专利名称：单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统及调速方法
技术领域：
本发明属于运动控制技术领域，涉及晶体生长过程中坩埚杆运行的调速系统及调速方法，尤其是涉及一种单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统及调速方法。
背景技术：
坩埚下降法是一种常用的晶体生长方法，将用于晶体生长用的材料装在圆柱型的坩埚中，缓慢地下降，并通过一个具有一定温度梯度的加热炉，炉温控制在略高于材料的熔点附近，在通过加热区域时，坩埚中的材料被熔融，当坩埚持续下降时，坩埚底部的温度先下降到熔点以下，并开始结晶，晶体随坩埚下降而持续长大。在此种晶体生长方法中，坩埚杆是用来推动坩埚上下运动的，晶体的生长工艺要求坩埚杆运行速度低且平稳均勻。同时为了提高生产效率，降低生产成本，又要求在进行装炉、出炉、检修过程中，坩埚杆能以相对较快的速度移动。现有技术中多采用单台步进电机推动坩埚杆运动，该机构具有双速功能， 但速度范围窄，只有慢速0. 2mm/h 5. 6mm/h,快速0. 2cm/min 4. 7cm/min的调速范围，而且步进电机在低速运行时，存在着运行不平稳、不流畅、不连续的缺点；而采用双电机实现该功能，机械机构复杂且加工制造成本大。而且，晶体生长的周期都比较长，在晶体生长过程中，都不允许停电的发生，如果出现突然停电，将使晶体生长中断，已生长出的晶体的质量将受到严重影响，如果因雷电、 暴雨等意外情况发生停电，造成坩埚杆自动下滑，将使整个晶体报废，这将不仅带来能源的巨大浪费，而且也会给生产厂家带来难以弥补的经济损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、调速范围宽、制造成本低、使用效果好的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于包括基座，所述基座的顶端设置有坩埚杆运行装置、与坩埚杆运行装置连接的动力及调速系统、以及与坩埚杆运行装置和动力及调速系统连接的运行及调速控制系统；所述坩埚杆运行装置包括底端与基座连接的立柱、固定连接在立柱侧壁上的滚珠直线导轨、转动连接在立柱上且与滚珠直线导轨平行的滚珠丝杆、套接在滚珠丝杆上的滚珠丝母、与滚珠丝母和滚珠直线导轨连接且随滚珠丝母一起在滚珠丝杆上沿滚珠直线导轨上下运行的滑块、以及与滑块连接且随滑块一起运行的坩埚杆；所述滚珠丝杆的下部连接有用于连接坩埚杆运行装置与动力及调速系统的同步皮带轮一；所述立柱的顶端固定连接有用于防止在掉电时滚珠丝杆继续转动的制动装置，所述制动装置包括固定连接在立柱顶端的制动本体、集成在制动本体内的电磁铁、以及设置在制动本体与立柱顶端构成的空腔内的摩擦片和制动盘，所述制动盘和摩擦片从下到上依次安装在滚珠丝杆上，所述摩擦片与制动本体之间设置有多根嵌入安装到制动本体中的压紧弹簧；所述动力及调速系统包括直流测速力矩机组和与直流测速力矩机组相接并安装在调速系统安装箱内的调速装置，所述调速装置包括与直流测速力矩机组连接的电磁离合器一和电磁离合器二、通过电磁离合器一与直流测速力矩机组连接的谐波减速器、以及与谐波减速器连接或者通过电磁离合器二与直流测速力矩机组连接的同步皮带轮二 ；所述动力及调速系统通过同步皮带轮一、同步皮带轮二和跨接在皮带轮一与皮带轮二的同步齿形带与坩埚杆运行装置连接并驱动坩埚运行装置运行；所述运行及调速控制系统包括与直流测速力矩机组和制动装置连接的运行驱动及调速电路、以及与电磁离合器一和电磁离合器二连接的快慢速转换电路；所述运行驱动及调速电路由PWM直流伺服驱动器12A8、伺服驱动器电源、方向转换开关SB1、调速电位器 Rl、快速速度校准电位器R2、慢速速度校准电位器R3、速度显示表V和具有四组触点的电磁继电器K中的两组触点构成，所述电磁继电器K的四组触点分别为常开触点Kl-I和常闭触点K1-2、常开触点K2-1和常闭触点K2-2、常开触点K3-1和常闭触点K3-2、以及常开触点 K4-1和常闭触点K4-2 ；所述伺服驱动器电源的正输出端与PWM直流伺服驱动器12A8的功率接口引脚5和制动装置的正电源输入端相接，所述伺服驱动器电源的负输出端与PWM直流伺服驱动器12A8的功率接口引脚4和制动装置的负电源输入端相接，所述PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚6、信号接口引脚7、功率接口引脚1和功率接口引脚2分别对应与直流测速力矩机组的测速发电机负输入端、测速发电机正输入端、电机负输入端和电机正输入端相接，所述PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚1和信号接口引脚3分别对应与方向转换开关SBl的常开触点的一端和常闭触点的一端相接，所述方向转换开关 SBl的常开触点的另一端和常闭触点的另一端均与调速电位器Rl的一个固定端相接，所述 PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚5与调速电位器Rl的滑动端、电磁继电器K的常开触点Kl-I的一端和电磁继电器K的常闭触点K1-2的一端相接，所述电磁继电器K的常开触点Kl-I的另一端和电磁继电器K的常闭触点K1-2的另一端分别与快速速度校准电位器R2的一个固定端和慢速速度校准电位器R3的一个固定端相接，所述快速速度校准电位器R2的另一个固定端和慢速速度校准电位器R3的另一个固定端分别与电磁继电器K的常开触点K2-1的一端和电磁继电器K的常闭触点K2-2的一端相接，电磁继电器K的常开触点K2-1的另一端和电磁继电器K的常闭触点K2-2的另一端均与速度显示表V的输入端相接，所述快速速度校准电位器R2的滑动端、慢速速度校准电位器R3的滑动端和速度显示表 