一种用于地下管道结构铺设的3D打印装置

一种用于地下管道结构铺设的3d打印装置
技术领域
1.本实用新型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：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于地下管道结构铺设的3d打印装置。
6.为实现上述目的，本实用新型通过下述技术方案予以实现：
7.一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。
8.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；
9.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，所述材料输送泵内设置有自带电机，所述自带电机连接有plc；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，并且所述材料输送管道的前端与所述打印机连接，所述材料输送管道的后端与外部动力连接。
10.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。
11.所述太阳轮与所述从动轮同轴。
12.所述太阳轮与所述从动轮直径相同。
13.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。
14.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。
15.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。
16.所述自驱动推进器为电动推杆或液压杆。
17.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。
18.本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
19.1.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。
20.2.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。
21.3.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
22.图1是3d打印装置的结构示意图。
23.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。
24.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。
25.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。
26.图5是旋转机构的结构示意图。
27.图6是带有支撑模具的打印机的结构示意图。
28.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。
29.图8是打印底座的结构示意图。
30.图9是盾构机的主视图。
31.图10是图9的左视图。
32.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。
33.附图标记：1
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旋转机构电机、2
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传动齿轮组合、21
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从动轮、22
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太阳轮、3
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齿圈、4
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行星轮、5
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外壳、61
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前齿轮挡板、62
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后齿轮挡板、7
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主动轮、8
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打印机、9
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支撑模具、10
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自驱动推进器、11
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打印底座、12
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材料输送管道、13
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行星轮轴、100
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盾构机、101
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电机安装位、102
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打印主体连接孔、200
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旋转机构、201
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外壳连接孔、300
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打印机构。
具体实施方式
34.下面根据具体实施方式对本实用新型做进一步阐述。
35.如图1
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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。
36.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。
37.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。
38.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，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。打印机8的前端与行星轮4固定连接且与行星轮4同步转动，具体为，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。
39.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。
40.本实施例中，如图6
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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。
41.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。
42.本实用新型的工作原理如下：
43.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。
44.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。
45.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。
46.重复上述过程，即可3d打印出一定长度的地下管道等结构。
47.在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。
48.在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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，不能理解为对本实用新型的限制。
49.以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，但本实用新型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，这些都属于本实用新型的保护范围。