CN113084962B - 一种用于地下管道结构铺设的3d打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于地下管道结构铺设的3D打印装置,包括外壳,还包括自前向后依次设置有盾构机、旋转机构和打印机构;其中,旋转机构和打印机构位于外壳内,所述盾构机与所述外壳固定连接。本发明减少了地下施工建筑材料的粉尘污染,提高了施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及地下管道施工的技术领域,更具体地,涉及一种用于地下管道结构铺设的3D打印装置。
背景技术
目前,在无地下水或少地下水的地下管道铺设以及行隧道暗挖等施工,通常采用的施工方法是盾构法。盾构法是隧道与地下工程施工中一种全机械化施工的方法,它是将盾构机械在地层中推进,通过盾构外壳和管片来支承四周围岩防止发生隧道的坍塌,同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠千斤顶在后部拼装成环的衬砌上加压顶进,然后拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。
在隧道盾构施工过程中,顶部一次衬砌施工过程较多采用人工或机械喷射混凝土的方式进行。由于在喷射中会产生大量的粉尘,造成空气污染严重,不便于工人长时间施工,在施工人工成本增加的同时,施工进度缓慢。此外,混凝土在喷射过程中会有部分脱落造成材料浪费,且盾构产生的泥浆废料处理起来比较困难。
因此,现有技术中亟需一种能够避免盾构施工中喷射产生大量粉尘,且节省材料的技术方案。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本发明提供了一种用于地下管道结构铺设的3D打印装置。
为实现上述目的,本发明通过下述技术方案予以实现:
一种用于地下管道结构铺设的3D打印装置,包括外壳,还包括自前向后依次设置有盾构机、旋转机构和打印机构;其中,旋转机构和打印机构位于外壳内,所述盾构机与所述外壳固定连接。
所述旋转机构包括旋转机构电机、传动齿轮组合、齿圈和行星轮,所述旋转机构电机驱动所述传动齿轮组合自传,所述行星轮与所述传动齿轮组合啮合,所述行星轮还与所述齿圈啮合,所述齿圈与所述外壳固定连接;
所述打印机构包括打印机、支撑模具、自驱动推进器、打印底座和材料输送管道,所述打印机内设置有材料输送泵,打印机的前端与所述行星轮固定连接且与所述行星轮同步转动;所述打印机的后表面设置有喷射口,所述支撑模具与所述打印机的后端固定连接;所述自驱动推进器的前端与所述打印机固定连接;所述材料输送管道贯穿所述打印底座并与所述打印机连接。
所述传动齿轮组合包括从动轮和太阳轮,所述太阳轮与所述从动轮固定连接且同步转动,所述旋转机构电机的输出轴上套设有主动轮,所述主动轮与所述从动轮啮合。
所述太阳轮与所述从动轮同轴。
所述太阳轮与所述从动轮直径相同。
所述从动轮的前方设置有前齿轮挡板,所述太阳轮的后方设置有后齿轮挡板。
所述支撑模具的数量为三个,三个支撑模具彼此呈等边三角形布置;所述喷射口的数量为三个,三个喷射口彼此呈等边三角形布置,所述喷射口与所述支撑模具的位置一一对应。
所述行星轮的数量为三个,三个行星轮彼此呈等边三角形布置;所述行星轮轴的数量为三个,三个行星轮轴彼此呈等边三角形布置,且每个行星轮轴插设在相应的行星轮中,并与相应的行星轮固定连接,行星轮围绕太阳轮公转时,行星轮轴与行星轮同步运动,使所述打印机随着行星轮同步转动。
所述自驱动推进器为电动推杆或液压杆。
所述盾构机的前端设置有刀片,所述盾构机的后端设置有电机安装位,所述盾构机的后端还设置有打印主体连接槽,所述打印主体连接槽外壁上还设置有打印主体连接孔,所述外壳上设置有安装孔,所述安装孔与所述打印主体连接孔通过螺栓固定连接。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
1.利用3D打印技术,将管道、隧道等等所需的材料喷射出来,并利用支撑模具、打印底座、打印机与外壳形成密闭空间,使材料成型,减少了地下施工建筑材料的粉尘污染。
2.齿圈与外壳固定连接,行星轮围绕太阳轮旋转的时,也会沿着齿圈运动;同时,行星轮又与打印机固定连接,因而,在行星轮运动时,会带动打印机同步转动,实现对地下管道、隧道等管状结构的3D打印,实现连续不间断施工,提高了施工效率。
3.电动推杆或液压杆等自驱动推进器间歇向前推动打印机,可以完成较长距离的地下施工。
附图说明
图1是3D打印装置的结构示意图。
