СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗРЫВНОГО ЗАРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF FABRICATING EXPLOSIVE CHARGE AND DEVICE TO THIS END

Изобретения относятся к снаряжательной промышленности и могут быть использованы при формировании разрывных зарядов (РЗ) из мощных взрывчатых составов (ВС), чувствительных к внешнему трению, непосредственно в корпусе боеприпаса (БП).
Известен способ формирования разрывного заряда (РЗ), заключающийся в подаче вращающимся шнек-винтом ВС в корпус БП и его уплотнение до заданной плотности, величину которой регулируют настройкой противодавления (Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь. Под редакцией Жукова Б.П. - М.: Янус-К, 1999. С.585).
Данный способ широко применим для снаряжения БП тротилосодержащими ВС и не может быть использован для формирования РЗ из мощных ВС, имеющих повышенную чувствительность к внешнему трению, т.к. работа сил трения приводит к чрезмерному нагреву уплотняемого ВС, что вызывает его загорание и последующую детонацию.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу формирования РЗ в корпусе БП из высокочувствительных к трению ВС, является способ, включающий последовательную подачу в корпус БП порций сыпучего ВС и уплотнение каждой порции до заданной плотности пуансоном, совершающим возвратно-поступательные и угловые перемещения вокруг своей оси (Кунин Н.Ф., Юрченко Б.Д. Шнекование взрывчатых веществ. М.: Дом техники МОП СССР. 1957. C.110) (прототип).
Недостатком данного способа является низкая технологичность, обусловленная гравитационной подачей ВС в корпус БП, и отсутствие контроля за ходом процесса уплотнения ВС.
Известно устройство для формирования РЗ, которое содержит бункер для ВС, прессующий инструмент (ПИ)-шнек-винт, который предназначен для транспортировки ВС из бункера в корпус БП и последующего уплотнения, привод холостого перемещения ПИ, привод его вращательного движения, клапан противодавления, траверсу, гидроцилиндр, компенсационную емкость. (Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь. Под редакцией Жукова Б.П. - М.: Янус - К, 1999. С.584) [1].
Данное устройство пригодно для уплотнения обычных, бризантных ВС, но не обеспечивает безопасность формирования РЗ из мощных ВС, т.к. при вращении шнек-винта преодолеваются значительные силы трения, работа которых вызывает нагрев ВС и его детонацию.
Указанного недостатка лишена установка для прессования ВС малыми порциями, известная из источника информации (Кунин Н.Ф., Юрченко Б.Д. Шнекование взрывчатых веществ. М.: Дом техники МОП СССР, 1957. С.110) [2]. и наиболее близкая к предлагаемой (прототип). Она содержит гидроцилиндр плунжерного типа в качестве привода холостого перемещения пуансона (прессинструмента), привода его возвратно-поступательного и поворотного движения, дозатор, клапан противодавления.
При подъеме пуансона по его каналу ВС самотеком поступает в камеру БП, а при движении вниз - уплотняется пятой пуансона. Для равномерного уплотнения ВС по сечению камеры БП пуансон при каждом ходе поворачивается вокруг своей оси на определенный угол. При опускании плунжера с БП рабочая жидкость (вода) вытесняется из гидроцилиндра по трубопроводу через регулируемый вентиль (клапан противодавления), за счет чего регулируется плотность заряда.
Недостатком этой установки является ее невысокая технологичность из-за гравитационного способа подачи ВС в камеру БП и отсутствие устройств контроля, обеспечивающих безопасность процесса формирования РЗ в корпусе БП. Например, при несрабатывании клапана противодавления прекращается поступательное перемещение наполняемого корпуса вместе с плунжером вниз, что неизбежно приведет к увеличению температуры ВС под прессующей пятой ПИ и возможному взрыву. Такая же ситуация возможна и в случае прекращения подачи ВС из дозатора в процессе наполнения корпуса БП.
Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения технологичности и безопасности процесса снаряжения БП мощными ВС с высокой чувствительностью к механическим воздействиям.
Повышение технологичности процесса формирования РЗ из мощных ВС достигается путем их принудительной подачи в камеру БП вращающимся ПИ, снабженным винтовой нарезкой, а повышение безопасности обеспечивается за счет отключения вращения ПИ при определенных удельных давлениях уплотнения ВС и введения в систему управления устройств контроля за ходом технологического процесса.
