3D打印超高性能混凝土用输送泵

技术领域

本发明属于3D打印超高性能混凝土技术领域，特别是涉及一种3D打印超高性能混凝土用输送泵。

背景技术

以3D打印等增材制造为标志的第三次工业革命使混凝土技术迈向了更高水平，发展成以三维建模、机电控制、信息处理和材料科学等为基础的新型3D打印混凝土技术。该技术可在建造前精确计算原材料用量，打印中可调控拌合物性能和用量，无需模板支撑和振捣，便于复杂构件的建造，最大程度地实现节能节材及对结构的优化。但作为一种新兴技术，无论是材料还是制造装备都尚未成熟。3D打印对混凝土性能要求较高，传统混凝土已很难满足，现有理论亦不能很好的指导3D打印混凝土的设计和施工。如，3D打印混凝土必须具备优异的触变性，确保打印时有足够的流变性以便从喷嘴挤出，打印后能在空气中快速凝结硬化且具有足够的体积稳定性和适宜的早期强度，以承载自身和后续层重量，防止出现过大累积形变及塌落、倾斜等失稳现象。前后打印层间还应具有良好的界面粘结性能及较高的基准强度，避免因界面过渡层导致的强度衰减。这使得具有较高基准强度和优良耐久性的超高性能混凝土（UHPC）成为3D打印混凝土的理想选择，但UHPC为获得密实的微结构添加了硅灰等高活性微粉，为提高强度又采用了较低的水胶比，为满足流变性性要求又添加较多的外加剂，为提高均质性又剔除了粗骨料，致使胶凝材料总量和外加剂用量都远高于常规混凝土，使拌合物更为粘稠，可泵性较差，对混凝土泵的结构和性能提出了更高要求。

传统混凝土泵通常采用闸板阀或S管阀结构。闸板阀泵由于结构限制使密封压力较低，在施工中不可避免地需要用Y形管去连接混凝土泵的双缸体和输送管，降低了输送压力。此外，在垂直输送管前方还需安装长度为泵送高度一半的水平输送管，但由于闸板对混凝土垂直方向产生的流体压力有很大的敏感性，形成的液压阻力限制了闸板阀泵的输送高度。S管阀泵可克服闸板阀泵输送高度低的缺点，但对于粘度高的超高性能混凝土，较高的粘滞阻力会使S管阀摆缸的动作不到位，严重时甚至不动作，而且，恒压泵为摆动缸提供的压力不足时也会使S管阀出现摆动异常现象，导致泵送系统输送混凝土的压力不足，降低其工作效率，也会加剧运动件的磨损，同时，液压活塞式输送缸还存在功耗大、使用寿命低等缺点。因此，有必要开发出一种结构合理、环保高效，且更适于对3D打印超高性能混凝土拌合物进行输送的新型混凝土泵。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种3D打印超高性能混凝土用输送泵，其结构设计合理，环保高效，能够保障泵送的性能，且控制精准度，大大提高了其实用性和结构的稳定性。

为实现上述目的，所采取的技术方案是：

一种3D打印超高性能混凝土用输送泵，包括：

泵体；

圆盘阀，其回转支撑设置在所述泵体内，所述圆盘阀的上部设置有接料口，所述圆盘阀的周向间隔120°设置有吸料口、第一换向口和第二换向口，所述吸料口与所述接料口通过吸料管连通，所述第一换向口和所述第二换向口通过换向管连通；

回转驱动部，其驱动所述圆盘阀转动动作；

并排布设在所述泵体内的第一缸体和第二缸体，所述泵体上设置有输料管，所述输料管、第一缸体和第二缸体分别与第一换向口、第二换向口和吸料口对应；

泵缸活塞，在所述第一缸体和所述第二缸体内均设置有泵缸活塞；以及

泵送驱动部，其驱动所述泵缸活塞在所述第一缸体和第二缸体内动作。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，所述泵送驱动部包括动力壳体、泵送驱动电机和两组曲柄连杆单元，两组所述曲柄连杆单元的驱动端均与所述泵送驱动电机连接，所述第一缸体和第二缸体内的泵缸活塞均通过活塞杆与对应的曲柄连杆单元的动作端连接。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，所述曲柄连杆单元包括：

