單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統及調速方法

2023-07-12 18:20:06 2

專利名稱：單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統及調速方法
技術領域：
本發明屬於運動控制技術領域，涉及晶體生長過程中坩堝杆運行的調速系統及調速方法，尤其是涉及一種單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統及調速方法。
背景技術：
坩堝下降法是一種常用的晶體生長方法，將用於晶體生長用的材料裝在圓柱型的坩堝中，緩慢地下降，並通過一個具有一定溫度梯度的加熱爐，爐溫控制在略高於材料的熔點附近，在通過加熱區域時，坩堝中的材料被熔融，當坩堝持續下降時，坩堝底部的溫度先下降到熔點以下，並開始結晶，晶體隨坩堝下降而持續長大。在此種晶體生長方法中，坩堝杆是用來推動坩堝上下運動的，晶體的生長工藝要求坩堝杆運行速度低且平穩均勻。同時為了提高生產效率，降低生產成本，又要求在進行裝爐、出爐、檢修過程中，坩堝杆能以相對較快的速度移動。現有技術中多採用單臺步進電機推動坩堝杆運動，該機構具有雙速功能， 但速度範圍窄，只有慢速0. 2mm/h 5. 6mm/h,快速0. 2cm/min 4. 7cm/min的調速範圍，而且步進電機在低速運行時，存在著運行不平穩、不流暢、不連續的缺點；而採用雙電機實現該功能，機械機構複雜且加工製造成本大。而且，晶體生長的周期都比較長，在晶體生長過程中，都不允許停電的發生，如果出現突然停電，將使晶體生長中斷，已生長出的晶體的質量將受到嚴重影響，如果因雷電、 暴雨等意外情況發生停電，造成坩堝杆自動下滑，將使整個晶體報廢，這將不僅帶來能源的巨大浪費，而且也會給生產廠家帶來難以彌補的經濟損失。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、設計合理、調速範圍寬、製造成本低、使用效果好的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於包括基座，所述基座的頂端設置有坩堝杆運行裝置、與坩堝杆運行裝置連接的動力及調速系統、以及與坩堝杆運行裝置和動力及調速系統連接的運行及調速控制系統；所述坩堝杆運行裝置包括底端與基座連接的立柱、固定連接在立柱側壁上的滾珠直線導軌、轉動連接在立柱上且與滾珠直線導軌平行的滾珠絲杆、套接在滾珠絲杆上的滾珠絲母、與滾珠絲母和滾珠直線導軌連接且隨滾珠絲母一起在滾珠絲杆上沿滾珠直線導軌上下運行的滑塊、以及與滑塊連接且隨滑塊一起運行的坩堝杆；所述滾珠絲杆的下部連接有用於連接坩堝杆運行裝置與動力及調速系統的同步皮帶輪一；所述立柱的頂端固定連接有用於防止在掉電時滾珠絲杆繼續轉動的制動裝置，所述制動裝置包括固定連接在立柱頂端的制動本體、集成在制動本體內的電磁鐵、以及設置在制動本體與立柱頂端構成的空腔內的摩擦片和制動盤，所述制動盤和摩擦片從下到上依次安裝在滾珠絲杆上，所述摩擦片與制動本體之間設置有多根嵌入安裝到制動本體中的壓緊彈簧；所述動力及調速系統包括直流測速力矩機組和與直流測速力矩機組相接並安裝在調速系統安裝箱內的調速裝置，所述調速裝置包括與直流測速力矩機組連接的電磁離合器一和電磁離合器二、通過電磁離合器一與直流測速力矩機組連接的諧波減速器、以及與諧波減速器連接或者通過電磁離合器二與直流測速力矩機組連接的同步皮帶輪二 ；所述動力及調速系統通過同步皮帶輪一、同步皮帶輪二和跨接在皮帶輪一與皮帶輪二的同步齒形帶與坩堝杆運行裝置連接並驅動坩堝運行裝置運行；所述運行及調速控制系統包括與直流測速力矩機組和制動裝置連接的運行驅動及調速電路、以及與電磁離合器一和電磁離合器二連接的快慢速轉換電路；所述運行驅動及調速電路由PWM直流伺服驅動器12A8、伺服驅動器電源、方向轉換開關SB1、調速電位器 Rl、快速速度校準電位器R2、慢速速度校準電位器R3、速度顯示錶V和具有四組觸點的電磁繼電器K中的兩組觸點構成，所述電磁繼電器K的四組觸點分別為常開觸點Kl-I和常閉觸點K1-2、常開觸點K2-1和常閉觸點K2-2、常開觸點K3-1和常閉觸點K3-2、以及常開觸點 K4-1和常閉觸點K4-2 ；所述伺服驅動器電源的正輸出端與PWM直流伺服驅動器12A8的功率接口引腳5和制動裝置的正電源輸入端相接，所述伺服驅動器電源的負輸出端與PWM直流伺服驅動器12A8的功率接口引腳4和制動裝置的負電源輸入端相接，所述PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳6、信號接口引腳7、功率接口引腳1和功率接口引腳2分別對應與直流測速力矩機組的測速發電機負輸入端、測速發電機正輸入端、電機負輸入端和電機正輸入端相接，所述PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳1和信號接口引腳3分別對應與方向轉換開關SBl的常開觸點的一端和常閉觸點的一端相接，所述方向轉換開關 SBl的常開觸點的另一端和常閉觸點的另一端均與調速電位器Rl的一個固定端相接，所述 PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳5與調速電位器Rl的滑動端、電磁繼電器K的常開觸點Kl-I的一端和電磁繼電器K的常閉觸點K1-2的一端相接，所述電磁繼電器K的常開觸點Kl-I的另一端和電磁繼電器K的常閉觸點K1-2的另一端分別與快速速度校準電位器R2的一個固定端和慢速速度校準電位器R3的一個固定端相接，所述快速速度校準電位器R2的另一個固定端和慢速速度校準電位器R3的另一個固定端分別與電磁繼電器K的常開觸點K2-1的一端和電磁繼電器K的常閉觸點K2-2的一端相接，電磁繼電器K的常開觸點K2-1的另一端和電磁繼電器K的常閉觸點K2-2的另一端均與速度顯示錶V的輸入端相接，所述快速速度校準電位器R2的滑動端、慢速速度校準電位器R3的滑動端和速度顯示錶 V的輸出端均與PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳2和調速電位器Rl的另一個固定端相接；所述快慢速轉換電路由電磁離合器電源、快慢速轉換開關SB2、以及具有四組觸點的電磁繼電器K中的一組觸點構成，所述快慢速轉換開關SB2與電磁繼電器K的線圈串聯後並聯在電磁離合器電源的兩端，所述電磁繼電器K的常開觸點K3-1串聯在電磁離合器電源給電磁離合器一供電的供電迴路中，所述電磁繼電器K的常閉觸點K3-2串聯在電磁離合器電源給電磁離合器二供電的供電迴路中。上述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於所述電磁離合器一通過安裝在直流測速力矩機組輸出軸上的齒輪一和安裝在電磁離合器一輸入軸上且與齒輪一嚙合的齒輪二與直流測速力矩機組連接，所述電磁離合器二通過安裝在直流測速力矩機組輸出軸上的齒輪一和安裝在電磁離合器二輸入軸上且與齒輪一嚙合的齒輪三與直流測速力矩機組連接，所述諧波減速器過鍵連接在電磁離合器一的輸出軸上，所述同步皮帶輪二通過安裝在調速系統安裝箱上的傳動軸、安裝在傳動軸上的齒輪四和安裝在諧波減速器輸出軸上且與齒輪四嚙合的齒輪五與諧波減速器連接，或者所述同步皮帶輪二通過安裝在調速系統安裝箱上的傳動軸、安裝在傳動軸上的齒輪四和安裝在電磁離合器二輸出軸上的齒輪六與電磁離合器二連接。上述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於所述伺服驅動器電源為輸出電壓為36V的直流電源。上述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於所述電磁離合器電源為輸出電壓為MV的直流電源。上述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於所述壓緊彈簧為兩根或四根。本發明還提供了一種使用操作便捷、調速範圍寬、能夠使得坩堝杆平穩、流暢、連續運行的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟一、使用前，對速度顯示錶V進行校準，使坩堝杆在快速運行和慢速運行時， 速度顯示錶V上顯示的速度與坩堝杆實際運行的速度相等，其具體過程如下101、按快慢速轉換開關SB2，使其處在彈起狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3-1處在斷開狀態，電磁繼電器K的常閉觸點K3-2處在閉合狀態，電磁離合器一的供電迴路斷開， 電磁離合器二的供電迴路接通，直流測速力矩機組通過電磁離合器二帶動同步皮帶輪二轉動，同步皮帶輪二通過同步齒形帶帶動同步皮帶輪一和滾珠絲杆旋轉，滾珠絲杆上的滾珠絲母帶動滑塊和坩堝杆在滾珠絲杆上快速沿滾珠直線導軌向上或向下運行；102、調節PWM直流伺服驅動器12A8上的電流限制電位器，使PWM直流伺服驅動器 12A8所輸出的最大電流為8A;103、調節調速電位器Rl的阻值為最大；104、調節PWM直流伺服驅動器12A8上的參考增益電位器，用光柵尺測量坩堝杆的移動距離，使之一分鐘移動距離為IOcm ；105、通過調節快速速度校準電位器R2對速度顯示錶V進行校準，使速度顯示錶V 上顯示為10cm/min ；106、按快慢速轉換開關SB2，使其處在按下狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3_l 處在閉合狀態，電磁繼電器K的常閉觸點Κ3-2處在斷開狀態，電磁離合器一的供電迴路接通，電磁離合器二的供電迴路斷開，直流測速力矩機組通過電磁離合器一和諧波減速器帶動同步皮帶輪二轉動，同步皮帶輪二通過同步齒形帶帶動同步皮帶輪一和滾珠絲杆旋轉， 滾珠絲杆上的滾珠絲母帶動滑塊和坩堝杆在滾珠絲杆上慢速沿滾珠直線導軌向上或向下運行；107、調節調速電位器Rl的阻值為~ |尺，其中，R為調速電位器Rl的最大阻值；108、用光柵尺測量坩堝杆一小時的移動距離，計算出坩堝杆的移動速度；109、通過調節慢速速度校準電位器R3對速度顯示錶V進行校準，使速度顯示錶V 上顯示的速度與步驟108中所計算出的坩堝杆的移動速度相同；
110、調節調速電位器Rl，使速度顯示錶V上顯示的速度為0. 2mm/h ；111、再次用光柵尺測量坩堝杆一小時的移動距離，並通過調節慢速速度校準電位器R3對速度顯示錶V進行重新校準，使速度顯示錶V上穩定顯示為0. 