CN108343240B - 井下3d打印混凝土体机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井下3D打印混凝土体机器人，包括液压行走系统、储料系统、搅拌挤料系统、三维直角坐标打印机、喷嘴及控制系统等，液压行走系统的上方依次为搅拌挤料系统、储料系统，三维直角坐标打印机位于液压行走系统一侧，通过控制系统控制搅拌挤料系统搅拌挤送混凝土，同时控制三维直角坐标打印机及喷嘴打印混凝土三维体。本发明实现了井下3D打印混凝土，无需模板，打印机器人可自行走，提高了井下混凝土作业机械化程度，提高了施工速度，适用于煤矿、冶金矿山、地下工程和隧道工程等领域。

Description

井下3D打印混凝土体机器人
技术领域
本发明属于煤矿机械技术领域，具体涉及一种井下3D打印混凝土体机器人。
背景技术
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统以及其他领域都有所应用。目前，3D打印混凝土已经用于地面建房，此混凝土与普通混凝土的材料配比不同，其中添加了快硬水泥及外加剂。
煤矿井下常用混凝土施工墙体、柱体，用墙、柱进行支护，或用墙作为密闭，不论是墙体还是柱体均采用模板，人工支模，然后人工或泵进行浇筑。这种方法需要支模、拆模，费时费力。为了进一步提高混凝土施工机械化水平，节省模板，提高混凝土施工速度，需要研发一种应用于井下的3D打印混凝土设备。
发明内容
本发明的目的是为煤矿井下提供无需模板、提高混凝土施工机械化程度、提高混凝土施工速度的、具有行走功能的井下3D打印混凝土体机器人。
本发明采用如下技术方案来实现的：
井下3D打印混凝土体机器人，包括液压行走系统、储料系统、搅拌挤料系统、三维直角坐标打印机、喷嘴夹持器、喷嘴及控制系统，液压行走系统的上方依次为搅拌挤料系统和储料系统，三维直角坐标打印机位于液压行走系统一侧，控制系统用于控制搅拌挤料系统搅拌挤送混凝土，同时控制三维直角坐标打印机及喷嘴打印混凝土三维体；其中，
液压行走系统包括旋转履带底盘、平板平台、液压系统、刹车系统和操作系统，平板平台置于旋转履带底盘之上，液压系统用于为液压行走系统、储料系统和搅拌挤料系统提供动力，操作系统用于控制液压行走系统的动作，刹车系统用于为液压行走系统制动；
储料系统包括储料箱和升降油缸，储料箱底部的一端与液压行走系统上的平板平台上的支腿铰接，另一端与升降油缸铰接，升降油缸的缸套底端与平板平台连接，升降油缸用于控制储料箱的倾斜角度；
搅拌挤料系统包括搅拌机和螺旋挤出机，搅拌机置于螺旋挤出机上方，搅拌机出料口与螺旋挤出机入料口连接，螺旋挤出机出料口与混凝土输送软管的一端连接；
三维直角坐标打印机包括X向梁、Y向梁、Z向梁、驱动电机、传动带、导轨和滑块，导轨布置在X向梁、Y向梁及Z向梁上，Z向梁与平板平台连接，X向梁一端与Z向梁通过滑块滑移连接，Y向梁两端与X向梁通过滑块滑移连接，驱动电机的转动能够带动传动带运动，传动带能够带动导轨上的滑块运动；
喷嘴夹持器与Y向梁通过滑块滑移连接，喷嘴夹持器用于夹持喷嘴，喷嘴与混凝土输送软管的另一端连接。
本发明进一步的改进在于，储料仓出料口处设置有计量螺旋，用于控制混凝土的出料量。
本发明进一步的改进在于，螺旋挤出机为单螺旋或双螺旋。
本发明进一步的改进在于，喷嘴夹持器与Y向梁铰接，且能够水平旋转90°。
本发明进一步的改进在于，旋转履带底盘能够替换为轮式底盘。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的井下3D打印混凝土体机器人，为井下混凝土施工提供了一种新装置，具有无需模板、自行走、提高机械化程度、提高混凝土施工速度等特点。本发明可广泛应用于煤矿、冶金矿山、地下工程、隧道工程和国防工程等领域。
附图说明
图1是本发明井下3D打印混凝土体机器人主视图；
图2是本发明井下3D打印混凝土体机器人平面图。
图中：1-旋转式履带底盘；2-平板平台；3-液压系统；4-操作系统；5-储料箱；6-升降油缸；7-搅拌机；7-1-搅拌机出料口；8-螺旋挤出机；8-1-螺旋挤出机入料口；8-2-螺旋挤出机出料口；9-X向梁；10-Y向梁；11-Z向梁；12-滑块；13-喷嘴夹持器；14-喷嘴；15-混凝土输送软管；16-墙体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明提供的井下3D打印混凝土体机器人，包括液压行走系统、储料系统、搅拌挤料系统、三维直角坐标打印机、喷嘴夹持器13、喷嘴14及控制系统，液压行走系统的上方依次为搅拌挤料系统和储料系统，三维直角坐标打印机位于液压行走系统一侧，控制系统用于控制搅拌挤料系统搅拌挤送混凝土，同时控制三维直角坐标打印机及喷嘴打印混凝土三维体；其中，液压行走系统包括旋转履带底盘1、平板平台2、液压系统3、刹车系统和操作系统4，平板平台2置于旋转履带底盘之上1，液压系统3用于为液压行走系统、储料系统和搅拌挤料系统提供动力，操作系统用于控制液压行走系统的动作，刹车系统用于为液压行走系统制动；储料系统包括储料箱5和升降油缸6，储料箱5底部的一端与液压行走系统上的平板平台2上的支腿铰接，另一端与升降油缸6铰接，升降油缸6的缸套底端与平板平台2连接，升降油缸6用于控制储料箱5的倾斜角度；搅拌挤料系统包括搅拌机7和螺旋挤出机8，搅拌机7置于螺旋挤出机8上方，搅拌机出料口7-1与螺旋挤出机入料口8-1连接，螺旋挤出机出料口8-2与混凝土输送软管15的一端连接；三维直角坐标打印机包括X向梁9、Y向梁10、Z向梁11、驱动电机、传动带、导轨和滑块12，导轨布置在X向梁9、Y向梁10及Z向梁11上，Z向梁11与平板平台2连接，X向梁9一端与Z向梁11通过滑块12滑移连接，Y向梁10两端与X向梁9通过滑块12滑移连接，驱动电机的转动能够带动传动带运动，传动带能够带动导轨上的滑块12运动；喷嘴夹持器13与Y向梁10通过滑块12滑移连接，喷嘴夹持器13用于夹持喷嘴14，喷嘴14与混凝土输送软管15的另一端连接。
其中，储料仓5出料口处设置有计量螺旋，用于控制混凝土的出料量。螺旋挤出机8为单螺旋或双螺旋。喷嘴夹持器13与Y向梁10铰接，且能够水平旋转90°。此外，旋转履带底盘1能够替换为轮式底盘。
工作时，首先通过储料箱5下部出料口的计量螺旋控制出料，干料漏到搅拌机7后，加水搅拌，然后，搅拌好的混凝土湿料进入螺旋挤出机8的螺旋挤出机入料口8-1，通过螺旋的旋转挤出混凝土，经由混凝土输送软管15到达喷嘴14，在控制系统默认的移动轨迹下，挤出混凝土逐层打印混凝土墙体16，待混凝土墙体16快接顶时，水平旋转喷嘴90°，喷填打印混凝土墙体16与顶部的空间，形成能够接顶的混凝土墙体16。此外，通过管道输送干料至储料箱5。
井下3D打印混凝土体机器人可自行走，施工混凝土体无需模板，提高了混凝土施工机械化程度及施工速度，适用于煤矿、冶金矿山、地下工程和隧道工程等领域。