曲柄，其与所述泵送驱动电机的输出轴固定连接；

传力杆，所述传力杆的第一端部与所述曲柄铰接；

与所述传力杆的第二端部铰接的连杆和摆杆，所述连杆与所述活塞杆铰接；以及

摆杆定位架，其固定设置在所述动力壳体上，所述摆杆与所述摆杆定位架铰接。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，所述曲柄呈U型，所述曲柄的第一支杆与所述泵送驱动电机的输出轴固定，所述曲柄的第二支杆与动力壳体通过曲柄定位轴铰接。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，所述第一缸体和所述第二缸体的外径与所述吸料管的外径相同，所述第一缸体和第二缸体的外径大于所述换向管的外径。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，所述第一缸体和所述第二缸体的前端均设置有弧线段弯头，所述泵缸活塞的前部设置有推料板连杆和推料板，所述推料板连杆与所述推料板铰接，所述推料板的前端为与所述圆盘阀的周向匹配的圆弧面，所述推料板的侧壁设置有与所述弧线段弯头匹配的弧形侧壁，所述泵缸活塞内设置有线性轴承滑孔，所述推料板连杆的后端呈T型，推料板连杆后端匹配设置在所述线性轴承滑孔内。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，所述活塞杆后端通过导向滑杆和导向筒体与所述曲柄连杆单元连接，所述导向滑杆与导向筒体之间设置有直线轴承。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，所述导向筒体与对应的第一缸体或第二缸体之间设置有阻尼限位环，所述活塞杆滑动穿设在所述阻尼限位环中，所述阻尼限位环对所述导向滑杆限位缓冲。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，所述圆盘阀上开设有夹角呈120°的弧形槽，且所述弧形槽与所述圆盘阀同心布置，所述泵体上设置有与所述弧形槽对应的阻尼限位销；所述接料口处连接设置有接料管，所述接料管与所述接料口之间设置有密封轴承。

根据本发明3D打印超高性能混凝土用输送泵，优选地，还包括润滑单元和温控单元，所述润滑单元包括润滑油储罐和多条润滑油管，在所述润滑油管上设置有电磁阀；所述温控单元包括压缩机、冷凝器、泵体冷却器、动力冷却器、温度传感器和控制器。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

（1）本申请通过圆盘阀代替闸板阀或S管阀，可克服闸板阀对混凝土拌合料的泵送高度低及S管阀泵送超高性能混凝土时出现的摆动异常导致的输送压力不足、功耗大、使用寿命低等缺点。

（2）本申请通过接料管与真空搅拌机出料口连接，接料管与圆盘阀的接料口间密封轴承的设置，可防止水分流失，保持拌合物配合比的稳定，大大提高了整个系统混凝土泵送质量。

（3）本申请通过圆盘阀上设置的弧形槽和阻尼限位销的设置，可防止圆盘阀转动时的过冲，消除二者相撞时的震动噪音。

（4）本申请混凝土泵中T型推料板的设置可避免漏浆并确保将拌合料排送干净，大大提高了缸体与圆盘阀对接贴合的精确度。

（5）本申请还通过阻尼限位环的设置，可降低推料板与圆盘阀冲撞时产生的噪音、延长活塞的使用寿命。

（6）本申请的泵送驱动部中传力杆和摆杆的设置，避免死点导致的输送中断或不畅，使得第一缸体和第二缸体能够交替连续作业，大大提高了泵送驱动的顺畅性和实用性。

（7）本申请可以通过控制系统使真空搅拌机制备出满足设计要求的超高性能混凝土拌合料，并使混凝土泵始终处于最佳工作状态和较高的效率，能量利用率高且使用寿命长，输料量控制精准，特别适于满足智能化建造要求的3D打印超高性能混凝土拌合料的输送。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的3D打印超高性能混凝土用输送泵的结构示意图。

