СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОРОВ
TEST BENCH FOR STUDY OF PERFORMANCE OF HIGH-SPEED ELECTRIC DETONATORS

Изобретение относится к области специального испытательного оборудования, предназначенного для испытаний на работоспособность средств инициирования (СИ) и взрывных устройств (ВУ) при задействовании их импульсами тока различной формы и амплитуды в момент действия ударных нагрузок.
Известен маятниковый копер для испытания образцов (патент РФ №2047154; МПК G01N 3/34, опубл. 27.10.1995), 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.
Недостатком известного аналога является то, что на нем нельзя испытывать СИ и ВУ на работоспособность.
Известен способ формирования импульса перегрузки при ударных испытаниях (патент РФ №2173449; МПК G01M 7/08, опубл. 10.09.2001), 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.
Известно устройство для испытания изделий, содержащих взрывчатые материалы, находящихся в зоне обработки (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.
Недостатками известного устройства являются невозможность получения перегрузки более 3000 ед., отсутствие защитной кабины и системы блокировки цепей электропитания.
Задачей данного изобретения является разработка устройства для испытаний на работоспособность средств инициирования (СИ) и взрывных устройств (ВУ), в частности электродетонаторов (ЭД), при задействовании их импульсами тока различной формы и амплитуды в момент действия ударных нагрузок.
Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, заключается в возможности испытания быстродействующих СИ и ВУ при задействовании их импульсами тока различной амплитуды и длительности в момент действия ударных нагрузок, простоте конструкции, обеспечении безопасности персонала при проведении опасных для жизни и здоровья работ. В основном технический результат достигается тем, что при разработке конструкции стенда решена главная задача синхронизации двух испытательных процессов: воздействие на испытуемый объект импульса ударного ускорения и задействование испытуемого объекта (ЭД) с целью определения его основных рабочих характеристик, при этом обеспечена безопасность персонала и возможность варьировать условиями испытаний в широком диапазоне значений параметров.
Технический результат достигается тем, что стенд для исследования рабочих характеристик быстродействующих электродетонаторов включает испытательную зону и операционную зону. В испытательной зоне расположен копер, состоящий из деревянной станины, в которой располагается вал, на валу закреплены сегмент и храповое колесо, к сегменту закреплены груз, подвешенный на ремне, и рукоятка с молотом. На станине в плоскости, перпендикулярной основанию, параллельно оси вала установлена тумба, в пазу которой расположена наковальня. Копер заключен в защитную стальную камеру, двери которой оснащены системой блокировки цепей электропитания, снаружи которой расположен механический привод для подъема молота. На молоте закреплены приспособление с испытываемым объектом, пьезодатчик для контроля времени работы ЭД и пьезоакселерометр, генерирующий электрический импульс при соударении молота с наковальней и запускающий все измерительные и управляющие приборы стенда. Также в испытательной зоне размещены схема формирования импульса подрыва, соединенная с испытуемым объектом подрывной магистралью, и пояс Роговского (ПР), установленный на подрывную магистраль и обеспечивающий измерение тока, протекающего через мостик электродетонатора в момент его срабатывания. В операционной зоне размещены усилитель заряда дифференциальный (УЗД), генератор импульсов, формирующий необходимую задержку, генератор подрывного импульса (ГПИ), соединенный со схемой формирования импульса подрыва электрическим кабелем, и регистрирующая аппаратура, соединенная измерительными кабелями с датчиками и поясом Роговского.
В испытательной зоне размещается копер с испытуемым объектом, в операционной зоне размещаются измерительные приборы (контролирующие датчики) и средства задействования копра с ЭД. Станина копра выполнена деревянной для обеспечения гашения ударных волн. Разделение стенда для исследования рабочих характеристик электродетонаторов на две зоны (испытательную и операционную) и оснащение дверей защитной камеры блокировкой цепи питания подрывной магистрали обеспечивают безопасность персонала при проведении испытаний, так как задействование копра происходит дистанционно из операционной зоны и при закрытых дверях защитной камеры.
