МАЛОГАБАРИТНЫЙ МОНТАЖНЫЙ ПАТРОН КОЛЬЦЕВОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ С ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИЕЙ УДАРА Российский патент 1999 года по МПК F42B5/16 

Предлагаемое изобретение относится к области производства монтажных патронов кольцевого воспламенения и может быть использовано для крепления различных конструкций к строительным основаниям при эксплуатации монтажных пистолетов и других пороховых инструментов.

Известны монтажные патроны калибра 5,6-9,0 мм с широким диапазоном энергии порохового заряда (мощности) патронов в пределах каждого калибра (каталог фирмы "Sellier and Bellot" стр. 39-41) [1].

Для патронов 5,6/16 CAPS энергия порохового заряда составляет 140-400 Дж
6,3/16 CAPS - 100-500 Дж
6,8/11 - 120-450 Дж
6,8/18М CAPS - 120-500 Дж
Конструкция монтажных патронов фирмы "Sellier and Bellot" представляет собой латунную гильзу кольцевого воспламенения, в которую помещен ударный состав, пороховый заряд. Дульце гильзы закрыто лучевой звездочкой для обеспечения герметизации заряда.

К недостаткам монтажных патронов фирмы "Sellier and Bellot" относится использование дорогостоящей латунной гильзы и принцип "свободной засыпки порохового заряда" - без его подпрессовки, который не позволяет увеличить мощность патрона за счет размещения в гильзе большей массы порохового заряда при сохранении стандартной длины патрона.

Известны также монтажные патроны калибра 6,8х15 мм (шифр "К" черт. МСК. 000СБ) и 6,8х22 мм (шифр "Д" черт. МСД.000 СБ) отечественного производства [2].

Монтажные патроны отечественного производства калибра 6,8 мм содержат стальную лакированную гильзу, в которой размещены ударный и пороховой заряды. Дульце гильзы закрыто лучевой звездочкой.

Недостатками отечественных монтажных патронов являются:
- отсутствие конструкций патронов калибра 5,6-6,3 мм;
- завышенная в сравнении с зарубежными аналогами на 3-4 мм длина гильзы, что не соответствует требованиям CIP - ПМК Брюссельской конвенции;
- недостаточная прочность стальной гильзы при использовании порохового заряда повышенной мощности;
- принцип свободной засыпки порохового заряда, ограничивающий его энергию, т. к. насыпная плотность отечественных порохов не превышает 0,65-0,98 г/см³.

Монтажные патроны 6,8х22 со стальной лакировочной гильзой наиболее близки к предлагаемому изобретению и взяты в качестве прототипа [2].

Задачей изобретения является создание серий малогабаритных монтажных патронов кольцевого воспламенения преимущественно 5,6-6,8 мм калибра, с высокой энергией заряда, позволяющей увеличить мощность патронов на 25-30% в сравнении с аналогами, причем в патроне используется стальная гильза, обеспечивающая соблюдение требований международного стандарта CIP - ПМК Брюссельской конвенции.

Поставленная задача решается тем, что в монтажном патроне кольцевого воспламенения с высокой энергией заряда, содержащем стальную гильзу, ударный, пороховой заряды и средство герметизации, пороховой заряд запрессован с переменной плотностью в пределах 0,95-1,15 г/см³ и высотой заряда 1,70-2,0 калибра патрона, причем плотность запрессовки увеличивается от фланца гильзы к срезу ее дульца, что позволяет выполнить патрон длиной 2,45-2,75 калибра. Для надежного функционирования патрона при повышенных энергиях заряда стальная гильза выполняется с конусностью внутренней поверхности в пределах 1: 55-1:70, а стенки корпуса гильзы имеют среднюю твердость у фланца 120-170 HV, увеличивающуюся к срезу дульца до 150-170 HV.

В варианте исполнения патрона калибра 5,6 мм толщина стенок корпуса гильзы составляет 0,50-0,70 толщины дна у фланца и 0,30-0,45 толщины дна у среза дульца.

В варианте исполнения патрона калибра 6,3-6,8 мм толщина стенок корпуса гильзы составляет 0,60-0,90 толщины дна у фланца и 0,35-0,65 толщины дна у среза дульца.

