УСТАНОВКА ГИДРОКАВИТАЦИОННОГО РАССНАРЯЖЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ
INSTALLATION FOR HYDRO-CAVITATION MUNITION DISASSEMBLING

Изобретение относится к области утилизации военной техники и боеприпасов, а именно к расснаряжению и утилизации артиллерийских снарядов со взрывчатым наполнением.
Известны устройства для извлечения энергетических материалов из корпусов снарядов путем механического измельчения, например с помощью режущего инструмента и размягчающей ВВ жидкости. Однако это не гарантирует сохранения исходного ВВ и может быть взрывоопасно. Предложены устройства для выплавления ВВ с помощью рабочей среды с температурой 80-130°С. Наряду с воздействием только нагретой среды, применяют механическое воздействие на поверхность ВВ струи нагретой воды высокого давления из вращающегося сопла [1-3]. Расснаряжение выполняют также путем выжигания ВВ, что, кроме потери ценного продукта, требует значительных затрат на обезвреживание газообразных выбросов.
Для рециклирования гексаля (65% гексогена, 30% алюминиевого порошка и 4% полиуретанового связующего), используемого в снарядах зенитной артиллерии Швейцарии, решена задача безопасного, экологически чистого и экономически выгодного удаления гексаля из корпусов. Была создана промышленная установка, с помощью которой гексаль может быть извлечен в течение одной минуты из четырех 35-мм снарядов посредством сначала механического высверливания канала в заряде ВВ по диаметру горловины с водяным охлаждением, а затем применения струи воды высокого давления для вымывания остатков ВВ со стенок корпуса в поднутрении [4].
Имеются определенные ограничения в использовании установок с двухстадийной очисткой корпусов: механическое высверливание ВВ возможно, однако процесс имеет высокий риск случайного взрыва. Число оборотов в минуту, скорость подачи и система охлаждения, а также средства контроля должны быть рассчитаны и аттестованы очень тщательно. Специфические параметры зависят от твердости гексаля, диаметра сверла и типа используемого сверла. Расчет сверла играет решающую роль. Сдвиговые напряжения и максимальные силы должны быть минимизированы.
Кроме того, следует иметь в виду, что в снарядах после длительного хранения в неконтролируемых условиях возможны различные превращения в снаряжении, повышающие его чувствительность случайным образом.
Наиболее близкой по технической сущности и принятой за прототип является установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов, например артиллерийских снарядов, с замкнутым контуром циркуляции рабочей воды, включающим последовательно соединенные насос подачи воды высокого давления, вымывной инструмент с рабочей штангой и сопловым блоком, смонтированный совместно и в подвижной с вращательной и поступательной степенями свободы взаимосвязи на стапеле с расснаряжаемым снарядом, отстойник на выходе приемника массоотвода, сепаратор твердой фазы, фильтры, термостатирующие устройства и водяной бак, подвижная с вращательной и поступательной степенями свободы взаимосвязь вымывного инструмента с расснаряжаемым снарядом выполнена на горизонтальном стапеле с фиксированным посадочным местом для кассеты с одним или большим числом снарядов, включенной в шаговую конвейерную линию с взрывозащищенными рабочими местами загрузки снарядов в кассеты и разгрузки вымытых корпусов снарядов. Кассета содержит средства посадки на стапель, осецентрирования и вращения снарядов после фиксации на посадочном месте стапеля, вымывные инструменты на стапеле по числу снарядов в кассете имеют коллинеарные и эксцентричные по отношению к осям снарядов рабочие штанги, сопловые блоки на которых обращены к горловинам снарядов через подпружиненные свободно вращающиеся приемные воронки массоотвода измельченного ВВ с выходами их тубусов через узлы уплотнения в приемники массоотвода, приемники массоотвода фиксированы на стапеле и снабжены средствами создания и поддержания давления ниже атмосферного во внутренней полости с затворами на выходе, приемные воронки снабжены приводами осецентрированного со снарядами возвратно-поступательного движения, создающими в конечном переднем положении усилия поджатия уплотнительных поверхностей воронок к оживальным частям снарядов за счет сжатия пружин воронок [5].