2mm/h ；112、根據坩堝杆的實際運行狀態，調整PWM直流伺服驅動器12A8上的環路增益， 使坩堝杆平穩均勻地運行；步驟二、裝爐階段，裝好生產原料後，調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆上沿滾珠直線導軌向上運行，其具體過程如下201、按方向轉換開關SB1，使其處在按下狀態，PWM直流伺服驅動器12A8驅動直流測速力矩機組逆時針轉動；202、按快慢速轉換開關SB2，使其處在彈起狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3_l處在斷開狀態，電磁繼電器K的常閉觸點Κ3-2處在閉合狀態，電磁離合器一的供電迴路斷開， 電磁離合器二的供電迴路接通，直流測速力矩機組通過電磁離合器二帶動同步皮帶輪二轉動，同步皮帶輪二通過同步齒形帶帶動同步皮帶輪一和滾珠絲杆旋轉，滾珠絲杆上的滾珠絲母帶動滑塊和坩堝杆在滾珠絲杆上快速沿滾珠直線導軌向上運行；203、調節調速電位器Rl，觀察速度顯示錶V上所顯示的速度，當速度顯示錶V上所顯示的速度為坩堝杆實際所需要的快速運行速度時，停止調節調速電位器R1，坩堝杆在滾珠絲杆上以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆上沿滾珠直線導軌向上運行；步驟三、晶體正常生長階段，調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆以實際所需要的慢速運行速度在滾珠絲杆上沿滾珠直線導軌向下運行，其具體過程如下301、按方向轉換開關SB1，使其處在彈起狀態，PWM直流伺服驅動器12Α8驅動直流測速力矩機組順時針轉動；302、按快慢速轉換開關SB2，使其處在按下狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3_l處在閉合狀態，電磁繼電器K的常閉觸點Κ3-2處在斷開狀態，電磁離合器一的供電迴路接通， 電磁離合器二的供電迴路斷開，直流測速力矩機組通過電磁離合器一和諧波減速器帶動同步皮帶輪二轉動，同步皮帶輪二通過同步齒形帶帶動同步皮帶輪一和滾珠絲杆旋轉，滾珠絲杆上的滾珠絲母帶動滑塊和坩堝杆在滾珠絲杆上慢速沿滾珠直線導軌向下運行；303、調節調速電位器Rl，觀察速度顯示錶V上所顯示的速度，當速度顯示錶V上所顯示的速度為實際所需要的坩堝杆慢速運行速度時，停止調節調速電位器R1，坩堝杆在滾珠絲杆上以實際所需要的慢速運行速度在滾珠絲杆上沿滾珠直線導軌向下運行；步驟四、出爐階段，按照步驟201 步驟203調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆上沿滾珠直線導軌向上運行，運行到合適位置後，取出生長好的晶體。上述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速方法，其特徵在於步驟101、步驟 202和步驟四中坩堝杆快速運行的速度和步驟203中坩堝杆實際所需要的快速運行速度均為0. 2cm/min lOcm/min，步驟106和步驟302中坩堝杆慢速運行的速度和步驟303中坩堝杆實際所需要的慢速運行速度均為0. 2mm/h 10mm/h。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明選用PWM直流伺服驅動器12A8驅動直流測速力矩機組運行，直流測速力矩機組經過電磁離合器一、諧波減速器、同步齒形帶和同步皮帶輪的傳動，帶動滾珠絲槓運動，使堆禍杆能在低速寬調速範圍內上下移動；或者直流測速力矩機組經過電磁離合器ニ、 同步齒形帶和同步皮帶輪的傳動，帶動滾珠絲槓運動，使堆禍杆能在高速寬調速範圍內上 下移動；結構簡單，設計合理，製造成本低。2、本發明的調速範圍寬，堆禍杆快速時能以0. 2cm/min lOcm/min的運動速度上 下運動，慢速時能以0. 2mm/h lOmm/h的運動速度上下運動。3、本發明中採用PWM直流伺服驅動器12A8驅動直流測速力矩機組在低速運行狀 態下運行時，輸出力矩特性突出，運行平穩均勻，堆禍杆上下移動均勻、無爬行，有利於晶體 的生長。4、本發明通過對兩個電磁離合器的吸合與斷開控制，來實現直流測速力矩機組與 諧波減速器的斷開與連接，達到實現快慢速轉換及寬範圍調速的目的，使用操作便捷。5、本發明中設計了制動裝置，能夠在最大程度上降低晶體生長廠家因雷電、暴雨 等意外情況造成停電時，堆禍杆因負載和自重而自動下滑，造成整個晶體報廢所帯來的巨 大損失。綜上所述，本發明結構簡單，設計合理，調速範圍寬，製造成本低，不僅保證了晶體 生長過程中堆禍杆運行過程所要求的平穩、可靠、無爬行的特性，即以0. 2mm/h lOmm/h的 速度進行晶體生長；同時又保證了在裝爐、出爐及維修過程中，堆禍杆能以0. 2 lOcm/min 的較快速度移動；相比現有技術步進調速系統中的慢速0. 2mm/h 5. 6mm/h,快速0. 2mm/ h 4. 7cm/min的調速範圍，有了大幅度的提高；同時克服了步進電機低速運行吋，運行不 平穩、不流暢、不連續的缺點，使用操作便捷，使用效果好，便於推廣使用。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明運行驅動及調速電路的電路原理圖。圖3為本發明快慢速轉換電路的電路原理圖。附圖標記說明1-基座；2-立柱；3-滾珠絲杆；4-滾珠絲母； 5-滑塊；6-堆禍杆；7-制動裝置；7-1-制動本體；7-2-電磁鐵；7-3-摩擦片；7-4-制動盤；7-5-壓緊彈簧；8-直流測速力矩機組；9-調速系統安裝箱；10-電磁離合器一；11-電磁離合器ニ； 12-諧波減速器； 13-1-同步皮帶輪一；13-2-同步皮帶輪二 ； 13-3-同步齒形帶；14-1-運行驅動及調速電路；14-2-快慢速轉換電 15-伺服驅動器電源；16-電磁離合器電源；路；17-1-齒輪一 ；17-2-齒輪二 ；17-3-齒輪三；17-4-齒輪四；17-5-齒輪五；17-6-齒輪六；18-傳動軸；19-滾珠直線導軌。
