Стенд для испытания средств инициирования, взрывных и пиротехнических устройств в условиях действия импульсов ударного ускорения
TESTING BENCH FOR THE INITIATION UNITS, BLASTING AND PYROTECHNIC DEVICES IN THE SHOCK ACCELERATION IMPULSES ACTION CONDITIONS

Изобретение относится к области специального оборудования, предназначенного для испытаний на работоспособность средств инициирования (СИ), взрывных и пиротехнических устройств (ВУ и ПУ), а также систем взрывной автоматики (СВА), в частности, электродетонаторов (ЭД) в условиях действия ударных перегрузок.
Известен маятниковый копер для испытания образцов (патент РФ №2047154; МПК G01N 3/34, опубл. 27.10.1995 г.), содержащий станину, установленный на нем маятник с грузом, закрепленный на маятнике захват для образца, установленные на станине два упора, предназначенные для взаимодействия с установленным на образце ударопередающим элементом с противоположных его сторон, и устройство для периодического подъема и освобождения маятника, имеющее привод. Устройство включает привод вращения, кинематически связанную с ним платформу, ось вращения которой совпадает с осью качания маятника, и управляемую сцепную муфту для соединения платформы с осью маятника. Данный копер предназначен только для испытания образцов на сохранность и прочность.
Известен способ формирования импульса перегрузки при ударных испытаниях (патент РФ №2173449; МПК G01M 7/08, опубл. 10.09.2001 г.), заключающийся в том, что платформу с испытуемым объектом, который устанавливают с возможностью перемещения относительно платформы при торможении последней, разгоняют до соударения с тормозным устройством и тормозят испытуемый объект вторым тормозным устройством, которое устанавливают между испытуемым объектом и платформой с зазором δ между объектом и вторым тормозным устройством. При этом в процессе перемещения объекта относительно платформы, происходящего в пределах указанного зазора, производят дополнительный разгон объекта испытаний путем передачи ему кинетической энергии разгоняемого на ударном стенде вместе с объектом испытаний и платформой инерционного груза, осуществляемый с помощью установленного на платформе передаточного механизма с передаточным отношением i<1. Данный способ служит для испытания только крупногабаритных объектов.
Наиболее близким аналогом является устройство для испытания изделий, содержащих взрывчатые материалы (патент РФ №2510000; МПК G01N 3/02, опубл. 20.03.2014), управляемое из отделенной от зоны обработки перегородкой операционной зоны, включающее в себя наковальню, молот с расположенным на нем испытуемым изделием, захватное приспособление, посредством которого имеется возможность подъема-спуска молота через трос, связанный с электродвигателем, пульт управления которого находится в операционной зоне и два малых троса, одни концы которых закреплены на захватном приспособлении, другие соединены с тросом для ручного дистанционного управления из операционной зоны.
Недостатком известного устройства является невозможность оценки работоспособности ЭД во время действия импульса ударной нагрузки.
Задачей данного изобретения является разработка испытательной установки, позволяющей оценивать работоспособность СИ, ВУ, ПУ, а также СВА, включающих несколько таких устройств, в условиях воздействия на них импульсов ударного ускорения сложной формы и различной длительности, а также разработка схемотехнического решения задачи синхронизации процесса инициирования испытуемого объекта с моментом воздействия на места его крепления импульса ударного ускорения.
Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, заключается в синхронизации выдачи электрического импульса на задействование испытываемого устройства с амплитудно-временными характеристиками импульса ударного ускорения. На стенде могут испытываться устройства как с низковольтным, так и с высоковольтным задействованием и временем работы от долей миллисекунды до десятков миллисекунд. Причем отличительной особенностью является возможность испытания устройств и систем, в которых реализуются сразу несколько физико-химических процессов или срабатывают несколько устройств. В частности, инициирование процесса горения или детонации, передача данного процесса другому элементу устройства, выполнение механической работы исполнительным механизмом, преобразование процесса горения в детонацию или наоборот. Предлагаемая конструкция позволяет воздействовать на испытываемый объект, в любой момент времени синхронизированный с протеканием внутри него процесса, стойкость которого к внешнему воздействию оценивается.
Технический результат достигается тем, что стенд для испытания СИ, ВУ и ПУ в условиях действия импульсов ударного ускорения включает испытательную зону и операционную зону. В испытательной зоне расположен копер, управляемый из отделенной от испытательной зоны перегородкой операционной зоны. Копер содержит наковальню, молот с расположенным на нем испытуемым изделием, захватное приспособление, посредством которого имеется возможность подъема-спуска молота через трос, связанный с электродвигателем, пульт управления которого находится в операционной зоне. В испытательную зону введены подрывная установка, устройство формирования электрической команды на задействование подрывной установки и крешерное устройство, установленное на наковальне, формирующее входной импульс ударного ускорения на места крепления имеющейся оснастки, формирующей окончательный вид импульса ударного ускорения, блок контактных датчиков, соединенный с испытуемым изделием, двухканальное устройство измерения параметров импульса ударного ускорения и, по крайней мере, один многоканальный цифровой осциллограф.
