して一定比率で設けることで、圧延異常がどのロールスタンドを通過するときに生じたものであるのかを検出することが可能となり、圧延異常が生じたときの処置を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリテンド力演算装置を搭載した本発明の圧延異常検出装置の概略構成を示す図である。
【図2】(a)はマンドレルバーを駆動するモータの回転速度、(b)はマンドレルバーを駆動するモータのトルク、の変位を各々示す図である。
【図3】本発明のリテンド力演算装置及び本発明の圧延異常検出装置における許容値の設定状況、並びに圧延異常検出状況を説明するための図である。
【図4】従来の、マンドレルバーを駆動するモータのトルク電流値から圧延異常を検出する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
1 圧延異常検出装置
2 バーリテーナ
2A バーリテーナ駆動モータ
2B 減速機
2C 駆動ホイル
3 バーリテーナドライブ装置
4 比較部
5 判断部
11 リテンド力演算装置
11A 第1演算部(演算部)
11B 第2演算部(演算部)
11C 噛込直前検知部
11D ロックオン演算部
11E 圧延リテンド力演算部
B マンドレルバー
S マンドレルミル
P 中空素管

【特許請求の範囲】
【請求項1】 マンドレルミルの複数のロールスタンドへ圧延材料を送るモータのトルクを、該マンドレルミルの各ロールスタンドを通過する毎のリテンド力値として演算するリテンド力演算装置であって、前記モータの駆動トルクから演算したトルク演算値と駆動機械系の加減速トルクとからリテンド力値を演算する演算部と、マンドレルミルの第1ロールスタンドに圧延材料が噛み込まれる直前のタイミングを検知する噛込直前検知部と、この噛込直前検知部から噛み込み直前の信号が出力されたときに、前記演算部で演算されたリテンド力値を記憶すると共に記憶した該リテンド力値機械ロス分のトルク成分して噛込直前リテンド力値を演算するロックオン演算部と、前記演算部から出力されるリテンド力値と前記ロックオン演算部から出力される噛込直前リテンド力値とから圧延リテンド力値を演算する圧延リテンド力演算部とを備えたことを特徴とするリテンド力演算装置。
【請求項2】 請求項1記載のリテンド力演算装置と、このリテンド力演算装置によって演算された圧延リテンド力値と予め設定した圧延リテンド力値の許容範囲とを比較する比較部と、この比較部による比較結果に基づいて、圧延状態の良否を判定する判断部とを備えたことを特徴とする圧延異常検出装置。
【請求項3】 比較部において、圧延リテンド力値の許容範囲は、各ロールスタンドを通過するときの圧延リテンド力値に対して一定比率で設けることを特徴とする請求項2記載の圧延異常検出装置。

【図1】
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【図3】
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【図4】
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【図2】
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【特許番号】特許第3480407号(P3480407)
【登録日】平成15年10月10日(2003.10.10)
【発行日】平成15年12月22日(2003.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2000−9826(P2000−9826)
【出願日】平成12年1月19日(2000.1.19)
【公開番号】特開2001−205308(P2001−205308A)
【公開日】平成13年7月31日(2001.7.31)
【審査請求日】平成14年3月7日(2002.3.7)
【出願人】(000002118)住友金属工業株式会社 (2,544)
【参考文献】
【文献】特開 昭59−147707(JP,A)
【文献】特開 平3−258408(JP,A)
【文献】実開 平3−9203(JP,U)