图2是3D打印装置去掉盾构机和一半外壳后的内部结构示意图。
图3是3D打印装置在另一视角下去掉盾构机和一半外壳后的内部结构示意图。
图4是3D打印装置去掉盾构机和一半外壳后的内部主视图。
图5是旋转机构的结构示意图。
图6是带有支撑模具的打印机的结构示意图。
图7是带有支撑模具的打印机在另一视角下的结构示意图。
图8是打印底座的结构示意图。
图9是盾构机的主视图。
图10是图9的左视图。
图11是图1是3D打印装置去掉一半外壳后内部的结构示意图。
附图标记:1-旋转机构电机、2-传动齿轮组合、21-从动轮、22-太阳轮、3-齿圈、4-行星轮、5-外壳、61-前齿轮挡板、62-后齿轮挡板、7-主动轮、8-打印机、9-支撑模具、10-自驱动推进器、11-打印底座、12-材料输送管道、13-行星轮轴、100-盾构机、101-电机安装位、102-打印主体连接孔、200-旋转机构、201-外壳连接孔、300-打印机构。
具体实施方式
下面根据具体实施方式对本发明做进一步阐述。
如图1-11所示的用于地下管道结构铺设的3D打印装置,包括外壳5,外壳5内自前向后依次设置有盾构机100、旋转机构200和打印机构300。
盾构机100的前端设置有刀片,盾构机100的后端设置有电机安装位101,盾构机100的后端还设置有打印主体连接槽,打印主体连接槽外壁上还设置有打印主体连接孔102。外壳5为两个半圆柱筒状的壳体拼合而成,每个壳体上都有外壳连接孔201,且两个壳体上的外壳连接孔201位置一一对应,将螺栓穿过两个壳体上的外壳连接孔201并锁紧,即可将外壳5组装完整。外壳5上设置有安装孔,安装孔位于壳体的前方,安装孔与打印主体连接孔102通过螺栓固定连接,从而实现盾构机100与外壳5固定连接。
旋转机构包括旋转机构电机1、传动齿轮组合2、齿圈3和行星轮4,旋转机构电机1驱动传动齿轮组合2自传,行星轮4与传动齿轮组合2啮合,行星轮4还与齿圈3啮合,齿圈3与外壳5固定连接。
打印机构包括打印机8、支撑模具9、自驱动推进器10、打印底座11、材料输送管道12和行星轮轴13,其中,自驱动推进器10可以为电动推杆或液压杆,本实施例中采用电动推杆。自驱动推进器10的前端与打印机8固定连接。打印机8内设置有材料输送泵,打印机8的后表面设置有喷射口14,支撑模具9与打印机8的后端固定连接;行星轮轴13与打印机8的前端固定连接,行星轮4以行星轮轴13为轴旋转,且行星轮4与行星轮轴13固定连接;材料输送管道12贯穿打印底座11并与打印机8连接。
传动齿轮组合2包括从动轮21和太阳轮22,太阳轮22与从动轮21固定连接且同步转动,旋转机构电机1的输出轴上套设有主动轮7,主动轮7与从动轮21啮合。从动轮21与太阳轮22同轴。本实施例中,从动轮21与太阳轮22直径相同。从动轮21的前方设置有前齿轮挡板61,太阳轮22的后方设置有后齿轮挡板62。
本实施例中,如图6-7所示,支撑模具9为三块不同高度的钢板组成,三块钢板依次相连,围成的形状开口向外。支撑模具9的数量为三个,三个支撑模具9彼此呈等边三角形布置;喷射口14的数量为三个,三个喷射口14彼此呈等边三角形布置,喷射口14与支撑模具9的位置一一对应。
本实施例中,行星轮4的数量为三个,三个行星轮4彼此呈等边三角形布置;行星轮轴13的数量为三个,三个行星轮轴13彼此呈等边三角形布置,且每个行星轮轴13插设在相应的行星轮4中,并与相应的行星轮4固定连接。
本发明的工作原理如下:
旋转机构电机1可间歇性工作,启动时,驱动主动轮7转动,主动轮7带动从动轮21,太阳轮22又与从动轮21固定连接且同步转动,因而,由于行星轮4与齿圈3和太阳轮22均啮合,且齿圈3与外壳5固定连接为一体,因而,太阳轮22自传时,行星轮4围绕太阳轮22公转时,会带动行星轮轴13与行星轮4同步运动,使打印机8在行星轮4的带动下绕其自身的旋转轴线进行自转。
打印机8内的材料输送泵的数量可以是一个或多个,每个材料输送泵自带驱动电机,并且由PLC的控制下。每当旋转机构电机1启动,使打印机8转动到下一工位后,在PLC的控制下,相应的材料输送泵在自带驱动电机的驱动下,喷出3D打印材料,材料在支撑模具9、打印底座11、打印机8与外壳5围成密闭空间内成型。材料输送管道12与外部动力连接,外部始终保持往材料输送管道12里输送打印材料的状态,使材料输送管道12内始终保持一定压力,在打印机8喷出3D打印材料的同时,材料输送管道12内始终充满打印材料。
自驱动推进器10本身是动力装置,可以间歇性运动,以电动推杆为例,可以外接电缆或内置蓄电池,电动推杆的前端与打印机8固定连接,电动推杆右端与打印机固定连接。在初始阶段,电动推杆的末端顶住打印底座11。每当打印机8完成一个圆周的3D打印后,电动推杆推动打印机8向前运动,电动推杆的末端顶住上一次打印好的地下管道等结构。
