CN103372490B - 一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机 - Google Patents

Abstract

一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，涉及一种多晶硅料破碎设备，设有回转臂机构和破碎装置构成，破碎装置上的机架与回转臂机构中的输出部相连接，所述的回转臂机构主要由支撑部、主轴部、大臂平行四边形机构、气缸、小臂和输出部构成，所述的破碎装置主要由机架、气动冲击机构和缓冲机构组成，机架上方设有连接孔，连接孔内设有与转轴上外螺纹相匹配的内螺纹，输出部通过转轴与机架连接，气动冲击机构通过缓冲机构悬挂在机架上，本发明采用压缩空气作为破碎动力，不会对硅原料产生污染，具有成本低、生产效率高的优点。

Description

一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机

技术领域

    本发明涉一种将多晶硅棒料破碎成多晶硅块料的设备，具体的说是一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机。

背景技术

作为光伏产业的基础材料——多晶硅产业的发展具有广阔的前景。多晶硅通常用化学法生产，沉积成直径为φ150~200mm、长2000mm的硅棒。在硅棒的破碎环节，我国长期以来一直依靠人工用钢锤镶嵌硬质合金进行锤击破碎，即使在多晶硅技术较发达的国家也多采用手工破碎。这种方法劳动强度大，生产效率低，与自动化程度很高的工艺生产线很不匹配，远不能满足多晶硅产业迅猛发展的需要，开发多晶硅破碎装备是必然趋势。目前对于多晶硅破碎方法破碎装备的研究与开发还处于起步阶段，有关研究思路大体分为两个方面：机械力破碎或应力破碎。机械力破碎如应用鄂式破碎机，但鄂式破碎机不能直接破碎长棒料，通常和线切割法配合使用，工艺步骤多，物料转移过程容易受到污染；另一机械力破碎法是将重锤的势能转换为动能，依靠打击破碎多晶硅棒，其破碎能力受到设备规格的限制。应力破碎法通过对晶棒的加热和骤冷，使其获得晶间应力而破碎，该设备组成复杂，破碎过程中物料需二次转移，且需要相关保护措施，成本较高；气体爆破法利用气流的冲击使硅棒破碎，该装置对容器的耐压性能要求高，需要严格的劳动保护措施。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，具有成本低、生产效率高的优点，且不会对破碎后的硅粒产生二次污染。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，设有回转臂机构和破碎装置，破碎装置上的机架与回转臂机构中的输出部相连接，所述的回转臂机构主要由支撑部、主轴部、大臂平行四边形机构、气缸、小臂和输出部构成，所述的支撑部为圆柱体状，在支撑部的上设有定位凹槽，定位凹槽的轴线与支撑部的轴线重合，主轴部下端通过轴承设置在支撑部的定位凹槽内，主轴部可绕支撑部中心轴线在水平面转动，在主轴部的上端连接有大臂平行四边形机构，所述的大臂平行四边形机构主要由上横梁、下横梁和侧梁组成，由主轴部的一部分和上横梁、侧梁、下横梁依次铰接构成四杆件平行四边形机构，下横梁的长度大于上横梁的长度，下横梁伸出主轴部的一侧设有平衡重锤，在主轴部的侧壁和下横梁之间设有气缸，气缸与外部供气气源相连接，气缸一端铰接于主轴部的侧壁上，另一端铰接于下横梁上，在侧梁上固定连接有小臂回转关节，小臂的一端与小臂回转关节的关节轴连接，输出部和小臂的另一端连接，在输出部上设有转轴，在转轴上设有外螺纹；

所述的破碎装置主要由机架、气动冲击机构和缓冲机构组成，机架上方设有连接孔，连接孔内设有与转轴上外螺纹相匹配的内螺纹，输出部通过转轴与机架连接，气动冲击机构通过缓冲机构悬挂在机架上，气动冲击机构主要由冲击平衡块、气动冲击部、平衡重、棒料定位板构成，所述的冲击平衡块呈四方形，在冲击平衡块的一侧面设有凹槽，气动冲击部通过螺栓组件固定在凹槽内，在气动冲击部上设有进气口和出气口，进气口与外部气源相联接，在凹槽的一侧和与凹槽相对的一侧的冲击平衡块外表面上均固定设有棒料定位板，棒料定位板的下端设有V形定位槽，两块棒料定位板上的V形定位槽用于保证被破碎棒料的中心轴线与气动冲击部中心线垂直并相交，在冲击平衡块的上端面还设有平衡重。