具體實施例方式如圖1、圖2和圖3所示，本發明所述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統， 包括基座1，所述基座1的頂端設置有坩堝杆運行裝置、與坩堝杆運行裝置連接的動力及調速系統、以及與坩堝杆運行裝置和動力及調速系統連接的運行及調速控制系統；所述坩堝杆運行裝置包括底端與基座1連接的立柱2、固定連接在立柱2側壁上的滾珠直線導軌19、轉動連接在立柱2上且與滾珠直線導軌19平行的滾珠絲杆3、套接在滾珠絲杆3上的滾珠絲母4、與滾珠絲母4和滾珠直線導軌19連接且隨滾珠絲母4 一起在滾珠絲杆3上沿滾珠直線導軌19上下運行的滑塊5、以及與滑塊5連接且隨滑塊5 —起運行的坩堝杆6 ；所述滾珠絲杆3的下部連接有用於連接坩堝杆運行裝置與動力及調速系統的同步皮帶輪一 13-1 ；所述立柱2的頂端固定連接有用於防止在掉電時滾珠絲杆3繼續轉動的制動裝置7，所述制動裝置7包括固定連接在立柱2頂端的制動本體7-1、集成在制動本體7-1內的電磁鐵7-2、以及設置在制動本體7-1與立柱2頂端構成的空腔內的摩擦片7-3 和制動盤7-4，所述制動盤7-4和摩擦片7-3從下到上依次安裝在滾珠絲杆3上，所述摩擦片7-3與制動本體7-1之間設置有多根嵌入安裝到制動本體7-1中的壓緊彈簧7-5 ；所述動力及調速系統包括直流測速力矩機組8和與直流測速力矩機組8相接並安裝在調速系統安裝箱9內的調速裝置，所述調速裝置包括與直流測速力矩機組8連接的電磁離合器一 10和電磁離合器二 11、通過電磁離合器一 10與直流測速力矩機組8連接的諧波減速器12、以及與諧波減速器12連接或者通過電磁離合器二 11與直流測速力矩機組 8連接的同步皮帶輪二 13-2 ；所述動力及調速系統通過同步皮帶輪一 13-1、同步皮帶輪二
13-2和跨接在皮帶輪一13-1與皮帶輪二 13-2上的同步齒形帶13_3與坩堝杆運行裝置連接並驅動坩堝運行裝置運行；所述運行及調速控制系統包括與直流測速力矩機組8和制動裝置7連接的運行驅動及調速電路14-1、以及與電磁離合器一 10和電磁離合器二 11連接的快慢速轉換電路
14-2；所述運行驅動及調速電路14-1由PWM直流伺服驅動器12A8、伺服驅動器電源15、方向轉換開關SB1、調速電位器R1、快速速度校準電位器R2、慢速速度校準電位器R3、速度顯示錶V和具有四組觸點的電磁繼電器K中的兩組觸點構成，所述電磁繼電器K的四組觸點分別為常開觸點Kl-I和常閉觸點K1-2、常開觸點K2-1和常閉觸點K2-2、常開觸點K3-1和常閉觸點K3-2、以及常開觸點K4-1和常閉觸點K4-2 ；所述伺服驅動器電源15的正輸出端與PWM直流伺服驅動器12A8的功率接口引腳5和制動裝置7的正電源輸入端相接，所述伺服驅動器電源15的負輸出端與PWM直流伺服驅動器12A8的功率接口引腳4和制動裝置7的負電源輸入端相接，所述PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳6、信號接口引腳7、功率接口引腳1和功率接口引腳2分別對應與直流測速力矩機組8的測速發電機負輸入端、測速發電機正輸入端、電機負輸入端和電機正輸入端相接，所述PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳1和信號接口引腳3分別對應與方向轉換開關SBl的常開觸點的一端和常閉觸點的一端相接，所述方向轉換開關SBl的常開觸點的另一端和常閉觸點的另一端均與調速電位器Rl的一個固定端相接，所述PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳5與調速電位器Rl的滑動端、電磁繼電器K的常開觸點Kl-I的一端和電磁繼電器K的常閉觸點K1-2的一端相接，所述電磁繼電器K的常開觸點Kl-I的另一端和電磁繼電器K的常閉觸點K1-2的另一端分別與快速速度校準電位器R2的一個固定端和慢速速度校準電位器R3的一個固定端相接，所述快速速度校準電位器R2的另一個固定端和慢速速度校準電位器R3的另一個固定端分別與電磁繼電器K的常開觸點K2-1的一端和電磁繼電器K的常閉觸點K2-2的一端相接，電磁繼電器K的常開觸點K2-1的另一端和電磁繼電器K的常閉觸點K2-2的另一端均與速度顯示錶V的輸入端相接，所述快速速度校準電位器R2的滑動端、慢速速度校準電位器R3的滑動端和速度顯示錶V的輸出端均與PWM直流伺服驅動器 12A8的信號接口引腳2和調速電位器Rl的另一個固定端相接；所述快慢速轉換電路14-2 由電磁離合器電源16、快慢速轉換開關SB2、以及具有四組觸點的電磁繼電器K中的一組觸點構成，所述快慢速轉換開關SB2與電磁繼電器K的線圈串聯後並聯在電磁離合器電源16 的兩端，所述電磁繼電器K的常開觸點K3-1串聯在電磁離合器電源16給電磁離合器一 10 供電的供電迴路中，所述電磁繼電器K的常閉觸點K3-2串聯在電磁離合器電源16給電磁離合器二 11供電的供電迴路中。如圖1、圖2和圖3所示，本實施例中，所述電磁離合器一 10通過安裝在直流測速力矩機組8輸出軸上的齒輪一 17-1和安裝在電磁離合器一 10輸入軸上且與齒輪一 17-1嚙合的齒輪17-2與直流測速力矩機組8連接，所述電磁離合器二 11通過安裝在直流測速力矩機組8輸出軸上的齒輪一 17-1和安裝在電磁離合器二 11輸入軸上且與齒輪一 17-1嚙合的齒輪三17-3與直流測速力矩機組8連接，所述諧波減速器12通過鍵連接在電磁離合器一 10的輸出軸上，所述同步皮帶輪二 13-2通過安裝在調速系統安裝箱9上的傳動軸18、 安裝在傳動軸18上的齒輪四17-4和安裝在諧波減速器12輸出軸上且與齒輪17-4嚙合的齒輪17-5與諧波減速器12連接，或者所述同步皮帶輪二 13-2通過安裝在調速系統安裝箱 9上的傳動軸18、安裝在傳動軸18上的齒輪17-4和安裝在電磁離合器二 11輸出軸上的齒輪六17-6與電磁離合器二 11連接。