Вибуховий пристрій

Реферат: UA 77428 U UA 77428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропоноване технічне рішення належить до гірничої промисловості і призначене для безпечної ініціації електродетонаторів, з'єднаних у послідовну вибухову мережу. Пристрій дозволяється використовувати у вугільних шахтах, небезпечних за вибухами газу й вугільного пилу. Відомий вибуховий пристрій, що містить блок живлення, знімний ключ, регулятор напруги, блок сигналізації, блок обмеження тривалості вибухового імпульсу з клемами для приєднання вибухової мережі і перетворювач напруги, що містить конденсатор-накопичувач, при цьому вихід перетворювача напруги з'єднано зі входом регулятора напруги й першим входом блока обмеження тривалості вибухового імпульсу, вихід регулятора напруги - з першими входами перетворювача напруги і блока сигналізації, накопичувачем для живлення схеми керування, логічним інвертором і суматором, а блок обмеження тривалості вибухового імпульсу - з вузлом обмеження струму вибухового імпульсу, причому блок живлення через знімний ключ з'єднано зі входами накопичувача для живлення схеми керування і логічного інвертора, а також з іншими входами перетворювача напруги й блока сигналізації, виходи логічного інвертора та регулятора напруги з'єднано відповідно з першим і другим входами логічного суматора, вихід якого з'єднано з другим входом блока обмеження тривалості та струму вибухового імпульсу (див. патент № 30589, Україна, F42D1/08, F42D1/08, опубл. 11.03.2004, Бюл. № 10]. Цей вибуховий пристрій набагато надійніший у експлуатації порівняно з відомими, оскільки струм і тривалість імпульсу у нього не залежать від кількості електродетонаторів. Проте основаним його недоліком є таке. Опір та індуктивність вибухової мережі, тобто проводів, що з'єднують вибуховий пристрій з електродетонаторами, розташованими в шпурі, повинні відповідати заданим значенням, тому що довжина цієї мережі, у свою чергу, відповідає безпечній відстані, на якій повинен знаходитися гірник під час проведення вибухових робіт. Проте часто гірники порушують правила, змотуючи проводи в бухту або зменшуючи довжину вибухової мережі, що уможливлює висадження заряду з відстані, на якій гірник може бути травмований шматками вугілля та породи, що розлітаються, або супутнім вибухом метаноповітряної суміші в місці займання заряду. У основу корисної моделі поставлено задачу зі створення вибухового пристрою, у якому за рахунок здійснення контролю опору й індуктивності зовнішніх сполучних проводів вибухової мережі для забезпечення мінімально допустимої відстані між вибуховим пристроєм і об'єктом вибухової дії - електродетонаторами підвищується безпека проведення вибухових робіт. Поставлена задача розв'язується за рахунок того, що вибуховий пристрій, який містить джерело живлення, знімний ключ, блок для обмеження тривалості вибухового імпульсу з клемами для приєднання вибухової мережі і блок сигналізації, згідно з корисною моделлю, забезпечений блоками для визначення опору та індуктивності вибухової мережі й логічними елементами І, входи яких з'єднано з виходами блоків для визначення опору та індуктивності вибухової мережі, а виходи логічних елементів - зі входами вимикачів, вихід яких з'єднано з виходом блока для обмеження тривалості вибухового імпульсу. На фігурі 1 наведено блок-схему запропонованого вибухового пристрою; на фігурі 2 імпульс напруги вибухового пристрою; на фігурі 3 - провід вибухової мережі в згорнутому вигляді (у котушку). Пристрій містить блок живлення 1, знімний ключ 2, регулятор напруги 3, блок 4 для сигналізації, блок 5 для обмеження тривалості й струму вибухового імпульсу, перетворювач напруги 6, який має в своєму складі конденсатор-накопичувач, накопичувач 7 для живлення схеми керування, логічний інвертор 8 і суматор 9, блок 10 для визначення опору й блок 11 для визначення індуктивності проводів, що сполучають вибуховий пристрій та навантаження у вигляді