V的输出端均与PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚2和调速电位器Rl的另一个固定端相接；所述快慢速转换电路由电磁离合器电源、快慢速转换开关SB2、以及具有四组触点的电磁继电器K中的一组触点构成，所述快慢速转换开关SB2与电磁继电器K的线圈串联后并联在电磁离合器电源的两端，所述电磁继电器K的常开触点K3-1串联在电磁离合器电源给电磁离合器一供电的供电回路中，所述电磁继电器K的常闭触点K3-2串联在电磁离合器电源给电磁离合器二供电的供电回路中。上述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于所述电磁离合器一通过安装在直流测速力矩机组输出轴上的齿轮一和安装在电磁离合器一输入轴上且与齿轮一啮合的齿轮二与直流测速力矩机组连接，所述电磁离合器二通过安装在直流测速力矩机组输出轴上的齿轮一和安装在电磁离合器二输入轴上且与齿轮一啮合的齿轮三与直流测速力矩机组连接，所述谐波减速器过键连接在电磁离合器一的输出轴上，所述同步皮带轮二通过安装在调速系统安装箱上的传动轴、安装在传动轴上的齿轮四和安装在谐波减速器输出轴上且与齿轮四啮合的齿轮五与谐波减速器连接，或者所述同步皮带轮二通过安装在调速系统安装箱上的传动轴、安装在传动轴上的齿轮四和安装在电磁离合器二输出轴上的齿轮六与电磁离合器二连接。上述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于所述伺服驱动器电源为输出电压为36V的直流电源。上述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于所述电磁离合器电源为输出电压为MV的直流电源。上述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于所述压紧弹簧为两根或四根。本发明还提供了一种使用操作便捷、调速范围宽、能够使得坩埚杆平稳、流畅、连续运行的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、使用前，对速度显示表V进行校准，使坩埚杆在快速运行和慢速运行时， 速度显示表V上显示的速度与坩埚杆实际运行的速度相等，其具体过程如下101、按快慢速转换开关SB2，使其处在弹起状态，电磁继电器K的常开触点K3-1处在断开状态，电磁继电器K的常闭触点K3-2处在闭合状态，电磁离合器一的供电回路断开， 电磁离合器二的供电回路接通，直流测速力矩机组通过电磁离合器二带动同步皮带轮二转动，同步皮带轮二通过同步齿形带带动同步皮带轮一和滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆上的滚珠丝母带动滑块和坩埚杆在滚珠丝杆上快速沿滚珠直线导轨向上或向下运行；102、调节PWM直流伺服驱动器12A8上的电流限制电位器，使PWM直流伺服驱动器 12A8所输出的最大电流为8A;103、调节调速电位器Rl的阻值为最大；104、调节PWM直流伺服驱动器12A8上的参考增益电位器，用光栅尺测量坩埚杆的移动距离，使之一分钟移动距离为IOcm ；105、通过调节快速速度校准电位器R2对速度显示表V进行校准，使速度显示表V 上显示为10cm/min ；106、按快慢速转换开关SB2，使其处在按下状态，电磁继电器K的常开触点K3_l 处在闭合状态，电磁继电器K的常闭触点Κ3-2处在断开状态，电磁离合器一的供电回路接通，电磁离合器二的供电回路断开，直流测速力矩机组通过电磁离合器一和谐波减速器带动同步皮带轮二转动，同步皮带轮二通过同步齿形带带动同步皮带轮一和滚珠丝杆旋转， 滚珠丝杆上的滚珠丝母带动滑块和坩埚杆在滚珠丝杆上慢速沿滚珠直线导轨向上或向下运行；107、调节调速电位器Rl的阻值为~ |尺，其中，R为调速电位器Rl的最大阻值；108、用光栅尺测量坩埚杆一小时的移动距离，计算出坩埚杆的移动速度；109、通过调节慢速速度校准电位器R3对速度显示表V进行校准，使速度显示表V 上显示的速度与步骤108中所计算出的坩埚杆的移动速度相同；
110、调节调速电位器Rl，使速度显示表V上显示的速度为0. 2mm/h ；111、再次用光栅尺测量坩埚杆一小时的移动距离，并通过调节慢速速度校准电位器R3对速度显示表V进行重新校准，使速度显示表V上稳定显示为0. 