本發(fā)明涉及了一種基于超聲波振動的瓷磚破碎拆除系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國人口數(shù)量居世界首位，對居民房的需求量很大，現(xiàn)如今房價居高不下，許多人會購買二手房作為過渡房，或者對之前的裝修不滿意，這就需要對住房進(jìn)行二次裝修，而二次裝修過程中的瓷磚拆除是一個費(fèi)時費(fèi)力且費(fèi)用高的過程。若可以將瓷磚完整且快速的拆除下來，拆除下來的瓷磚若形狀完整，使用時間不長，則可以繼續(xù)為其他住房裝修時使用，可以節(jié)省一定的費(fèi)用減少材料的浪費(fèi)。

現(xiàn)階段，較為高效的手工破碎瓷磚的方法為利用沖擊電鉆進(jìn)行碎瓷處理具體方法是，先利用電鉆在瓷磚中央鉆一個空，使得瓷磚完整性遭到破壞，然后再利用沖擊電鉆或是鋼鏨進(jìn)行敲擊，使得墻面上瓷磚脫落。人工拆除瓷磚的方法費(fèi)力費(fèi)時，若想快速拆除，則必須將瓷磚破壞掉，并且有可能損壞墻體；若想將瓷磚完整的拆除下來，則需要花費(fèi)大量的時間和費(fèi)用。

傳統(tǒng)的機(jī)械方法是利用錘擊的原理，這一方法噪音大，費(fèi)時費(fèi)力，并且由于錘擊力度不確定，最終獲得的墻體表面凹凸不平，并且利用傳統(tǒng)的機(jī)械方法想要實(shí)現(xiàn)瓷磚的脫落必須將瓷磚破壞，不利于二次利用。超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。超聲波因其頻率下限大于人的聽覺上限而得名。理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動的頻率很高，因而能量很大。現(xiàn)階段市場上的共振碎路機(jī)就是利用震動傳播能量的原理進(jìn)行共振碎路。

經(jīng)檢索比較先進(jìn)的破碎瓷磚機(jī)構(gòu)評述如下：

2013年7月26日沈柯羽申請了一種地面瓷磚破碎機(jī)。專利號為：CN 203531336U。該裝置屬于破碎機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地面瓷磚破碎機(jī)，其包括電動機(jī)、鐵錘曲面圓柱、中間支架以及杠桿結(jié)構(gòu)，所述曲面圓柱頂部表面為曲線面，曲面圓柱底部連接電動機(jī)輸出軸，曲面圓柱外圍設(shè)置中間支架，杠桿機(jī)構(gòu)包括杠桿，杠桿的支點(diǎn)設(shè)置于中間支架頂部，杠桿的內(nèi)端連接縱向設(shè)置的桿件I，杠件I下端連接可沿曲面圓柱頂部曲面滾動的滾輪，杠桿的外端連接縱向設(shè)置的杠件II，杠件II下端連接鐵錘。該裝置曲面圓柱在電動機(jī)的帶動下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而使與曲面接觸的滾輪發(fā)生上下往復(fù)運(yùn)動，并通過杠桿作用，時鐵錘做上下往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)擊地動作。該裝置優(yōu)點(diǎn)是工作效率高，缺點(diǎn)是錘擊對墻體損傷較大，且并不適用于墻面瓷磚。

2014年12月8日陶增林申請了一種超聲波破碎一體機(jī)，包括底座和固定設(shè)置于其上的基座，底座內(nèi)部設(shè)置有溫度控制器，溫度控制器的頂端設(shè)置有溫度傳輸介質(zhì)，溫度傳輸介質(zhì)上設(shè)置有杯體；基座上設(shè)置有全自動的升降臂、液晶顯示器和控制面板，升降臂的伸展端固定設(shè)置有超聲波換能器，超聲波換能器的底端設(shè)置有變幅桿，變幅桿的一端置于杯體內(nèi)；控制面板設(shè)置有升降按鈕、溫度設(shè)定按鈕和時間設(shè)定按鈕；液晶顯示器時時顯示工作過程中的參數(shù)和數(shù)據(jù)。通過一體化設(shè)計(jì)成型，替代了現(xiàn)有技術(shù)中的分體式設(shè)計(jì)，使其占用空間更小、更輕便，其制作成本也比較低。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是自動化程度高，過程可控。缺點(diǎn)是多用于乳化分離以及納米材料的制備，不適用瓷磚類硬脆性材料的破碎，整體工作效率低。