图2为图1中A-A向结构示意图。

图中序号：

310为泵体、311为接料管、312为密封轴承、313为输料管；

320为圆盘阀、321为接料口、322为第一换向口、323为第二换向口、324为吸料口、325为吸料管、326为换向管、327为回转驱动部、328为弧形槽、329为阻尼限位销；

330为第一缸体、331为泵缸活塞、332为弧线段弯头、333为推料板连杆、334为推料板、335为线性轴承滑孔、336为导向滑杆、337为导向筒体、338为直线轴承、339为阻尼限位环；

340为第二缸体、341为曲柄、342为传力杆、343为摆杆定位架、344为连杆、345为摆杆、346为活塞杆、347为曲柄定位轴、348为电机支架、349为摆杆定位轴；

350为润滑油储罐、351为润滑油管、352为电磁阀；

360为压缩机、361为泵体冷却器、362为动力冷却器、363为温度传感器；

370为动力壳体、371为泵送驱动电机、372为压力传感器；

A1为除尘装置、A2为真空装置、A3为搅拌筒体、A4为出料口、A6为固料供给装置、A7为液料供给装置、A8为搅拌结构、A9为搅拌电机。

具体实施方式

下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本发明的描述中，需要理解的是，“第一”、“第二”的表述用来描述本发明的各个元件，并不表示任何顺序、数量或者重要性的限制，而只是用来将一个部件和另一个部件区分开。

应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。

应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本发明，而不是所指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；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。

参见图1和图2，本申请公开了一种3D打印超高性能混凝土用输送泵，包括泵体310、圆盘阀320、回转驱动部327、并排布设在所述泵体310内的第一缸体330和第二缸体340、泵缸活塞331和泵送驱动部，圆盘阀320回转支撑设置在所述泵体310内，所述圆盘阀320的上部设置有接料口321，所述圆盘阀320的周向间隔120°设置有吸料口324、第一换向口322和第二换向口323，所述吸料口324与所述接料口321通过吸料管325连通，所述第一换向口322和所述第二换向口323通过换向管326连通；回转驱动部327驱动所述圆盘阀320转动动作，本实施例中的回转驱动部327为伺服电机；所述泵体310上设置有输料管313，所述输料管313、第一缸体330和第二缸体340分别与第一换向口322、第二换向口323和吸料口324对应；在所述第一缸体330和所述第二缸体340内均设置有泵缸活塞331；泵送驱动部驱动所述泵缸活塞331在所述第一缸体330和第二缸体340内动作。

圆盘阀320上开设有夹角呈120°的弧形槽328，且所述弧形槽328与所述圆盘阀320同心布置，所述泵体310上设置有与所述弧形槽328对应的阻尼限位销329；所述接料口321处连接设置有接料管311，所述接料管311与所述接料口之间设置有密封轴承312。回转驱动部327为伺服电机，可带动圆盘阀320绕轴心进行120°角的回摆转动，当达到其中一端位置时，换向管326连通后侧第二缸体340和输料管313，使在上一吸排循环中吸入到第二缸体340中的混凝土拌合料通过换向管326排入到输料管313中，同时，吸料管325连通第一缸体330，使第一缸体330吸入混凝土拌合料；同样，当圆盘阀320在伺服电机带动下旋转120°角后，吸料管325和第二缸体340连通，使混凝土拌合料吸入到后侧混凝土缸中，同时，换向管326将第一缸体330和输料管313连通，使第一缸体330中的拌合料可以排出到输料管313中，圆盘阀320的交替转动可对混凝土拌合料完成一个吸排循环。

