Создание автоматизированного производства капсюлей-воспламенителей на основе пастообразных составов

УДК 662.415

Д. В. Фадеев, В. Г. Джангирян, В. Н. Агеев, Н. А. Кирющенкова, А. В. Шабров

СОЗДАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА

КАПСЮЛЕЙ-ВОСПЛАМЕНИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПАСТООБРАЗНЫХ СОСТАВОВ

Ключевые слова: капсюль-воспламенитель, пастообразный состав, безопасность процесса, снаряжение.

Предложена новая технология производства капсюлей-воспламенителей на автоматизированной линии снаряжения с применением «мокрых» конденсированных систем и пастообразных составов на их основе с последующей сушкой готового изделия. Данная технология позволила полностью исключить особо опасные операции, повысить стабильность тактико-технических характеристик КВ, снизить технологическую трудоемкость производства и повысить экологическую безопасность за счет отсутствия пылеобразования.

Keywords: the primer, paste composition, process safety, equipment.

The new technology of the primer on the auto-disaggregated as line equipment with "wet" condensed systems and pasty compositions based on them, followed by drying of the finished product. This technology will completely eliminate a particularly dangerous operation, increase stability, of the tactical and technical characteristics of HF, reduce labor intensity of production technology and improve environmental safety due to the absence of dust-raising-tion.

Повышенные пожаро- и взрывоопасность производства капсюлей-воспламенителей (КВ) принуждают к созданию безопасных технологий, позволяющих исключить наличие опасных факторов, в первую очередь, для рабочего персонала. При подробном рассмотрении всей производственной цепочки выявляются особо «слабые» места, требующие технических и технологических решений с целью обезопасить непосредственно производственный процесс.

Обеспечения безопасности можно добиться путем максимального исключения участия людей в процессе производства, начиная с приготовления инициирующих взрывчатых веществ и заканчивая снаряжением капсюлей-воспламенителей, а также исключением вредных факторов, таких как пыление и взрывоопасность продуктов.

Капсюли-воспламенители являются важнейшим элементом огневой цепи в составе различных образцов вооружения. Существующее отечественное производство КВ включает более 50 опасных технологических операций, из них более 20 операций являются особо опасными, при выполнении которых должен участвовать с риском для жизни рабочий персонал.

До настоящего времени в технологических процессах производства КВ присутствуют такие особо опасные ручные операции, как «взвешивание и формирование партий составов», «отбор проб на анализ», «вытряхивание незапресованного состава из сборок», «подноска, рассыпание, взвешивание продуктов и составов», «прессование состава», «на-сыпание состава в колпачки», «проверка групповых и индивидуальных навесок», «досылка фольговых или бумажных кружков» и «подпрессовка составов». Такие примитивные технологии не только создают опасность для персонала и сохранения инженерной инфраструктуры производства, но и не позволяют повысить эффективность производства и создают условия для срыва заданий государственного оборонного заказа. Кроме того, несовершенство технологических операций существенно влияет на

стабильность ключевых характеристик детонации КВ: амплитудно-временных и пространственно-временных характеристик выходного импульса и их инициирующей способности.

При огромной работе по механизации и автоматизации производства КВ и выводе работающих из опасных зон исключить так называемые «технологические аварии» до сих пор не удается. Статистика «технологических аварий» показывает случайный характер, не поддается систематизации и характеризуется понятием «производственный риск» - вероятность убытков или дополнительных издержек, связанных со сбоями или остановками производственных процессов, нарушением технологии выполнения операций. Этот вид риска наиболее чувствителен к изменению намеченных объемов производства и реализации продукции, плановых материальных и трудовых затрат, к изменению цен, браку, деффект-ности изделий и т. п.

Законодательные и нормативные требования по управлению риском на промышленном предприятии сводятся к следующим положениям:

• осуществление предупредительных мер, направленных на снижение рисков и повышение безопасности производства;

• проведение мероприятий по ограничению масштабов возможных последствий аварий и других неблагоприятных событий;

• создание необходимых материальных и финансовых резервов для ликвидации последствий аварий;

• страхование ответственности за причинение вреда третьим лицам и окружающей среде.

Следовательно, основной упор в государственной политике по управлению риском делается на осуществление различных предупредительных организационно-технических мероприятий, а также мер, позволяющих ограничить меры ущерба при наступлении чрезвычайных ситуаций.