2
Для получения такого технического результата в предлагаемом способе формирования РЗ, включающем последовательную подачу в корпус БП порций ВС и уплотнение каждой порции до заданной плотности пресс-инструментом, совершающим возвратно-поступательные движения, подачу ВС осуществляют принудительно при вращении ПИ, снабженного винтовой нарезкой, а при определенной величине удельного давления, например, для состава A-IX-2 не более 150 кг/см, вращение ПИ останавливают и далее процесс уплотнения ВС до заданной плотности ведут за счет поступательного движения ПИ, при этом контролируют режимы вращения ПИ и температуру прессующей поверхности последнего.
Отключение вращения ПИ на начальной стадии уплотнения ВС и окончательное формирование заряда невращающимся ПИ, совершающим только поступательное перемещение, обеспечивает снижение температуры пограничного слоя ВС и прессующей пяты ПИ за счет уменьшения сил трения, приложенных к его прессующей поверхности со стороны уплотняемого ВС.
2
Отличительными признаками заявляемого способа формирования разрывного заряда из мощных ВС, имеющих повышенную чувствительность к внешнему трению, прессинструментом, совершающим возвратно-поступательные движения, являются принудительная подача ВС в камеру БП, осуществляемая при вращении ПИ, снабженного винтовой нарезкой, затем уплотнение ВС прессинструментом, совершающим одновременно поступательное и вращательное движение до определенной величины удельного давления, например, для состава A-IX-2 не более 150 кг/см, после этого отключение вращения ПИ и уплотнение ВС до заданной плотности за счет только поступательного движения ПИ, в контроле режимов вращения ПИ и температуры прессующей поверхности последнего. Это существенно повышает технологичность процесса формирования заряда и предотвращает появление аварийных ситуаций, что обеспечивает безопасность процесса.
Для достижения названного технического результата предлагается устройство, которое, как и наиболее близкое к нему, известное из источника информации [2], содержит гидроцилиндр плунжерного типа, прессинструмент, привод его возвратно-поступательного движения и привод холостых перемещений, клапан противодавления и систему управления. В отличие от известного в предлагаемом устройстве ПИ выполнен с винтовой нарезкой и снабжен приводом вращательного движения, оснащенным предохранительной фрикционной муфтой. При этом ПИ установлен в шпинделе привода вращения с возможностью осевых перемещений и взаимодействия с элементами управления фрикционной муфты. Привод холостых перемещений выполнен в виде самотормозящей червячной передачи, связанной реечным механизмом с подвижной плитой, закрепленной на плунжере гидроцилиндра, и обгонными муфтами, смонтированными в червячных колесах. Система управления установки дополнительно оснащена устройством контроля режимов вращения ПИ и устройством контроля температуры прессующей пяты ПИ.
2
Благодаря наличию указанных отличительных признаков при формировании разрывного заряда ПИ одновременно совершает два вида движения: вращательное и возвратно-поступательное. При вращении прессинструмент своей винтовой нарезкой принудительно подает ВС в камеру БП, а при поступательном движении вниз он уплотняет ВС своей прессующей пятой. При определенной величине удельного давления, например, для состава A-IX-2 не более 150 кг/см, за счет срабатывания предохранительной фрикционной муфты останавливается вращение ПИ и дальнейшее уплотнение осуществляется только за счет его поступательного движения вниз. При изменении направления поступательного движения ПИ на противоположное (вверх) фрикционная муфта, включаясь, возвращает ему вращательное движение.
Дополнительное оснащение системы управления устройствами контроля режимов вращения ПИ и температуры его прессующей пяты обеспечивает безопасность ведения процесса формирования зарядов из мощных ВС в случае возникновения нештатных ситуаций и выхода из строя отдельных узлов установки.
При обнаружении указанных ситуаций одним из перечисленных устройств контроля процесс наполнения корпуса боеприпаса прерывается, включается привод холостых перемещений и производится экстренная эвакуация ПИ из камеры БП.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - схема устройства для осуществления предлагаемого способа;
на фиг.2 - привод вращения ПИ;
на фиг.3 - ступенчатый диск с бесконтактным датчиком.
2
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. ПИ с винтовой нарезкой вводят в корпус БП и включают приводы его вращательного и возвратно-поступательного движения. При вращении ПИ по его винтовому каналу ВС принудительно подают в камеру БП и одновременно при его поступательном движении вниз происходит уплотнение засыпанной порции ВС прессующей пятой ПИ. При достижении определенной величины удельного давления уплотнения, например, для состава A-IX-2 не более 150 кг/см, вращение ПИ останавливают и дальнейшее уплотнение ВС до заданной плотности заряда производят за счет его поступательного движения вниз. При изменении направления поступательного движения ПИ (вверх) прерванное вращение возобновляют, и новая порция сыпучего ВС поступает в камеру БП.