2012年5月3日羅程雙、程義紅等人申請了一種伸縮式支架電動風(fēng)鎬。專利號為CN202622732 U。包括風(fēng)鎬主體結(jié)構(gòu)、動力豸統(tǒng)、支架結(jié)構(gòu)，風(fēng)鎬主體結(jié)構(gòu)從上到下依次由鎬把、風(fēng)鎬筒和組成；支架結(jié)構(gòu)包括伸縮套管，伸縮套管上設(shè)有制動器，伸縮套設(shè)在風(fēng)鎬筒外部，伸縮套管上部和風(fēng)鎬筒之間設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸，套管下部和風(fēng)鎬筒之間設(shè)有保護(hù)支座；動力系統(tǒng)包括蓄電池、機(jī)和電源線。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)風(fēng)鎬，包括風(fēng)鎬主體結(jié)構(gòu)、動力統(tǒng)、支架結(jié)構(gòu)，風(fēng)鎬主體結(jié)構(gòu)從上到下依次由鎬把、風(fēng)鎬。該裝置優(yōu)點(diǎn)是簡單、經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)是機(jī)械破除瓷磚會損壞墻體及墻面防水處理，得不償失。

至今，國際上還沒有能滿足將瓷磚完整且快速拆除的設(shè)備，拆除墻面瓷磚大多數(shù)依然由人工完成。市場上現(xiàn)有的瓷磚拆除設(shè)備均為機(jī)械式?jīng)_擊，不僅噪音大，而且會對瓷磚和墻面造成一定的破壞。所以使瓷磚快速完整地拆除且不損壞墻面在二次裝修的過程中具有重要意義，亟需一種墻面瓷磚破碎裝置。在瓷磚破碎裝置中存在的主要問題是不能對墻面瓷磚實(shí)現(xiàn)有效破碎，對不同工作環(huán)境適應(yīng)程度低，整體工作效率低。

傳統(tǒng)的手工破碎墻體的方法費(fèi)力費(fèi)時，若想快速拆除，則必須將瓷磚破壞掉，并且有可能損壞墻體；若想將瓷磚完整的拆除下來，則需要花費(fèi)大量的時間和費(fèi)用；地面瓷磚破碎機(jī)鐵錘做上下往復(fù)運(yùn)動，錘擊對墻體損傷較大，并且并不適用于墻面瓷磚；超聲波破碎一體機(jī)多用于乳化分離以及納米材料的制備，不適用瓷磚類硬脆性材料的破碎，整體工作效率低；伸縮式支架電動風(fēng)鎬機(jī)械破除瓷磚會損壞墻體及墻面防水處理，得不償失。以上幾種方法都采用機(jī)械沖擊破碎法，想要將瓷磚從墻體上拆除，必須先把瓷磚破壞，不利于瓷磚的二次利用，并且，由于錘擊深度不確定，破碎處理后的墻面難以保證平齊，不利于之后瓷磚的二次鋪砌。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于超聲波振動的瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，本發(fā)明由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生高頻電流，超聲波換能器將電流轉(zhuǎn)換成高頻低幅的機(jī)械振動，變幅桿進(jìn)一步將振動幅度增大，工具頭振動墻面瓷磚，將能量傳遞到瓷磚，使瓷磚和墻面完整分離，完成瓷磚拆除，并且由于能量傳遞深度一定，最終破碎后的墻體表面比手工方法平整，解決了墻面瓷磚拆除難的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于超聲波振動的瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，包括機(jī)架，所述機(jī)架包括固定機(jī)構(gòu)和錘頭機(jī)構(gòu)，所述固定機(jī)構(gòu)內(nèi)容納有超聲波換能器，所述超聲波換能器通過變幅桿連接錘頭機(jī)構(gòu)，利用超聲波發(fā)生器向超聲波換能器的輸入頻率可調(diào)的超聲波，通過控制超聲波頻率，利用超聲波換能器將電流轉(zhuǎn)換成高頻低幅的機(jī)械振動，變幅桿進(jìn)一步將振動幅度增大，使錘頭機(jī)構(gòu)傳遞相應(yīng)的能量以擊碎瓷磚。

優(yōu)選的，所述固定機(jī)構(gòu)與機(jī)架通過法蘭盤連接。固定機(jī)構(gòu)具有緩沖振動的作用，可以防止機(jī)架與換能器發(fā)生共振，減少能量的損耗。

當(dāng)然，所述法蘭盤也可替換為其他連接件，這些簡單替換均屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的構(gòu)思基礎(chǔ)上能夠想到的簡單替換，應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

優(yōu)選的，所述固定機(jī)構(gòu)為一對半圓環(huán)卡扣，卡扣與機(jī)架為螺紋連接，卡扣將超聲波換能器上的法蘭盤固定于機(jī)架上，同時卡扣還具有減緩振動的作用，此結(jié)構(gòu)可以方便超聲波換能器的拆裝。

優(yōu)選的，所述機(jī)架為圓柱形，由兩個半圓柱狀殼體組合而成，兩部分由螺紋連接，此結(jié)構(gòu)方便攜帶與手持，可以方便超聲波換能器的拆裝與更換。

優(yōu)選的，所述機(jī)架上設(shè)置有手持裝置，所述手持裝置為人體工程學(xué)設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步的，手持裝置形狀為長方體，便于手持，不會使人感到不適。

當(dāng)然，手持裝置可設(shè)計(jì)成為其他形狀，如圓柱等，這些簡單替換均屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的構(gòu)思基礎(chǔ)上能夠想到的簡單替換，應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