Недостатком известной установки является сложность совмещения вымывного агрегата со снарядами с помощью воронок массоотвода при обеспечении вращения снарядов, что ограничивает производительность и надежность. Воронки массоотвода подвергаются быстрому износу, что удорожает эксплуатацию.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является упрощение взаимодействия между снарядом в кассете и вымывным агрегатом при операциях совмещения, вымывания и отводе кассет со снарядами при обеспечении всех условий высокопроизводительного вымывания взрывчатого наполнения, включающих поддержание заданного расстояния между сопловым блоком и поверхностью разрушаемого материала и круговое траверсирование кавитирующей струи по поверхности разрушаемого материала.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в установке гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов, например артиллерийских снарядов со взрывчатым наполнением, с замкнутым контуром циркуляции рабочей воды, включающим последовательно соединенные насос подачи воды высокого давления, как минимум один вымывной инструмент с рабочей штангой и сопловым блоком, смонтированные совместно и в подвижной взаимосвязи на вымывном агрегате с расснаряжаемым снарядом, отстойник на выходе из приемника массоотвода, сепаратор твердой фазы, фильтры, термостатирующие устройства и водяной бак, подвижная взаимосвязь вымывного инструмента с расснаряжаемым снарядом выполнена на вымывном агрегате с фиксированным посадочным местом для кассеты с одним или большим числом снарядов, включенным в шаговую конвейерную линию с рабочими местами загрузки снарядов в кассеты и разгрузки вымытых корпусов снарядов, кассета содержит средства посадки на вымывной агрегат и осецентрирования снарядов после фиксации на посадочном месте, подвижная с тремя поступательными степенями свободы взаимосвязь вымывного инструмента с каждым расснаряжаемым снарядом выполнена в заполненном водой вертикальном вымывном агрегате с фиксированной вертикальной рабочей штангой и сопловым блоком, направленным вверх, и подвижным по вертикали и двухмерным в горизонтальной плоскости перемещением каждого снаряда в кассете открытой горловиной вниз со свободным заходом соплового блока в горловину и полость снаряда по мере удаления наполнения, хвостовая часть каждого снаряда закреплена в кассете, фиксированное посадочное место кассеты расположено в каретке вымывного агрегата, соединенной с механизмами вертикальной подачи и двухмерных циклических перемещений кассеты в горизонтальной плоскости, дающих циклические замкнутые траектории движения кавитирующих струй из соплового блока по поверхности удаляемого наполнения расснаряжаемого снаряда, вымывной агрегат снабжен регулятором уровня воды и наклонным дном с выходом в нижней части к приемнику массоотвода. Механизм двухмерных перемещений кассеты в горизонтальной плоскости выполнен по кинематической схеме шарнирного параллелограмма.
Сравнительный анализ существенных признаков прототипа и предлагаемого устройства показывает, что отличительными признаками предложения являются те, в соответствии с которыми
- подвижная взаимосвязь вымывного инструмента с расснаряжаемым снарядом выполнена с тремя поступательными степенями свободы в заполненном водой вертикальном вымывном агрегате;
- рабочие штанги неподвижны и направлены соплами вертикально вверх;
- вымываемые снаряды неподвижно закреплены в кассете горловинами вниз;
- посадочное место кассеты расположено в каретке вымывного агрегата;
- каретка вымывного агрегата соединена с механизмами вертикальной подачи и двухмерных циклических перемещений кассеты в горизонтальной плоскости
Сущность настоящего изобретения будет более понятна из рассмотрения чертежей, где
фиг.1 показывает общую схему установки и место в ней вымывного агрегата;
фиг.2 представляет вид сбоку схемы вымывного агрегата и механизма вертикальной подачи кассеты;
фиг.3 поясняет принцип получения траекторий вертикальных кавитирующих струй на поверхности вымываемого наполнения при циклическом двухмерном перемещении снаряда в горизонтальной плоскости;
фиг.4 представляет вид сверху схемы механизма двухмерных циклических перемещений кассеты со снарядами относительно фиксированных рабочих штанг в ванне вымывного агрегата;
фиг.5 изображает пример выполнения пары скольжения механизма двухмерных циклических перемещений кассеты с показанным одним снарядом относительно фиксированной рабочей штанги и следующего описания примера выполнения изобретения.