所述支撑部固定在地基或其他移动设备上。

所述主轴部通过角接触球轴承设置在支撑部的定位凹槽内，主轴部旋转范围为0~360°。

所述的小臂为折弯悬臂，其一端与小臂回转关节的关节轴固定连接，小臂绕小臂回转关节的垂直轴线在水平面内转动，旋转范围为0~360°。

所述的输出部的转轴的回转轴线始终垂直于水平面，旋转范围为0~360°。

所述的缓冲机构设有四个，四个缓冲机构均匀设置在气动冲击机构上端的四个角处，缓冲机构的下端与气动冲击机构中的冲击平衡块固定连接。

所述的缓冲机构主要由拉杆、上固定螺母、弹簧固定片、上位弹簧、支撑角钢、下位弹簧和下固定螺母组成，支撑角钢固定设置在机架上，拉杆的下端穿过支撑角钢与冲击平衡块的上端面固定连接，在支撑角钢与冲击平衡块之间的拉杆上设有下固定螺母，下固定螺母和支撑角钢下端面之间设有下位弹簧，位于支撑角钢上端的拉杆上依次设有上位弹簧、弹簧固定片和上固定螺母。

所述的机架外部还设有把手。

本发明的有益效果是：

其一、本发明由回转臂机构、气动冲击机构和缓冲机构，该结构为一个静平衡系统，回转臂机构依次将支撑部、主轴部、大臂平行四边形机构、气缸、小臂和输出部连接构成自平衡回转臂，通过合理设置各个部件的位置关系和连接方式最终使得该自平衡回转臂具有运转灵活、承受较大轴向力和扩大工作范围的优点，同时该回转臂结构简单，制造成本低，占地面积小。气动冲击机构通过缓冲机构设置在机架上，通过设计缓冲机构各个部分的位置关系，不仅使得气动冲击机构的冲击效果更好，而且可用于缓冲整个机架震动，提高该设备的使用寿命；该气动冲击机构中设置冲击平衡块、气动冲击部、平衡重、棒料定位板，保证棒料在破碎过程中，精确定位，破碎效率高。

其二、自平衡四自由度回转臂的小臂可绕大臂360°旋转，在保证大工作范围的同时，可缩小工作场地面积，四个自由度运动，可以使输出部在大臂长度与小臂长度之和的半径范围内定位于任意位置；采用角轴承传动，各部件运转灵活，且可承受轴向力；

其三、该发明为自平衡位姿保持机构，用作机械手抓取多晶硅棒料或连接破碎头破碎多晶硅棒料时均可准确定位，可配套用于多晶硅生产线的终端；、无论输出部在什么位置均保持输出部轴线在铅垂方向；该发明结构简单、容易实现，可以做成固定式或移动式，或与其他固定或移动装置配合使用，亦可作为其他多晶硅破碎设备的上料机构。

其四、本发明采用压缩空气作为破碎动力，不会对硅原料产生污染；本发明提供的多晶硅破碎装置冲击部具有棒料定位装置，通过调整的定位板使气动冲击部准确定位，可配套用于多晶硅生产线的终端，适合大规模的多晶硅破碎或脆性棒状物料的处理。利用本发明方法和装备破碎多晶硅棒料的过程中，硅棒和破碎头部接触面积小，而冲击形成的破碎力扩散范围大，硅棒碎裂体积大，经过破碎的多晶硅棒基本没有细碎的粉末。气动冲击部准确定位，能够防止冲击部位与棒料中心不对正，导致冲击部头部以外的部分与棒料碰撞产生的碎渣混入多晶硅料中，避免破碎带来的二次污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中回转臂机构的结构示意图。