進(jìn)一步的，超聲波換能器頻率為20KHz，超聲波換能器做高頻低幅的振動，此種振動可以保證能量的集中分布。

優(yōu)選的，所述超聲波發(fā)生器為大功率頻率可調(diào)的裝置。頻率范圍是17-20KHz，功率范圍是3-4KW，在此頻率和功率范圍內(nèi)，可以保證拆除瓷磚的效率與能量的合理利用，避免能量的浪費(fèi)。

優(yōu)選的，所述超聲波變幅桿為圓錐形變幅桿，變幅桿隨換能器作高頻低幅的振動，變幅桿與換能器和機(jī)架相連，變幅桿與機(jī)架間由減震裝置相連，所述減震裝置為變幅桿上的法蘭盤與機(jī)架相連所形成的結(jié)構(gòu)，法蘭盤位于變幅桿節(jié)點(diǎn)位置，法蘭盤與機(jī)架為螺栓連接。這樣的設(shè)計(jì)既可以減緩機(jī)架的振動，又可以固定變幅桿，此結(jié)構(gòu)可以使能量集中，便于拆除瓷磚。

優(yōu)選的，所述錘頭機(jī)構(gòu)多對錘頭中心陣列式對稱設(shè)計(jì)，具有一個錘頭為中心，其余錘頭以中心錘頭為圓心的圓上成對稱分布。

優(yōu)選的，所述錘頭機(jī)構(gòu)具有五個錘頭，五個錘頭有一個中心處，其余四個錘頭在以中心錘頭為圓心的圓上成對稱分布，四個錘頭也位于一個正方形的四個頂點(diǎn)位置。這樣的結(jié)構(gòu)可以使能量有效的傳遞，減少能量的損耗。

所述錘頭與瓷磚接觸部分為尖端設(shè)計(jì)。

優(yōu)選的，為圓錐形設(shè)計(jì)，錘頭圓錐面與瓷磚面的夾角為30°—60°，之后部分為一圓柱，再之后為一圓臺，最后部分為一圓柱，圓錐角為90°—120°。此結(jié)構(gòu)可以使能量更加有效的傳遞到瓷磚與水泥的接合處，更好的達(dá)到拆除瓷磚的目的。

進(jìn)一步的，所述變幅桿為變徑桿，且一端與換能器相連接，連接方式為卡扣連接，卡扣連接使二者在機(jī)器高頻振動工作時不易脫落連接緊密，并且拆裝簡易方便快捷。

進(jìn)一步的，所述機(jī)架頂端設(shè)有防護(hù)罩，其目的在于保護(hù)錘頭不會受到已碎瓷磚的沖擊破壞，以及防止灰塵進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

超聲波的波長短，能量密度大，可以使能量有效的集中于瓷磚與水泥的接合處，使水泥碎裂，從而使瓷磚因受重力脫落。超聲波換能器的頻率與功率均可調(diào)，可以依據(jù)不同的需求來確定不同的功率與頻率，既可以滿足要求又可以節(jié)約能源。

1.本發(fā)明采用超聲波進(jìn)行高頻低幅振動碎瓷，產(chǎn)生的能量可以使瓷磚與墻面的接觸層完整性遭到破壞，使得瓷磚脫落，瓷磚快速完整地被拆除而且能做到不損壞墻面。

2.本發(fā)明所采用超聲波能量傳遞深度一定，所以最終獲得的墻體表面基本為一個平整的表面，解決了手工拆除瓷磚后二次加工的工序，節(jié)約時間和成本，相較于手工方法有很大的提高。

3.本發(fā)明采用超聲波瓷磚拆除，和瓷磚表面接觸時間短，對瓷磚沖擊的一瞬間將能量傳遞到接觸層，保證了瓷磚的完整性。填補(bǔ)了目前國際上還沒有能滿足將瓷磚完整且快速拆除的設(shè)備的空白。

4.本發(fā)明采用采用多對錘頭對稱設(shè)計(jì)，能夠一次完整的覆蓋破碎區(qū)域，可以提高破碎水泥拆除瓷磚的效率，也可以使能量利用最大化，降低消耗節(jié)約了資源，縮短勞動時間節(jié)約勞動力，解決了瓷磚拆除效率低，拆除后瓷磚不完整的問題。

5.本發(fā)明采用超聲波換能裝置提供能量，超聲波的波長短，能量密度大，可以使能量有效的集中于瓷磚與水泥的接合處，使水泥碎裂，從而使瓷磚因受重力脫落。超聲波換能器的頻率與功率均可調(diào)，可以依據(jù)不同的需求來確定不同的功率與頻率，既可以滿足要求又可以節(jié)約能源。

6.本發(fā)明利用超聲波傳遞能量進(jìn)行破碎處理，這一方法比傳統(tǒng)方法效率更高，能夠高效經(jīng)濟(jì)的代替人工，將瓷磚更好更快的從墻體上拆除下來，縮短勞動時間節(jié)約勞動力，解放了勞動生產(chǎn)力的同時提升了破碎瓷磚墻面的效率，可以大大節(jié)省時間。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為這種實(shí)施例的軸側(cè)示意圖；