На фиг.1 представлен общий вид установки расснаряжения боеприпасов с получением крошки взрывчатых веществ. Установка размещается в бронекабине 1 со стенами, рассчитанными на избыточное давление одновременного взрыва всех снарядов в кассете, и технологическом помещении 2. В одной из поперечных перегородок бокса выполнены два проема для прохода несущей конвейерной ленты 3 с закрепленными на ней кассетами 4 со снарядами 5. По периферии транспортерной ленты расположены рабочие места загрузки и выгрузки снарядов 6. В кабине 1 расположен вымывной агрегат 7. Вымывной агрегат содержит вымывные инструменты 8 по числу снарядов в кассете 4, соединенные с коллектором 9 подвода воды высокого давления. Вымывные инструменты 8, закрепленные в один ряд соплами вверх, помещены в ванну 10, заполненную водой. Сопла расположены на одной высоте. Уровень воды в ванне выше высоты расположения сопел. Верхняя часть ванны открыта для приема кассеты 4 со снарядами 5 и установки ее на посадочное место в каретке 11 вымывного агрегата. Ванна имеет наклонное дно, соединенное в нижней части через заслонку (не показана) с приемником массоотвода 12 и далее трубопроводом с отстойниками 13, расположенными вне кабины 1. По сторонам ванны 10 расположены механизм вертикальной подачи 14 и механизм циклических двухмерных перемещений снаряда 15 Отстойники 13 трубопроводами соединены с сепараторами 16 твердой фазы, например вакуум-фильтрами. В контур рабочей воды, кроме вымывных инструментов 8, отстойников 13, сепараторов 16, последовательно включены также блок фильтров тонкой очистки 17, термостат 18, водяной бак 19 и насос высокого давления 20. Линия отвода твердой фазы из сепараторов 16 предпочтительно содержит вакуум-фильтр периодического действия с опрокидывающейся чашей и провялочным транспортером 21 перед подачей твердой фазы в транспортный контейнер полученного продукта (не показан).
На фиг.2 представлена схема вымывного агрегата 7 вид сбоку и механизма вертикальной подачи 14 кассеты 4 с закрепленным снарядом 5 горловиной вниз над сопловым блоком рабочей штанги 8. Диаметр соплового блока рабочей штанги 8 меньше диаметра проходного сечения горловины снаряда 5 для свободного захода рабочей штанги в полость снаряда в процессе вымывания. Механизм вертикальной подачи 14 включает с одной стороны ванны вертикальные силовые гидроцилиндры 22, а с другой стороны ванны поворотные силовые гидроцилиндры 23. Штоки вертикальных силовых гидроцилиндров 22 соединены с несущей платформой 24 для каретки 11. Штоки поворотных силовых цилиндров 23 соединены с ограничительной платформой 25 каретки. В рабочем положении несущая и ограничительная платформы каретки жестко скреплены друг с другом с помощью дистанционно управляемых замков (не показаны) по углам несущей платформы 24, обозначенных А, Б, В, Г. Кассета 4 фиксирована в каретке 11 с помощью дистанционно управляемых замков (не показаны). Каретка 11 выполнена в виде короба с продольной прорезью на дне для выхода передних частей снарядов 5 в ванну 10. Боковые стенки каретки заканчиваются сверху фланцем 26 с удлиненными платами 27 привода циклического двухмерного перемещения на концах. Высота боковых стенок короба каретки определяет глубину захода соплового блока рабочей штанги 8 в горловину и полость снаряда 5. Нижняя поверхность фланца 26 опирается на несущую платформу 24 в зоне шириной не менее 2а по периметру выреза в несущей платформе, где а - радиус кривошипа механизма циклических двухмерных перемещений 15.
Фиг.3 поясняет принцип получения круговых траекторий вертикальных кавитирующих струй на поверхности вымываемого наполнения при циклическом двухмерном перемещении снаряда в горизонтальной плоскости.