所述伺服驅動器電源15為輸出電壓為36V的直流電源。所述電磁離合器電源16為輸出電壓為24V的直流電源。所述壓緊彈簧7-5為兩根或四根。本發明所述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速方法，包括以下步驟步驟一、使用前，對速度顯示錶V進行校準，使坩堝杆6在快速運行和慢速運行時， 速度顯示錶V上顯示的速度與坩堝杆實際運行的速度相等，其具體過程如下101、按快慢速轉換開關SB2，使其處在彈起狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3_l處在斷開狀態，電磁繼電器K的常閉觸點Κ3-2處在閉合狀態，電磁離合器一 10的供電迴路斷開，電磁離合器二 11的供電迴路接通，直流測速力矩機組8通過電磁離合器二 11帶動同步皮帶輪二 13-2轉動，同步皮帶輪二 13-2通過同步齒形帶13-3帶動同步皮帶輪一 13_1和滾珠絲杆3旋轉，滾珠絲杆3上的滾珠絲母4帶動滑塊5和坩堝杆6在滾珠絲杆3上快速沿滾珠直線導軌19向上或向下運行；102、調節PWM直流伺服驅動器12Α8上的電流限制電位器，使PWM直流伺服驅動器 12Α8所輸出的最大電流為8Α;103、調節調速電位器Rl的阻值為最大；104、調節PWM直流伺服驅動器12Α8上的參考增益電位器，用光柵尺測量坩堝杆6 的移動距離，使之一分鐘移動距離為IOcm ；105、通過調節快速速度校準電位器R2對速度顯示錶V進行校準，使速度顯示錶V上顯示為10cm/min ；106、按快慢速轉換開關SB2，使其處在按下狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3_l處在閉合狀態，電磁繼電器K的常閉觸點Κ3-2處在斷開狀態，電磁離合器一 10的供電迴路接通，電磁離合器二 11的供電迴路斷開，直流測速力矩機組8通過電磁離合器一 10和諧波減速器12帶動同步皮帶輪二 13-2轉動，同步皮帶輪二 13-2通過同步齒形帶13-3帶動同步皮帶輪一 13-1和滾珠絲杆3旋轉，滾珠絲杆3上的滾珠絲母4帶動滑塊5和坩堝杆6在滾珠絲杆3上慢速沿滾珠直線導軌19向上或向下運行；107、調節調速電位器Rl的阻值為~ 其中，R為調速電位器Rl的最大阻值；108、用光柵尺測量坩堝杆6 —小時的移動距離，計算出坩堝杆6的移動速度；109、通過調節慢速速度校準電位器R3對速度顯示錶V進行校準，使速度顯示錶V 上顯示的速度與步驟108中所計算出的坩堝杆6的移動速度相同；110、調節調速電位器Rl，使速度顯示錶V上顯示的速度為0. 2mm/h ；111、再次用光柵尺測量坩堝杆6 —小時的移動距離，並通過調節慢速速度校準電位器R3對速度顯示錶V進行重新校準，使速度顯示錶V上穩定顯示為0. 2mm/h ；112、根據坩堝杆6的實際運行狀態，調整PWM直流伺服驅動器12A8上的環路增益，使坩堝杆6平穩均勻地運行；步驟二、裝爐階段，裝好生產原料後，調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆6 以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆3上沿滾珠直線導軌19向上運行，其具體過程如下201、按方向轉換開關SB1，使其處在按下狀態，PWM直流伺服驅動器12A8驅動直流測速力矩機組8逆時針轉動；202、按快慢速轉換開關SB2，使其處在彈起狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3_l處在斷開狀態，電磁繼電器K的常閉觸點Κ3-2處在閉合狀態，電磁離合器一 10的供電迴路斷開，電磁離合器二 11的供電迴路接通，直流測速力矩機組8通過電磁離合器二 11帶動同步皮帶輪二 13-2轉動，同步皮帶輪二 13-2通過同步齒形帶13-3帶動同步皮帶輪一 13_1和滾珠絲杆3旋轉，滾珠絲杆3上的滾珠絲母4帶動滑塊5和坩堝杆6在滾珠絲杆3上快速沿滾珠直線導軌19向上運行；203、調節調速電位器R1，觀察速度顯示錶V上所顯示的速度，當速度顯示錶V上所顯示的速度為坩堝杆6實際所需要的快速運行速度時，停止調節調速電位器R1，坩堝杆6 在滾珠絲杆3上以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆3上沿滾珠直線導軌19向上運行；步驟三、晶體正常生長階段，調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆6以實際所需要的慢速運行速度在滾珠絲杆3上沿滾珠直線導軌19向下運行，其具體過程如下301、按方向轉換開關SB1，使其處在彈起狀態，PWM直流伺服驅動器12Α8驅動直流測速力矩機組8順時針轉動；302、按快慢速轉換開關SB2，使其處在按下狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3_l處在閉合狀態，電磁繼電器K的常閉觸點Κ3-2處在斷開狀態，電磁離合器一 10的供電迴路接通，電磁離合器二 11的供電迴路斷開，直流測速力矩機組8通過電磁離合器一 10和諧波減速器12帶動同步皮帶輪二 