2mm/h ；112、根据坩埚杆的实际运行状态，调整PWM直流伺服驱动器12A8上的环路增益， 使坩埚杆平稳均勻地运行；步骤二、装炉阶段，装好生产原料后，调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆上沿滚珠直线导轨向上运行，其具体过程如下201、按方向转换开关SB1，使其处在按下状态，PWM直流伺服驱动器12A8驱动直流测速力矩机组逆时针转动；202、按快慢速转换开关SB2，使其处在弹起状态，电磁继电器K的常开触点K3_l处在断开状态，电磁继电器K的常闭触点Κ3-2处在闭合状态，电磁离合器一的供电回路断开， 电磁离合器二的供电回路接通，直流测速力矩机组通过电磁离合器二带动同步皮带轮二转动，同步皮带轮二通过同步齿形带带动同步皮带轮一和滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆上的滚珠丝母带动滑块和坩埚杆在滚珠丝杆上快速沿滚珠直线导轨向上运行；203、调节调速电位器Rl，观察速度显示表V上所显示的速度，当速度显示表V上所显示的速度为坩埚杆实际所需要的快速运行速度时，停止调节调速电位器R1，坩埚杆在滚珠丝杆上以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆上沿滚珠直线导轨向上运行；步骤三、晶体正常生长阶段，调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆以实际所需要的慢速运行速度在滚珠丝杆上沿滚珠直线导轨向下运行，其具体过程如下301、按方向转换开关SB1，使其处在弹起状态，PWM直流伺服驱动器12Α8驱动直流测速力矩机组顺时针转动；302、按快慢速转换开关SB2，使其处在按下状态，电磁继电器K的常开触点K3_l处在闭合状态，电磁继电器K的常闭触点Κ3-2处在断开状态，电磁离合器一的供电回路接通， 电磁离合器二的供电回路断开，直流测速力矩机组通过电磁离合器一和谐波减速器带动同步皮带轮二转动，同步皮带轮二通过同步齿形带带动同步皮带轮一和滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆上的滚珠丝母带动滑块和坩埚杆在滚珠丝杆上慢速沿滚珠直线导轨向下运行；303、调节调速电位器Rl，观察速度显示表V上所显示的速度，当速度显示表V上所显示的速度为实际所需要的坩埚杆慢速运行速度时，停止调节调速电位器R1，坩埚杆在滚珠丝杆上以实际所需要的慢速运行速度在滚珠丝杆上沿滚珠直线导轨向下运行；步骤四、出炉阶段，按照步骤201 步骤203调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆上沿滚珠直线导轨向上运行，运行到合适位置后，取出生长好的晶体。上述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速方法，其特征在于步骤101、步骤 202和步骤四中坩埚杆快速运行的速度和步骤203中坩埚杆实际所需要的快速运行速度均为0. 2cm/min lOcm/min，步骤106和步骤302中坩埚杆慢速运行的速度和步骤303中坩埚杆实际所需要的慢速运行速度均为0. 2mm/h 10mm/h。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明选用PWM直流伺服驱动器12A8驱动直流测速力矩机组运行，直流测速力矩机组经过电磁离合器一、谐波减速器、同步齿形带和同步皮带轮的传动，带动滚珠丝杠运动，使堆祸杆能在低速宽调速范围内上下移动；或者直流测速力矩机组经过电磁离合器ニ、 同步齿形带和同步皮带轮的传动，带动滚珠丝杠运动，使堆祸杆能在高速宽调速范围内上 下移动；结构简单，设计合理，制造成本低。2、本发明的调速范围宽，堆祸杆快速时能以0. 2cm/min lOcm/min的运动速度上 下运动，慢速时能以0. 2mm/h lOmm/h的运动速度上下运动。3、本发明中采用PWM直流伺服驱动器12A8驱动直流测速力矩机组在低速运行状 态下运行时，输出力矩特性突出，运行平稳均勻，堆祸杆上下移动均勻、无爬行，有利于晶体 的生长。4、本发明通过对两个电磁离合器的吸合与断开控制，来实现直流测速力矩机组与 谐波减速器的断开与连接，达到实现快慢速转换及宽范围调速的目的，使用操作便捷。5、本发明中设计了制动装置，能够在最大程度上降低晶体生长厂家因雷电、暴雨 等意外情况造成停电时，堆祸杆因负载和自重而自动下滑，造成整个晶体报废所帯来的巨 大损失。综上所述，本发明结构简单，设计合理，调速范围宽，制造成本低，不仅保证了晶体 生长过程中堆祸杆运行过程所要求的平稳、可靠、无爬行的特性，即以0. 2mm/h lOmm/h的 速度进行晶体生长；同时又保证了在装炉、出炉及维修过程中，堆祸杆能以0. 2 lOcm/min 的较快速度移动；相比现有技术步进调速系统中的慢速0. 2mm/h 5. 6mm/h,快速0. 2mm/ h 4. 7cm/min的调速范围，有了大幅度的提高；同时克服了步进电机低速运行吋，运行不 平稳、不流畅、不连续的缺点，使用操作便捷，使用效果好，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明运行驱动及调速电路的电路原理图。图3为本发明快慢速转换电路的电路原理图。附图标记说明1-基座；2-立柱；3-滚珠丝杆；4-滚珠丝母； 5-滑块；6-堆祸杆；7-制动装置；7-1-制动本体；7-2-电磁铁；7-3-摩擦片；7-4-制动盘；7-5-压紧弹簧；8-直流测速力矩机组；9-调速系统安装箱；10-电磁离合器一；11-电磁离合器ニ； 12-谐波减速器； 13-1-同步皮带轮一；13-2-同步皮带轮二 ； 13-3-同步齿形带；14-1-运行驱动及调速电路；14-2-快慢速转换电 15-伺服驱动器电源；16-电磁离合器电源；路；17-1-齿轮一 ；17-2-齿轮二 ；17-3-齿轮三；17-4-齿轮四；17-5-齿轮五；17-6-齿轮六；18-传动轴；19-滚珠直线导轨。
