(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転砥石を垂直方向に昇降させて鋼管を切断する際、鋼管の管軸を通る回転砥石の最下点の移動軌跡に沿って次の各位置Ｐ0〜Ｐ7を設定し、回転砥石の最下点がＰ0−Ｐ1の間にあるとき回転砥石の送り速度を上昇させ、最下点がＰ1−Ｐ2の間にあるとき回転砥石を一定の第１設定値Ｆ1で送り、最下点がＰ2−Ｐ3の間にあるとき回転砥石の送り速度を上昇させ、最下点がＰ3−Ｐ4の間にあるとき回転砥石を一定の第２設定値Ｆ2で送り、最下点がＰ4−Ｐ5の間にあるとき回転砥石の送り速度を下げ、最下点がＰ5−Ｐ6の間にあるとき回転砥石を一定の第３設定値Ｆ3で送り、最下点がＰ6−Ｐ7にあるとき回転砥石の送り速度を下げ、最下点が位置Ｐ7に達した時点で回転砥石を逆転させて最下点を当初の位置Ｐ0に上昇させることを特徴とする鋼管の切断制御方法。
Ｐ0：待機代を含み鋼管外周上の最高位置Ｐ1から回転砥石の最下点までの高さ位置
Ｐ1：回転砥石の最下点が最初に接触する鋼管外周上の最高位置
Ｐ2：最高位置Ｐ1に対応する鋼管内周上の位置（鋼管に接触する回転砥石の接触長さが減少し始める位置）
Ｐ3：鋼管に接触する回転砥石の接触長さが減少からほぼ一定になる位置
Ｐ4：鋼管に接触する回転砥石の接触長さが増加し始める位置
Ｐ5：鋼管内周上の最低位置
Ｐ6：鋼管外周上の最低位置
Ｐ7：出代を含む最下点の到達最低位置
ここで、Ｐ3からＰ4の間は鋼管に接触する回転砥石の接触長さの変動幅が３０％以下とする
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶接管等の管状体を効率よく且つ迅速に切断する際の切断作業を制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管の切断には、モータからの動力で回転する砥石をスイングさせて鋼管に押し当て切断する装置が使用されている。この切断装置は、概略構成を図１に示すように、機台１の支持部にアーム２の一端を枢支し、アーム２の他端に軸支金具３を介して砥石４を回転可能に設けている。機台１から起立したシリンダ５がアーム２の途中に接続され、シリンダ５の伸縮によってアーム２が揺動する。
切断される鋼管Ｐは、機台１上に送り込まれた後、パイプチャック６で拘束される。次いで、シリンダ５を駆動させ、砥石４を回転させながら上限位置Ｈから出代αを含む下限位置Ｌまで下降させ、鋼管Ｐに押し当てて切断する。
【０００３】
砥石４をスイングさせる方式では、シリンダ５のストロークによって砥石４の可動範囲が決まるため、大口径の鋼管Ｐを対象とする設備構成では砥石４の上限位置Ｈを高くせざるを得ず、切断装置の大型化が避けられない。また、砥石４の移動軌跡が長くなるため、切断開始までに時間がかかる。しかも、アーム２の旋回によって下降した砥石４が鋼管Ｐに接触して鋼管Ｐを切断するため、切断された鋼管Ｐの端面直角度が出にくい。
【０００４】
そこで、本発明者等は、アーム２に代えて砥石４を垂直方向に移動させる昇降機構を採用し、砥石４の高さ方向位置に応じ砥石４の昇降動作及び回転速度を制御する方式を採用した切断装置を特願平１１−８７８９６号で提案した。垂直方向に砥石４を移動させるとき、必要な砥石４の移動距離は切断しようとする鋼管Ｐの外径よりも若干大きく設定するだけでよいため、アーム２を用いたスイング方式のように切断装置が大掛かりになることが避けられ、切断開始までの時間が短縮される。また、昇降ガイドに沿って砥石４が移動するため、枢軸７から砥石４までの距離が長いアーム２を用いたスイング方式に比較して切断端面の管軸に対する直角度は格段に向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、駆動系に大きな負荷がかかる大径厚肉管等の鋼管を切断する場合、切込みから切抜けまで砥石４を一定速度で送ると、切込み時の抵抗が大きいため低速になり、切抜けまでに長時間を要する。