BG112861A - Изграждане на стени на място с ко-робот - Google Patents

Abstract

Настоящото изобретение се отнася до бързо и евтино изграждане на стени на място след изграждането на носещата конструкция на сградата. Стените са с тегло, якост и топлоизолация, отговаряща на строителните кодове (IRC) и (IBC). Не се променя проектирането и узаконяването на сградите. Ко-робот заедно с трима работника изгражда стени чрез контролирано изливане слой по слой на циментов разтвор с пяна в повдигащ се кофраж. Може да се добавят рециклирани материали от разрушени сгради и агрегати от почва. Движението на кофража и дюзите, както и изливането на материала се осъществява напълно автоматично от манипулатора на робота, а преместването на робота от едно място на друго място се извършва от работниците. В готовата стена предварително са монтирани всички механични, електро и водопроводни инсталации, рамките на вратите и прозорците, както и топлоизолацията на външните стени.

Description

ОБЛАСТ НА ПРИЛОЖЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Настоящото изобретение се отнася до областта на строителството. Ко-робот заедно с трима работника изгражда стени чрез контролирано изливане слой-по-слой на циментов разтвор с пяна в повдигащ се кофраж. Може да се добавят рециклирани материал от разрушени сгради и агрегати от почва. В готовата стена предварително са мотирани всички Механо, Електро, Водопроводни /МЕВ/ инсталации, рамките на вратите и прозорците както и топлоизолацията на външните стени.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Томас Едисон започва да разработва преди повече от 100 г. на стени от бетон излят в монтиран на място кофраж,. Основен недостатък на изливането на стени на място е голямата цена на кофража и многото ръчен труд за изграждане и демонтиране на кофража. Има и нови разработки за поцинкована метална конструкция запълнена с бетон от робот. Но този метод е скъп и неефективен и не е намерил приложение. /1/

Известни са повече от 30 години така наречените триизмерни принтери за изграждане на сгради чрез полагането от циментов разтвор на последователни слоеве подредени един върху друг. Според водещи световни строителни специалисти екструдираният на тънки слоеве циментов разтвор няма необходимата якост за да може сградата да понесе натоварване от земетръс и вятър. Положените един върху друг слоеве често губят устойчивост и локално се свличат. Материалът е тежък и с лоша топлоизолация. Максималният размер на частиците е от порядъка на 2 mm до 3 mm, което намалява влагането на рециклиран материал от разрушени сгради.

Известен е Метод за бързо изграждане на енергоефективни сгради /2/, според който може да се принтират стени и може да се добавя кофраж към хоринзонталната рама за изглаждане на стената. Известен е и „Метод и апарат за производство на хдравлично свързващи строителни материали/3/, според който смесителят е поставен на хоринзонталната рама по метода /2/и може да изпълни стената до горе, но трябва да се издигне над нея. Недостатък на методите е, че не могат да се прилагат когато е вече изградена носещата конструкцията на тавана на стаята. Това не позволява да се изпълни горният край на стената и тя може да загуби устойчивост. Недостатък е и необходимостта на по-висок вискозитет на материала, което не позволява замонолитването на МЕВ инсталациите, на рециклирани материал от разрушени сгради и на агрегати от почва.

При изливане на бетон в кофраж може предварително да бъдат положени МЕВ инсталациите. При тримерното принтиране на сгради за сега няма известна технология позволяваща да бъдат предварително положени МЕВ инсталациите.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Целта на настоящото изобретение е създаването на ко-робот, който бързо и евтино да изгражда стени с тегло, якост и топлоизолация отговаряща на строителните кодове International Residential Code (IRC) и international building code (IBC). Също да не се променя проектирането и узаконяването на сградите. Трябва да може да се добавят рециклирани материал от разрушени сгради и агрегати от почва. Както и да се вграждат МЕВ инсталации и топлоизолации.

Задачата на изобретението се решава чрез ко-робот, който съчетава пълзящ кофраж и 3D принтирането на сгради. От повдигащ се кофраж движеща се хоринзонтално дюза излива контролирано слой-по-слой разтвор с нисък вискозитет и с ранно начало на свързване. За да има сградата необходимата якост стените се изграждат след изграждането на носещата конструкция на сградата. Така не се променя проектирането и узаконяването на сградата. Подходящ материал е циментовият разтвор с пяна с бързо начало на свързване и нисък вискозитет, не само защото има необходимите якостни и топлоизолационни качества, но може да вгради в стената МЕВ инсталациите, рециклирани материал от разрушени сгради и агрегати от почва.