具体实施例方式如图1、图2和图3所示，本发明所述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统， 包括基座1，所述基座1的顶端设置有坩埚杆运行装置、与坩埚杆运行装置连接的动力及调速系统、以及与坩埚杆运行装置和动力及调速系统连接的运行及调速控制系统；所述坩埚杆运行装置包括底端与基座1连接的立柱2、固定连接在立柱2侧壁上的滚珠直线导轨19、转动连接在立柱2上且与滚珠直线导轨19平行的滚珠丝杆3、套接在滚珠丝杆3上的滚珠丝母4、与滚珠丝母4和滚珠直线导轨19连接且随滚珠丝母4 一起在滚珠丝杆3上沿滚珠直线导轨19上下运行的滑块5、以及与滑块5连接且随滑块5 —起运行的坩埚杆6 ；所述滚珠丝杆3的下部连接有用于连接坩埚杆运行装置与动力及调速系统的同步皮带轮一 13-1 ；所述立柱2的顶端固定连接有用于防止在掉电时滚珠丝杆3继续转动的制动装置7，所述制动装置7包括固定连接在立柱2顶端的制动本体7-1、集成在制动本体7-1内的电磁铁7-2、以及设置在制动本体7-1与立柱2顶端构成的空腔内的摩擦片7-3 和制动盘7-4，所述制动盘7-4和摩擦片7-3从下到上依次安装在滚珠丝杆3上，所述摩擦片7-3与制动本体7-1之间设置有多根嵌入安装到制动本体7-1中的压紧弹簧7-5 ；所述动力及调速系统包括直流测速力矩机组8和与直流测速力矩机组8相接并安装在调速系统安装箱9内的调速装置，所述调速装置包括与直流测速力矩机组8连接的电磁离合器一 10和电磁离合器二 11、通过电磁离合器一 10与直流测速力矩机组8连接的谐波减速器12、以及与谐波减速器12连接或者通过电磁离合器二 11与直流测速力矩机组 8连接的同步皮带轮二 13-2 ；所述动力及调速系统通过同步皮带轮一 13-1、同步皮带轮二
13-2和跨接在皮带轮一13-1与皮带轮二 13-2上的同步齿形带13_3与坩埚杆运行装置连接并驱动坩埚运行装置运行；所述运行及调速控制系统包括与直流测速力矩机组8和制动装置7连接的运行驱动及调速电路14-1、以及与电磁离合器一 10和电磁离合器二 11连接的快慢速转换电路
14-2；所述运行驱动及调速电路14-1由PWM直流伺服驱动器12A8、伺服驱动器电源15、方向转换开关SB1、调速电位器R1、快速速度校准电位器R2、慢速速度校准电位器R3、速度显示表V和具有四组触点的电磁继电器K中的两组触点构成，所述电磁继电器K的四组触点分别为常开触点Kl-I和常闭触点K1-2、常开触点K2-1和常闭触点K2-2、常开触点K3-1和常闭触点K3-2、以及常开触点K4-1和常闭触点K4-2 ；所述伺服驱动器电源15的正输出端与PWM直流伺服驱动器12A8的功率接口引脚5和制动装置7的正电源输入端相接，所述伺服驱动器电源15的负输出端与PWM直流伺服驱动器12A8的功率接口引脚4和制动装置7的负电源输入端相接，所述PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚6、信号接口引脚7、功率接口引脚1和功率接口引脚2分别对应与直流测速力矩机组8的测速发电机负输入端、测速发电机正输入端、电机负输入端和电机正输入端相接，所述PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚1和信号接口引脚3分别对应与方向转换开关SBl的常开触点的一端和常闭触点的一端相接，所述方向转换开关SBl的常开触点的另一端和常闭触点的另一端均与调速电位器Rl的一个固定端相接，所述PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚5与调速电位器Rl的滑动端、电磁继电器K的常开触点Kl-I的一端和电磁继电器K的常闭触点K1-2的一端相接，所述电磁继电器K的常开触点Kl-I的另一端和电磁继电器K的常闭触点K1-2的另一端分别与快速速度校准电位器R2的一个固定端和慢速速度校准电位器R3的一个固定端相接，所述快速速度校准电位器R2的另一个固定端和慢速速度校准电位器R3的另一个固定端分别与电磁继电器K的常开触点K2-1的一端和电磁继电器K的常闭触点K2-2的一端相接，电磁继电器K的常开触点K2-1的另一端和电磁继电器K的常闭触点K2-2的另一端均与速度显示表V的输入端相接，所述快速速度校准电位器R2的滑动端、慢速速度校准电位器R3的滑动端和速度显示表V的输出端均与PWM直流伺服驱动器 12A8的信号接口引脚2和调速电位器Rl的另一个固定端相接；所述快慢速转换电路14-2 由电磁离合器电源16、快慢速转换开关SB2、以及具有四组触点的电磁继电器K中的一组触点构成，所述快慢速转换开关SB2与电磁继电器K的线圈串联后并联在电磁离合器电源16 的两端，所述电磁继电器K的常开触点K3-1串联在电磁离合器电源16给电磁离合器一 10 供电的供电回路中，所述电磁继电器K的常闭触点K3-2串联在电磁离合器电源16给电磁离合器二 11供电的供电回路中。