13-2轉動，同步皮帶輪二 13-2通過同步齒形帶13-3帶動同步皮帶輪一 13-1和滾珠絲杆3旋轉，滾珠絲杆3上的滾珠絲母4帶動滑塊5和坩堝杆6在滾珠絲杆3上慢速沿滾珠直線導軌19向下運行；303、調節調速電位器R1，觀察速度顯示錶V上所顯示的速度，當速度顯示錶V上所顯示的速度為實際所需要的坩堝杆6慢速運行速度時，停止調節調速電位器R1，坩堝杆6 在滾珠絲杆3上以實際所需要的慢速運行速度在滾珠絲杆3上沿滾珠直線導軌19向下運行；步驟四、出爐階段，按照步驟201 步驟203調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆6以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆3上沿滾珠直線導軌19向上運行，運行到合適位置後，取出生長好的晶體。其中，步驟101、步驟202和步驟四中坩堝杆6快速運行的速度和步驟203中坩堝杆6實際所需要的快速運行速度均為0. 2cm/min lOcm/min，步驟106和步驟302中坩堝杆6慢速運行的速度和步驟303中坩堝杆6實際所需要的慢速運行速度均為0. 2mm/h 10mm/ho另外，本發明中，在立柱2的頂端設置了與滾珠絲杆3連接的制動裝置7，通電後， 制動本體7-1內的電磁鐵7-2吸合摩擦片7-3，使摩擦片7-3與制動盤7_4分離，此時滾珠絲杆3自由轉動並通過滾珠絲母4和滑塊5帶動坩堝杆6上下移動；斷電後，制動本體7-1 內的電磁鐵7-2斷電，摩擦片7-3在壓緊彈簧7-5的作用下，頂緊摩擦片7-5，使摩擦片7_5 壓在制動盤7-4的端面上，摩擦力使制動盤7-4不能轉動，從而使得滾珠絲杆3停止轉動， 達到制動效果。該制動裝置7能夠在最大程度上降低晶體生長廠家因雷電、暴雨等意外情況造成停電時，坩堝杆6因負載和自重而自動下滑，造成整個晶體報廢所帶來的巨大損失。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1. 一種單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於包括基座(1)，所述基座(1)的頂端設置有坩堝杆運行裝置、與坩堝杆運行裝置連接的動力及調速系統、以及與坩堝杆運行裝置和動力及調速系統連接的運行及調速控制系統；所述坩堝杆運行裝置包括底端與基座(1)連接的立柱O)、固定連接在立柱( 側壁上的滾珠直線導軌(19)、轉動連接在立柱( 上且與滾珠直線導軌(19)平行的滾珠絲杆 (3)、套接在滾珠絲杆(3)上的滾珠絲母G)、與滾珠絲母⑷和滾珠直線導軌(19)連接且隨滾珠絲母(4) 一起在滾珠絲杆C3)上沿滾珠直線導軌(19)上下運行的滑塊(5)、以及與滑塊( 連接且隨滑塊( 一起運行的坩堝杆(6)；所述滾珠絲杆(3)的下部連接有用於連接坩堝杆運行裝置與動力及調速系統的同步皮帶輪一(13-1)；所述立柱O)的頂端固定連接有用於防止在掉電時滾珠絲杆C3)繼續轉動的制動裝置(7)，所述制動裝置(7)包括固定連接在立柱( 頂端的制動本體(7-1)、集成在制動本體(7-1)內的電磁鐵(7-2)、以及設置在制動本體(7-1)與立柱( 頂端構成的空腔內的摩擦片(7- 和制動盤(7-4)，所述制動盤(7-4)和摩擦片(7- 從下到上依次安裝在滾珠絲杆C3)上，所述摩擦片(7-3)與制動本體(7-1)之間設置有多根嵌入安裝到制動本體(7-1)中的壓緊彈簧(7-5)；所述動力及調速系統包括直流測速力矩機組(8)和與直流測速力矩機組(8)相接並安裝在調速系統安裝箱(9)內的調速裝置，所述調速裝置包括與直流測速力矩機組(8)連接的電磁離合器一(10)和電磁離合器二(11)、通過電磁離合器一(10)與直流測速力矩機組 (8)連接的諧波減速器(12)、以及與諧波減速器(1 連接或者通過電磁離合器二(11)與直流測速力矩機組(8)連接的同步皮帶輪二(13- ；所述動力及調速系統通過同步皮帶輪一(13-1)、同步皮帶輪二(13- 和跨接在皮帶輪一(13-1)與皮帶輪二(13- 上的同步齒形帶(13-3)與坩堝杆運行裝置連接並驅動坩堝運行裝置運行；所述運行及調速控制系統包括與直流測速力矩機組(8)和制動裝置(7)連接的運行驅動及調速電路(14-1)、以及與電磁離合器一(10)和電磁離合器二(11)連接的快慢速轉換電路(14-2)；所述運行驅動及調速電路(14-1)由PWM直流伺服驅動器12A8、伺服驅動器電源(1 、方向轉換開關SB1、調速電位器R1、快速速度校準電位器R2、慢速速度校準電位器 R3、速度顯示錶V和具有四組觸點的電磁繼電器K中的兩組觸點構成，所述電磁繼電器K的四組觸點分別為常開觸點Kl-I和常閉觸點K1-2、常開觸點K2-1和常閉觸點K2-2、常開觸點K3-1和常閉觸點K3-2、以及常開觸點K4-1和常閉觸點K4-2 ；所述伺服驅動器電源(15) 的正輸出端與PWM直流伺服驅動器12A8的功率接口引腳5和制動裝置(7)的正電源輸入端相接，所述伺服驅動器電源(15)的負輸出端與PWM直流伺服驅動器12A8的功率接口引腳 4和制動裝置(7)的負電源輸入端相接，所述PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳6、 