На фиг. 1 изображен копер, на фиг. 2 изображена структурная схема стенда, на фиг. 3 - приспособление с испытываемым объектом (ЭД, ВУ), на фиг. 4 представлена общая компоновка стенда для исследования рабочих характеристик ЭД; где 1 - молот, 2 - деревянная рукоятка, 3 - приспособление с испытываем объектом, 4 - наковальня, 5 - тумба, 6 - груз, 7 - станина, 8 - защитная стальная камера, 9 - вал, 10 - храповое колесо, 11 - ремень, 12 - усилитель заряда дифференциальный, 13 - генератор импульсов, обеспечивающий необходимую задержку, 14, 15 - согласующее устройство, 16 - генератор подрывного импульса, 17 - схема формирования импульса подрыва, 18 - пояс Роговского, 19 - осциллограф, 20, 21 - источник питания, 22 - блокировка системы питания, 23, 24, 25, 26 - измерительный кабель, 27 - корпус для размещения схемы формирования импульса подрыва и пояса Роговского, 28 - пьезоакселерометр, 29 - корпус приспособления, 30 - испытываемый объект (электродетонатор), 31 - пьезодатчик, 32 - втулка, 33 - изолятор, 34 - подложка, 35 - винт, 36 - винт крепления приспособления, 37 - копер в защитной стальной камере, 38 - регистрирующая аппаратура, А - испытательная зона, Б - операционная зона.
Копер (фиг. 1) представляет собой массивную конструкцию, состоящую из деревянной станины 7, обеспечивающей быстрое гашение ударных волн, в которой располагается вал 9. На валу 9 закреплены сегмент (на фиг. не показан) и храповое колесо 10. К сегменту крепятся груз 6, подвешенный на ремне 11, и рукоятка 2 с молотом 1, на котором устанавливается приспособление с испытываемым объектом 3. Параллельно оси вала 9 в плоскости, перпендикулярной основанию, на станину 7 устанавливается тумба 5. В пазу тумбы 5 располагается наковальня 4. Сбоку от станины 7 за защитной стальной камерой 8 располагается механический привод (на фиг. не показан). В исходном состоянии молот 1 с установленным на нем приспособлением с испытываемым объектом 3 опирается на наковальню 4. При испытании молот 1 взводится на заданный зуб храпового колеса 10 при помощи механического привода и фиксируется на нем, затем храповое колесо 10 освобождается и молот 1, разгоняясь под действием груза 6, ударяет о наковальню 4.
Корпус 27, включающий схему формирования импульса подрыва 17 и ПР 18, располагается в защитной стальной камере 8 копра (фиг. 2). Двери защитной стальной камеры 8 копра оснащены блокировкой системы электропитания 22 (при открытии происходит разрыв цепи питания подрывной магистрали). Все остальные приборы находятся в операционной зоне В (фиг. 4). Подрывная магистраль состоит из трех параллельно соединенных измерительных кабелей 24 в бронерукаве, и измерительные кабели 23, 25, 26 проложены в закрытом металлическом лотке.
Приспособление 3 (фиг. 3) включает испытываемый объект - электродетонатор 30, который устанавливается в корпус 29 и прижимается винтом 35, пьезодатчик 31, который устанавливается под колпачок ЭД 30 и предназначен для регистрации факта и времени срабатывания ЭД 30, а само приспособление 3 крепится к верхнему торцу молота 1 с помощью винта 36.
УЗД 12 предназначен для усиления и фильтрации первичного сигнала, поступающего от пьезоакселерометра 28 и передачи его на регистрирующий осциллограф 19 и генератор импульсов 13, размещенные в операционной зоне В (фиг. 4).
Генератор импульсов 13 позволяет осуществлять задержку сигнала, поступающего с УЗД 12 и далее на согласующее устройство 14, относительно начала действия ударной нагрузки (импульса ударного ускорения).
