Спосіб визначення характеристик чутливості вибухових речовин до динамічних навантажень

1. Спосіб визначення характеристик чутливості вибухових речовин до динамічних навантажень, що включає розміщення вибухової речовини між торцями двох роликів, навантаження постійним тиском, прикладання до неї динамічного навантаження, поступове збільшення його величини та фіксацію величини динамічного навантаження, котре збуджує вибух, який відрізняється тим, що динамічне навантаження здійснюють за гармонічним законом при ряді фіксованих частот, на кожній із яких підвищують амплітуду динамічного наван таження до моменту вибуху, фіксують величину цієї амплітуди та визначають динамічну частотну характеристику системи “ролик - вибухова речовина - ролик” як залежність амплітуди динамічного навантаження, котре збуджує вибух, від частоти навантаження. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що за мінімальною величиною амплітуди нормального динамічного навантаження, котре збуджує вибух, на динамічній частотній характеристиці системи “ролик - вибухова речовина - ролик” визначають частоту власних зсувних коливань цієї системи. 3. Спосіб за п.2, який відрізняється тим, що розраховують динамічну тангенціальну жорсткість вибухової речовини за формулою Винахід відноситься до методів дослідження вибухових речовин /ВР/ і може застосовуватися у випробуваннях ВР на небезпечність при механічних діяннях. Відомий спосіб визначення чутливості ВР при ударі на копрі, згідне з яким ВР розміщують між торцями двох роликів, скидають на них вантаж, поступове збільшують висоту скидання, вантажу, фіксують висоту скидання, при якій відбувається вибух, і по цій величині роблять висновок про ступінь чутливості ВР до удару. Окрім цього, визначають змінення в часі тиску при ударі за допомогою тензометричних датчиків і осцилографа, на осцилограмах спостерігають процес видавлювання ЕР із простору між торцями роликів та визначають опір цьому видавлюванню, дід якого залежить збудження: вибуху [1]. Спосіб випробувань ВР на копрі має принципові недоліки: - умови випробувань не в повній мірі відповідають характеру механічних діянь при обробці та застосуванні ВР, зокрема відсутнє навантаження постійним тиском і циклічною складенню, - результати випробувань носять якісний характер, що обмащує можливість їх перенесу в область технології та експлуатації ВР. Відомий також спосіб випробувань на приборі Боудена - Козлова для визначення чутливості ВР до тертя [2]. При таких випробуваннях BP затискають між терцями двох роликів: закріпленого 1 рухомого. При горизонтальному ударі по боковій поверхні рухомого роли виникає вибух. Тут тертя має місце незалежно від текучості BP, ще суттєво відрізняє цей метод від випробувань на копрі. Такий метод краще характеризує практичну небезпечність ВР при механічних діяннях, але тут також відсутні вібраційні навантаження, які мають місце в технологічних процесах обробки ВР та при 2 MI M2 B , MI M2 де МІ та M2 – приведені маси роликів, B - частота власних зсувних коливань системи “ролик - вибухова речовина - ролик”. (19) UA (11) 75238 (13) C2 C 3 75238 4 застосуванні ВР, а результати методу мають диве ми, тобто позначити найбільш небезпечне для ВР якісний характер. динамічна діяння. Найбільш близьким до пропонованого о метод Окрім цього, заявляється можливість вирахувизначення нижньої межі чутливості де удару твевати динамічну тангентальну жорсткість вибухової рдих ВР до ГОСТ 4545 - 88 [3]. Згідно цього спосоречовини по формулі 2 бу вибухову речовину розміщують між торцями M1 M2 B , де C двох роликів, підпресовують, прикладають до неї M1 M2 динамічно навантаження, поступово збільшують М1 та M2 - приведет маси роликів, його величину та фіксують величину динамічного