Во всех известных монтажных патронах указанная совокупность существенных признаков не обнаружена, а это означает, что предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна".

Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что предложена серия малогабаритных монтажных патронов калибра 5,6-6,8 мм с высокой энергией заряда, позволяющей увеличить в сравнении с аналогами мощность патрона в среднем на 25-30%. При этом для патронов использована стальная гильза повышенной прочности, удовлетворяющая по внешним геометрическим признакам требованиям международного стандарта CIP - ПМК Брюссельской конвенции.

Технический результат достигается тем, что в монтажном патроне, содержащем стальную гильзу, ударный и пороховой заряды и средство герметизации, располагаются прессованный пороховой заряд с переменной плотностью 0,95-1,15 г/см³, увеличивающейся от фланца гильзы к ее дульцу, высотой заряда в пределах 1,70-2,0 калибра патрона, а длина патрона составляет 2,45-2,75 калибра. Прессованный пороховой заряд позволяет разместить в гильзу большую в сравнении с аналогами массу пороха.

Внутренняя поверхность стальной гильзы выполнена с конусностью 1:55-1: 70, а стенки корпуса гильзы имеют среднюю твердость у фланца 120-140 HV, увеличивающейся к срезу дульца до 150-170 HV для всех предложенных калибров монтажного патрона.

Толщина стенок корпуса гильзы для патрона 5,6 мм составляет 0,50-0,70 толщины дна у фланца. С увеличением калибра патрона, и соответственно мощности, увеличиваются соответствующие параметры толщины стенок гильзы и составляют для патронов калибра 6,3-6,8 мм соответственно 0,60-0,90 толщины дна фланца и 0,35-0,65 толщины дна у среза дульца.

Указанные признаки, характеризующие патрон и его элементы, в комплексе позволяют при увеличенной на 25-30% в сравнении с аналогами энергии порохового заряда обеспечить полное сгорание пороховых элементов, программированный характер горения и надежное функционирование патронов при эксплуатации.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами конкретного исполнения патрона калибра 6,3х16 мм (фиг. 1) и гильзы (фиг. 2). Патрон содержит стальную гильзу кольцевого воспламенения с покрытием 1, во фланец которой запрессован ударный состав 2, а в корпусе размещен прессовальный пороховой заряд с плотностью 0,95-1,15 г/см³ 3. Для обеспечения герметичности порохового заряда последний сверху закрыт картонным пыжом 4. Картонный пыж 4 удерживается в патроне лакированием (не показано) и загибкой края корпуса 5.

На фиг. 2 показана гильза конусностью внутренней поверхности в пределах 1: 55-1: 70, содержащая фланец 6, корпус 7 и дульце 8. В качестве порохового заряда 3 используется сферический нитроглицериновый порох с насыпной плотностью не менее 0,9 г/см³ и энергией порохового заряда не менее 4,4 МДж/кг. Масса порохового заряда - 0,36 г, что позволяет развивать при выстреле энергию до 750 Дж. Это значение энергии порохового заряда превышает показатели аналогов на 25-30%.

Для обеспечения повышенной энергии порохового заряда при более короткой стальной гильзе, чем у прототипа, гильза с конусностью внутренней поверхности в пределах 1,55-1,70 имеет твердость фланца 6 в пределах 120-140 HV и толщину стенки (0,6-0,9)t, твердость стенок дульца 8 - 150-170 HV и толщину (0,35-0,65)t, где t - толщина дна гильзы.

Геометрические параметры гильзы в сочетании с твердостью стенок корпуса гильзы обеспечивают надежное функционирование патрона при высоких энергиях заряда (мощности) и соответствуют требованиям CIP - ПМК Брюссельской конвенции.

При выстреле патрон монтажный с высокой энергией заряда работает следующим образом.

При срабатывании бойка запрессованный ударный состав воспламеняет зерна порохового заряда, имеющего в нижней части гильзы меньшую плотность, практически равную насыпной. Зазоры между зернами пороха достаточны для его стабильного горения. Увеличивающая плотность заряда приводит к сокращению зазоров между зернами пороха, препятствует резкому возрастанию объема горения и распаду порохового заряда на отдельные зоны горения и приводит к равномерному послойному горению прессованного заряда.