如图1、图2和图3所示，本实施例中，所述电磁离合器一 10通过安装在直流测速力矩机组8输出轴上的齿轮一 17-1和安装在电磁离合器一 10输入轴上且与齿轮一 17-1啮合的齿轮17-2与直流测速力矩机组8连接，所述电磁离合器二 11通过安装在直流测速力矩机组8输出轴上的齿轮一 17-1和安装在电磁离合器二 11输入轴上且与齿轮一 17-1啮合的齿轮三17-3与直流测速力矩机组8连接，所述谐波减速器12通过键连接在电磁离合器一 10的输出轴上，所述同步皮带轮二 13-2通过安装在调速系统安装箱9上的传动轴18、 安装在传动轴18上的齿轮四17-4和安装在谐波减速器12输出轴上且与齿轮17-4啮合的齿轮17-5与谐波减速器12连接，或者所述同步皮带轮二 13-2通过安装在调速系统安装箱 9上的传动轴18、安装在传动轴18上的齿轮17-4和安装在电磁离合器二 11输出轴上的齿轮六17-6与电磁离合器二 11连接。所述伺服驱动器电源15为输出电压为36V的直流电源。所述电磁离合器电源16为输出电压为24V的直流电源。所述压紧弹簧7-5为两根或四根。本发明所述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速方法，包括以下步骤步骤一、使用前，对速度显示表V进行校准，使坩埚杆6在快速运行和慢速运行时， 速度显示表V上显示的速度与坩埚杆实际运行的速度相等，其具体过程如下101、按快慢速转换开关SB2，使其处在弹起状态，电磁继电器K的常开触点K3_l处在断开状态，电磁继电器K的常闭触点Κ3-2处在闭合状态，电磁离合器一 10的供电回路断开，电磁离合器二 11的供电回路接通，直流测速力矩机组8通过电磁离合器二 11带动同步皮带轮二 13-2转动，同步皮带轮二 13-2通过同步齿形带13-3带动同步皮带轮一 13_1和滚珠丝杆3旋转，滚珠丝杆3上的滚珠丝母4带动滑块5和坩埚杆6在滚珠丝杆3上快速沿滚珠直线导轨19向上或向下运行；102、调节PWM直流伺服驱动器12Α8上的电流限制电位器，使PWM直流伺服驱动器 12Α8所输出的最大电流为8Α;103、调节调速电位器Rl的阻值为最大；104、调节PWM直流伺服驱动器12Α8上的参考增益电位器，用光栅尺测量坩埚杆6 的移动距离，使之一分钟移动距离为IOcm ；105、通过调节快速速度校准电位器R2对速度显示表V进行校准，使速度显示表V上显示为10cm/min ；106、按快慢速转换开关SB2，使其处在按下状态，电磁继电器K的常开触点K3_l处在闭合状态，电磁继电器K的常闭触点Κ3-2处在断开状态，电磁离合器一 10的供电回路接通，电磁离合器二 11的供电回路断开，直流测速力矩机组8通过电磁离合器一 10和谐波减速器12带动同步皮带轮二 13-2转动，同步皮带轮二 13-2通过同步齿形带13-3带动同步皮带轮一 13-1和滚珠丝杆3旋转，滚珠丝杆3上的滚珠丝母4带动滑块5和坩埚杆6在滚珠丝杆3上慢速沿滚珠直线导轨19向上或向下运行；107、调节调速电位器Rl的阻值为~ 其中，R为调速电位器Rl的最大阻值；108、用光栅尺测量坩埚杆6 —小时的移动距离，计算出坩埚杆6的移动速度；109、通过调节慢速速度校准电位器R3对速度显示表V进行校准，使速度显示表V 上显示的速度与步骤108中所计算出的坩埚杆6的移动速度相同；110、调节调速电位器Rl，使速度显示表V上显示的速度为0. 2mm/h ；111、再次用光栅尺测量坩埚杆6 —小时的移动距离，并通过调节慢速速度校准电位器R3对速度显示表V进行重新校准，使速度显示表V上稳定显示为0. 2mm/h ；112、根据坩埚杆6的实际运行状态，调整PWM直流伺服驱动器12A8上的环路增益，使坩埚杆6平稳均勻地运行；步骤二、装炉阶段，装好生产原料后，调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆6 以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆3上沿滚珠直线导轨19向上运行，其具体过程如下201、按方向转换开关SB1，使其处在按下状态，PWM直流伺服驱动器12A8驱动直流测速力矩机组8逆时针转动；202、按快慢速转换开关SB2，使其处在弹起状态，电磁继电器K的常开触点K3_l处在断开状态，电磁继电器K的常闭触点Κ3-2处在闭合状态，电磁离合器一 10的供电回路断开，电磁离合器二 11的供电回路接通，直流测速力矩机组8通过电磁离合器二 11带动同步皮带轮二 13-2转动，同步皮带轮二 13-2通过同步齿形带13-3带动同步皮带轮一 13_1和滚珠丝杆3旋转，滚珠丝杆3上的滚珠丝母4带动滑块5和坩埚杆6在滚珠丝杆3上快速沿滚珠直线导轨19向上运行；203、调节调速电位器R1，观察速度显示表V上所显示的速度，当速度显示表V上所显示的速度为坩埚杆6实际所需要的快速运行速度时，停止调节调速电位器R1，坩埚杆6 在滚珠丝杆3上以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆3上沿滚珠直线导轨19向上运行；步骤三、晶体正常生长阶段，调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆6以实际所需要的慢速运行速度在滚珠丝杆3上沿滚珠直线导轨19向下运行，其具体过程如下301、按方向转换开关SB1，使其处在弹起状态，PWM直流伺服驱动器12Α8驱动直流测速力矩机组8顺时针转动；302、按快慢速转换开关SB2，使其处在按下状态，电磁继电器K的常开触点K3_l处在闭合状态，电磁继电器K的常闭触点Κ3-2处在断开状态，电磁离合器一 10的供电回路接通，电磁离合器二 11的供电回路断开，直流测速力矩机组8通过电磁离合器一 10和谐波减速器12带动同步皮带轮二 13-2转动，同步皮带轮二 13-2通过同步齿形带13-3带动同步皮带轮一 13-1和滚珠丝杆3旋转，滚珠丝杆3上的滚珠丝母4带动滑块5和坩埚杆6在滚珠丝杆3上慢速沿滚珠直线导轨19向下运行；303、调节调速电位器R1，观察速度显示表V上所显示的速度，当速度显示表V上所显示的速度为实际所需要的坩埚杆6慢速运行速度时，停止调节调速电位器R1，坩埚杆6 在滚珠丝杆3上以实际所需要的慢速运行速度在滚珠丝杆3上沿滚珠直线导轨19向下运行；步骤四、出炉阶段，按照步骤201 步骤203调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆6以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆3上沿滚珠直线导轨19向上运行，运行到合适位置后，取出生长好的晶体。