一种超声波-微波协同辅助破碎装置及方法

本发明涉及机械加工，具体是一种超声波-微波协同辅助破碎装置及方法。

背景技术：

1、矿物是具有一定化学组成的天然化合物，它具有稳定的相界面和结晶习性。由内部结 晶习性决定了矿物的晶型和对称性；由化学键的性质决定了矿物的硬度、光泽和导电性质；由矿物的化学成分、结合的紧密度决定了矿物的颜色和比重等。在识别矿物时，矿物的形态和物理性质由于其易于鉴定而成为鉴定矿物最常用的标志。

2、现有技术中大多是采用机械设备进行破碎，但采用机械设备进行破碎存在部分问题：1、在硬岩破碎过程中存在刀具磨损严重、破碎效率低的问题；2、在混凝土建筑结构拆除中存在噪音和空气污染的问题3、在废弃混凝土骨料回收中存在黏附砂浆降低再生骨料性能的问题。

3、因此，亟需一种超声波-微波协同辅助破碎装置及方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种超声波-微波协同辅助破碎装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种超声波-微波协同辅助破碎装置，包括工程车机械臂本体、金属外壳和矿物，所述金属外壳位于工程车机械臂本体底部，所述矿物位于金属外壳底部，还包括：

4、控制系统，与工程车机械臂本体连接，所述控制系统内包含一套控制启停的操作系统和一套参数自调节系统；

5、微波破碎机构，与金属外壳连接，且与控制系统通过控制线电性连接，用于对矿物进行微波加热破碎；

6、超声波破碎机构，与金属外壳连接，且与控制系统通过控制线电性连接，所述超声波破碎机构与矿物抵接，用于对矿物进行超声波振动破碎；

7、静荷载施加装置，一端与工程车机械臂本体连接，另一端与金属外壳连接，所述静载施加装置与控制系统电性连接，用于对金属外壳施加载荷，使得超声波破碎机构与矿物表面抵接。

8、作为本发明进一步的方案：所述微波破碎机构包括：

9、微波发生器，设于金属外壳上，且与控制系统通过控制线电性连接，用于将电能转化为微波；

10、波导，一端与微波发生器输出端连接，用于对微波进行快速传导；

11、微波端口，设于金属外壳底部，且与波导另一端连接，所述微波端口为圆形，用于将微波能量作用到矿物表面。

12、作为本发明进一步的方案：所述超声波破碎机构包括：

13、超声波发生器，设于金属外壳上，且与控制系统通过控制线电性连接，超声波发生器是整个系统的电源单元，产生高频的电信号，通常在20khz到100khz范围内，用于驱动换能器，超声波发生器的频率和振幅可以调节。

14、换能器，与超声波发生器连接，换能器是将电能转换为超声波振动的关键元件。当超声波发生器提供电能时，换能器将其转换为机械振动，并将这种振动传递到工作部件。

15、变幅杆，与换能器连接；变幅杆是用于调整超声波振幅的装置。通过变幅杆控制振动的幅度。

16、刀具，与变幅杆可拆卸连接，且与矿物抵接；刀具将超声波振动传递到被加工的矿物上，产生机械振动。

17、一种超声波-微波协同辅助破碎方法，基于上述的一种超声波-微波协同辅助破碎装置，具体包括以下步骤：

18、s1、静荷载施加装置带动金属外壳纵向运动，使得刀具与矿物表面抵接，根据矿物破碎程度及静压力检测器反馈到控制系统的信号及时调整静荷载的大小；

19、s2、微波发生器工作产生微波，微波通过波导传导至微波端口，微波从微波端口照射到矿物上；同时，超声波发生器工作产生的高频电信号，驱动换能器，换能器将电能转化为超声波振动，超声波振动传递到变幅杆，刀具将超声波振动传递到被加工的矿物上，产生机械振动，矿物产生共振，对矿物进行破碎；微波检测器监测反射微波强度，反馈至控制系统，控制系统实时调整微波发生器的工作功率；

20、s3、排气装置工作，将破碎过程中产生的灰尘和水汽排出；

21、s4：环形喷水装置对超声波与微波处理后的矿物进行喷水冷却；

22、s5：辅助破碎后进行机械破碎。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1、本发明提供的超声波-微波协同辅助破碎装置，能够利用利用超声波与微波共同作用的方式来辅助破碎矿物，对矿物施加微波使其损伤，与此同时施加超声波振动使矿物共振，使微波加热矿物内部产生的宏微观裂纹进一步扩展，矿物的强度被进一步降低，可以实现低损耗的破碎矿物的目的，适用于对高硬岩石和混凝土结构的辅助破碎拆除，实现对矿物的开采和废弃混凝土的资源化利用；

25、2、超声波与微波二者存在相互促进的正向协同作用，搭配参数自调节系统，可以实现以更低的温度破碎，同时减少能耗和机械设备的磨损程度；

26、3、提供了一种适用多种工作环境的辅助破碎模式，最大程度上实现低温快速辅助破碎。

技术特征：

1.一种超声波-微波协同辅助破碎装置，包括工程车机械臂本体、金属外壳和矿物，所述金属外壳位于工程车机械臂本体底部，所述矿物位于金属外壳底部，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的一种超声波-微波协同辅助破碎装置，其特征在于，所述微波破碎机构包括：

3.根据权利要求1所述的一种超声波-微波协同辅助破碎装置，其特征在于，所述超声波破碎机构包括：

4.根据权利要求2所述的一种超声波-微波协同辅助破碎装置，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的一种超声波-微波协同辅助破碎装置，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1所述的一种超声波-微波协同辅助破碎装置，其特征在于，还包括：

7.一种超声波-微波协同辅助破碎方法，基于权利要求1-6中任一项所述的一种超声波-微波协同辅助破碎装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种超声波‑微波协同辅助破碎装置及方法，涉及机械加工技术领域，包括工程车机械臂本体、金属外壳和矿物，还包括：控制系统、微波破碎机构、超声波破碎机构和静荷载施加装置。本发明能够利用超声波与微波共同作用的方式来辅助破碎矿物，对矿物施加微波使其损伤，与此同时施加超声波振动使矿物共振，使微波加热矿物内部产生的宏微观裂纹进一步扩展，矿物的强度被进一步降低，可以实现低损耗破碎矿物的目的，本发明适用于对高硬岩石辅助破碎和混凝土结构的辅助破碎拆除，实现对矿物的低损耗开采和废弃混凝土骨料的资源化利用。

技术研发人员：乔汝佳,杨宝珍,邵珠山,魏玮,高帆,杨腾飞,雷周枫林
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29