圖2為這種實(shí)施例的整體剖視圖；

圖3為這種實(shí)施例的外殼主視圖；

圖4為這種實(shí)施例的變幅桿殼體的主視圖；

圖5為這種實(shí)施例的錘頭殼體的主視圖；

圖6為這種實(shí)施例的超聲波換能器的主視圖；

圖7為這種實(shí)施例的超聲波變幅桿的剖視圖；

圖8為這種實(shí)施例的錘體的軸側(cè)圖；

圖9為這種實(shí)施例的錘頭的主視圖和軸測圖；

圖10為這種實(shí)施例的外殼手柄的主視圖；

圖11為本發(fā)明的目標(biāo)瓷磚簡化示意圖；

圖12為本發(fā)明的瓷磚質(zhì)量分布均勻示意圖；

圖13為本發(fā)明的自振頻率的計(jì)算示意圖；

圖14為本發(fā)明的負(fù)載下圓錐形變幅桿外形圖；

圖15為本發(fā)明的帶有工具頭的圓錐形變幅桿外形圖。

圖中，Ⅰ——超聲波發(fā)生器外殼、Ⅱ——手柄、Ⅲ——超聲波變幅桿機(jī)殼、Ⅳ——超聲波錘頭外殼、Ⅴ——超聲波錘頭、Ⅵ——超聲波換能器、Ⅶ——超聲波變幅桿、Ⅰ-1——接線孔、Ⅰ-2——換能器固定卡板、Ⅰ-3——半圓卡扣、Ⅰ-4——螺孔、Ⅰ-5——螺孔、Ⅰ-6——螺孔、Ⅲ-1——螺孔、Ⅲ-2——卡扣、Ⅲ-3——機(jī)殼壁、Ⅲ-4——變幅桿法蘭盤固定槽、Ⅲ-5——螺孔、Ⅲ-6——螺孔、Ⅲ-7——外殼壁、Ⅲ-8——螺孔、Ⅳ-1——螺孔、Ⅳ-2——螺孔、Ⅳ-3——螺孔、Ⅳ-4——塑料殼、Ⅳ-5——塑料殼、Ⅳ-6——塑料殼、Ⅴ-1——錘頭連接桿、Ⅴ-2——卡扣、Ⅴ-3——圓盤式連接桿、Ⅴ-4——圓錐式增幅器、Ⅴ-5——圓錐式錘頭、Ⅵ-1——接線柱、Ⅵ-2——換能器外殼、Ⅵ-3——方形卡槽、Ⅵ-4——圓環(huán)式卡槽、Ⅵ-5——法蘭盤、Ⅵ-6——換能器連接桿、Ⅵ-7——卡扣、Ⅶ-1——法蘭盤、Ⅶ-2——卡扣、Ⅶ-3——錘頭連接口、Ⅶ-4——換能器連接口、Ⅶ-5——卡扣。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

首先從瓷磚一端計(jì)算拆除瓷磚所需要的最低功率以及超聲波振幅和頻率。

瓷磚一般由水泥粘結(jié)在墻體上，瓷磚的粘結(jié)強(qiáng)度在P＝0.43MPa左右，瓷磚規(guī)格按照邊長為0.1米的正方形計(jì)算，其面積為S＝0.1²＝0.01m²，則一塊瓷磚的粘結(jié)力

F＝P×S＝0.43×10⁶×0.01＝4300N (1)

將瓷磚從墻體上拆除需要克服瓷磚粘結(jié)力做功，克服粘結(jié)力做功的距離l＝1×10^-3m，則拆除一塊瓷磚需要克服粘結(jié)力做功

W₁＝F×l＝4.3J (2)

本裝置采用超聲波(聲波)震動傳遞能量，為此需要計(jì)算聲波能量。

聲波平均能流密度就是用單位時間流經(jīng)某處單位面積介質(zhì)的能量的平均值(一個周期內(nèi))的多少來表示這個地方聲音的能量(強(qiáng)度).

公式為：

w＝ρ×ω²×υ×A²/2，(W/m²) (3)

其中為ρ介質(zhì)密度，ω聲音頻率，A為振幅，υ為波速.

推導(dǎo)的方法是，計(jì)算出該處單位體積介質(zhì)在某刻的彈性勢能和動能的和，求其一個周期內(nèi)平均值后除以時間(一個周期)和截面積.

其與基準(zhǔn)聲強(qiáng)比的對數(shù)就是常用的聲強(qiáng)單位貝爾(更常用的是十分之貝爾，分貝).

或者希望知道的是發(fā)聲體的能量，這只需要計(jì)算發(fā)聲體震動的功率即可，要注意計(jì)算應(yīng)在一個周期內(nèi)取平均值，或者僅僅計(jì)算瞬時能量也可.