навантаження, що збуджує вибух. B - частота власних зсувних коливань сисДостовірність визначення характеристик чуттеми /ролик - ВР - ролик/. ливості ВР до динамічних навантажень за цим Одержана величина С дозволяє перенести способом недостатня, бо при випробуванні не результати частотних випробувань ВР на процеси враховуються циклічні навантаження ВР, які є дуобробки і застосування вибухових речовин шляже загрозливими і неминуче виникають при оброхом обчислення найбільш небезпечних частот бці ВР /зміщування, пресування, різання, шнекунавантаження технологічних машин і зарядів ВР. вання/, транспортуванні /тряска/, зберігавнні Запропонований спосіб пояснюється на фіг.1 /сейсмічні коливання/, утилізації та інших умовах. кресленням пристрою, що реалізує цей спосіб, на Результати випробувань згідно цього способу фіг.2 подано схему пристрою, а фіг.3 показує умодають лише умовну характеристику чутливості ВР, ви одержання динамічних частотних характерисщо обмежує можливість переносу результатів витик системи /ролик - ВР - ролик/, фіг.4 дає уявленпробувань на методи практичної роботи в ВР. ня пре методику частотних випробувань ВР. На В основу винаходу поставлено задачу створиФіг.5 наведена типова динамічна частотна характи спосіб визначення характеристик чутливості теристика системи /ролик - ВР - ролик/. вибухових речовий до динамічних навантажень, Пристрій /фіг.1/ містив електродинамічний вібзгідно з яким збудження вибуху здійснюється цикростенд GRW, на столику і якого жорстко закріплічним навантаженням BP в робочому діапазоні лене ролик 2. В станину 3 вібростенда за допомочастот, що дозволяє підвищити достовірність спогою гумових втулок 4 установлено магнітний собу наближенням умов випробувань до умов обкорпус 5 із стального литва. Магнітний корпус всеробки та експлуатації ЕР, а також охарактеризуваредині оснащений обмоткою 6. Вібраційна систети найбільш небезпечні частоти навантаження ВР. ма, окрім робочого столика 1, має ведучий стерТехнічний результат, якого можна одержати жень 7 та котушку 8. За допомогою двох нижніх 9 при упровадженні винаходу, полягає в підвищенні та двох верхніх 10 плоских пружин система вебезпеки роботи з ВР завдяки можливості попередеться у зазорі паралельно йому. Струм, що продження загрозливих резонансів в вибухових речоходить через котушку 8, можна плавно змінювати винах. по силі та частоті, таким чином, електродинамічна Поставлена задача вирішується за рахунок тосистема силозбудження дозволяє плавню регулюго, що в способі визначення характеристик чутливати амплітуду І частоту навантаженню. В центрі вості вибухових речовин де динамічних навантаролика 2 кучкою розміщують наважку ВР її жень, згідне з яким вибухову речовину розміщують /наприклад гексогена/, а зверху на неї за допомоміж терцями двох роликів, навантажують постійгою вантажа 12 натискають роликом 13. Ролик 13 ним тиском, прикладають до неї динамічне наванжорстко зладнаний з вантажем 12. тажений, поступово збільшують його величину та Ролики 2 та 13 мають можливість пересування фіксують величину динамічного навантажений, у втульці 14, жорстко скріпленою з екранам 15, котре збуджує вибух, динамічне навантаження котрий спирається на кожух 16. Для вимірювання здійснюють по гармонічному закону при ряді фікдинамічних навантажень на ВР служать проволочсованих частот, на кожній із яких підвищують ампні тензодатчики 17, наклеєні на шийку ролика 13. літуду динамічного навантаження до моменту виПри цьому використовується підсилювач 18 буху, фіксують величину цієї амплітуди та /наприклад ТА-5/ та шлейфовий осцилограф визначають динамічну частотну характеристику /наприклад Н-700/. Тарировку датчиків 17 здійссистеми /ролик - вибухова речовина - ролик/, як нюють шляхом дискретної зміни величини