За каждый полный ход ПИ «вверх-вниз» происходит прессование слоя ВС толщиной «m» мм, за счет чего ПИ поступательно перемещается относительно корпуса БП вверх, т.е. в направлении увеличения высоты заряда, на те же «m» мм. Штатное течение процесса формирования заряда сопровождается равномерным поступательным перемещением ПИ вверх на величину, равную общей высоте заряда, а его вращение носит прерывистый характер. При этом температура прессующей пяты растет лишь незначительно. При наступлении нештатных ситуаций, например, прекращении подачи ВС в камеру БП, ПИ начинает «топтаться» на одном месте, его поступательное перемещение вверх относительно среза БП прекращается. Эта ситуация приводит к разогреву прессующей пяты ПИ, что в конечном итоге может вызвать тепловой взрыв. Для предотвращения подобных аварийных ситуаций контролируют температуру прессующей пяты ПИ. Такая же картина наблюдается и в случае нарушения режима вращения ПИ. Например, при поломке фрикционной муфты вращение ПИ происходит без останова в крайних нижних положениях, что сопровождается повышением температуры прессующей пяты и возникновением опасности теплового взрыва. Для предотвращения таких явлений ведут контроль режимов вращения ПИ. который должен вращаться с кратковременными остановами в нижних положениях в момент прессования.
Предлагаемое устройство для формирования разрывного заряда представляет собой механический пресс с гидравлической системой противодавления, которые размещены в бронекабине (на чертеже не показана), и содержит траверсу 1 (фиг.1), установленную на четырех колоннах (на чертеже не показана) с возможностью возвратно-поступательного перемещения от кривошипно-шатунного привода 2. На траверсе 1 закреплен гидроцилиндр 3 плунжерного типа, поршневая полость которого связана гидромагистралью с компенсационной емкостью 4, содержащей предохранительный клапан 5 и управляемый обратный клапан 6.
Плунжер 7 гидроцилиндра 3 жестко связан с подвижной плитой 8, на которой установлены привод 9 вращения винтового ПИ 10, и привод 11 его холостых перемещений, предназначенный для перемещения ПИ 10 из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее и наоборот.
Привод 9 вращения ПИ 10 содержит шкив 12 (фиг.2), установленный в подшипниках на стойке 13, связанной с подвижной плитой 8. Шкив 12 посредством предохранительной фрикционной муфты 14 соединен со шпинделем 15, в котором установлен ПИ 10, а сам шпиндель 15 установлен на подшипниках качения в стакане 16 с возможностью осевого перемещения и воздействия на элементы управления предохранительной фрикционной муфты 14.
Привод 11 (фиг.1) холостых перемещений ПИ 10 выполнен в виде самотормозящей червячной передачи 17 и зубчато-реечной передачи 18, зубчатые рейки которой жестко закреплены на подвижной плите 8. В червячных колесах 19 вмонтированы обгонные муфты 20. Электродвигатель Ml привода 11 холостых перемещений ПИ 10 и самотормозящая червячная передача 17 установлены на траверсе 1.
Бункер 21 для ВС установлен на станине пресса с возможностью стыковки его разгрузочной воронки с оживальной частью корпуса боеприпаса.
Для обеспечения безопасности процесса прессования особо чувствительных к трению ВС система управления устройства дополнительно оснащена устройством контроля режимов вращения ПИ и устройством контроля температуры прессующей пяты ПИ.
Устройство контроля режимов вращения ПИ, т.е. вращения с остановами в фазе уплотнения ВС, включает в себя диск 22 (фиг.2) и бесконтактный датчик 23. Диск 22 имеет ступенчатый профиль, на наружной ступени которого выполнены концентрические пазы, и закреплен на стакане 16 с возможностью взаимодействия с бесконтактным датчиком 23, связанным с подвижной плитой 8.
Устройство контроля температуры прессующей пяты ПИ выполнено в виде термопары 24, соединенной через токосъемное устройство 25 с системой измерения температуры (на чертеже не показана) и установленной в прессующей части полого ПИ.
Устройство формирования разрывного заряда работает следующим образом.