在本背景下，ρ為空氣密度1.29Kg/m³，υ為聲速340m/s，ω為超聲波振動頻率20KHz由上述計(jì)算可得，所需的平均能流密度

另ω＝ω_需得出A＝7×10^-5m。

由上述計(jì)算可得規(guī)格為S＝0.1m×0.1m的正方形瓷磚，其粘結(jié)力大小為4300N，在20KHz的超聲波震動下，所需振幅為A＝7×10^-5m即70微米。

我們已知外界激勵頻率與自身固有頻率越接近，最終引起的震動振幅會越大，所以我們需要計(jì)算出瓷磚固有頻率，從而增大振動振幅。

1.原理：

將瓷磚進(jìn)行簡化處理，簡化后的模型為結(jié)構(gòu)動力學(xué)中“雙自由度體系”中兩端固定的桿件，計(jì)算得到瓷磚的自振頻率后，在瓷磚上已經(jīng)選定好的位置通過驅(qū)動裝置給瓷磚施加頻率等于的周期荷載，使瓷磚在外荷載作用下發(fā)生共振，利用共振時破壞最大的特性達(dá)到瓷磚自動脫離墻面的目的。

2.計(jì)算模型：

目標(biāo)瓷磚可簡化為如圖11所示n段等截面直桿，兩端為固定約束且僅受自重的豎向壓桿模型，現(xiàn)取出其中一段來研究，其簡化模型如圖12，相鄰段瓷磚對剛度的影響可用剛度放大系數(shù)來調(diào)整。

3.計(jì)算假定

①假定該段瓷磚質(zhì)量分布均勻

②假定該段瓷磚質(zhì)量分別集中在上段形心和下段形心處，即該段瓷磚等效為兩個集中質(zhì)量為1m和2m且分別位于距離上下端為l的直桿，且1m＝2m＝2/m(m為該段瓷磚的質(zhì)量)，如圖13所示。

瓷磚的密度為ρ，截面尺寸為b×t，瓷磚高度為h(h＝4l)，

混凝土的彈性模量為E。

因此令

得i_AB＝i_cd＝2i_BC＝2i。

4.自振頻率的計(jì)算：

剛度系數(shù)的計(jì)算如圖13所示

同理可得

因此，由公式

其中m＝ρbth，解得

可得，自震頻率為1700-2100HZ。

本發(fā)明提供了一種基于超聲波振動的瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，包括設(shè)于機(jī)架的超聲波換能器固定機(jī)構(gòu)和錘頭機(jī)構(gòu)，超聲波換能器被置于特殊的固定機(jī)構(gòu)之中，超聲波換能器固定機(jī)構(gòu)與機(jī)架相連，機(jī)架上有經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的手持裝置和超聲波換能器的開關(guān)，超聲波換能器的輸入源為頻率可調(diào)的超聲波發(fā)生器，通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器的頻率，來提供合適的能量，使裝置的效果達(dá)到最佳；錘頭機(jī)構(gòu)為多個錘頭，通過變幅桿與超聲波換能器相連，錘頭的設(shè)計(jì)形狀便于超聲波能量的傳遞與瓷磚下水泥的破碎與拆除。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述超聲波換能器固定裝置與機(jī)架通過法蘭盤連接，固定裝置具有緩沖振動的作用，可以防止機(jī)架與換能器發(fā)生共振，減少能量的損耗。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述超聲波換能器固定裝置為一對半圓環(huán)卡扣，卡扣與機(jī)架為螺紋連接，卡扣可以將超聲波換能器上的法蘭盤固定于機(jī)架上，卡扣還具有減緩振動的作用，此結(jié)構(gòu)可以方便超聲波換能器的拆裝。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述機(jī)架為圓柱形，由兩個半圓柱狀殼體組合而成，兩部分由螺紋連接，長度為200mm，直徑為80mm，此結(jié)構(gòu)方便攜帶與手持，可以方便超聲波換能器的拆裝與更換。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述機(jī)架上的手持裝置為人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，手持裝置形狀為長方體，長度為50mm，寬度為20mm，高度為100mm，便于手持，不會使人感到不適。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述超聲波換能器頻率為20KHz，超聲波換能器做高頻低幅的振動，此種振動可以保證能量的集中分布，換能器長度為182mm，直徑約為60mm。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述超聲波發(fā)生器為大功率頻率可調(diào)的裝置。頻率范圍是17-20KHz，功率范圍是3-4KW，在此頻率和功率范圍內(nèi)，可以保證拆除瓷磚的效率與能量的合理利用，避免能量的浪費(fèi)。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述超聲波變幅桿為圓錐形變幅桿，變幅桿隨換能器作高頻低幅的振動，變幅桿與換能器和機(jī)架相連，變幅桿與機(jī)架間由減震裝置相連，此裝置為變幅桿上的法蘭盤與機(jī)架相連所形成的結(jié)構(gòu)，法蘭盤位于變幅桿節(jié)點(diǎn)位置，法蘭盤與機(jī)架為螺栓連接，此結(jié)構(gòu)既可以減緩機(jī)架的振動，又可以固定變幅桿，變幅桿長度為90mm，大徑為50mm，小徑為20mm，此結(jié)構(gòu)可以使能量集中，便于拆除瓷磚。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述錘頭機(jī)構(gòu)多對錘頭陣列式對稱設(shè)計(jì)，即五個錘頭有一個中心處，其余四個錘頭在以中心錘頭為圓心的圓上成對稱分布，四個錘頭也位于一個正方形的四個頂點(diǎn)位置，錘頭機(jī)構(gòu)的直徑為80mm，圓柱直徑為10mm，此結(jié)構(gòu)可以使能量有效的傳遞，減少能量的損耗。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述錘頭與瓷磚接觸部分為圓錐形設(shè)計(jì)，設(shè)作用在瓷磚“V”形坑破裂面上的拉應(yīng)力F，