Плавное увеличение объема горения обеспечивает плавное изменение давления пороховых газов, в результате чего образуется оптимальный газоприход, пороховые элементы сгорают без остатка, а стальная гильза в таких условиях функционирует нормально. Кроме того, повышающаяся плотность заряда задерживает прорыв пороховых газов через слой негорящего заряда и преждевременное раскрытие звездочки или смещение картонного пыжа.

Переменная плотность порохового заряда, позволяющая разместить в гильзе большую массу пороха и его плавное и полное сгорание, увеличивает мощность патрона.

Совокупность указанных выше соотношений размеров патрона и плотности порохового заряда в источниках патентной и научно-технической информации не обнаружена и поэтому является новой.

Патроны с указанными пределами параметров обеспечивают получение более высоких мощностей по сравнению с известными при одинаковых внешних габаритных размерах и использовании стальной гильзы, поэтому заявляемые соотношения размеров патронов являются существенными и отвечают критерию изобретательского уровня.

Указанные существенные признаки малогабаритных строительно-монтажных патронов являются взаимосвязанными и изменение любого из них ведет к снижению эффективности.

Конусность внутренней поверхности гильзы в пределах 1:55-1:70.

Внутренняя поверхность гильзы выполнена в виде усеченного конуса с меньшим диаметром у фланца гильзы и большим - у среза дульца. Конусность внутренней поверхности гильзы менее 1: 55 уменьшает внутренний объем гильзы, сокращает массу размещаемого порохового заряда и соответственно снижает мощность патрона.

Увеличение конусности более 1:70 повышает вместимость порохового заряда, но в сочетании с наружними размерами патрона уменьшает толщину стенки гильзы в зоне дульца, что приводит к "тугой экстракции гильзы" за счет увеличения степени остаточной деформации и возможности появления отрыва фланца при извлечении гильзы из патроника.

Средняя твердость стенки корпуса гильзы у фланца составляет 120-140 HV, а дульца 150-170 HV.

Отметим такой существенный факт, что для прототипа характерны практически равные значения твердости по всему корпусу гильзы.

В предлагаемом изобретении значение твердости равномерно повышается от фланца к дульцу.

Увеличение значений твердости выше 140 HV у фланца и выше 170 HV у дульца с использованием повышенных зарядов (более 500 Дж) резко снижает при стрельбе прочность гильзы из-за появления трещин по фланцу, корпусу и дульцу.

Снижение твердости ниже уровня 120 HV у фланца и 150 HV у дульца увеличивает степень остаточной деформации корпуса при выстреле, затрудняя извлечение гильзы из патроника (появление "тугой экстракции").

Прессованный пороховой заряд с переменной плотностью в пределах 0,95-1,15 г/см³.

Использование в строительно-монтажных патронах прессованного порохового заряда позволяет увеличить энергию последнего на 25-30% по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами.

При этом важным условием является переменная плотность порохового заряда, увеличивающаяся от фланца гильзы к дульцу, что обеспечивается условиями прессования.

Эта отличительная особенность предлагаемого изобретения позволяет обеспечить программированный характер газообразования, нарастания давления пороховых газов и достижения высоких значений мощности патронов.

При плотностях заряжения менее 0,95 г/см³ снижается уровень мощности патрона из-за малой массы порохового заряда.

Увеличение плотности заряжения выше 1,15 г/см³ нарушает газодинамические характеристики процесса горения заряда в гильзе, что приводит к снижению его полноты сгорания.

Пределы плотности порохового заряда непосредственно связаны и взаимообусловлены с его высотой.

Высота прессованного заряда находится в пределах 1,70-2,0 калибра патрона.

В случае если высота прессованного порохового заряда менее 1,70 калибра патрона при максимально допустимой массе пороха, то это повлечет за собой перепрессовку заряда, а увеличение высоты более 2,0 калибра ограничивает технологические возможности по размещению предельных масс пороха в гильзе, а также средств герметизации патрона.

Длина патрона в пределах 2,45-2,75 калибра патрона.