Согласующее устройство 14 формирует импульс для запуска ГПИ 16.
Схема формирования импульса подрыва 17 предназначена для регулирования амплитуды и длительности подрывного импульса тока с ГПИ 16. Регулирование формы подрывного импульса, в частности крутизны переднего фронта, производится с помощью перенастройки параметров ГПИ 16.
ПР 18 используется для регистрации тока, протекающего в подрывной магистрали, соединенной с мостиком электродетонатора 30, и при этом не вносит никаких изменений в параметры подрывного импульса.
Согласующие устройства 14 и 15 необходимы для согласования измеряемых сигналов с регистрирующей аппаратурой.
В качестве регистрирующей аппаратуры сигналов тока и напряжения используются цифровые запоминающие осциллографы 19.
Данная конструкция позволяет проводить исследования рабочих характеристик быстродействующих электродетонаторов (время работы ЭД, тока, протекающий через мостик ЭД и напряжения на электродах ЭД в момент срабатывания ЭД) в различные моменты действия импульса ударного ускорения, и получать информацию испытания - длительность и амплитуду импульса ударного ускорения, используя осциллографический метод.
Принцип работы стенда для исследования рабочих характеристик ЭД.
Для осуществления запуска аппаратуры в требуемый момент действия импульса ударного ускорения используется пьезоакселерометр 28, который генерирует электрический импульс при соударении молота 1 с наковальней 4. Сигнал поступает на УЗД 12 и далее на генератор импульсов 13, который обеспечивает необходимую задержку подачи подрывного импульса на исследуемый объект (ЭД, ВУ). Генератор импульсов 13 вырабатывает сигнал для согласующего устройства 14, в котором происходит срабатывание тиристора, находящегося в ждущем режиме под напряжением 240…270 В. Такое напряжение необходимо для исключения действия помех и дистанционного запуска ГПИ 16.
Высоковольтный сигнал поступает на схему формирования импульса подрыва 17, где происходит регулирование его амплитуды по току и длительности.
Запуск регистрирующей аппаратуры (осциллографов 19) осуществляется от сигнала, поступающего с УЗД 12. При этом производится запись контролируемых параметров:
- длительности и амплитуды импульса ударного ускорения;
- момента времени срабатывания ЭД 30 относительно начала действия ударной нагрузки;
- тока в момент взрыва (сгорания) мостика (по импульсу напряжения с ПР 18);
- времени взрыва мостика (по импульсу напряжения с электродов ЭД 30);
- времени работы ЭД 30 (по импульсу напряжения от пьезодатчика 31).
Сигналы, поступающие с ПР 18, электродов ЭД 30 и пьезодатчика 31, проходят через согласующее устройство (делители) 14, где регулируется их амплитуда до уровня, обеспечивающего безопасную работу регистрирующей аппаратуры.
На фиг. 4 схематично изображена общая компоновка стенда для исследования рабочих характеристик быстродействующих электродетонаторов. Стенд включает испытательную зону А и операционную зону В. В испытательной зоне А установлен копер 37 в защитной стальной камере 8. В зоне В размещена регистрирующая аппаратура 38.
При испытании стенда для исследования рабочих характеристик быстродействующих ЭД использовались следующие приборы: 12 - усилитель заряда дифференциальный УЗД-2, 13 - генератор импульсов Г5-54, 14, 15 - согласующее устройство 1904 СУ-М1, 16 - генератор подрывного импульса ГПИ - ТБГИ112, 19 - осциллограф TDS 3034, 20 - источник питания типа Б5-32, 21 - источник питания типа Б5-29, 23 - измерительный кабель РК-50-2-11, 24 - измерительный кабель РК-75-4-1, 25 - измерительный кабель МГШВ, 26 - измерительный кабель РК-50-1-21, 28 - пьезоакселерометр АП 2.
Испытание заявленного устройства подтверждает возможность исследования рабочих характеристик быстродействующих ЭД во время действия ударной перегрузки.