електродетонаторів, логічні елементи І 12 і 13, вимикачі 14 і 15, вихідні клеми 16 і 17. Вихід перетворювача напруги 6 з'єднано зі входом регулятора напруги 3 і першим входом блока 5 для обмеження тривалості та струму вибухового імпульсу, а вихід регулювальника 3 - з першими входами перетворювача 6 і блока 4. Блок живлення 1 через знімний ключ 2 з'єднано зі входами накопичувача 7 і логічного інвертора 8, а також з іншими входами перетворювача 6 і блока 4. Виходи логічного інвертора 8 і регулятора напруги 3 з'єднано відповідно з першим і другим входами логічного суматора 9, вихід якого з'єднано з другим входом блока 5. Накопичувач 7 призначено для живлення блоків 3-9 на час вибухового імпульсу і розряду залишкової енергії конденсатора-накопичувача після припинення вибухового імпульсу. Живлення блоків 10-15 може здійснюватися від комбінованого, у цьому разі, блока 1 або від незалежного джерела живлення (на фігурі 1 не наведено), який забезпечує роботу безпосередньо блоків 10-15. 1 UA 77428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Виходи блоків 10 і 11 з'єднано зі входами логічних елементів І 12 і 13, виходи яких з'єднано зі входом блока 5 через вимикачі 14 і 15 відповідно. Пристрій працює так. Знімним ключем 2 приєднують блок живлення 1 до входу накопичувача 7 і логічного інвертора 8, а також до інших входів перетворювача напруги 6 і блока 4 для сигналізації. Схема керування пристроєм отримує живлення. У блоці 4 червоний світлодіод сигналізує про подачу живлення. Сигналу на видачу вибухового імпульсу на другому вході блока 5 немає, оскільки немає сигналу на виході регулятора 3 про стан заряджання конденсатора-накопичувача в перетворювачі 6, а на вхід логічного інвертора 8 напруга живлення надходить. Перетворювач напруги 6 працює, заряджаючи конденсатор-накопичувач, напругу на якому контролює регулятор 3. У разі досягнення напругою заданого рівня на виході регулятора 3 формується сигнал, який подається на перший вхід перетворювача 6 і стабілізує напругу на конденсаторі-накопичувачі, надходить на перший вхід блока 4 і сигналізує про готовність до здійснення вибуху, а потім подається на другий вхід суматора 9. Одночасно блоки 10 і 11 здійснюють контроль відповідно опору і індуктивності зовнішніх проводів і в разі їх відповідності заданим значенням подають сигнал на логічні елементи І 12 і 13. Блок 4 сигналізує про готовність здійснення вибуху горінням зеленого світлодіода, а потім сигнал подається на другий вхід логічного суматора 9. Користувач пристрою, одержавши сигнал про готовність останнього, приймає рішення про видачу вибухового імпульсу і вимикає знімним ключем 2 блок живлення 1. Далі живлення схеми керування здійснюється від накопичувача 7. Зникає напруга на вході логічного інвертора 8, а на його виході виникає сигнал, який одночасно із сигналом з виходу регулятора напруги 3 формує на виході логічного суматора сигнал-дозвіл на видачу вибухового імпульсу. Блок 5 приєднує вибухову мережу до конденсатора-накопичувача, обмежуючи розрядний струм у вибуховій мережі до заданого значення, яке гарантує надійне висадження будь-якої кількості електродетонаторів у всьому діапазоні пристрою. Якщо виміряний опір та індуктивність проводів вибухової мережі відповідають заданим рівням, то сигнали з блоків 12 і 13 надходять на входи вимикачів 14 і 15, які приєднують блок 5 до клем 16 і 17. Якщо виміряний опір та індуктивність не відповідають заданим рівням, то сигнали з блоків 12 і 13 надходять на входи вимикачів 14 і 15, які не приєднують блок 5 до вибухової мережі. Використання двох (12 і 13) логічних елементів І і двох (14 і 15) вимикачів дозволяє виключити помилки при виході з ладу одного з кіл. Безпечні характеристики запропонованого пристрою реалізуються таким чином. Для вибухових робіт на Україні (і у всіх країнах СНД) використовують провід ВП 2 × 0,7, що містить в жилі один провід діаметром 0,7 мм і призначений для прокладання тимчасових вибухових