为增大吸入和输送混凝土拌合物的效率，第一缸体330和所述第二缸体340的外径与所述吸料管325的外径相同，所述第一缸体330和第二缸体340的外径大于所述换向管326的外径。进一步地，为了保障在吸料和排料过程中第一缸体330和第二缸体340内物料排放干净，配合紧密，提高吸排料的效率，本申请的第一缸体330和所述第二缸体340的前端均设置有弧线段弯头332，并与圆盘阀320的外壁对应贴合，泵缸活塞331的前部设置有推料板连杆333和推料板334，所述推料板连杆333与所述推料板334铰接，所述推料板334的前端为与所述圆盘阀320的周向匹配的圆弧面，所述推料板334的侧壁设置有与所述弧线段弯头匹配的弧形侧壁，当排料时，能够使得推料板334与圆盘阀320的外壁贴合，从而使得第一缸体330和第二缸体340内的物料充分排净，泵缸活塞331内设置有线性轴承滑孔335，推料板连杆333的后端呈T型，推料板连杆333后端匹配设置在所述线性轴承滑孔335内。

推料板与T型的推料板连杆通过轴承连接，推料板可绕轴进行一定角度的水平转动，泵缸活塞中心的水平向设置开口朝向圆盘阀的线性轴承滑孔，T型的推料板连杆可在线性轴承滑孔内进行水平向的滑动，和推料板一起随混凝土缸的截面形状而调节所处的水平位置，确保推料板靠近圆盘阀时两接触面能贴合紧密，避免漏浆及拌合料排送不净。

所述活塞杆346后端通过导向滑杆336和导向筒体337与所述曲柄连杆单元连接，所述导向滑杆336与导向筒体337之间设置有直线轴承338。所述导向筒体337与对应的第一缸体330或第二缸体340之间设置有阻尼限位环339，所述活塞杆346滑动穿设在所述阻尼限位环339中，所述阻尼限位环339对所述导向滑杆337限位缓冲。工作中，与泵缸活塞331连接的活塞杆346穿过阻尼限位环339连接导向滑杆336，导向滑杆336与直线轴承338接触并形成滑动副。所述阻尼限位环339的设置可降低推料板334与圆盘阀320冲撞时产生的噪音。

泵送驱动部包括动力壳体370、泵送驱动电机371和两组曲柄连杆单元，两组所述曲柄连杆单元的驱动端均与所述泵送驱动电机371连接，所述第一缸体330和第二缸体340内的泵缸活塞331均通过活塞杆346与对应的曲柄连杆单元的动作端连接。曲柄连杆单元包括曲柄341、传力杆342和摆杆定位架343，曲柄341与所述泵送驱动电机371的输出轴固定连接；所述传力杆342的第一端部与所述曲柄341铰接；与所述传力杆342的第二端部铰接的连杆344和摆杆345，所述连杆344与所述活塞杆346铰接；摆杆定位架343固定设置在所述动力壳体370上，所述摆杆345与所述摆杆定位架343铰接。进一步地，本实施例中的曲柄341呈U型，所述曲柄341的第一支杆与所述泵送驱动电机371的输出轴固定，所述曲柄341的第二支杆与动力壳体370通过曲柄定位轴347铰接，传力杆342与曲柄341的中部铰接。