式中，σ為瓷磚的張應(yīng)力。

向著自由面方向的沖擊力N為：

式中，N為滾齒作用在壓實(shí)體周圍瓷磚上壓應(yīng)力所產(chǎn)生的向著自由面的沖擊力的合力；dN為在微元弧上的沖擊力在卜方向的投影；θ為微圓弧角度。

錘頭圓錐面與瓷磚便面的夾角為30°—60°，之后部分為一圓柱，再之后為一圓臺，最后部分為一圓柱，錘頭整體長度為13mm，大徑為10mm，小徑為6mm，圓錐角為90°—120°。此結(jié)構(gòu)可以使能量更加有效的傳遞到瓷磚與水泥的接合處，更好的達(dá)到拆除瓷磚的目的。

“V”形破碎坑的形成在破碎沖擊力的作用下，瓷磚裂紋的擴(kuò)展主要三種類型裂紋在形成過程中不是單獨(dú)的，而是這三種裂紋的綜合。因破碎沖擊力向著自由面，故裂紋的擴(kuò)展主要以張開型裂紋為主。瓷磚在破碎沖擊力的作用下，一層一層的從面上崩離，和爆炸的效果類似。最終形成了"V"型坑，從單齒破碎瓷磚機(jī)理可知，在滾齒作用下將產(chǎn)生大量的裂紋。除少數(shù)的張開型裂紋擴(kuò)展到瓷磚的自由面形成破碎塊，瓷磚中存在大量的未發(fā)展瓷磚表面的錯開型裂紋、撕裂型裂紋。這些裂紋的存在導(dǎo)致相鄰溝槽裂紋的貫通而形成大塊破碎。我們在變幅桿的節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置法蘭盤，機(jī)架上設(shè)有法蘭盤固定裝置，從而實(shí)現(xiàn)變幅桿的固定以及變幅桿與其他機(jī)構(gòu)的有效連接。

作為優(yōu)選，上述的一種瓷磚破碎拆除系統(tǒng)，所述變幅桿大頭的一端與換能器相連接，連接方式為卡扣連接，卡扣連接使二者在機(jī)器高頻振動工作時不易脫落連接緊密，并且拆裝簡易方便快捷。

超聲變幅桿外形通常為變截面桿，是超聲加工處理設(shè)備中超聲振動系統(tǒng)的重要組成部分之一。變幅桿是一個無源器件，它本身不產(chǎn)生振動，只是將輸入的振動改變振幅后再傳遞出去，同時也完成了阻抗變換。超聲波換能器在合適的電場激勵下能產(chǎn)生有規(guī)律的振動，其振幅一般在10μm左右，這樣的振幅要直接完成焊接和加工工序是不夠的。通過合理設(shè)計(jì)變幅桿，超聲波的振幅可以在很大的范圍內(nèi)變化。只要材料強(qiáng)度足夠，振幅可以超過100μm。

在實(shí)際應(yīng)用中，變幅桿不可能沒有負(fù)載。當(dāng)變幅桿有負(fù)載時，其共振頻率將發(fā)生變化，如果要保持共振頻率不變，要適當(dāng)改變變幅桿的長度。變幅桿的負(fù)載隨應(yīng)用場合的不同差別很大，而且在工作過程中負(fù)載始終是在變化的。在變幅桿末端負(fù)載為機(jī)械阻抗，有負(fù)載力抗XL時的頻率方程為：

當(dāng)負(fù)載力抗XL＝0時，上式與圓錐形變幅桿兩端自由時的頻率方程式相同。

當(dāng)XL—∞時，上式與小端為節(jié)點(diǎn)的1/4波長圓錐形變幅桿的頻率公式相同，輸出端的位移等于零。

節(jié)點(diǎn)在窄端時，頻率公式為

由此解得K_l＝0.97

共振長度：

應(yīng)變(應(yīng)力)極大點(diǎn)：由式

解得

θ＝0.022，x_m＝18mm

放大系數(shù)：

形狀因數(shù)：

負(fù)載下圓錐形變幅桿外形如圖14所示。

當(dāng)XL可以用等效質(zhì)量表示時，XL＝wM，M為等效質(zhì)量，頻率方程簡化為：

在超聲加工應(yīng)用中，變幅桿的末端需要連接不同形狀的工具，用以對材料或零件進(jìn)行分工處理。有工具頭的圓錐形變幅桿共振頻率為：

考慮到工具頭尺寸比較小，將變幅桿的直徑變小，大端直徑D1＝60mm，小端直徑D2＝20mm，小端上附加工具頭直徑10mm，材料為45鋼，進(jìn)而求變幅桿長度。