其中，步骤101、步骤202和步骤四中坩埚杆6快速运行的速度和步骤203中坩埚杆6实际所需要的快速运行速度均为0. 2cm/min lOcm/min，步骤106和步骤302中坩埚杆6慢速运行的速度和步骤303中坩埚杆6实际所需要的慢速运行速度均为0. 2mm/h 10mm/ho另外，本发明中，在立柱2的顶端设置了与滚珠丝杆3连接的制动装置7，通电后， 制动本体7-1内的电磁铁7-2吸合摩擦片7-3，使摩擦片7-3与制动盘7_4分离，此时滚珠丝杆3自由转动并通过滚珠丝母4和滑块5带动坩埚杆6上下移动；断电后，制动本体7-1 内的电磁铁7-2断电，摩擦片7-3在压紧弹簧7-5的作用下，顶紧摩擦片7-5，使摩擦片7_5 压在制动盘7-4的端面上，摩擦力使制动盘7-4不能转动，从而使得滚珠丝杆3停止转动， 达到制动效果。该制动装置7能够在最大程度上降低晶体生长厂家因雷电、暴雨等意外情况造成停电时，坩埚杆6因负载和自重而自动下滑，造成整个晶体报废所带来的巨大损失。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1. 一种单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于包括基座(1)，所述基座(1)的顶端设置有坩埚杆运行装置、与坩埚杆运行装置连接的动力及调速系统、以及与坩埚杆运行装置和动力及调速系统连接的运行及调速控制系统；所述坩埚杆运行装置包括底端与基座(1)连接的立柱O)、固定连接在立柱( 侧壁上的滚珠直线导轨(19)、转动连接在立柱( 上且与滚珠直线导轨(19)平行的滚珠丝杆 (3)、套接在滚珠丝杆(3)上的滚珠丝母G)、与滚珠丝母⑷和滚珠直线导轨(19)连接且随滚珠丝母(4) 一起在滚珠丝杆C3)上沿滚珠直线导轨(19)上下运行的滑块(5)、以及与滑块( 连接且随滑块( 一起运行的坩埚杆(6)；所述滚珠丝杆(3)的下部连接有用于连接坩埚杆运行装置与动力及调速系统的同步皮带轮一(13-1)；所述立柱O)的顶端固定连接有用于防止在掉电时滚珠丝杆C3)继续转动的制动装置(7)，所述制动装置(7)包括固定连接在立柱( 顶端的制动本体(7-1)、集成在制动本体(7-1)内的电磁铁(7-2)、以及设置在制动本体(7-1)与立柱( 顶端构成的空腔内的摩擦片(7- 和制动盘(7-4)，所述制动盘(7-4)和摩擦片(7- 从下到上依次安装在滚珠丝杆C3)上，所述摩擦片(7-3)与制动本体(7-1)之间设置有多根嵌入安装到制动本体(7-1)中的压紧弹簧(7-5)；所述动力及调速系统包括直流测速力矩机组(8)和与直流测速力矩机组(8)相接并安装在调速系统安装箱(9)内的调速装置，所述调速装置包括与直流测速力矩机组(8)连接的电磁离合器一(10)和电磁离合器二(11)、通过电磁离合器一(10)与直流测速力矩机组 (8)连接的谐波减速器(12)、以及与谐波减速器(1 连接或者通过电磁离合器二(11)与直流测速力矩机组(8)连接的同步皮带轮二(13- ；所述动力及调速系统通过同步皮带轮一(13-1)、同步皮带轮二(13- 和跨接在皮带轮一(13-1)与皮带轮二(13- 上的同步齿形带(13-3)与坩埚杆运行装置连接并驱动坩埚运行装置运行；所述运行及调速控制系统包括与直流测速力矩机组(8)和制动装置(7)连接的运行驱动及调速电路(14-1)、以及与电磁离合器一(10)和电磁离合器二(11)连接的快慢速转换电路(14-2)；所述运行驱动及调速电路(14-1)由PWM直流伺服驱动器12A8、伺服驱动器电源(1 、方向转换开关SB1、调速电位器R1、快速速度校准电位器R2、慢速速度校准电位器 R3、速度显示表V和具有四组触点的电磁继电器K中的两组触点构成，所述电磁继电器K的四组触点分别为常开触点Kl-I和常闭触点K1-2、常开触点K2-1和常闭触点K2-2、常开触点K3-1和常闭触点K3-2、以及常开触点K4-1和常闭触点K4-2 ；所述伺服驱动器电源(15) 的正输出端与PWM直流伺服驱动器12A8的功率接口引脚5和制动装置(7)的正电源输入端相接，所述伺服驱动器电源(15)的负输出端与PWM直流伺服驱动器12A8的功率接口引脚 4和制动装置(7)的负电源输入端相接，所述PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚6、 