Claims (3)

1.井下3D打印混凝土体机器人，其特征在于，包括液压行走系统、储料系统、搅拌挤料系统、三维直角坐标打印机、喷嘴夹持器(13)、喷嘴(14)及控制系统，液压行走系统的上方依次为搅拌挤料系统和储料系统，三维直角坐标打印机位于液压行走系统一侧，控制系统用于控制搅拌挤料系统搅拌挤送混凝土，同时控制三维直角坐标打印机及喷嘴打印混凝土三维体；其中，
液压行走系统包括旋转履带底盘(1)、平板平台(2)、液压系统(3)、刹车系统和操作系统(4)，平板平台(2)置于旋转履带底盘(1)之上，液压系统(3)用于为液压行走系统、储料系统和搅拌挤料系统提供动力，操作系统用于控制液压行走系统的动作，刹车系统用于为液压行走系统制动；
储料系统包括储料箱(5)和升降油缸(6)，储料箱(5)底部的一端与液压行走系统上的平板平台(2)上的支腿铰接，另一端与升降油缸(6)铰接，升降油缸(6)的缸套底端与平板平台(2)连接，升降油缸(6)用于控制储料箱(5)的倾斜角度；
搅拌挤料系统包括搅拌机(7)和螺旋挤出机(8)，搅拌机(7)置于螺旋挤出机(8)上方，搅拌机出料口(7-1)与螺旋挤出机入料口(8-1)连接，螺旋挤出机出料口(8-2)与混凝土输送软管(15)的一端连接；
三维直角坐标打印机包括X向梁(9)、Y向梁(10)、Z向梁(11)、驱动电机、传动带、导轨和滑块(12)，导轨布置在X向梁(9)、Y向梁(10)及Z向梁(11)上，Z向梁(11)与平板平台(2)连接，X向梁(9)一端与Z向梁(11)通过滑块(12)滑移连接，Y向梁(10)两端与X向梁(9)通过滑块(12)滑移连接，驱动电机的转动能够带动传动带运动，传动带能够带动导轨上的滑块(12)运动；
喷嘴夹持器(13)与Y向梁(10)通过滑块(12)滑移连接，喷嘴夹持器(13)用于夹持喷嘴(14)，喷嘴(14)与混凝土输送软管(15)的另一端连接；
储料箱(5)出料口处设置有计量螺旋，用于控制混凝土的出料量；
喷嘴夹持器(13)与Y向梁(10)铰接，且能够水平旋转90°。
2.根据权利要求1所述的井下3D打印混凝土体机器人，其特征在于，螺旋挤出机(8)为单螺旋或双螺旋。
3.根据权利要求1所述的井下3D打印混凝土体机器人，其特征在于，旋转履带底盘(1)能够替换为轮式底盘。
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