Пустой корпус БП через шиберный проем бронекабины (на чертеже не показан) подают на позицию прессования, где разгрузочная воронка бункера 21 (фиг.1) с ВС поджимается к очку корпуса БП, и включается привод 11 холостых перемещений. В результате ПИ опускается вместе с плитой 8 вниз и вводится в камеру БП.
Перемещение ПИ вниз осуществляется за счет вращения червячных колес 19 и освобождения при этом храповиков обгонных муфт 20, которые обеспечивают сцепление червячных колес 19 с реечными механизмами 18. При этом рабочая жидкость из поршневой полости через управляемый обратный клапан 6 поступает в поршневую полость гидроцилиндра 3, плунжер 7 которого, выдвигаясь, перемещает подвижную плиту 8 вниз.
Далее включаются привод 2, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение траверсы 1, и привод 9, включающий вращение ПИ от двигателя М2 через фрикционную муфту 14 (фиг.2) и стакан 16. За счет вращения ПИ обеспечивается принудительная подача ВС в камеру БП из бункера 21.
В процессе уплотнения ВС осевое усилие, воспринимаемое ПИ, передается через плунжер 7 на рабочую жидкость гидроцилиндра 3 (фиг.1). В гидромагистрали включается в работу предохранительный клапан 5, настроенный на определенную величину противодавления, обеспечивающий плотность формируемого разрывного заряда.
Каждый полный цикл возвратно-поступательного движения ПИ складывается из двух этапов. На первом - ПИ, поднимаясь вверх и вращаясь, подает ВС принудительно из бункера 21 в камеру БП. На втором этапе при опускании ПИ его прессующая пята передает усилие прессования на уплотняемый слой ВС, которое воспринимается гидравлической системой противодавления.
По этой причине предохранительный клапан 5, настроенный на величину давления, обеспечивающую заданную плотность разрывного заряда, открывается и поддерживает заданное усилие, а вытесняемая из гидроцилиндра 3 порция рабочей жидкости при этом перелавливается в компенсационную емкость 4. Одновременно за счет срабатывания фрикционной муфты 14, настроенной на определенное усилие, отключается привод 9 вращения ПИ, и заключительная фаза уплотнения осуществляется ПИ, совершающим только поступательное перемещение.
Таким образом осуществляется процесс послойного (порционного) прессования в каждом цикле возвратно-поступательного движения ПИ и формирование РЗ в корпусе БП.
По окончании формирования РЗ в корпусе БП останавливаются приводы 9 и 2 вращательного и возвратно-поступательного движения ПИ соответственно и включается привод 11 холостых перемещений ПИ для его возврата в верхнее (исходное) положение. При этом за счет обратного вращения червячной передачи 17 и включения обгонных муфт 20 зубчатые рейки 18 перемещают плиту 8 вверх, а рабочая жидкость из поршневой полости гидроцилиндра 3 вытесняется в компенсационную емкость 4. После отстыковки разгрузочной воронки бункера 21 от оживальной части корпуса БП рабочий цикл прессования заканчивается.
Устройства контроля режимов вращения ПИ и температуры прессующей поверхности ПИ обеспечивают безопасность процесса прессования и предназначены для предотвращения развития нештатных ситуаций в случае выхода из строя отдельных узлов, датчиков, при нехватке ВС в бункере и т.д. Эти ситуации, как правило, приводят к повышению температуры на прессующей пяте ПИ, а при непринятии необходимых мер это может вызвать тепловой взрыв.
Контроль режимов вращения ПИ осуществляется с помощью бесконтактного датчика 32, взаимодействующего с наружной ступенью диска 22, имеющего концентрические пазы. При штатной работе, когда ПИ и вместе с ним и диск 22 вращаются с остановами в момент прессования, на выходе датчика 23 формируются импульсы определенной формы. При нарушении штатной работы, когда, например, вышла из строя фрикционная муфта и ПИ вращается безостановочно, характер импульсов меняется, что фиксируется системой управления. В результате также выдается сигнал на прерывание процесса наполнения.
Контроль температуры прессующей пяты ПИ осуществляется с помощью термопары 24, соединенной через токосъемное устройство с системой измереия температуры. При превышении температуры ПИ выше предельно допустимого значения выдается сигнал на прекращение процесса прессования и экстренной эвакуации ПИ из корпуса БП. Таким образом предотвращается возможность возникновения теплового взрыва.
Использование этих изобретений позволит значительно повысить производительность работы устройства для снаряжения боеприпасов мощными высокочувствительными ВС и безопасность процесса формирования разрывного заряда.