信號接口引腳7、功率接口引腳1和功率接口引腳2分別對應與直流測速力矩機組(8)的測速發電機負輸入端、測速發電機正輸入端、電機負輸入端和電機正輸入端相接，所述PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳1和信號接口引腳3分別對應與方向轉換開關SBl的常開觸點的一端和常閉觸點的一端相接，所述方向轉換開關SBl的常開觸點的另一端和常閉觸點的另一端均與調速電位器Rl的一個固定端相接，所述PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳5與調速電位器Rl的滑動端、電磁繼電器K的常開觸點Kl-I的一端和電磁繼電器K的常閉觸點K1-2的一端相接，所述電磁繼電器K的常開觸點Kl-I的另一端和電磁繼電器K的常閉觸點K1-2的另一端分別與快速速度校準電位器R2的一個固定端和慢速速度校準電位器R3的一個固定端相接，所述快速速度校準電位器R2的另一個固定端和慢速速度校準電位器R3的另一個固定端分別與電磁繼電器K的常開觸點K2-1的一端和電磁繼電器K的常閉觸點K2-2的一端相接，電磁繼電器K的常開觸點K2-1的另一端和電磁繼電器K的常閉觸點K2-2的另一端均與速度顯示錶V的輸入端相接，所述快速速度校準電位器R2的滑動端、慢速速度校準電位器R3的滑動端和速度顯示錶V的輸出端均與PWM直流伺服驅動器12A8的信號接口引腳2和調速電位器Rl的另一個固定端相接；所述快慢速轉換電路(14-2)由電磁離合器電源(16)、快慢速轉換開關SB2、以及具有四組觸點的電磁繼電器K中的一組觸點構成，所述快慢速轉換開關SB2與電磁繼電器K的線圈串聯後並聯在電磁離合器電源(16)的兩端，所述電磁繼電器K的常開觸點K3-1串聯在電磁離合器電源 (16)給電磁離合器一(10)供電的供電迴路中，所述電磁繼電器K的常閉觸點K3-2串聯在電磁離合器電源(16)給電磁離合器二(11)供電的供電迴路中。
2.按照權利要求1所述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於所述電磁離合器一(10)通過安裝在直流測速力矩機組(8)輸出軸上的齒輪一(17-1)和安裝在電磁離合器一(10)輸入軸上且與齒輪一(17-1)嚙合的齒輪二(17- 與直流測速力矩機組(8)連接，所述電磁離合器二(11)通過安裝在直流測速力矩機組(8)輸出軸上的齒輪一 (17-1)和安裝在電磁離合器二(11)輸入軸上且與齒輪一(17-1)嚙合的齒輪三(17-3) 與直流測速力矩機組( 連接，所述諧波減速器(1 通過鍵連接在電磁離合器一(10)的輸出軸上，所述同步皮帶輪二(13- 通過安裝在調速系統安裝箱(9)上的傳動軸(18)、 安裝在傳動軸(18)上的齒輪四(17-4)和安裝在諧波減速器(1 輸出軸上且與齒輪四 (17-4)嚙合的齒輪五(17- 與諧波減速器(1 連接，或者所述同步皮帶輪二(13- 通過安裝在調速系統安裝箱(9)上的傳動軸(18)、安裝在傳動軸(18)上的齒輪四(17-4)和安裝在電磁離合器二(11)輸出軸上的齒輪六(17-6)與電磁離合器二(11)連接。
3.按照權利要求1或2所述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於 所述伺服驅動器電源(15)為輸出電壓為36V的直流電源。
4.按照權利要求1或2所述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於 所述電磁離合器電源(16)為輸出電壓為24V的直流電源。
5.按照權利要求1或2所述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統，其特徵在於 所述壓緊彈簧(7- 為兩根或四根。
6.一種利用如權利要求1所述調速系統進行坩堝杆運行調速的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟一、使用前，對速度顯示錶V進行校準，使坩堝杆(6)在快速運行和慢速運行時，速度顯示錶V上顯示的速度與坩堝杆實際運行的速度相等，其具體過程如下.101、按快慢速轉換開關SB2，使其處在彈起狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3-1處在斷開狀態，電磁繼電器K的常閉觸點K3-2處在閉合狀態，電磁離合器一(10)的供電迴路斷開，電磁離合器二(11)的供電迴路接通，直流測速力矩機組⑶通過電磁離合器二(11)帶動同步皮帶輪二(13- 轉動，同步皮帶輪二(13- 通過同步齒形帶(13- 帶動同步皮帶輪一(13-1)和滾珠絲杆C3)旋轉，滾珠絲杆C3)上的滾珠絲母(4)帶動滑塊( 和坩堝杆 (6)在滾珠絲杆C3)上快速沿滾珠直線導軌(19)向上或向下運行；.102、調節PWM直流伺服驅動器12A8上的電流限制電位器，使PWM直流伺服驅動器12A8所輸出的最大電流為8A;(103、調節調速電位器Rl的阻值為最大；(104、調節PWM直流伺服驅動器12A8上的參考增益電位器，用光柵尺測量坩堝杆(6)的移動距離，使之一分鐘移動距離為IOcm ；(105、通過調節快速速度校準電位器R2對速度顯示錶V進行校準，使速度顯示錶V上顯不為 10cm/min ；(106、按快慢速轉換開關SB2，使其處在按下狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3-1處在閉合狀態，電磁繼電器K的常閉觸點K3-2處在斷開狀態，電磁離合器一(10)的供電迴路接通，電磁離合器二(11)的供電迴路斷開，直流測速力矩機組(8)通過電磁離合器一(10) 和諧波減速器(1 帶動同步皮帶輪二(13- 轉動，同步皮帶輪二(13- 通過同步齒形帶 (13-3)帶動同步皮帶輪一(13-1)和滾珠絲杆C3)旋轉，滾珠絲杆C3)上的滾珠絲母(4)帶動滑塊( 和坩堝杆(6)在滾珠絲杆( 上慢速沿滾珠直線導軌(19)向上或向下運行；(107、調節調速電位器Rl的阻值為~其中，R為調速電位器Rl的最大阻值；(108、用光柵尺測量坩堝杆(6)—小時的移動距離，計算出坩堝杆(6)的移動速度；(109、通過調節慢速速度校準電位器R3對速度顯示錶V進行校準，使速度顯示錶V上顯示的速度與步驟108中所計算出的坩堝杆(6)的移動速度相同；(110、調節調速電位器Rl，使速度顯示錶V上顯示的速度為0.2mm/h ；(111、再次用光柵尺測量坩堝杆(6)—小時的移動距離，並通過調節慢速速度校準電位器R3對速度顯示錶V進行重新校準，使速度顯示錶V上穩定顯示為0. 