вантажа залежність амплітуди динамічного навантаження, 12 при вимкнутому вібраторі та при відсутності котре збуджує вибух, від частоти навантаження. вибухової речовини 11. Таке виконання способу дозволяє одержати На еквівалентній динамічній схемі пристрою характеристику чутливості ВР до дії циклічних на/фіг.2/ введені такі позначення: вантажень різних частот, що призводить до підвиm1 - маса коливального елемента, щення достовірності способу завдяки наближенню m2 - маса верхнього ролика, умов випробувань де умов обробки і застосування m3 - маса вантажа, ВР. C1 - жорсткість підвіски рухомої системи елекУ конкретних (формах виконання способу по тродинамічного перетворювача, мінімальній величині амплітуди нормального диС2 - нормальна жорсткість вибухової речовинамічного навантаження, що збуджує вибух, на ни, динамічній частотний характеристиці системи С3 - жорсткість праного елемента /шийки/ си/ролик - вибухова речовина - ролик/ можна визналовимірювача, чити частоту власних зсувних коливань цієї систеРП - постійна складова навантаження ВP, Р.sin t - збурююча сила, 5 75238 6 6 4 A m1m2m3 c1m2m3 (m1m3 m2m3 ) c 3 (m1m2 m1m3 ) - частота вимушених коливань, 2 t - час. m1c 2c 3 m2 (c1c 3 c 2c 3 ) m3 (c1c 2 c 2c 3 ) c1c 2c 3 Методика випробувань BP на чутливість до При сталому процесі динамічного навантамеханічних діянь полягає в нарощуванні амплітуди ження випробувального стенда амплітудні значезбурюючої сиди P до моменту вибуху та фіксації ний зусиль: величини амплітуди нормального динамічного С3Р PШ с 2m3 2 c 2c1 c1c 3 , навантаження вибухової речовини Рд, яке збуджує А вибух, випробування повторюють при ряді (фіксованих частот навантаження та визначають динамічну частотну характеристику системи /ролик ВР - ролик/, як залежність Рд від . При цьому треба мати впевненість, що амплітуда динамічної складової на силовимірювачі відповідає амплітуді циклічного навантаження ВР. Справа в тому, що при статичному навантаженні послідовно розміщені ВР та вимірювач навантажуються однаково, а помазанню вимірювача повністю відповідають величині навантаження вибухової речовини. При роботі пристрою в динамічному режимі зазначені величини /в загальному випадку/ не відповідають одна одній. Відносна похибка вимірювання амплітуди динамічного навантаження ВР становить: РШ Р Д E , де Рд Рш - амплітуда циклічного зусилля на пружному елементі /шийці/ силовимірювача безпосередньо перед вибухом, Рд - амплітуда нормального динамічного навантаження ВР, що збуджує вибух. Зусилля, ще діють в дружних елементах коливальної системи, можна подати у вигляді добутку жорсткості відповідних елементів та їх абсолютної деформації: PШ С3 а2 а3 , Pд С2 а1 а2 , де а1, а2, а3 - вертикальні переміщення мас m1, m2, m3. Абсолютна деформація дружних елементів залежить дід знака І амплітуди переміщень з’єднаних з ними зосереджених має. Тому розрахункове визначення зусиль, що діють в пружних елементах коливальної системи, зводяться до визначення відповідних переміщень із системи диференціальних рівностей руху:  m1 a c 2a1 c 2a2 c1a1 P sin t,  m a2 c 3a2 c 2a1 (c 3a2 ) a2 0, де  m3 a3 c 3a3 c 3a 2 0, P - амплітуда зусилля, що розвивається збуджуючим пристроєм. Залежності для переміщень: a1 P m2m3 A a2 a3 4 3 m3 (c 3 c 2 ) m2c 3 P c 2 (c 3 m3 2 ) sin t, A P c1c 2 sin t, де A c 2c 3 sin t С2Р m3m2 4 c 3 2 (m3 m2 , А Тоді відносна похибка вимірювання амплітуди Рд циклічної складової навантаження ВР, що збуджує вибух: Pд E 2 c 3 (c 2 c1) c 2m2 2 2 (m3 2 c3 ) 2 c 2 m2m3 c 3 (m2 m3 ) В розробленому пристрої, у зв’язку з малою жорсткістю С1, можна прийняти С2 – С1 С2. Тоді 1 E 1. m2 2 1 1 m3 2 c3 1 c3 Таким чином, величина похибки Е не залежить від m1 та С2 . m При великих значеннях 3 та малих значенc3 нях m2 можна одержати достатньо широку обc3 ласть частот навантаження 1< < 2, в якій величина похибки вимірювань Е буде незначною. Так для розробленого пристрою в диапазоні частот навантаження 25 - 260Гц маємо /фіг.3.