При длине патрона менее 2,45 калибра сокращается внутренний объем гильзы и масса размещаемого порохового заряда, что в конечном итоге при сохранении других заявляемых соотношений снижает мощность патрона.

Максимальная длина патрона ограничена размером патронника соответствующих пороховых инструментов.

Толщина стенок корпуса гильзы.

Толщина стенок корпуса гильзы, зависящая от множества взаимосвязанных факторов и условий ведения технологического процесса, выбирается из условий обеспечения надежности функционирования патронов при выстреле.

Влияние отклонений от заданных пределов толщины стенок рассмотрим на примере гильзы к патрону калибра 5,6х16 мм.

Толщина стенок корпуса гильзы у фланца составляет (0,50-0,70)t и (0,30-0,45)t у среза дульца, где t - толщина дна.

Толщина стенок менее 0,50t у фланца и менее 0,30t у среза дульца уменьшает прочность гильзы, в особенности при максимальных навесках порохового заряда.

Увеличение толщины стенок более 0,70t у фланца и 0,45t у среза дульца увеличивает прочность гильзы, но снижает внутренний объем гильзы, что не позволяет расположить в гильзе пороховой заряд без нарушения пределов прессования.

Толщина стенок корпуса гильзы для патронов калибра 6,3 мм и 6,8 мм составляет (0,60-0,90)t у фланца и (0,35-0,65)t у среза дульца, где t - толщина дна.

Влияние отклонений от указанных пределов на функционирование патронов аналогично влиянию отклонений для калибра 5,6 мм.

Заявленная конструкция малогабаритных строительно-монтажных патронов с высокой энергией заряда при указанных в формуле соотношениях была проверена в производственных условиях ОАО НЗНВА. Изготовлены и успешно испытаны опытные партии патронов, подтвердившие надежность патронов при эксплуатации как на ОАО НЗНВА, так и на других предприятиях. Опытные партии реализованы потребителю.

Таким образом, малогабаритные строительно-монтажные патроны кольцевого воспламенения, с высокой энергией заряда, в которых используется стальная гильза и прессованный пороховой заряд по своим характеристикам превышают известные отечественные и зарубежные патроны, причем строительно-монтажные патроны калибров 5,6 мм, 6,3 мм ранее отечественной промышленностью не выпускались.

Источники информации
1. Проспект фирмы "Sellier & Bellot", стр. 39-40.

2. Патрон монтажный МСД.000 СБ, калькодержатель ОАО НЗНВА, 1981 г.

Изобретение относится к производству монтажных патронов. Новым в изобретении является использование прессованного порохового заряда с переменной плотностью заряжания 0,95 - 1,15 г/см³, увеличивающейся от фланца гильзы к срезу дульца, и высотой заряда 1,70 - 2,0 калибра патрона при длине патрона 2,45 - 2,75 калибра. Это позволяет повысить мощность отечественных и зарубежных монтажных патронов в среднем на 30%. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Малогабаритный монтажный патрон кольцевого воспламенения, содержащий стальную гильзу с фланцем и корпусом, ударный и пороховой заряд и средство его герметизации, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса гильзы выполнена в виде усеченного конуса с конусностью 1:55 - 1:70, стенки корпуса имеют среднюю твердость у фланца 120 - 140 HV, а у среза дульца - 150 - 170 HV, пороховой заряд выполнен прессованным с переменной плотностью 0,95 - 1,15 г/см³, увеличивающейся от фланца к срезу дульца и высотой (1,70 - 2,0) d, причем длина патрона составляет (2,45 - 2,75) d, где d - калибр патрона. 2. Патрон по п.1, отличающийся тем, что толщина стенок корпуса гильзы, преимущественно для калибра 5,6 мм, составляет соответственно (0,50 - 0,70) t у фланца и (0,30 - 0,45) t у среза дульца, где t - толщина дна гильзы. 3. Патрон по п.1, отличающийся тем, что толщина стенок корпуса гильзы, преимущественно для калибров 6,3 - 6,8 мм, составляет соответственно (0,60 - 0,90) t у фланца и (0,35 - 0,65) t у среза дульца, где t - толщина дна гильзы.