2mm/h ；(112、根據坩堝杆(6)的實際運行狀態，調整PWM直流伺服驅動器12A8上的環路增益， 使坩堝杆(6)平穩均勻地運行；步驟二、裝爐階段，裝好生產原料後，調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆(6)以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆(3)上沿滾珠直線導軌(19)向上運行，其具體過程如下(201、按方向轉換開關SB1，使其處在按下狀態，PWM直流伺服驅動器12A8驅動直流測速力矩機組(8)逆時針轉動；(202、按快慢速轉換開關SB2，使其處在彈起狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3-1處在斷開狀態，電磁繼電器K的常閉觸點K3-2處在閉合狀態，電磁離合器一(10)的供電迴路斷開，電磁離合器二(11)的供電迴路接通，直流測速力矩機組⑶通過電磁離合器二(11)帶動同步皮帶輪二(13- 轉動，同步皮帶輪二(13- 通過同步齒形帶(13- 帶動同步皮帶輪一(13-1)和滾珠絲杆C3)旋轉，滾珠絲杆C3)上的滾珠絲母(4)帶動滑塊( 和坩堝杆 (6)在滾珠絲杆( 上快速沿滾珠直線導軌(19)向上運行；(203、調節調速電位器R1，觀察速度顯示錶V上所顯示的速度，當速度顯示錶V上所顯示的速度為坩堝杆(6)實際所需要的快速運行速度時，停止調節調速電位器R1，坩堝杆(6)在滾珠絲杆(3)上以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆(3)上沿滾珠直線導軌(19)向上運行；步驟三、晶體正常生長階段，調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆(6)以實際所需要的慢速運行速度在滾珠絲杆(3)上沿滾珠直線導軌(19)向下運行，其具體過程如下·301、按方向轉換開關SB1，使其處在彈起狀態，PWM直流伺服驅動器12A8驅動直流測速力矩機組(8)順時針轉動；·302、按快慢速轉換開關SB2，使其處在按下狀態，電磁繼電器K的常開觸點K3-1處在閉合狀態，電磁繼電器K的常閉觸點K3-2處在斷開狀態，電磁離合器一(10)的供電迴路接通，電磁離合器二(11)的供電迴路斷開，直流測速力矩機組(8)通過電磁離合器一(10) 和諧波減速器(1 帶動同步皮帶輪二(13- 轉動，同步皮帶輪二(13- 通過同步齒形帶 (13-3)帶動同步皮帶輪一(13-1)和滾珠絲杆C3)旋轉，滾珠絲杆C3)上的滾珠絲母(4)帶動滑塊( 和坩堝杆(6)在滾珠絲杆( 上慢速沿滾珠直線導軌(19)向下運行；·303、調節調速電位器R1，觀察速度顯示錶V上所顯示的速度，當速度顯示錶V上所顯示的速度為實際所需要的坩堝杆(6)慢速運行速度時，停止調節調速電位器R1，坩堝杆(6)在滾珠絲杆(3)上以實際所需要的慢速運行速度在滾珠絲杆(3)上沿滾珠直線導軌(19)向下運行；步驟四、出爐階段，按照步驟201 步驟203調節所述運行及調速控制系統，使坩堝杆 (6)以實際所需要的快速運行速度在滾珠絲杆(3)上沿滾珠直線導軌(19)向上運行，運行到合適位置後，取出生長好的晶體。
7.按照權利要求6所述的單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速方法，其特徵在於步驟101、步驟202和步驟四中坩堝杆(6)快速運行的速度和步驟203中坩堝杆(6)實際所需要的快速運行速度均為0. 2cm/min lOcm/min，步驟106和步驟302中坩堝杆(6)慢速運行的速度和步驟303中坩堝杆(6)實際所需要的慢速運行速度均為0. 2mm/h 10mm/h。
全文摘要
本發明公開了一種單電機寬調速範圍的坩堝杆運行調速系統及調速方法，其系統包括基座，基座的頂端設有坩堝杆運行裝置、與坩堝杆運行裝置連接的動力及調速系統、以及與坩堝杆運行裝置和動力及調速系統連接的運行及調速控制系統，動力及調速系統包括直流測速力矩機組和調速裝置，調速裝置包括兩個電磁離合器、諧波減速器和同步皮帶輪二；其方法包括步驟使用前，對速度顯示錶V進行校準；裝爐階段使坩堝杆以實際所需的快速運行速度向上運行；晶體正常生長階段使坩堝杆以實際所需的慢速運行速度向下運行；出爐階段使坩堝杆以實際所需的快速運行速度向上運行。本發明結構簡單，設計合理，調速範圍寬，製造成本低，使用操作便捷，便於推廣使用。
文檔編號C30B11/00GK102220627SQ201110132378
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者王強, 胡輝, 陸健 申請人:西安西光機械製造有限公司