造管ラインに組み込んだ走間切断機で切断所要時間が長くなると、大径パイプや短尺パイプの切出しではラインスピードの低下を余儀なくされ、生産性が低下する。また、切込み速度を遅くすると、鋼管Ｐの切断面にバリ，焼付き等の欠陥が発生しやすくなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、切断されている鋼管断面の接触部長さに応じて回転砥石の送り速度を制御することにより、切断端面に生じがちなバリ，焼付き等の欠陥発生を防止し、大口径厚肉管であっても短時間切断を可能にすることを目的とする。
【０００７】
本発明の切断制御方法は、その目的を達成するため、回転砥石を垂直方向に昇降させて鋼管を切断する際、鋼管の管軸を通る回転砥石の移動軌跡に沿って次の各位置Ｐ0〜Ｐ7を設定し、回転砥石の最下点がＰ0−Ｐ1の間にあるとき回転砥石の送り速度を上昇させ、最下点がＰ1−Ｐ2の間にあるとき回転砥石を一定の第１設定値Ｆ1で送り、最下点がＰ2−Ｐ3の間にあるとき回転砥石の送り速度を上昇させ、最下点がＰ3−Ｐ4の間にあるとき回転砥石を一定の第２設定値Ｆ2で送り、最下点がＰ4−Ｐ5の間にあるとき回転砥石の送り速度を下げ、最下点がＰ5−Ｐ6の間にあるとき回転砥石を一定の第３設定値Ｆ3で送り、最下点がＰ6−Ｐ7にあるとき回転砥石の送り速度を下げ、最下点が位置Ｐ7に達した時点で回転砥石を逆転させて最下点を位置Ｐ0に上昇させることを特徴とする。
【０００８】
Ｐ0：待機代を含み鋼管外周上の最高位置Ｐ1から回転砥石の最下点までの高さ位置
Ｐ1：回転砥石の最下点が最初に接触する鋼管外周上の最高位置
Ｐ2：最高位置Ｐ1に対応する鋼管内周上の位置（鋼管に接触する回転砥石の接触長さが減少し始める位置）
Ｐ3：鋼管に接触する回転砥石の接触長さが減少からほぼ一定になる位置
Ｐ4：鋼管に接触する回転砥石の接触長さが増加し始める位置
Ｐ5：鋼管内周上の最低位置
Ｐ6：鋼管外周上の最低位置
Ｐ7：出代を含む最下点の最低到達位置
ここで、Ｐ3からＰ4の間は鋼管に接触する回転砥石の接触長さの変動幅が３０％以下とする
【０００９】
【作用】
回転砥石１０を用いて鋼管Ｐを切断するとき、鋼管Ｐに対する回転砥石１０の位置関係に応じて回転砥石１０の接触長さが変わる。接触長さは、上昇位置Ｐ0から下降した回転砥石１０の最下点ｂが鋼管Ｐ外周上の最も高い位置Ｐ1に接触した後、回転砥石１０の下降に伴って徐々に長くなる（図２）。なお、上昇位置Ｐ0は前回切断された鋼管Ｐの径を基にして今回送られてくる鋼管Ｐの径Ｄに適した高さ位置に設定され、切断開始前の状態では上昇位置Ｐ0よりも高い位置に回転砥石１０の初期位置が設定される。
【００１０】
位置Ｐ1から回転砥石１０が下降するとき、鋼管Ｐ及び回転砥石１０がほぼ接線方向に接触するため、接触長さは一途に増加する。回転砥石１０の最下点ｂが鋼管Ｐ外周上の位置Ｐ1に対応する内側の位置Ｐ2を抜けた後では、最下点ｂを含む回転砥石１０の周縁が鋼管Ｐに接触せず、且つ鋼管Ｐの接線と回転砥石１０の接線との間の角度が大きくなるため、接触長さが減少する。
接触長さの減少傾向は、位置Ｐ2の若干下方にある位置Ｐ3まで続き、位置Ｐ3から接触長さがほぼ一定になる。位置Ｐ3以降、鋼管Ｐの管壁がほぼ厚み方向に切断される。回転砥石１０が更に下降すると、鋼管Ｐの接線と回転砥石１０の接線との間の角度が小さくなり、位置Ｐ4から接触長さが増加し始める。
【００１１】
位置Ｐ3及び位置Ｐ4は、鋼管Ｐ及び回転砥石１０の径に応じて幾何学的及び過去の実績から算出される。ただし、鋼管Ｐの断面に接触する回転砥石１０の接触長さは、Ｐ3−Ｐ4の間で完全に一定化するものではなく、鋼管Ｐの肉厚方向に対する回転砥石１０の接線方向の角度によって若干変わる。そこで、本発明においては、接着長さの変動幅が３０％以下の範囲に収まることをもって位置Ｐ3，Ｐ4を設定する。
【００１２】