重复上述过程,即可3D打印出一定长度的地下管道等结构。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;对于本领域的技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此,不能理解为对本发明的限制。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,但本发明并不局限于上述的具体实施方式,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于地下管道结构铺设的3D打印装置,包括外壳(5),其特征是,还包括自前向后依次设置的盾构机(100)、旋转机构(200)和打印机构(300);所述旋转机构(200)和所述打印机构(300)设置在所述外壳(5)内;所述盾构机(100)与所述外壳(5)固定连接;
所述旋转机构包括旋转机构电机(1)、传动齿轮组合(2)、齿圈(3)和行星轮(4),所述旋转机构电机(1)驱动所述传动齿轮组合(2)自传,所述行星轮(4)与所述传动齿轮组合(2)啮合,所述行星轮(4)还与所述齿圈(3)啮合,所述齿圈(3)与所述外壳(5)固定连接;
所述打印机构包括打印机(8)、支撑模具(9)、自驱动推进器(10)、打印底座(11)和材料输送管道(12),所述打印机(8)内设置有材料输送泵,打印机(8)的前端与所述行星轮(4)固定连接且与所述行星轮(4)同步转动;所述打印机(8)的后表面设置有喷射口(14),所述支撑模具(9)与所述打印机(8)的后端固定连接;所述自驱动推进器(10)的前端与所述打印机(8)固定连接;所述材料输送管道(12)贯穿所述打印底座(11)并与所述打印机(8)连接;
所述传动齿轮组合(2)包括从动轮(21)和太阳轮(22),所述太阳轮(22)与所述从动轮(21)固定连接且同步转动,所述旋转机构电机(1)的输出轴上套设有主动轮(7),所述主动轮(7)与所述从动轮(21)啮合;
所述太阳轮(22)与所述从动轮(21)同轴;
所述太阳轮(22)与所述从动轮(21)直径相同;
所述从动轮(21)的前方设置有前齿轮挡板(61),所述太阳轮(22)的后方设置有后齿轮挡板(62);
所述支撑模具(9)的数量为三个,三个支撑模具(9)彼此呈等边三角形布置;所述喷射口(14)的数量为三个,三个喷射口(14)彼此呈等边三角形布置,所述喷射口(14)与所述支撑模具(9)的位置一一对应;
所述打印机构还包括行星轮轴(13),所述行星轮轴(13)与所述打印机(8)的前端固定连接,所述行星轮(4)以所述行星轮轴(13)为轴旋转,且所述行星轮(4)与所述行星轮轴(13)固定连接;
所述行星轮(4)的数量为三个,三个行星轮(4)彼此呈等边三角形布置;所述行星轮轴(13)的数量为三个,三个行星轮轴(13)彼此呈等边三角形布置,且每个行星轮轴(13)插设在相应的行星轮(4)中,并与相应的行星轮(4)固定连接,行星轮(4)围绕太阳轮(22)公转时,行星轮轴(13)与行星轮(4)同步运动,使所述打印机(8)随着行星轮(4)同步转动;
每当旋转机构电机1启动,使打印机8转动到下一工位后,在PLC的控制下,相应的材料输送泵在自带驱动电机的驱动下,喷出3D打印材料,材料在支撑模具9、打印底座11、打印机8与外壳5围成密闭空间内成型; 材料输送管道12与外部动力连接,外部始终保持往材料输送管道12里输送打印材料的状态,使材料输送管道12内始终保持一定压力,在打印机8喷出3D打印材料的同时,材料输送管道12内始终充满打印材料;
每当打印机8完成一个圆周的3D打印后,电动推杆推动打印机8向前运动,电动推杆的末端顶住上一次打印好的地下管道结构。
2.根据权利要求1所述的用于地下管道结构铺设的3D打印装置,其特征是,所述自驱动推进器(10)为电动推杆或液压杆。
3.根据权利要求1所述的用于地下管道结构铺设的3D打印装置,其特征是,所述盾构机(100)的前端设置有刀片,所述盾构机(100)的后端设置有电机安装位(101),所述盾构机(100)的后端还设置有打印主体连接槽,所述打印主体连接槽外壁上还设置有打印主体连接孔(102),所述外壳(5)上设置有安装孔,所述安装孔与所述打印主体连接孔(102)通过螺栓固定连接。
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