а/ Е 0,07. Де дозволяє зняти динамічні частотні характеристики системи /ролик - BP - ролик/ з приведеними масами роликів: М1=m1, M2=(m1+m3). Наведені розрахунки справедливі дише у випадку, якщо виникаючий в механічній частині: системи коливальний процес несуттєво впливає на величину збурюючої сили. Цього можна досягти використанням діапазону частот навантаження, в якому максимальна потужність збудника коливань в багато разів більша величний потужності, необхідної для збудження вибуху, у зв'язку з цією обставиною на фіг.3, б схематично наведено співвідношення максимальних зусиль Рmax які спроможний розвивати електродинамічний перетворювач в діапазоні частот 1< < 2, і максимальних зусиль Рд max, необхідних для збудження вибуху. На підставі проведеного аналізу встановлена можливість застосування запропонованого способу для визначення динамічних характеристик системи /ролик - BP - ролик/ в діапазоні частот навантаження 25 - 260Гц. Типові осцилограми випробувань ВР на чутливість до циклічних навантажень різних частот мають вигляд, наведений на фіг.4. Вибухи збуджуються в момент часу t0 нормальним динамічним навантаженням з амплітудою Pд. Осцилограми засвідчують, ще /завдяки ефекту вібропресування/ 7 75238 8 коливання вибухової речовини до моменту вибуху можна вирахувати динамічну тангенціальну мають, головним чином, пружний характер. жорсткість вибухової речовини С. Типова динамічна частотна характеристика Знайдена у запропонований спосіб величина системи /ролик -ВР - ролик/ показана на фіг.5 С дозволяє обчислювати найбільш небезпечні сплошною лінією. Поле вибухів заштриховано, а частоти вимушених коливань зарядів вибухових його межі позначені пунктиром. речовин та технологічного устаткування для оброВипадок, наведений на фіг.4,а відповідає часбки ВР. Виявлені загрозливі частоти навантаження ВР дозволяють оцінити реальну небезпеку виниктоті навантажений 1, на фіг.4,б - частоті В, а на нення вибух та розробити заходи щодо запобіганфіг.4,в - частой 2. ня явища резонансу в вибухових речовинах. Відомо, що вибух відбувається ляше ври досЗ іншого боку, за допомогою даного способу татньо великих напругах зсуву в ВР /при стендорозкрито механізм використання вимушених коливих випробуваннях - у площині торців роликів/. вань з частотами При нормальних вимушених коливаннях вибухової в для ініціювання зарядів вибухових речовин зі зниженою чутливістю. речовининеминуче виникають її тангенціальні Джерела інформації: коливання, які і зумовлюють вибух. Коли частота 1. Теория взрывчатых веществ, сборник стациклічного навантажений ВР наближається до тей вед рея. К.К. Андреева, А.Ф.Беляєва, частоти в власних зсувних коливань системи А.И.Годьбиндера, А.Г.Горста. М., Оборонгиз, 1963, /ролик - ЕР - ролик/, деформація зсуву ВР різко с. 97, фиг. 2. Устройство для измерения: давления зростає - наступає явище резонансу. На динамічво времени при ударе на копре. ній частотній характеристиці системи /ролик - ВР 2. Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. ролик/ частоту в можна визначити де мінімальній М., Машиностроение, 1972, с.43, рис.10. Узел привеличині амплітуди нормального динамічного набора Боудена -Козлова для определения чувствивантаження Рд. котре збуджує вибух. тельности ВВ к трению. По частоті власних зсувних коливань системи 3. ГОСТ 4545 - 88. Вещества взрывчатые бри/ролик - BP - ролик/ зантные. Методы определения характеристик чувC(M1 M2 ) ствительности к удару. B M1 M2 9 Комп’ютерна верстка M. Клюкін 75238 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601