位置Ｐ4以降、回転砥石１０の周縁が鋼管Ｐに接触していない最下点ｂ周辺部分が短くなるため、鋼管Ｐに対する回転砥石１０の接触長さが増加する。最下点ｂ周辺部分が短くなることに起因する接触長さの増加は、最下点ｂが鋼管Ｐ外周上にある最下部に対応する内側の位置Ｐ5に接触するまで継続する。接触長さは、最下点ｂが位置Ｐ5に接触した後では、最下点ｂが鋼管Ｐ外周上の最低位置Ｐ6を通過するまで一途に減少する。回転砥石１０は、出代αを取り込んだ最下位置Ｐ7まで下降する。
【００１３】
切断中の鋼管Ｐに接触する回転砥石１０の接触長さは、このように鋼管Ｐと回転砥石１０との位置関係に応じて変わる。接触長さの変化によって、回転砥石１０を回転・降下させる駆動系に加わる負荷も変動する。
そこで、鋼管Ｐと回転砥石１０との位置関係を基準として駆動系のモータ回転数を制御し、接触長さｌに応じて回転砥石１０の送り速度を調整することにより、大口径厚肉管であっても短時間切断を可能にしている。接触長さｌの変化は、昇降する回転砥石１０の高さ位置ｈと鋼管Ｐの外径Ｄ，肉厚ｔから算出されるが、回転砥石１０を駆動するモータに加わる負荷の変動から求めることも可能である。
たとえば、直径ｄ＝５０ｍｍの回転砥石１０で肉厚ｔ＝２ｍｍ，外径Ｄ＝４０ｍｍの鋼管Ｐを切断する場合、接触長さｌは、回転砥石１０の高さ位置ｈに応じて図３に示すように変化する。そこで、最高送り速度をＶmaxとするとき、Ｖ＝Ｖmax／ｌとして送り速度Ｖを設定する。
【００１４】
【実施の形態】
本発明では、たとえば図４に示す構成の切断装置が採用される。この切断装置では、回転砥石１０を垂直方向にピッチ送りするボールスクリュー１１を、昇降駆動機構の昇降モータ１２に動力的に連結している。回転砥石１０は、昇降ベース１５に搭載されている砥石回転用モータ１６からタイミングベルト１７を介して伝達される動力によって回転する。
ボールスクリュー１１の回転数は、エンコーダ１３で検出され、回転砥石１０の高さを表す情報として制御回路１４に出力される。制御回路１４には切断しようとする鋼管Ｐの外径Ｄ及び肉厚ｔが予め入力されており、エンコーダ１３から入力された回転砥石１０の高さ情報に応じて負荷を演算する。演算結果は、制御信号として昇降モータ１２及び砥石回転用モータ１６に出力され、昇降モータ１２及び砥石回転用モータ１６の回転数，電流等が制御される。
【００１５】
鋼管Ｐの切断に当たって回転砥石１０を駆動すると、Ｐ0−Ｐ1までの間は駆動系に負荷がかからないため、駆動系のモータ回転数、換言すると回転砥石１０の送り速度を自由に設定できる。Ｐ0−Ｐ1の距離ｄ1は、上昇位置Ｐ0の高さ及び鋼管Ｐの外径から定まる待機代βであり、たとえば特開平１１−８７８９６号で採用しているように前回切断の結果から求められる。
回転砥石１０の最下点ｂが鋼管Ｐ外周上の位置Ｐ1に接触すると、回転砥石１０の駆動系に負荷が加わり始める。そこで、回転砥石１０の送り速度を第１設定値Ｆ1に一定維持する（図５）。この状態は、最下点ｂが位置Ｐ2に達するまで継続される。Ｐ1−Ｐ2の距離ｄ2は、切断されている鋼管Ｐの肉厚ｔに等しい。
最下点ｂが位置Ｐ2を通過した後では接触長さが減少する傾向（図２）にあるので、回転砥石１０の送り速度を上昇させる。Ｐ2−Ｐ3の距離ｄ3は、鋼管Ｐ及び回転砥石１０の径に応じて定まる値である。
【００１６】
鋼管Ｐの切断が進行して最下点ｂが位置Ｐ3に達すると、接触長さがほぼ一定の低い値になる。この状態では回転砥石１０の送り速度を比較的高い第２設定値Ｆ2に一定維持する。第２設定値Ｆ2は、昇降モータ１２の能力に応じた最大値に設定することが好ましい。第２設定値Ｆ2での回転砥石１０の送りは、最下点ｂが位置Ｐ4に到達するまで継続される。Ｐ3−Ｐ4の距離ｄ4は、鋼管Ｐ及び回転砥石１０の径に応じて定まる値である。
接触長さが長くなる位置Ｐ4から最下点ｂが位置Ｐ5に達する時点まで、回転砥石１０の送り速度を低下させる。Ｐ4−Ｐ5の距離ｄ5も、鋼管Ｐ及び回転砥石１０の径に応じて定まる値である。
【００１７】
最下点ｂが位置Ｐ5に達した時点から最下位置Ｐ6を通過するまで、回転砥石１０の能力に応じて比較的低い第３設定値Ｆ3で回転砥石１０を送り、鋼管Ｐの下部を切断する。Ｐ5−Ｐ6の距離ｄ6は、鋼管Ｐの肉厚ｔに相当する値である。