图3是本发明中破碎装置的主视图。

图4是本发明中破碎装置的俯视图。

图5是本发明中冲击平衡块的结构示意图。

图6是本发明中棒料定位板的结构示意图。

图中标记：1、回转臂机构，101、支撑部，102、主轴部， 103、大臂平行四边形机构，1031、上横梁，1032、下横梁，1033、侧梁，1034、平衡重锤，104、气缸，105、小臂回转关节，1051、关节轴，106、小臂，107、输出部，1071、转轴，2、破碎装置，201、机架，2011、把手，2012、连接孔，202、气动冲击机构，2021、冲击平衡块， 2022、气动冲击部，2023、平衡重，2024、棒料定位板，2025、凹槽， 203、缓冲机构，2031、拉杆，2032、上固定螺母，2033、弹簧固定片，2034、上位弹簧，2035、支撑角钢，2036、下位弹簧，2037、下固定螺母，204、被破碎棒料。

具体实施方式

如图所示，一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，设有回转臂机构1和破碎装置2，破碎装置2上的机架201与回转臂机构1中的输出部107相连接，所述的回转臂机构1主要由支撑部101、主轴部102、大臂平行四边形机构103、气缸104、小臂106和输出部107构成，所述的支撑部101为圆柱体状，在支撑部101的上设有定位凹槽，定位凹槽的轴线与支撑部101的轴线重合，主轴部102下端通过轴承设置在支撑部101的定位凹槽内，主轴部102可绕支撑部101中心轴线在水平面转动，在主轴部102的上端连接有大臂平行四边形机构103，所述的大臂平行四边形机构103主要由上横梁1031、下横梁1032和侧梁1033组成，主轴部的一部分同样作为短边杆件之一，是大臂平行四边形机构的固定杆件，与之平行的侧横梁连接小臂回转关节105；因此由主轴部102的一部分和上横梁1031、侧梁1033、下横梁1032依次铰接构成四杆件平行四边形机构，下横梁1032的长度大于上横梁1031的长度，下横梁1032伸出主轴部102的一侧设有平衡重锤1034，在主轴部102的侧壁和下横梁1032之间设有气缸104，气缸104与外部供气气源相连接，气缸104一端铰接于主轴部102的侧壁上，另一端铰接于下横梁1032上，在侧梁1033上固定连接有小臂回转关节105，小臂106的一端与小臂回转关节105的关节轴1051连接，输出部107和小臂106的另一端连接，在输出部107上设有转轴1071，在转轴1071上设有外螺纹；

所述的破碎装置2主要由机架201、气动冲击机构202和缓冲机构203组成，机架201上方设有连接孔2012，连接孔2012内设有与转轴1071上外螺纹相匹配的内螺纹，输出部107通过转轴1071与机架201连接，气动冲击机构202通过缓冲机构203悬挂在机架201上，气动冲击机构202主要由冲击平衡块2021、气动冲击部2022、平衡重2023、棒料定位板2024构成，所述的冲击平衡块2021呈四方形，在冲击平衡块2021的一侧面设有凹槽2025，气动冲击部2022通过螺栓组件固定在凹槽2025内，在气动冲击部2022上设有进气口和出气口，进气口与外部气源相联接，在凹槽的一侧和与凹槽相对的一侧的冲击平衡块2021外表面上均固定设有棒料定位板2024，棒料定位板2024的下端设有V形定位槽，两块棒料定位板上的V形定位槽用于保证被破碎棒料204的中心轴线与气动冲击部2022中心线垂直并相交，在冲击平衡块2021的上端面还设有平衡重2023。