На АО «МПЗ» постоянно осуществляется комплекс предупредительных организационно-технических мероприятий, основанных на статистическом анализе «технологических аварий» при про-

изводстве КВ. Эта работа позволила значительно снизить количество «технологических аварий». Если в 2012 году среднее значение риска за год составляло 1,575 -10" , то в 2013 году значение риска

составило 0,928 по формуле:

Я =

10" . Величина риска оценивалась

п • К

N

где п - количество «технологических аварий» за год, к - число гнезд в групповой сборке (в данном случае 690), N - количество произведенной продукции за год.

Коэффициент к учитывает безвозвратные потери в сборке при «технологической аварии».

Анализ рисков по месяцам не выявил закономерностей и представляет случайный характер (рис. 1, 2). Поэтому проблему снижения риска одними организационными мероприятиями не решить, так как технология производства КВ основана на методе прессования сухого состава, где режим воздействия на состав близок к режиму работы самого изделия. Тем более, что при заметном снижении степени риска за два года его значение на порядок выше приемлемого в 10-4 [3, 4].

ь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь

¡—♦—риск х0,001 —»—среднее по году |

Рис. 1 - Статистика рисков при производстве

КВ в 2012 г.:_- риск х 0,001;

среднее по году

ей «

О

а о

X

щ

С

щ

í-

и

сентябрь октябрь ноябрь декабрь

[—♦—риск х0,001

среднее по году |

Рис. 2 - Статистика рисков при производстве

КВ в 2013 г.: _- риск х 0,001;_

- среднее по году

На основе анализа рисков при производстве КВ была предложена новая технология, основанная на принципе прессования «мокрого» состава с последующей сушкой готового изделия. Исходя из этого, начиная с 2013 года, на АО «МПЗ» начались интен-

сивные работы по разработке принципиально новой технологии производства КВ на автоматизированной линии снаряжения с применением на всех стадиях производства «мокрых» энергонасыщенных материалов (ЭНМ) и пастообразных (влажных) составов на их основе.

Для разработки новых технологий изготовления ЭНМ и составов на их основе необходимо введение жидкой составляющей. В качестве такой составляющей можно использовать легко воспламеняющиеся жидкости или дистиллированную воду. Но с учетом требований безопасности при изготовлении и хранении составов и снаряжения КВ на их основе в качестве жидкой составляющей выбрана дистиллированная вода, т.к. ЛВЖ являются легко летучими веществами и «живучесть состава» (нахождение во влажном состоянии) резко снижается.

Использование ЭНМ с дисперсностью кристаллов 90 - 160 мкм в новых разрабатываемых технологиях не представляется возможным (даже во влажном состоянии), так как именно кристаллы оказывают огромное влияние на чувствительность как самих ЭНМ, так и составов на их основе.

Как уже было сказано выше, для снижения чувствительности ЭНМ и составов на их основе, ЭНМ следует применять во «влажном» состоянии с ультрадисперсным размером частиц

Для изготовления таких систем были изменены и в производственных условиях отработаны режимы синтеза, фильтрации и промывки веществ. Все смывные воды, образующиеся в результате изготовления ЭНМ и составов, проходили очистку на разработанной установке очистки маточных вод. При разработке установки для очистки основное внимание было уделено химическому методу очистки сточных вод с применением ионообменных смол. Для решения данного вопроса были сконструированы и изготовлены два аппарата для очистки маточных вод. В качестве сорбентов авторы предлагали использовать ионнообменные смолы и активированный уголь.

Проведенные при разработке новых ЭНМ и составов на их основе испытания и инженерные расчеты свидетельствуют о том, что составы с содержанием влаги не менее 10% не чувствительны к воздействию энергии начальных механических импульсов (удар, трение), которые могут возникнуть при ведении технологических процессов снаряжения КВ (рис. 3, 4).

Рис. 3 - График зависимости нижнего предела чувствительности составов от влажности

Рис. 4 — График зависимости нижнего предела чувствительности составов к удару от влажности

Из рисунков 3, 4 видно, что на разницу чувствительности к трению сильное влияние оказывает влажность системы. На чувствительность пастообразных ударно-воспламенительных составов (УВС) к трению в большей степени оказывает наличие кристаллических ЭНМ. При снижении влажности ниже 10 % класс и степень опасности состава по чувствительности к удару повышаются со средних на высокие.