鋼管Ｐの最下位置Ｐ6を最下点ｂが通過した後、回転砥石１０の送り速度を下げ、最下点ｂを下降位置Ｐ7まで下げる。Ｐ5−Ｐ6の距離ｄ7は、鋼管Ｐを確実に切断するために予め設定している出代α（図２）に当たる。最下点ｂが下降位置Ｐ７に達した時点で回転砥石１０を逆方向に送り、最下点ｂを上昇位置Ｐ0に復帰させ、次回の切断に待機させる。
制御回路１４では、図６に示すフローに従って回転砥石１０の最下点ｂから昇降モータ１２の回転数及び昇降モータ１２に送る電流を制御し、以上に説明したように鋼管Ｐと回転砥石１０との位置関係に応じた最適条件で鋼管Ｐを切断する。
【００１８】
【実施例】
図４の設備構成をもつ切断装置に外径８６０ｍｍの回転砥石１０を取り付け、外径２１０ｍｍ，肉厚６．０ｍｍのステンレス鋼製溶接鋼管を切断した。この条件下では、待機代β＝１０ｍｍ，出代α＝１５ｍｍに設定するとき、鋼管Ｐと回転砥石１０との位置関係を表す各位置Ｐ0〜Ｐ6は、Ｐ7（基準点）からの高さとして次表のように算出される。回転砥石１０の送り速度は、鋼管Ｐとの位置関係に応じて次表のように制御した。
【００１９】
0004697759.tif 000002
【００２０】
このように回転砥石１０の送り速度を制御しながら鋼管Ｐを切断したとき、切断所要時間は０．１５分／本であった。また、切断端面にバリ，焼付き等の欠陥発生がなり良好な切断端面をもつ鋼管製品が得られた。これに対し、欠陥発生を避けるために一定した送り速度（０．６ｍ／分）で回転砥石１０を送りながら鋼管Ｐを切断した場合、切断所要時間が０．４０分／本であった。この対比から明らかなように、本発明に従って回転砥石１０の送り速度を制御することにより、切断時間の短縮が図られ、生産性が向上することが判る。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、鋼管と回転砥石との位置関係に応じて変わる接触長さを基準として回転砥石の送り速度を制御し、且つ駆動系の能力を最大限に発揮させ、バリ，焼付き等の欠陥を発生させることなく鋼管を短時間で切断している。この方法によるとき切断所要時間が短縮されるため、たとえば走間切断に適用した場合、レール長さを長く或いはラインスピードを遅くする必要なく生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の鋼管切断装置を示す概略図
【図２】  鋼管と回転砥石との位置関係に応じて切断長さが変わることを示す説明図
【図３】  砥石の高さ位置に応じて砥石の接触長さが変わることを示したグラフ
【図４】  本発明に従った制御を実施するための設備構成を示す概略図
【図５】  切断長さに応じて回転砥石１０の送り速度を制御したこをと示すグラフ
【図６】  本発明に従った制御を示すフロー図
【符号の説明】
１０：回転砥石    １１：ボールスクリュー    １２：昇降モータ    １３：エンコーダ    １４：制御回路    １５：昇降ベース    １６：砥石回転用モータ
１７：タイミングベルト
Ｐ0：待機代を含み鋼管外周上の最高点から回転砥石の最下点までの高さ位置
Ｐ1：回転砥石の最下点が最初に接触する鋼管外周上の最高位置
Ｐ2：最高位置Ｐ1に対応する鋼管内周上の位置
Ｐ3：鋼管に接触する回転砥石の接触長さが減少し始める位置
Ｐ4：鋼管に接触する回転砥石の接触長さが増加し始める位置
Ｐ5：鋼管内周上の最低位置
Ｐ6：鋼管外周上の最低位置
Ｐ7：出代を含む最下点の最低到達位置
Ｆ1：第１設定値    Ｆ2：第２設定値    Ｆ3：第３設定値
【図１】
0004697759.tif 000003
【図２】
0004697759.tif 000004
【図３】
0004697759.tif 000005
【図４】
0004697759.tif 000006
【図５】
0004697759.tif 000007
【図６】
0004697759.tif 000008