Движението се осъществява от манипулатор, който е изграден по следната схема. Изливаща материала дюза/и се движи хоринзонтално по рама, която се придвижват вертикално от други две рами. Схема на работа е като на повечето 3D принтери, но е най- близка до приложение /2/, защото манипилаторъте перпендикулярен на пода. За да се работи вътре в изградената носеща конструкция на сградата манипулаторът е с нова конструкция. Хоринзонталната рама е заменена от рама-кофраж, като на вътрешния кофраж укрепващата му конструкция е и релсов път за вертикално поставена количка с дюза/и. За да е двустранен кофража, към вътрешната рамакофраж е монтиран външният кофраж, който няма укрепваща конструкция. Външния кофраж е по висок от вътрешния кофраж с размера на изливащата дюза за да опре само той в тавана. Външният кофраж е съединен с вътрешния кофраж чрез бързи връзки с нови държатели, които представляват конструкция от две вертикални колони съединени в средата с хоринзонтална греда, за да се образуват от горе и отдолу празни пространства, в които да се може да се помести предварително монтираните на пода и под тавана МЕВ инсталации. Когато изливането спре при достигане до тавана специални нови бързи връзки автоматично откопчават държателя от носещата конструкция на вътрешния кофраж и рамата- кофраж автоматично се сваля до пода за да може дюзата да бъде пренесена от работници на новото място за екструзия. Външният кофраж остава горе и по късно работници го демонтират. Новият държател остава вграден в стената.

Хоринзонталната конструкция се монтира на две нови вертикално повдигащи устройства. Те са съставени от долна и горна опорна стойка, които чрез сверични шарнири са свързни с вертикална повдигаща конструкция. Работник поставя на точното местоположение вертикалното повдигащо устройства и го изправя. Електронен инклинометър на специален екран показва вертикалното отклонение. Работникът премества повдигащата конструкция в тази посока и при постигане на вертикалност автоматично се повдига конструкцията за да запъне в тавана и пода, като се подава сигнал на компютъра управляващ ко-работа за готовност на вертикалния повдигащ механизъм. По време на работа при инцидетно нарушаване на вертикалността се подава автоматично сигнал за спиране на работа.

От тръбопровод с дюза се излива в повдигащият се кофраж циментов разтвор с пяна. От втори тръбопровод с дюза се изсипват рециклирани материал от разрушени сгради или/и агрегати от почва, които циментовия разтвор с пяна с ранно начало на свързване и с малък вискозитет вгражда в стената . Вертикалното движение на хоринзонталната рама-кофраж е съобразено с времето за набиране на първоначална якост на циментовият разтвор с пяна или на сместа му с инертни пълнители. Слоят материал под повдигащият се кофраж е с достатъчна якост за да не се стече или деформира и да може да поема собственото тегло на материала над него.

В горния си край вертикалната количка има накрайник с фуниевидна форма с плоскости от двете страни за да предпазва изтичане на материал и да заглажда стената. В този неподвижно закрепен за количката накрайник са заустени две подвижни тръби с дюзи. Една тръба подава циментовият разтвор с пяна и втора тръба, която може да липсва, за изсипване на инертните пълнители. Двете тръби се завъртат едновременно в хоринзонтална и в вертикална посока за да следват посоката на движение на количката и променянето на височината й от пода. За да бъде движението им вътре във фуниевидната форма се използва пространсвена кинематична двойка. На количката е закрепен хоринзонтален шарнир, на който е поставена вертикална стойка, в която в средата на тръбите има вертикален шарнир, на който са закачени тръбате.

Смесител от затворен тип произвежда непрекъснато циментовият разтвор с пяна с време на начало на свързването от 3 до 5 минути. Когато се завърши изливането на стената или при инцидент към управляващия компютър се подава сигнал за спиране. Първо се променят известни химически добавки за да се удължи времето на начало на свързване на циментовия раствор. След като компютърът е изчислил времето, за коете ще се напълни подаващата тръба с бавно свързващ циментов материал се спира подаването на суха циментова смес към смесителя. За кратко време се подава само вода за да се почисти смесителя и целият процес се спира. Когато работата за деня е свършила в тръбата се подава само пяна за да я почисти.