1
2
1
2
1
2
Каретка 11 с кассетой 4 на один снаряд 5 снабжена кривошипно-шатунными парами, объединенными в шарнирный параллелограмм механизма циклических двухмерных перемещений 15. Особенность шарнирного параллелограмма, состоящего из двух кривошипов и одного шатуна, роль которого выполняет каретка, заключается в том, что при a=а=а и b=b, где а - радиус кривошипа, b - расстояние между осями вращения кривошипов, b - длина шатуна, точка в любом месте плоскости каретки будет совершать движения по окружности с радиусом, равным радиусу кривошипа. Каретка 11 с кассетой 4 в исходном положении без подключения кривошипа, когда а=0, представлены плоскостью с одним снарядом, показанным как окружность дна, и двумя кривошипами, оси вращения которых расположены на одной прямой с центром дна снаряда. Центр снаряда совпадает с осью сопла. При подключении кривошипа центр снаряда сразу же смещается в одно из положений, определяемых угловым положением кривошипа, например I. Это положение соответствует смещению каретки и кассеты в крайнее левое положение. Центр снаряда сместится от исходного положения влево на величину радиуса вращения кривошипа в положение I', а эпицентр сопла на плоскости кассеты сместится вправо на величину радиуса вращения, так что общее расстояние от центра снаряда до положения эпицентра сопла будет равно 2а. Поворот кривошипа на 90° в положение II вызовет смещение центра снаряда в положение II' и переход центра сопла вниз с сохранением общего расстояния от центра снаряда до центра сопла, равного 2а. Таким образом, перемещение центра снаряда в плоскости каретки будет происходить по окружности с радиусом, равным "а", центр которой совпадает с центром струи, а траверсирование по дну снаряда центра струи будет происходить по окружности с радиусом 2а. Например, для снаряда калибром 30 мм и диаметром проходного сечения горловины 15 мм максимально допустимый радиус траверсирования будет 7 мм, и отсюда радиус вращения кривошипа будет составлять 3-3,5 мм.
Прямоугольная каретка размерами c×d с амплитудами хода "а" будет перемещаться в описанной площади (c+2a)×(d+2a).Этим определяется допустимый размер выреза в несущей платформе 24. Ширина фланца 26 каретки 11, равная 2а или более, исключает выпадение каретки.
Ограничительная платформа 25 снабжена средствами захвата и установки кассеты в каретку 11 (не показаны), а также средствами экстракции кассеты из каретки и перегрузки ее на секцию конвейерной ленты (не показаны).
На фиг.4 и фиг.5 показана схема механизма двухмерных циклических перемещений в горизонтальной плоскости 15 каретки 11 с кассетой 4, который содержит два кривошипа 28 по боковым сторонам ванны 10 вымывного агрегата, каждый из которых помещен в пространстве между удлиненными платами 27 привода и ограничительной платформой 25. С помощью раздвижных валов 29 кривошипы 28 соединены с единым синхронизирующим трансмиссионным валом (не показан), приводимым во вращение двигателем с редуктором и регулятором числа оборотов (не показан). Несущая платформа 24 соединена со штоками силовых гидроцилиндров 22 с помощью кронштейнов 30.
При работе установки гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов с получением крошки взрывчатых веществ снаряды 5 закрепляют в кассете 4 за хвостовую часть на рабочем месте загрузки 6, куда подвозят укупорки со снарядами, прошедшими предварительную подготовку. Загруженную кассету по транспортерной ленте перемещают к вымывному агрегату 7 и с помощью приспособлений захвата и установки ограничительной платформы, отведения в сторону поворотных гидроцилиндров и дополнительного подъема ограничительной платформы 25 устанавливают на посадочное место каретки 11 горловинами снарядов вниз. Кассету фиксируют с помощью дистанционно управляемых замков (не показаны). Штоки гидроцилиндров 22 и 23 находятся в верхнем положении. При этом заглубление горловин снарядов в воду ванны составляет не менее 50 мм. Сопловой блок рабочей штанги 8 в исходном состоянии находится на расстоянии (20-30)d, где d - диаметр сопла, от входного сечения горловины снаряда. После скрепления замками несущей платформы 24 и ограничительной платформы 25 включают в работу механизм циклических двухмерных перемещений в горизонтальной плоскости, при этом фланец каретки 11 с кассетой скользит по несущей платформе 24 за пределами выреза для прохода каретки со снарядами горловинами вниз, совершая