магістралей. Провід розраховано на короткочасну експлуатацію при напрузі 380 В і миттєву - при напрузі 660 В змінного струму або 1500 В постійного струму. Допускається експлуатація проводів при миттєвій постійній напрузі до 3000 В. Максимальний зовнішній діаметр - 4,4 мм; електричний опір струмопровідної жили завдовжки 1 км - 50 Ом. Безпосередньо для запалення вибухових речовин використовують електродетонатори миттєвої дії ЕД-8 з такими технічними характеристиками: - електричний опір: для - довжина вивідних проводів: ЕД-8-Э - 2,0-4,2 Ом; ЕД-8-Ж - 1,8-3,0 Ом ЕД-8-Э - 2000-4350 мм; ЕД-8-Ж - 2000-3250 мм для для 45 50 55 - безпечний струм (верхня межа постійного струму, який, протікаючи через електродетонатори протягом 5 хв., не запалює їх) - 0,20 А; - тривалий запалювальний струм (нижня межа постійного струму, який, протікаючи через електродетонатори протягом 1 хв., запалює не більше ніж 10 % електродетонаторів) - 0,22 А; 2 - безпечний імпульс займання - не менший за 0, 6 мс·А ; 2 - імпульс запалення - не більший від 2,0 мс·А ; - час спрацьовування - 2-6 мс. Вплив мережі вибухового пристрою в разі змінної протяжності мережі показано на фігурі 1. При цьому: - опір електродетонаторів: Rед=rед×N(3÷4,2)(1÷1000) (1) 2 UA 77428 U 5 10 Rед=4,2×30=126 Oм - max; Rед=3×1=3 Oм - min; - опір проводів: Rпр.=rпог×N(50 Ом/км×0,1) (2) Rпр.=50×0,1×2=10 Ом - max -індуктивність петлі проводів: Lпет=f(n, N)≠const. (3) - загальний опір вибухової мережі має вигляд: (4) R=Rед+Rпp., - мінімальна індуктивність проводів вибухової мережі дорівнює:  1 4  10 3  1 ,  (5) Lпр. min  100 o ln  0,35  10 3     де о - магнітна постійна;  - абсолютна магнітна проникність речовини Lдр.min=0,1012×10-3 Гн; n - довжина проводів вибухової мережі, м; N - кількість електродетонаторів, шт; rед - опір електродетонаторів, Ом. При згортанні проводів вибухової мережі в котушку маємо: L 15 o / 2  d 8 , (6) де / 20 25  - кількість витків проводів вибухової мережі, що приєднує електродетонатори до вибухового пристрою; d - діаметр котушки по середній лінії;  - таблична величина, залежна від форми котушки. При цьому (фігура 3): N=400 шт; r=0,075 м; 2 2 s=D /4=0,0177 м ; а=0,09 м; d=0,30; a  0,3 d ; Lкот=0,0436 Гн; Сигнал, який одержують у схемі, має форму, зображену на фігурі 2. /   / XL   L  2 125 Lпр. min  Lкот XL=34,344 Ом 3 L=Lпp.min+Lкот=43,75·10- Гн. 30 35 40  (7) (8) -tR/B і=E/R-E/Re (9) де Е - амплітудне значення напруги, що подається до вибухової мережі; R - загальний опір вибухової мережі. Струм вибухової мережі визначає як: -2955t і=3,49-3,49e (10) іВП=0,22 А - тривалий запалювальний струм детонаторів, що викликає їх 10 % спрацьовування. Коротка лінія: Rед'=4,2 Ом; Rпp'=0; Lпp.'=0; Lкот'=0 3 Довга лінія: Rед"=126 Ом; Rпp."=10; Lпp."=01012·10- Гн; Lкот"=0,04365 Гн. Сигнал, який одержують на виході блока 5 і який надходить на електродетонатори, має форму, зображену на фігурі 2. Матрицю набутих граничних значень параметрів вибухової мережі наведено нижче: 3 UA 77428 U R   136 Oм Х  35 Ом Z   140 Oм . Таким чином, реалізований за допомогою блоків 10 і 11, контроль опору та індуктивності вибухової мережі не дозволяє вмикати вибуховий пристрій на коротку або згорнуті проводи вибухової мережі, забезпечуючи, тим самим, безпечне проведення вибухових робіт. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Вибуховий пристрій, який містить джерело живлення, знімний ключ, блок для обмеження тривалості вибухового імпульсу з клемами для приєднання вибухової мережі і блок сигналізації, який відрізняється тим, що його забезпечено блоками для визначення опору та індуктивності вибухової мережі й логічними елементами І, входи яких з'єднано з виходами блоків для визначення опору та індуктивності вибухової мережі, а виходи логічних елементів - зі входами вимикачів, вихід яких з'єднано з виходом блока для обмеження тривалості вибухового імпульсу. 4 UA 77428 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5