Задачата на изобретението ко-робота да вгради в стената предварително монтираните МЕВ инсталации се решава със нови специални стойки на които се монтират МЕВ инсталации , както и с конструкцията на рамата-кофраж, която пазволява монтираните МЕВ инсталации да не пречат на повдигащият се кофраж.

МЕВ инсталациите са предварително направени в заводски условия или на обекта и се монтират на нови стойки. Стойката е вертикална лента с хоринзонтална плочка, която се монтира към готов под или към готов таван. Стойките са къси за монтиране на водопроводна инсталация над пода или на електроинсталация под тавана и дълги за да се монтират излази на инсталациите в средата на стената. Стойките за МЕВ инсталациите се монтират в празното пространство където ще се излива стената. За бързо и точно намиране на координатите на възловите точки на инсталациите, зададени от дигиталните чертежи на инсталаците, се използва Тотална станция „TS с лазер или Роботизирани тотални станции RTS.

Друга задача на изобретението е да може предварително да се монтира топлоизолация на външните стени. Задачата се решава като на външният край на стената се изгражда стена от пенополистеролни блокове, каито са залепени с монтажна пяна помежду си и към монтирани през известно разтояние дълги стойки за МЕВ инсталации, между които над пода и тавана е поставена хоринзонтална лента. Рамата-кофраж е само с вътрешен кофраж,а за външен кофраж служи стената от пенополистиролни блокове. За по добра адхезия в топлоизолацията предварително са забити дюбели за изолация. Изливането на циментовия разтвор с пяна замонолитва топлоизолация. Хоринзонтална лента над пода поема първоначалният хидравличен натиск на излетия материал и не допуска изместване на стената от топлоизолационни блокове. С бавното изкачване на кофража изливаният материал се залепва към изолацията и ранната му якост не допуска голям хидравличен натиск.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

На фиг. 1 е показан с хоринзонтален и вертикален разрез за изпълнение на рамата-кофраж.

На вътрешният кофраж/1/ са поставена укрепващата конструкция /2/, която е и релси на вертикалната количка/3/ външният кофраж /4/ е монтиран с държател /5/ към вътрешния кофраж/1/. На вертикалната количка /3/ е неподвижно монтирана фуния /6/, където са заустени тръбата подаваща циментовият разтвор с пяна /7/ и тръбата подаваща инертните пълнители /8/, тръбите се завъртат едновременно в хоринзонтална и в вертикална посока за да следват посоката на движение на количката/3/ и променянето на височината й от пода, от пространсвена кинематична двойка /9/. Външният кофраж/4/ е по висок от вътрешния кофраж /1/ за да не прелива изливаният материал и малко по нисък отколкото е височината на фунията /6/, защото когато се достигне тавана външният кофраж опира в тавана, а над вътрешния кофраж и под тавана се движи количката/3/ с фунията. От двете страни на фунията /6/ има равни плоскости /10/, които оформят горния краят на стената.

На фиг.2 е показан един пример за монтаж на МЕВ инстации чрез стойки към пода Стойката на МЕВ инсталации /13/ се състои от вертикална лента/14/ и хоринзонтална плочка/15/, която се монтира към готовия под/16/. Стойките са къси за монтиране на водопроводна инсталация/18/ над пода/16/ и дълги стойки /19/ за да се монтират излази на инсталациите в средата на стената.

На фиг. 3 е показан един пример за монтаж на МЕВ инстации чрез стойки към тавана Стойката на МЕВ инсталации /13/ се състои от вертикална лента/14/ и хоринзонтална плочка/15/, която се монтира към готовия таван /17/. Стойките са къси за монтиране електроинсталация /19/ под тавана/17/ и дълги стойки /20/ за да се монтират излази на инсталациите в средата на стената.

На фиг. 4 е показан един пример за монтаж на топлоизолация

Предварително да се монтира топлоизолационна стена /21/като блокове от пенополистирол /22/, с предварително забити дюбели за топлоизация /23/, с монтажна пяна са залепени помежду си и към дълги стойки /20/ и хоринзонтална лента /24/. Рамата-кофраж има само вътрешен кофраж /1/, а за външен кофраж се използва предварително монтираната топлоизолационна стена/21/.