циклические двухмерные перемещения. Включают подачу воды высокого давления от насоса 20 через коллектор 9 в рабочие штанги с сопловыми блоками 8. Кавитирующие струи из сопловых блоков через горловины снарядов натекают на поверхность взрывчатого наполнения и осуществляют ее разрушение. Ограничительная платформа 25 препятствует подъему каретки 11 с кассетой 4 под воздействием динамического напора струй жидкости, истекающих из сопловых блоков 8. Отделенные фрагменты взрывчатого материала под действием силы тяжести и потока отработанной воды выходят из полостей снарядов и опускаются на дно ванны 10. Траверсирование струи по поверхности взрывчатого наполнения за счет циклических двухмерных перемещений кассеты и каждого снаряда интенсифицирует разрушение монолита взрывчатого наполнения и повышает полноту удаления. С помощью синхронно работающих гидравлических силовых цилиндров 22 и 23 механизма вертикальной подачи 14 осуществляют перемещение кассеты 4 со снарядами 5 вниз с заходом сопловых блоков и рабочих штанг 8 в полости снарядов для поддержания оптимального расстояния между неподвижными сопловыми блоками и поверхностями взрывчатого наполнения в снарядах. Для разрушения взрывчатого наполнения рабочие скорости траверсирования струи составляют 5-20 мм/с в зависимости от типа взрывчатого наполнения. Отсюда скорости вращения кривошипов 28 будут в диапазоне 1-15 об/мин в зависимости от заданного радиуса траверсирования струи или радиуса кривошипа. При таких малых скоростях вращения динамические нагрузки от массивной кассеты со снарядами не вызовут быстрого износа кривошипного механизма.
Накапливающийся в нижней части наклонного дна ванны 10 взрывчатый материал в виде взвешенной в воде крошки через заслонку и приемник массоотвода направляют в отстойники 13, где отделяют от воды, и в виде сгущенного шлама подают в сепараторы 16, например в вакуум-фильтры, и далее окончательно досушивают в вакуум-фильтрах периодического действия с опрокидывающейся чашей и на провялочном транспортере 21. Рабочую воду из отстойников 13 и сепараторов 16 через блок фильтров тонкой очистки 17 и термостат 13 направляют в водяной бак 19 для питания насоса высокого давления 20.
Заслонка массоотвода рассчитана на пропуск только части общего расхода воды, поступающей через сопловые блоки рабочих штанг в ванну, преимущественно с взвешенной в воде крошкой взрывчатого материала. Оставшуюся часть воды удаляют с помощью регулятора уровня жидкости в ванне типа переливной трубы. Эта вода уже частично осветлена и может поступать в отстойник тонкой очистки 13б, позволяя таким образом сократить объем отстойника грубой очистки 13а.
Кинематическая пара скольжения "несущая платформа 24 - фланец 26 каретки" может быть заменена гидродинамической подвеской фланца 26, групповыми шариковыми опорами и другими известными приспособлениями, снижающими силы трения.
Использование схемы вымывания взрывчатого наполнения из снарядов с направленной вниз открытой горловиной с помощью направленных вверх кавитирующих струй вместо применяемых схем с горизонтальной или наклонной ориентацией струй позволяет:
- улучшить условия удаления из полости снаряда продуктов разрушения взрывчатого наполнения в виде крошек и фрагментов;
- исключить изнашиваемые механизмы уплотнения горловин снарядов в трактах отвода продуктов разрушения в отстойники и за счет этого повысить надежность функционирования и удешевить эксплуатацию;
- упростить одновременное вымывание групп снарядов с увеличением за счет этого производительности установки;
- уменьшить объемы аппаратов очистки воды от взвешенного взрывчатого материала за счет предварительной сепарации в объеме ванны;
- исключить применение гибких шлангов высокого давления с ограниченным ресурсом эксплуатации вследствие применения фиксированных рабочих штанг.
Другие варианты выполнения установки включают применение электрических силовых приводов вместо силовых гидроцилиндров, разделение ванны на секции для снижения гидроакустической интерференции соседних кавитирующих струй, введение устройств удаления пены с поверхности воды в ванне.
Источники информации
1. RU 2064659, 1996 (Щеблыкин И.Н. и др.).
2. RU 2100771, 1997 (Куприненок В.М. и др.).
3. DE 4010757, 1991 (Rheinmetall GmbH).
4. Brogle R. et al. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2000, V.25, №2, 153-157.
5. RU 2310156, 2007 (Мелешко В.Ю. и др.).