Подрывная установка размещена в испытательной зоне и соединяется с испытуемым изделием и предназначена для его задействования. В испытательной зоне также размещено устройство формирования электрической команды на задействование подрывной установки, включающее в себя источник питания и схему формирования импульса, необходимого для запуска генератора. Крешерное устройство устанавливается на наковальню и формирует требуемый импульс ударного ускорения при взаимодействии с молотом копра. В процесс формирования импульса ударного ускорения включается также оснастка для крепления испытываемого устройства к молоту копра, которая преобразует входной импульс ударного ускорения в окончательную форму, воздействующую на испытываемое устройство. Блок контактных датчиков соединен с испытуемым объектом и используется для регистрации временных событий (в испытываемом объекте), работа которых регистрируется на осциллографе. Двухканальное устройство измерения параметров импульса ударного ускорения соединено с осциллографом и датчиком перегрузки.
В испытательной зоне размещается копер с испытуемым объектом, а также подрывная и измерительная аппаратуры, в операционной зоне размещаются средства задействования копра с испытываемым устройством (системой). Разделение стенда для испытания СИ, ВУ, ПУ и СВА в условиях действия импульсов ударного ускорения на две зоны (испытательную и операционную) обеспечивают безопасность персонала при проведении испытаний, так как задействование копра происходит дистанционно из операционной зоны.
Данная конструкция позволяет формировать на местах крепления испытуемого объекта импульс ударного ускорения сложной формы и различной длительности за счет устанавливаемого крешера, и специальной оснастки крепления испытуемого устройства, фиксировать время работы и факт срабатывания посредством блока контактных датчиков, индикаторов и двухканального устройства измерения параметров импульса ударного ускорения, соединенного с осциллографом. Введение устройства формирования электрической команды позволяет синхронизировать процесс инициирования испытуемого объекта и воспроизведения на местах его крепления импульса ударного ускорения в заданный момент времени.
На фиг. 1 схематично изображен стенд для испытаний СИ, ВУ, ПУ и СВА, на фиг. 2 представлена электрическая взаимосвязь составных частей стенда; где 1 - испытываемый объект, 2 - оснастка для крепления, 3 - молот, 4 - наковальня, 5 - крешерное устройство, 6 - схема формирования импульса, 7 - подрывная установка, 8 - захватное приспособление, 9 - трос, 10 - электродвигатель, 11 - пульт управления, 12 - копер, 13 - устройство формирования электрической команды, 14 - усилитель заряда, 15 - генератор импульсов, 16 - осциллограф, 17 - источник питания, 18 - блок контактных датчиков, А - испытательная зона, Б - операционная зона.
Стенд для испытания СИ, ВУ, ПУ и СВА включает испытательную зону А и операционную зону В. В испытательной зоне А расположен копер 12, управляемый из операционной зоны В. Копер 12 содержит наковальню 4, молот 3 с расположенным на нем испытуемым изделием 1, крешерное устройство 5, захватное приспособление 8. Захватное приспособление 8 служит для подъема/спуска молота 3 через трос 9, связанный с электродвигателем 10. Пульт управления 11 электродвигателем 10 находится в операционной зоне Б. Испытуемое изделие 1 соединено с блоком регистрации и управления (на чертеже не показан), содержащим устройство формирования электрической команды 13, состоящее из схемы формирования импульса 6 и источника питания 17, генератор импульсов 15, подрывную установку 7, усилитель заряда 14, блок контактных датчиков 18 и осциллограф 16. Устройство формирования электрической команды 13 предназначено для задействования подрывной установки 7. Крешерное устройство 5 предназначено для формирования входного импульса ударного ускорения на месте крепления оснастки 2 для установки испытуемого объекта 1.
Описание работы стенда для испытания СИ, ВУ, ПУ и СВА.
Испытываемый объект 1 устанавливается в оснастку 2, которая закрепляется на верхней части молота 3 копра 12. Молот 3 копра 12 поднимается на заданный угол, обеспечивающий необходимую энергию удара, с помощью троса 9. На наковальню 4 устанавливается крешерное устройство 5, формирующее требуемый импульс ударного ускорения при взаимодействии с молотом 3 копра 12. Работа стенда начинается с расфиксации захватного приспособления 8 молота 3 копра 12 и последующего падения молота 3 на крешерное устройство 5. Для осуществления запуска подрывной 7 и регистрирующей аппаратуры в требуемый момент времени (до, в момент или после ударного нагружения) используется схема формирования импульса 6, которая формирует необходимую электрическую команду для запуска генератора 15, который позволяет установить необходимую временную задержку запуска подрывной установки 7 относительно начала действия импульса ударного ускорения или напрямую на подрывную установку 7 в случае опережающего задействования испытываемого объекта 1. Подрывная установка 7 задействует испытываемое устройство 1.
При испытании стенда для испытаний СИ, ВУ, ПУ и СВА использовались следующие приборы: для измерения параметров импульса ударного ускорения - пьезоакселерометр типа АР40 (датчик перегрузки), который генерирует электрический импульс при соударении молота 3 с крешером 5. Сигнал поступает на усилитель заряда 14 типа УЗД-2 и далее на осциллограф 16 типа TDS 3034 В.
Запуск осциллографа TDS 3034 В осуществлялся от сигнала, поступающего от генератора Г5-56 или от схемы Э1917-Л7. При испытаниях производится регистрация контролируемых параметров:
- времени работы испытываемого устройства;
- параметров импульса тока, протекающего через мостик;
- факта срабатывания устройства;
- параметров импульса ударного ускорения.
Для регистрации временных событий в испытываемом макете (времени работы) использовался блок контактных датчиков типа БКД 1904/3, работа которых регистрировалась на осциллографе типа TDS 3034В.