ПОЯСНЕНИЯ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Позиция 1. Вътрешен кофраж

Позиция 2. Укрепваща вътрешния кофраж конструкция

Позиция 3. Вертикална количка

Позиция 4. Външен кофраж

Позиция 5. Държател на вътрешния за външния кофраж

Позиция 6. Фуния

Позиция 7. Тръба подаваща циментовият разтвор с пяна

Позиция 8. Тръбата подаваща инертните пълнители

Позиция 9. Пространсвена кинематична двойка

Позиция 10. Равни плоскости към фунията

Позиция 11. Вертикална колона на държателя на вътрешния за външния кофраж

Позиция 12. Хоринзинтална греда на държателя на вътрешния за външния кофраж

Позиция 13. МЕВ инсталации

Позиция 14. Вертикална перфорирана лента на стоика за монтаж на МЕВ инстации

Позиция 15. Хоринзонтална плочка на стоика за монтаж на МЕВ инстации

Позиция 16.Готов под

Позиция 17.Готов таван

Позиция 18. Водопроводна инсталация

Позиция 19. Електро инсталация

Позиция 20. Дълга стоика за монтаж на МЕВ инстации

Позиция 21. Топлоизолационна стена

Позиция 22. Блокове от пенополистирол

Позиция 23. Дюбели за топлоизация

Позиция 24. Хоринзонтална лента

ЛИТЕРАТУРА

1. Walls for Robotic Fabrication in Concrete. Pegna (1997)

2. WO2017185146 „Method for the rapid construction of energy-efficient buildings „

3. WO2018112561 „Method and device for producing hydraulically bound building materials

ИЗГРАЖДАНЕ НА СТЕНИ НА МЯСТО С КО-РОБОТ

Claims (8)

1. Ко-робот, компютърно управлявана система от машини и съоръжения, за автоматично отпечатване на стени след изграждането на носещата конструкция на сградата, харатеризираща се с това, че се състои от:

вертикално поставен манипулатор от две самонивелиращи се вертикални конструкции, притиснати в завършения под и таван, хоризонтална рамка и движеща се количка с печатащи дюзи;

кофражни конструкции към хоризонталната рамка;

смесител от затворен тип с непрекъснато действие с генератор на пяна;

бункери с пневматичен транспорт;

компютърна мрежа с основен компютър и управляващи компютри към всяка машина и оборудване;

монтажни стойки за МЕВ и топлоизолация.

2. Манипулаторът се състои от две вертикални конструкции, хоризонтална рамка с количка с печатащи дюзи, съгласно претенция 1 се характеризира стова, че хоризонталната рамка е рамка - кофраж, съставена от вътрешен кофраж с удължаваща се конструкция, който също е релсов път за поставена вертикално количка и от външен кофраж, прикрепен към вътрешния кофраж.

3. Вътрешният кофраж с външния кофраж, съгласно претенция 2 се характеризира с това, че се свърват чрез държач, представляващ две вертикални колони, свързани в средата с хоризонтална греда, за да образуват празни пространства отгоре и отдолу, където МЕВ инсталациите са предварително инсталирани чрез стойки.

4. Рамковият кофраж при завършване на принтирането на стената съгласно претенция 2 се характеризира с това, че рамковият кофраж се демонтира от страната на релсата чрез бързи връзки, така че вътрешният кофраж може да се спусне надолу, външният кофраж да остане на място, а свързващата конструкция е вградена в стената.

5. Тръбите с дюзите за печат, съгласно претенция 1 се характеризира стова, че са прикрепени към количката чрез използване на пространствена кинематична двойка, като хоризонталният шарнир е прикрепен към количката, в предната част на хоризонталения шарнир е поставена вертикална стойка, която има вертикален шарнир, закачащ тръбите в средата им.

6. Автоматично към тавана и пода вертикалните конструкции, съгласно претенция 1 се характеризира с това, че се закрепват чрез винт със стъпков двигател и контролен компютър с електронен инклинометър; при случайно нарушаване на вертикалността компютърът за управление автоматично изключва робота на ко - робота.

7. Автоматичното изключване на работата на ко - робота, за да не се повредят роботизираните машини, съгласно претенция 6, се характеризира стова, че компютърната мрежа от всички управляващи компютри последователно спира процесите чрез магнитни клапани и стъпкови двигатели и допълнително включва помпата за добавяне на химикали добавки за забавяне на свързването на цимента.

8. . Метод за вграждане на топлоизолация в стени, отпечатани от ко - робота, се характеризира с това, че за външни кофражи се изгражда стена от пенопластови пенополистиролни блокове с вградени дюбели, а вътрешнен кофраж е рамката - кофраж без да е монтиран външния кофраж.