信号接口引脚7、功率接口引脚1和功率接口引脚2分别对应与直流测速力矩机组(8)的测速发电机负输入端、测速发电机正输入端、电机负输入端和电机正输入端相接，所述PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚1和信号接口引脚3分别对应与方向转换开关SBl的常开触点的一端和常闭触点的一端相接，所述方向转换开关SBl的常开触点的另一端和常闭触点的另一端均与调速电位器Rl的一个固定端相接，所述PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚5与调速电位器Rl的滑动端、电磁继电器K的常开触点Kl-I的一端和电磁继电器K的常闭触点K1-2的一端相接，所述电磁继电器K的常开触点Kl-I的另一端和电磁继电器K的常闭触点K1-2的另一端分别与快速速度校准电位器R2的一个固定端和慢速速度校准电位器R3的一个固定端相接，所述快速速度校准电位器R2的另一个固定端和慢速速度校准电位器R3的另一个固定端分别与电磁继电器K的常开触点K2-1的一端和电磁继电器K的常闭触点K2-2的一端相接，电磁继电器K的常开触点K2-1的另一端和电磁继电器K的常闭触点K2-2的另一端均与速度显示表V的输入端相接，所述快速速度校准电位器R2的滑动端、慢速速度校准电位器R3的滑动端和速度显示表V的输出端均与PWM直流伺服驱动器12A8的信号接口引脚2和调速电位器Rl的另一个固定端相接；所述快慢速转换电路(14-2)由电磁离合器电源(16)、快慢速转换开关SB2、以及具有四组触点的电磁继电器K中的一组触点构成，所述快慢速转换开关SB2与电磁继电器K的线圈串联后并联在电磁离合器电源(16)的两端，所述电磁继电器K的常开触点K3-1串联在电磁离合器电源 (16)给电磁离合器一(10)供电的供电回路中，所述电磁继电器K的常闭触点K3-2串联在电磁离合器电源(16)给电磁离合器二(11)供电的供电回路中。
2.按照权利要求1所述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于所述电磁离合器一(10)通过安装在直流测速力矩机组(8)输出轴上的齿轮一(17-1)和安装在电磁离合器一(10)输入轴上且与齿轮一(17-1)啮合的齿轮二(17- 与直流测速力矩机组(8)连接，所述电磁离合器二(11)通过安装在直流测速力矩机组(8)输出轴上的齿轮一 (17-1)和安装在电磁离合器二(11)输入轴上且与齿轮一(17-1)啮合的齿轮三(17-3) 与直流测速力矩机组( 连接，所述谐波减速器(1 通过键连接在电磁离合器一(10)的输出轴上，所述同步皮带轮二(13- 通过安装在调速系统安装箱(9)上的传动轴(18)、 安装在传动轴(18)上的齿轮四(17-4)和安装在谐波减速器(1 输出轴上且与齿轮四 (17-4)啮合的齿轮五(17- 与谐波减速器(1 连接，或者所述同步皮带轮二(13- 通过安装在调速系统安装箱(9)上的传动轴(18)、安装在传动轴(18)上的齿轮四(17-4)和安装在电磁离合器二(11)输出轴上的齿轮六(17-6)与电磁离合器二(11)连接。
3.按照权利要求1或2所述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于 所述伺服驱动器电源(15)为输出电压为36V的直流电源。
4.按照权利要求1或2所述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于 所述电磁离合器电源(16)为输出电压为24V的直流电源。
5.按照权利要求1或2所述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统，其特征在于 所述压紧弹簧(7- 为两根或四根。
6.一种利用如权利要求1所述调速系统进行坩埚杆运行调速的方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、使用前，对速度显示表V进行校准，使坩埚杆(6)在快速运行和慢速运行时，速度显示表V上显示的速度与坩埚杆实际运行的速度相等，其具体过程如下.101、按快慢速转换开关SB2，使其处在弹起状态，电磁继电器K的常开触点K3-1处在断开状态，电磁继电器K的常闭触点K3-2处在闭合状态，电磁离合器一(10)的供电回路断开，电磁离合器二(11)的供电回路接通，直流测速力矩机组⑶通过电磁离合器二(11)带动同步皮带轮二(13- 转动，同步皮带轮二(13- 通过同步齿形带(13- 带动同步皮带轮一(13-1)和滚珠丝杆C3)旋转，滚珠丝杆C3)上的滚珠丝母(4)带动滑块( 和坩埚杆 (6)在滚珠丝杆C3)上快速沿滚珠直线导轨(19)向上或向下运行；.102、调节PWM直流伺服驱动器12A8上的电流限制电位器，使PWM直流伺服驱动器12A8所输出的最大电流为8A;(103、调节调速电位器Rl的阻值为最大；(104、调节PWM直流伺服驱动器12A8上的参考增益电位器，用光栅尺测量坩埚杆(6)的移动距离，使之一分钟移动距离为IOcm ；(105、通过调节快速速度校准电位器R2对速度显示表V进行校准，使速度显示表V上显不为 10cm/min ；(106、按快慢速转换开关SB2，使其处在按下状态，电磁继电器K的常开触点K3-1处在闭合状态，电磁继电器K的常闭触点K3-2处在断开状态，电磁离合器一(10)的供电回路接通，电磁离合器二(11)的供电回路断开，直流测速力矩机组(8)通过电磁离合器一(10) 和谐波减速器(1 带动同步皮带轮二(13- 转动，同步皮带轮二(13- 通过同步齿形带 (13-3)带动同步皮带轮一(13-1)和滚珠丝杆C3)旋转，滚珠丝杆C3)上的滚珠丝母(4)带动滑块( 和坩埚杆(6)在滚珠丝杆( 上慢速沿滚珠直线导轨(19)向上或向下运行；(107、调节调速电位器Rl的阻值为~其中，R为调速电位器Rl的最大阻值；(108、用光栅尺测量坩埚杆(6)—小时的移动距离，计算出坩埚杆(6)的移动速度；(109、通过调节慢速速度校准电位器R3对速度显示表V进行校准，使速度显示表V上显示的速度与步骤108中所计算出的坩埚杆(6)的移动速度相同；(110、调节调速电位器Rl，使速度显示表V上显示的速度为0.2mm/h ；(111、再次用光栅尺测量坩埚杆(6)—小时的移动距离，并通过调节慢速速度校准电位器R3对速度显示表V进行重新校准，使速度显示表V上稳定显示为0. 