为避免曲柄连杆单元中滑块到达极限位置时产生的“死点”现象，如当推料板和圆盘阀接触，同时泵缸活塞与阻尼限位环接触时，因三个铰链副共线而使荷载过大，驱动失效导致泵送作业停止，本曲柄连杆单元中增加了传力杆和摆杆，形成了无死点的曲柄连杆机构，每组曲柄连杆机构均由同一主泵送驱动电机驱动，形成独立且协同运行的两组曲柄连杆驱动装置，每组曲柄连杆单元由导向滑杆与连杆通过轴承连接形成铰链副，连杆、传力杆和摆杆通过轴承连接形成铰链副，传力杆和曲柄通过轴承连接形成铰链副，摆杆通过轴承与摆杆定位轴连接形成摆转副。为使第一缸体和第二缸体达到吸排混凝土拌合料的同步协调，与两个缸体相配的两组曲柄以泵送驱动电机和曲柄定位轴共同的轴心为对称轴对称设置于泵送驱动电机的两侧且始终共面。泵送驱动电机固定在分别与动力壳体和泵体连接的电机支架上，摆杆定位轴固定在分别与动力壳体和泵体连接的摆杆定位架上，与泵送驱动电机固结的曲柄另一肢通过轴承连接在曲柄定位轴上，曲柄定位轴固定在动力壳体上，所述动力壳体可以固结在主机支架上。与泵送驱动电机转轴固结的曲柄绕轴转动时，带动与其铰接的传力杆的一端也绕泵送驱动电机转轴转动，带动传力杆与连杆和摆杆共同铰接的另一端的运动，由于摆杆只能绕摆杆定位轴做摆动运动，进而可带动连杆做摆动运动，连杆通过铰链带动导向滑杆做水平往复运动，使混凝土泵缸完成吸排料动作，两组曲柄连杆驱动装置在主电机的协同带动下可驱动两组混凝土泵缸同时完成一个吸排料循环。

还包括润滑单元和温控单元，所述润滑单元包括润滑油储罐350和多条润滑油管351，在所述润滑油管上设置有电磁阀352；所述温控单元包括压缩机360、冷凝器、泵体冷却器361、动力冷却器362、温度传感器363和控制器。

本实施例中的润滑单元由润滑油储罐和润滑油管等组成。润滑油储罐设置于泵体的外上方，通过电磁阀连接润滑油管，润滑油管由多条管路分别连接阀间隙、第一缸体、第二缸体和导向筒体等滑动组件，各条管路的端头设置电磁阀，控制供油的时间和数量。润滑系统的设置可使泵体始终处于最佳工作状态，节省能量并延长其使用寿命。

温控单元统由冷却装置、温度传感器、泵体冷却器和动力冷却器等组成。冷却装置设置于泵体的上方，集成了包括压缩机和冷凝器等组件的制冷装置通过管路分别连接泵体冷却器和动力冷却器，泵体冷却器设置于泵体内，动力冷却器设置于动力壳体内，均是由毛细管组构成的蒸发器，但泵体冷却器浸于设置在泵体中的水浴箱中，通过水浴箱交换热量，而动力冷却器靠设置于动力壳体内的风扇交换热量。泵体和动力壳体内的不同部位设置有多个温度传感器，通过集成在控制器中的温控仪可实现对阀装置、混凝土泵和动力系统内温度的精确调控，使其始终处于安全状态并保持较高的工作效率。

本申请还可以设置控制系统，具体由微机、控制器、温度传感器以及对真空搅拌机、回转驱动电机、泵送驱动电机、控制润滑单元和温控单元起控制作用的各类开关、电磁阀和传感器等组成。真空搅拌机中真空装置的真空度仪表和电磁阀、固料供给装置的计量仪、液料供给装置的流量仪、搅拌电机的变速仪等通过数据线与控制器连接，并将获取的信号传递给控制器，控制器通过对所获取信号的转换和分析，实现对真空搅拌机中真空度、搅拌速率、供料量和供料速率等的精准控制，制备出满足设计要求的超高性能混凝土拌合料。设置于输料管内的压力传感器、设置于泵体和动力壳体内的温度传感器等传感器与控制器连接，控制器与微机连接，微机可实时显示目标值和反馈值的差异，控制系统经过对数据的分析可实现对真空搅拌机的供料速度、泵体的泵送速度及动力转速、润滑单元供油量及温控单元制冷速率等的精确控制。

上文已详细描述了用于实现本发明的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本发明的范围、适用或构造。本发明的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本发明的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均属于本发明的保护范围。