井下3D打印混凝土体机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种井下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。本发明专利技术实现了井下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。

Downhole 3D printing concrete body robot

The invention discloses a downhole 3D printing concrete body robot, which consists of a hydraulic walking system, a storage system, a mixing and extrusion system, a three-dimensional Cartesian coordinate printer, a nozzle and a control system. The hydraulic walking system is in turn the mixing and extrusion system and the storage system, and the three-dimensional right angle coordinate printer is located in the hydraulic walking. On one side of the system, the mixing and extruding system is controlled by the control system for mixing and squeezing the concrete. At the same time, the three-dimensional Cartesian coordinate printer and the nozzle are controlled to print the three-dimensional concrete body. The invention realizes the downhole 3D printing concrete, without the need of the template, and the printing robot can walk on its own. It improves the mechanization degree of the underground concrete operation and improves the construction speed. It is suitable for the fields of coal mine, metallurgical mine, underground engineering and tunnel engineering.

【技术实现步骤摘要】
井下3D打印混凝土体机器人
本专利技术属于煤矿机械
，具体涉及一种井下3D打印混凝土体机器人。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术进一步的改进在于，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。本专利技术进一步的改进在于，螺旋挤出机为单螺旋或双螺旋。本专利技术进一步的改进在于，喷嘴夹持器与Y向梁铰接，且能够水平旋转90°。本专利技术进一步的改进在于，旋转履带底盘能够替换为轮式底盘。本专利技术具有如下有益的技术效果：本专利技术提供的井下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。本专利技术可广泛应用于煤矿、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是本专利技术井下3D打印混凝土体机器人主视图；图2是本专利技术井下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专利技术做出进一步的说明。如图1和图2所示，本专利技术提供的井下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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑忠友，吴玉意，朱磊，丁湘，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61