Для обеспечения безопасности производства, автоматизации технологических операций и повышения качественных характеристик КВ созданы:

1) Технология производства ЭНМ в виде коллоидной дисперсной системы с ультрадисперсным размером частиц (менее 1 мкм);

2) Технология производства пастообразных пиротехнических составов на основе ЭНМ с размерами частиц менее 1 мкм;

3) Технология автоматизированного производства КВ.

Переход переработки состава от сухого к пастообразному виду требовало новых технологических требований к составу и подходов в дозировании.

Известно, что определяющей характеристикой пасты является наличие в ней структурно-пространственного каркаса, образованного сцеплением между собой частиц дисперсной фазы. Чем меньше частицы дисперсной фазы, тем прочнее структурно-пространственный каркас. В связи с этим впервые были проведены исследования по синтезированию ЭНМ в виде коллоидной дисперсной системы с ультрадисперсным размером частиц (так называемого «коллоидного» ЭНМ). «Коллоидный» ЭНМ является неустойчивым промежуточным продуктом синтеза кристаллического ЭНМ. Для стабилизации был разработан способ получения «коллоидного» ЭНМ, сохраняющего свои свойства и в процессе осаждения, и при последующем хранении и использовании.

Проведенные исследования показали, что «коллоидный» ЭНМ с содержанием влаги не менее 12% не чувствителен к воздействию энергии начальных механических импульсов (удар, трение), которые могут возникнуть при ведении технологических процессов изготовления ЭНМ.

На основании проведенных исследований были разработаны и внедрены технические условия на «коллоидный» ЭНМ и технология производства ЭНМ в виде коллоидной дисперсной системы с раз-

мерами частиц от 2 до 400 нм. В результате внедрения из технологии производства ЭНМ были исключены все особо опасные операции.

Кроме того, «коллоидный» ЭНМ может применяться не только в качестве компонента для пастообразных составов, но и как самостоятельное вещество при производстве средств инициирования.

На основании проведенных исследований было установлено, что использование «коллоидного» ЭНМ при производстве пастообразных пиротехнических составов обеспечивает безопасность не только при получении составов, но и при хранении, транспортировке и снаряжении изделий. Также в ходе работы были выявлены закономерности изменения свойств и разработаны рецептуры пастообразных составов. Проведенные исследования показали, что чувствительность пастообразных составов с содержанием влаги не менее 10% к удару и трению ниже, чем у многих бризантных взрывчатых веществ, что обеспечивает их безопасную переработку.

Исследования позволили разработать технологию производства пастообразных составов, которая была реализована на вновь разработанном и изготовленном оборудовании, включающем в себя смеситель для составов и планетарный смеситель. Особенностью данного оборудования является применение конструкционных материалов с повышенными антиадгезионными свойствами, что позволило решить проблему налипания состава на конструктивные элементы оборудования.

Для изготовления КВ с применением пастообразных составов на АО «МПЗ» была разработана автоматизированная линия снаряжения изделий (рис. 5).

1 - станок наборки корпусов, 2 - рабочее место дозирования состава, 3 - механизм переталкивания состава, 4 -механизм вырубки бумажного кружка, 5 - механизм съема решетки, 6 - механизм прессования состава, 7 -транспортер главный шаговый, 8 - механизм лакировки, 9 - механизм контроля и отбраковки изделий, 10 - механизм выдачи изделий на сушку туннельную, 11 - сушка туннельная, 12 - рабочее место упаковки

Рис. 5 — Автоматизированная линия снаряжения КВ на основе пастообразных составов

Применение пастообразных составов позволило ликвидировать такие особо опасные операции, как дозирование сухого состава, полировка изделий,

контроль навески сухого состава, вытолочка изделий из сборки, осмотр изделий на наличие состава, предварительное и окончательное прессование состава.

По сравнению с существующими технологиями усилия прессования многократно снизились (с 180 МПа до 0,5 МПа на одно изделие), не оказывая воздействие на корпус изделия, исключая при этом, механических деформаций корпусов изделий.