所述支撑部101可以固定在地基上或固定在其它固定或移动设备上，为本回转臂其它部件的装配基础。

所述主轴部102通过角接触球轴承设置在支撑部的定位凹槽内，主轴部2旋转范围为0~360°。

所述的小臂106为折弯悬臂，其一端与小臂回转关节的关节轴固定连接，可绕小臂回转关节的垂直轴线在水平面内转动，旋转范围为0~360°。

所述的输出部107的转轴1071的回转轴线始终垂直于水平面，旋转范围为0~360°

所述的缓冲机构203设有四个，四个缓冲机构均匀设置在气动冲击机构202上端的四个角处，缓冲机构203的下端与气动冲击机构202中的冲击平衡块2021固定连接。

本发明，其中主要工作部分为气动冲击部，气动冲击部为现有技术，气动冲击部通过螺栓联接在冲击平衡块上，气动冲击部自带有进气口、出气口，可以直接与外部气源相联接；所述的平衡重也是通过螺栓联接在冲击平衡块上，其平衡重量的大小是根据气动冲击部的实际重量及位置来确定的；所述的棒料定位装置是固定在冲击平衡块上，它是用来保证气动冲击部与棒料之间的距离，当被破碎棒料直径是150－170㎜之间时，其冲击头与棒料之间间隔变化小于2㎜。

所述的缓冲机构203主要由拉杆2031、上固定螺母2032、弹簧固定片2033、上位弹簧2034、支撑角钢2035、下位弹簧2036和下固定螺母2037组成，支撑角钢2035固定设置在机架201上，拉杆2031的下端穿过支撑角钢2035与冲击平衡块2021的上端面固定连接，在支撑角钢2035与冲击平衡块2021之间的拉杆2031上设有下固定螺母2037，下固定螺母2037和支撑角钢2035下端面之间设有下位弹簧2036，位于支撑角钢2035上端的拉杆2031上依次设有上位弹簧2034、弹簧固定片2033和上固定螺母2032。

本发明中的破碎装置为静平衡系统，其中设有缓冲机构，缓冲机构内置有个上位弹簧和个下位弹簧，通过拉杆与冲击平衡块固装在一起，用于消耗破碎反冲击能量，控制冲击平衡块上移尺寸；冲击破碎物料的反击能量由上位弹簧、下位弹簧吸收，避免其反击冲击力传递给框架，通过棒料定位板保证冲击部准确定位在棒料破碎位置上。

本发明，所述的机架201外部还设有把手2011，配合该破碎装置连接回转臂机构方便破碎装置定位，通过推、拉机架上的把手，带动小臂在水平面内回转；通过小臂回转关节，带动大臂平行四边形连杆机构以主轴部为支点、在垂直面内回转，表现为大臂横梁的升降运动；同时主轴部绕支撑部的垂直轴线作回转运动；气缸活塞杆被伸长或压缩，整个回转臂处于自平衡位姿保持状态，使外接工作器械定位于工作位置。

本发明通过改变平衡重的大小，确保气动冲击部及冲击平衡块的重心在冲击头部的位置。通过提升装置，通过棒料定位装置把本部位置找正后，起动气源，气动冲击部冲头高速向下运动，对棒料实施冲击破碎。冲击反击力迫使气动冲击部、冲击平衡块及拉杆向上运动，在向上运动时，下位的弹簧通过变形减少向上的运动位移。当气动冲击部及冲击平衡块向下运动时，上位弹簧通过变形阻止向下的运动速度，由于下、下位弹簧的作用，使得反击冲力不直接作用在机架上。可以通过外设的提升装置开始新一轮的破碎过程。

Claims (8)