工具頭的圓錐形變幅桿的共振長度為：

式中一般取Λ<0.25；S2為變幅桿小端面積；ρ為變幅桿材料密度；c為變幅桿材料中的聲速。

工具質(zhì)量

代入共振頻率公式得：

由得：A＝3.99×10^-2

k_l＝3.45,k＝2.34×10^-2,l＝142mm

帶有工具頭的圓錐形變幅桿外形如圖15所示。

有工具頭的變幅桿，工具桿的一側(cè)與變幅桿相連，一側(cè)裸露在空氣中。在工具桿與空氣分界面中，超聲波全部反射，在工具桿中形成純粹的駐波。工具和變幅桿連接的基本要求是：聲能傳遞效率高，使連接部分在連續(xù)工作時不發(fā)熱或發(fā)熱較少，連接部分不發(fā)出尖叫聲；架構(gòu)簡單、連接可靠、易于更換。所以當(dāng)選擇工具和變幅桿做成一體的連接方法時，由于沒有分離面的存在，能量損失小，有良好的連接強(qiáng)度，適合于工具做大振幅時使用。

換能器與機(jī)架通過卡環(huán)連接，可以緩沖振動，此外在換能器的中部還設(shè)有卡扣連接裝置，此雙重固定裝置目的在于鎖死換能器的位置，以減少不必要的能量損失。

變幅桿的小頭一端與工作錘頭相連接，連接方式為卡扣連接，其目的在于使二者在機(jī)器高頻振動工作時不易脫落連接緊密，并且拆裝簡易，方便于更換工具頭。

工具頭采用多對錘頭陣列式對稱設(shè)計(jì)，即五個錘頭有一個中心處，其余四個錘頭在以中心錘頭為圓心的圓上成對稱分布，四個錘頭亦位于一個正方形的四個頂點(diǎn)位置，此工具頭仿照手工拆除瓷磚的方法設(shè)計(jì)，且工具頭采用圓盤式設(shè)計(jì)，可以有效減緩工具頭工作變形，具有覆蓋面廣，不易變形，同步效果好等優(yōu)點(diǎn)。

在機(jī)器頂端設(shè)有防護(hù)罩，其目的在于保護(hù)錘頭不會受到已碎瓷磚的沖擊破壞，以及防止灰塵進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部。

超聲波的波長短，能量密度大，可以使能量有效的集中于瓷磚與水泥的接合處，使水泥碎裂，從而使瓷磚因受重力脫落。超聲波換能器的頻率與功率均可調(diào)，可以依據(jù)不同的需求來確定不同的功率與頻率，既可以滿足要求又可以節(jié)約能源。

本發(fā)明工作過程如下：

通電后超聲波發(fā)生器開始工作，將220V市電轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流信號，經(jīng)導(dǎo)線傳入到超聲波換能器之中，超聲波換能器工作，將輸入的電功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率即超聲波，超聲波換能器能把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，一般有磁致伸縮式和壓電陶瓷式。電源輸出到超聲波發(fā)生器，再到超聲波換能器，一般還要經(jīng)過超聲波導(dǎo)出裝置就可以產(chǎn)生超聲波了。超聲波換能器的組成：包括外殼、匹配層即聲窗、壓電陶瓷圓盤換能器、背襯、引出電纜，其特征在于它還包括陣列接收器，它由引出電纜、換能器、金屬圓環(huán)、橡膠墊圈組成。超聲波換能器即是諧振于超聲頻率的壓電陶瓷，由材料的壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動.超聲波換能器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率(即超聲波)再傳遞出去，而它自身消耗很少的一部分功率。超聲波換能器與機(jī)架間由一對具有減震作用的半圓環(huán)卡扣相連接，可防止機(jī)架因超聲波換能器而發(fā)生振動，從而防止對操作者造成傷害；超聲波換能器輻射面所產(chǎn)生的振幅較小，只有幾微米，無法直接利用，隨后通過超聲波變幅桿的放大與聚能作用，將機(jī)械振動質(zhì)點(diǎn)的位移量與運(yùn)動速度放大，并將超聲能量集中在較小的面積上。變幅桿與超聲波換能器采用卡扣式連接，變幅桿與機(jī)架間留有幾毫米的間隙，既可以防止干涉，又可以節(jié)約空間；變幅桿的振動帶動錘頭機(jī)構(gòu)的振動，變幅桿與錘頭機(jī)構(gòu)為一體式結(jié)構(gòu)。

整臺設(shè)備工作后，經(jīng)由人工手持將此設(shè)備與瓷磚面垂直放置，并且將錘頭與瓷磚面緊密貼合，錘頭可以將超聲波振動能量傳遞到瓷磚與水泥中，超聲波的機(jī)械作用可促使固體的分散，使瓷磚和水泥作受迫振動，使高密度的表面能量轉(zhuǎn)換成一個小的粉碎活性區(qū)域，致使瓷磚和水泥的接合處發(fā)生碎裂，因使用頻率很高的應(yīng)力，可直接使破碎率得到提高，使瓷磚與水泥之間產(chǎn)生縫隙，當(dāng)整塊瓷磚與水泥之間均有縫隙時，瓷磚可以因重力作用脫落下來，達(dá)到快速拆除瓷磚的目的。