Для создания эффективной автоматизированной системы управления (АСУ) линией снаряжения был использован блочно-модульный принцип, который основывается на том, что система создается из отдельных стандартных самостоятельных частей блоков и модулей. Это существенно упростило и ускорило процесс создания системы. В качестве основного управляющего элемента системы был применён логический программируемый контроллер (ЛПК), в функции которого входило сбор информации, архивирование, регистрация, диагностика, анализ и управление всем технологическим процессом. Каждый технологический переход осуществлялся только после детального анализа 100 %-ого выполнения всех предыдущих переходов, тем самым, исключая аварийные ситуации и отклонения от режимов технологического процесса.

Результаты сравнительных испытаний опытных партий капсюлей-воспламенителей со штатным и пастообразным составами на соответствие техническим условиям показали, что стабильность работы изделий снаряженных пастообразным составом превосходит аналоги изделий со штатными составами.

С целью установления гарантийного срока хранения (ГСХ) разработанного УВС были проведены ускоренные климатические испытания опытной партии изделий, изготовленных с пастообразным составом, которые показали, что гарантийный срок хранения изделий составляет 25 лет.

Заключение

Создание технологии снаряжения КВ позволило объединить участки снаряжения, осмотра и упаков-

ки изделий в единый производственный комплекс. В результате исключен большой объем межоперационного транспортирования КВ.

Впервые в отечественной практике на основании проведенных комплексных исследований были созданы технологии производства ЭНМ в виде коллоидной дисперсной системы с размерами частиц от 2 до 400 нм, пастообразных пиротехнических составов и автоматизированного снаряжения КВ на их основе, что позволило:

1) Полностью исключить особо опасные операции за счет использования взрывчатых веществ во влажном состоянии как на стадии их изготовления, так и при смешении составов и снаряжении КВ;

2) Повысить стабильность тактико-технических характеристик КВ;

3) Повысить экологическую безопасность производства КВ за счет отсутствия пылеобразования.

4) Повысить конкурентоспособность изделий, как на внутреннем, так и на внешнем рынке.

Литература

1 Идиятуллин Р. Ш. Практикум по технологии пиротехнического производства / Р. Ш. Идиятуллин, Н. В. Волошин, Н. С. Толмачев и др. - Казань: Казанский Государственный Технологический Университет, 1990. - 76 с.

2. Мадякин Ф. П. Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Т. 1. Основные понятия о пиротехнических составах и компонентах. Низкомолекулярные вещества / Ф. П. Мадякин. - Казань: Казанский Государственный Технологический Университет, 2006. - 500 с.

3. Вишневский А.А, Дробышевский Ю.М. Макаров Ю.Т. В сб.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Технология сыпучих материалов. Химтехника, - 86 Ч.3 Белгород, 1986

4. Морозов П.М., Чевиков С.А. Обеспечение устойчивости комплекса промышленной безопасности и взрывоопасных производств к постоянным переменным. Журнал Боеприпасы и высокоэнергетические конденсированные системы. Выпуск 2. 2009. С.121-129.

© Д. В. Фадеев - канд. техн. наук, заместитель главного инженера по технологии и инновациям - главный технолог АО «Муромский приборостроительный завод», kristall@niikristaU.ru; В. Г. Джангирян - доктор техн. наук, профессор, генеральный директор АО «Муромский приборостроительный завод»; В. Н. Агеев - заместитель начальника ЦЗЛ - руководитель группы экспериментальных исследований АО «Муромский приборостроительный завод»; Н. А. Кирющенкова - младший научный сотрудник АО «Муромский приборостроительный завод»; А. В. Шабров - начальник конструкторско-технологического отдела АО «Муромский приборостроительный завод».

© D. V. Fadeev - Candidate of technical sciences, deputy chief engineer for technology and innovation - chief technologist of JSC "Murom apparatus producing plant", kristaU@niikristall.ru; V. G. Dzhangiryan - Doctor of technical sciences, professor, general director of JSC "Murom apparatus producing plant"; V. N. Ageev - Deputy Chief of Central Factory Laboratory - Leader of experimental research group of JSC "Murom apparatus producing plant"; N. A. Kiryuschenkova — Junior researcher of JSC "Murom apparatus producing plant"; A. V. Shabrov - Chief of engineering department of JSC "Murom apparatus producing plant".