1.一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，其特征在于：设有回转臂机构（1）和破碎装置（2），破碎装置（2）上的机架（201）与回转臂机构（1）中的输出部（107）相连接，所述的回转臂机构（1）主要由支撑部（101）、主轴部（102）、大臂平行四边形机构（103）、气缸（104）、小臂（106）和输出部（107）构成，所述的支撑部（101）为圆柱体状，在支撑部（101）的上设有定位凹槽，定位凹槽的轴线与支撑部（101）的轴线重合，主轴部（102）下端通过轴承设置在支撑部（101）的定位凹槽内，主轴部（102）绕支撑部（101）中心轴线转动，在主轴部（102）的上端连接有大臂平行四边形机构（103），所述的大臂平行四边形机构（103）主要由上横梁（1031）、下横梁（1032）和侧梁（1033）组成，由主轴部（102）的一部分和上横梁（1031）、侧梁（1033）、下横梁（1032）依次铰接构成四杆件平行四边形机构，下横梁（1032）的长度大于上横梁（1031）的长度，下横梁（1032）伸出主轴部（102）的一侧设有平衡重锤（1034），在主轴部（102）的侧壁和下横梁（1032）之间设有气缸（104），气缸（104）与外部供气气源相连接，气缸（104）一端铰接于主轴部（102）的侧壁上，另一端铰接于下横梁（1032）上，在侧梁（1033）上固定连接有小臂回转关节（105），小臂（106）的一端与小臂回转关节（105）的关节轴（1051）连接，输出部（107）和小臂（106）的另一端连接，在输出部（107）上设有转轴（1071），在转轴（1071）上设有外螺纹；

所述的破碎装置（2）主要由机架（201）、气动冲击机构（202）和缓冲机构（203）组成，机架（201）上方设有连接孔（2012），连接孔（2012）内设有与转轴（1071）上外螺纹相匹配的内螺纹，输出部（107）通过转轴（1071）与机架（201）连接，气动冲击机构（202）通过缓冲机构（203）悬挂在机架（201）上，气动冲击机构（202）主要由冲击平衡块（2021）、气动冲击部（2022）、平衡重（2023）、棒料定位板（2024）构成，所述的冲击平衡块（2021）呈四方形，在冲击平衡块（2021）的一侧面设有凹槽（2025），气动冲击部（2022）通过螺栓组件固定在凹槽（2025）内，在气动冲击部（2022）上设有进气口和出气口，进气口与外部气源相联接，在凹槽的一侧和与凹槽相对的一侧的冲击平衡块（2021）外表面上均固定设有棒料定位板（2024），棒料定位板（2024）的下端设有V形定位槽，两块棒料定位板上的V形定位槽用于保证被破碎棒料（204）的中心轴线与气动冲击部（2022）中心线垂直并相交，在冲击平衡块（2021）的上端面还设有平衡重（2023）。

2.根据权利要求1所述的一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，其特征在于：所述支撑部（101）固定在地基或其他移动设备上。

3.根据权利要求1所述的一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，其特征在于：所述主轴部（102）通过角接触球轴承设置在支撑部（101）的定位凹槽内，主轴部（102）旋转范围为0~360°。

4.根据权利要求1所述的一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，其特征在于：所述的小臂（106）为折弯悬臂，其一端与小臂回转关节（105）的关节轴（1051）固定连接，小臂（106）绕小臂回转关节的垂直轴线在水平面内转动，旋转范围为0~360°。

5.根据权利要求1所述的一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，其特征在于：所述的输出部（107）的转轴（1071）的回转轴线垂直于水平面，旋转范围为0~360°。

6.根据权利要求1所述的一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，其特征在于：所述的缓冲机构（203）设有四个，四个缓冲机构均匀设置在气动冲击机构（202）上端的四个角处，缓冲机构（203）的下端与气动冲击机构（202）中的冲击平衡块（2021）固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，其特征在于：所述的缓冲机构（203）主要由拉杆（2031）、上固定螺母（2032）、弹簧固定片（2033）、上位弹簧（2034）、支撑角钢（2035）、下位弹簧（2036）和下固定螺母（2037）组成，支撑角钢（2035）固定设置在机架（201）上，拉杆（2031）的下端穿过支撑角钢（2035）与冲击平衡块（2021）的上端面固定连接，在支撑角钢（2035）与冲击平衡块（2021）之间的拉杆（2031）上设有下固定螺母（2037），下固定螺母（2037）和支撑角钢（2035）下端面之间设有下位弹簧（2036），位于支撑角钢（2035）上端的拉杆（2031）上依次设有上位弹簧（2034）、弹簧固定片（2033）和上固定螺母（2032）。

8.根据权利要求1所述的一种带有回转臂的自平衡冲击多晶硅破碎机，其特征在于：所述的机架（201）外部还设有把手（2011）。