如圖1-圖7所示，我們在Ⅶ——超聲波變幅桿的節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置Ⅶ-1——法蘭盤，機(jī)架上設(shè)有Ⅲ-2——卡扣固定裝置，從而實(shí)現(xiàn)Ⅶ——超聲波變幅桿的固定以及Ⅶ——超聲波變幅桿與其他機(jī)構(gòu)的有效連接。Ⅶ——超聲波變幅桿大頭的一端與Ⅵ——超聲波換能器相連接，連接方式為卡扣連接，Ⅰ-2——換能器固定卡板與Ⅵ-3——方形卡槽配合連接使二者在機(jī)器高頻振動工作時不易脫落連接緊密，并且拆裝簡易方便快捷。Ⅰ-2——換能器與Ⅰ——超聲波發(fā)生器外殼通過卡環(huán)連接，可以緩沖振動，此外在換能器的中部還設(shè)有卡扣連接裝置，此雙重固定裝置目的在于鎖死換能器的位置，以減少不必要的能量損失。Ⅶ——超聲波變幅桿的小頭一端Ⅶ-3——錘頭連接口與Ⅴ-1——錘頭連接桿相連接，連接方式為卡扣連接，其目的在于使二者在機(jī)器高頻振動工作時不易脫落連接緊密，并且拆裝簡易，方便于更換工具頭。

如圖1，圖2所示，通電后超聲波發(fā)生器開始工作，將220V市電轉(zhuǎn)換成與Ⅵ——超聲波換能器相匹配的高頻交流信號，經(jīng)導(dǎo)線傳入到Ⅵ——超聲波換能器之中，Ⅵ——超聲波換能器工作，將輸入的電功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率即超聲波，Ⅵ——超聲波換能器與Ⅰ——超聲波發(fā)生器外殼間由一對具有減震作用的Ⅰ-3——半圓卡扣相連接，可防止Ⅰ——超聲波發(fā)生器外殼因Ⅵ——超聲波換能器而發(fā)生振動，從而防止對操作者造成傷害；Ⅵ——超聲波換能器輻射面所產(chǎn)生的振幅較小，只有幾微米，無法直接利用，隨后通過Ⅶ——超聲波變幅桿的放大與聚能作用，將機(jī)械振動質(zhì)點(diǎn)的位移量與運(yùn)動速度放大，并將超聲能量集中在較小的面積上。Ⅶ——超聲波變幅桿與Ⅵ——超聲波換能器采用卡扣式連接，Ⅶ——超聲波變幅桿與Ⅱ——手柄間留有幾毫米的間隙，既可以防止干涉，又可以節(jié)約空間；Ⅶ——超聲波變幅桿的振動帶動Ⅴ——超聲波錘頭的振動，Ⅶ——超聲波變幅桿與Ⅴ——超聲波錘頭為一體式結(jié)構(gòu)。

圖8所示，Ⅴ——超聲波錘頭采用多對錘頭陣列式對稱設(shè)計(jì)，即五個Ⅴ-5——圓錐式錘頭有一個中心處，其余四個Ⅴ-5——圓錐式錘頭在以中心錘頭為圓心的圓上成對稱分布，Ⅴ-5——圓錐式錘頭亦位于一個正方形的四個頂點(diǎn)位置，此工具頭仿照手工拆除瓷磚的方法設(shè)計(jì)，且工具頭采用圓盤式設(shè)計(jì)，可以有效減緩工具頭工作變形，具有覆蓋面廣，不易變形，同步效果好等優(yōu)點(diǎn)。

圖5所示，在機(jī)器頂端設(shè)有Ⅳ——超聲波錘頭外殼，其目的在于保護(hù)錘頭不會受到已碎瓷磚的沖擊破壞，以及防止灰塵進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部。

整臺設(shè)備工作后，經(jīng)由人工手持將此設(shè)備與瓷磚面垂直放置，并且將Ⅴ-5——圓錐式錘頭與瓷磚面緊密貼合，Ⅴ-5——圓錐式錘頭可以將超聲波振動能量傳遞到瓷磚與水泥中，超聲波的機(jī)械作用可促使固體的分散，使瓷磚和水泥作受迫振動，使高密度的表面能量轉(zhuǎn)換成一個小的粉碎活性區(qū)域，致使瓷磚和水泥的接合處發(fā)生碎裂，因使用頻率很高的應(yīng)力，可直接使破碎率得到提高，使瓷磚與水泥之間產(chǎn)生縫隙，當(dāng)整塊瓷磚與水泥之間均有縫隙時，瓷磚可以因重力作用脫落下來，達(dá)到快速拆除瓷磚的目的。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。