2mm/h ；(112、根据坩埚杆(6)的实际运行状态，调整PWM直流伺服驱动器12A8上的环路增益， 使坩埚杆(6)平稳均勻地运行；步骤二、装炉阶段，装好生产原料后，调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆(6)以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆(3)上沿滚珠直线导轨(19)向上运行，其具体过程如下(201、按方向转换开关SB1，使其处在按下状态，PWM直流伺服驱动器12A8驱动直流测速力矩机组(8)逆时针转动；(202、按快慢速转换开关SB2，使其处在弹起状态，电磁继电器K的常开触点K3-1处在断开状态，电磁继电器K的常闭触点K3-2处在闭合状态，电磁离合器一(10)的供电回路断开，电磁离合器二(11)的供电回路接通，直流测速力矩机组⑶通过电磁离合器二(11)带动同步皮带轮二(13- 转动，同步皮带轮二(13- 通过同步齿形带(13- 带动同步皮带轮一(13-1)和滚珠丝杆C3)旋转，滚珠丝杆C3)上的滚珠丝母(4)带动滑块( 和坩埚杆 (6)在滚珠丝杆( 上快速沿滚珠直线导轨(19)向上运行；(203、调节调速电位器R1，观察速度显示表V上所显示的速度，当速度显示表V上所显示的速度为坩埚杆(6)实际所需要的快速运行速度时，停止调节调速电位器R1，坩埚杆(6)在滚珠丝杆(3)上以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆(3)上沿滚珠直线导轨(19)向上运行；步骤三、晶体正常生长阶段，调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆(6)以实际所需要的慢速运行速度在滚珠丝杆(3)上沿滚珠直线导轨(19)向下运行，其具体过程如下·301、按方向转换开关SB1，使其处在弹起状态，PWM直流伺服驱动器12A8驱动直流测速力矩机组(8)顺时针转动；·302、按快慢速转换开关SB2，使其处在按下状态，电磁继电器K的常开触点K3-1处在闭合状态，电磁继电器K的常闭触点K3-2处在断开状态，电磁离合器一(10)的供电回路接通，电磁离合器二(11)的供电回路断开，直流测速力矩机组(8)通过电磁离合器一(10) 和谐波减速器(1 带动同步皮带轮二(13- 转动，同步皮带轮二(13- 通过同步齿形带 (13-3)带动同步皮带轮一(13-1)和滚珠丝杆C3)旋转，滚珠丝杆C3)上的滚珠丝母(4)带动滑块( 和坩埚杆(6)在滚珠丝杆( 上慢速沿滚珠直线导轨(19)向下运行；·303、调节调速电位器R1，观察速度显示表V上所显示的速度，当速度显示表V上所显示的速度为实际所需要的坩埚杆(6)慢速运行速度时，停止调节调速电位器R1，坩埚杆(6)在滚珠丝杆(3)上以实际所需要的慢速运行速度在滚珠丝杆(3)上沿滚珠直线导轨(19)向下运行；步骤四、出炉阶段，按照步骤201 步骤203调节所述运行及调速控制系统，使坩埚杆 (6)以实际所需要的快速运行速度在滚珠丝杆(3)上沿滚珠直线导轨(19)向上运行，运行到合适位置后，取出生长好的晶体。
7.按照权利要求6所述的单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速方法，其特征在于步骤101、步骤202和步骤四中坩埚杆(6)快速运行的速度和步骤203中坩埚杆(6)实际所需要的快速运行速度均为0. 2cm/min lOcm/min，步骤106和步骤302中坩埚杆(6)慢速运行的速度和步骤303中坩埚杆(6)实际所需要的慢速运行速度均为0. 2mm/h 10mm/h。
全文摘要
本发明公开了一种单电机宽调速范围的坩埚杆运行调速系统及调速方法，其系统包括基座，基座的顶端设有坩埚杆运行装置、与坩埚杆运行装置连接的动力及调速系统、以及与坩埚杆运行装置和动力及调速系统连接的运行及调速控制系统，动力及调速系统包括直流测速力矩机组和调速装置，调速装置包括两个电磁离合器、谐波减速器和同步皮带轮二；其方法包括步骤使用前，对速度显示表V进行校准；装炉阶段使坩埚杆以实际所需的快速运行速度向上运行；晶体正常生长阶段使坩埚杆以实际所需的慢速运行速度向下运行；出炉阶段使坩埚杆以实际所需的快速运行速度向上运行。本发明结构简单，设计合理，调速范围宽，制造成本低，使用操作便捷，便于推广使用。
文档编号C30B11/00GK102220627SQ201110132378
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者王强, 胡辉, 陆健 申请人:西安西光机械制造有限公司