ВЗРЫВНОЕ РЕЖУЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2008 года по МПК F42B1/02 F42B3/08 

Изобретение относится к взрывным работам, а конкретно к взрывным режущим устройствам, применяемым в тральных резаках, и может применяться в различных отраслях промышленности, использующих взрывные технологии по перерезанию стержневых элементов (канатов, цепей, кабель-тросов, жестких опор и т.д.) и преград (пластин, профильных материалов и т.д.).

Известны решения из предшествующего уровня техники, например в патенте DE 2128147, опубликован 20.06.74, где для перерезания стержневых элементов или преград (объектов) используют взрывные режущие устройства (ВУ), имеющие в своей конструкции осесимметричный кумулятивный заряд (КЗ) взрывчатого вещества (ВВ), в котором перерезающая кумулятивная струя (КС) формируется вдоль оси КЗ. Применение таких ВУ накладывает ограничения по размерам перерезаемых объектов, ввиду малой режущей способности по диаметру реза КС.

Наиболее эффективна плоская режущая КС, которая позволяет снизить ограничения по размерам перерезаемого объекта и не требует применения в конструкции ВУ точной фиксации перерезаемого объекта относительно плоскости КС, что в свою очередь упрощает конструкцию ВУ.

В большинстве ВУ плоскую режущую КС формируют с помощью удлиненного КЗ (УКЗ), например в патенте US 4120246, опубликован 17.10.78. В данном ВУ перерезаемый объект, попадая в выемку захвата, воздействует на механический взрыватель ударного действия, тем самым возбуждая реакцию взрывчатого превращения с формированием детонационной волны в УКЗ. Подобные ВУ также заявлены в патентах US 3776165, US 4128071, US 5419272 и DE 2055843, опубликованы 04.12.73, 05.12.78, 30.05.95 и 15.01.76 соответственно. Однако данные ВУ обладают меньшей режущей способностью (по глубине реза), чем осесимметричные КЗ с плоской КС (имеющей в поперечном сечении форму эллипса), формируемой с помощью разнесенных относительно оси КЗ точек инициирования. К тому же в них использованы механические взрыватели ударного действия, в конструкции которых используют инициирующие ВВ (ИВВ). Такие ВУ имеют низкую эффективность и большие габариты.

Наиболее удачным является ВУ по патенту US 4108071, опубликован 22.08.78, которое выбрано в качестве прототипа. Это ВУ включает в себя корпус, в котором размещены осесимметричный КЗ, состоящий из бризантного ВВ и облицовки, система инициирования (СИ), выполненная в инертном материале - металлическом корпусе в виде двух каналов, заполненных бризантным ВВ и имеющих общий приемный участок, соединенный с узлом задействования - электродетонатором (ЭД). Каналы размещены симметрично относительно оси устройства, а концевые участки каналов примыкают к торцу заряда ВВ.

Недостатками прототипа являются:

1) электрическое задействование, что требует дополнительного оборудования, усложняет эксплуатацию, увеличивает время подготовки к использованию, связанное с проведением проверок электрических цепей;

2) относительно большие размеры общего приемного участка, что приводит к увеличению массы ВВ СИ;

3) недостаточная технологичность изготовления из-за неудобства снаряжения ВВ корпуса ВУ, так как корпус имеет большую высоту, а заряд ВВ размещают ближе к дну корпуса.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение безопасности. Дополнительным техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы и технологичности изготовления.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что по сравнению с известным ВУ, включающим корпус, в котором размещены КЗ, состоящий из шашки ВВ и облицовки, система инициирования, выполненная в инертном материале в виде двух каналов с общим приемным участком, заполненных ВВ, где приемный участок соединен с узлом задействования, а концевые участки каналов примыкают к торцу КЗ, в заявляемом ВУ использовано в качестве ВВ КЗ пластизольный взрывчатый состав (ПЗВС), а в качестве узла задействования использован механический взрыватель (MB) на основе бризантного ВВ, внутренняя поверхность корпуса ВУ в зоне размещения КЗ имеет конический участок с уменьшением диаметра в сторону размещения СИ, а между КЗ и СИ сформирована полость для компенсации температурных расширений ПЗВС, толщину слоя ПЗВС S, расположенного между вершиной облицовки и торцом КЗ, к которому примыкают концевые участки каналов СИ, выбирают из следующего соотношения:

S=К₁·H,

где К₁ - коэффициент выбран экспериментально и может находиться в пределах от 0,15 до 0,3;

Н - высота облицовки.

Для повышения эффективности работы ВУ межосевое расстояние А между концевыми участками каналов может быть выбрано из следующего соотношения:

А=К₂·(D-d),

где К₂ - коэффициент выбран экспериментально и находится в пределах от 0,7 до 1;

D - диаметр торца КЗ, к которому примыкают концевые участки каналов СИ;

d - диаметр концевого участка канала СИ.

Для повышения эффективности работы технологичности изготовления и уменьшения массы ВУ в качестве инертного материала СИ может быть использован пенопласт, а концевые участки каналов выполнены с расширением к КЗ и заподлицо с торцом СИ или выступающими.

Выполнение КЗ из ПЗВС позволяет повысить безопасность обращения, поскольку ПЗВС обладает низкой ударно-волновой чувствительностью при пулеосколочных воздействиях, стойкостью к внешним воздействиям и стабильностью свойств при эксплуатации. Использование ПЗВС упрощает процесс снаряжения по сравнению с другими ВВ, так как процесс заливки и отверждения ПЗВС может производиться при комнатной температуре. ПЗВС обладают высокими взрывчатыми характеристиками, что обеспечивает высокую мощность зарядов для достижения проектных характеристик при минимальных габаритных размерах.

Использование MB также позволяет повысить безопасность в обращении. Обусловлено это тем, что в детонирующем устройстве MB использовано бризантное ВВ, а ударно-предохранительное устройство на всех стадиях эксплуатации MB (кроме стадии применения) находится в невзведенном состоянии. Кроме этого, благодаря отсутствию в детонирующем устройстве ИВВ, не происходит срабатывания при пожарах и ударных воздействиях при падении на жесткое основание. Простота крепления MB к ВУ (надо завернуть только накидную гайку) позволяет производить его монтаж на ВУ непосредственно перед боевым применением, а до этого хранить и транспортировать отдельно.

Выполнение полости между СИ и КЗ позволяет обеспечить безопасность обращения с ВУ и оптимизировать массогабаритные характеристики ВУ, поскольку ПЗВС, имея повышенный коэффициент линейного расширения, при воздействии повышенных эксплуатационных температур увеличивается в объеме и может создавать давление на стенки ВУ, а наличие полости обеспечивает возможность ее заполнения избыточным объемом ПЗВС, тем самым разгружая конструкцию ВУ от избыточного давления и позволяя ее не переупрочнять.

Выполнение участка внутренней поверхности корпуса ВУ в зоне размещения КЗ конической формы обеспечивает дополнительную фиксацию ПЗВС, то есть запирает его в "замок", что способствует повышению стойкости к механическим и тепловым воздействиям, тем самым позволяя повысить безопасность заряда при эксплуатационных воздействиях и эффективность работы.

Выбор толщины слоя ПЗВС S с целью оптимизации его количества позволяет уменьшить массогабаритные характеристики ВУ, повысить безопасность эксплуатации и технологичность изготовления ВУ.

Экспериментальный выбор коэффициента К₁ был подтвержден проведенными опытами, из которых следует, что рабочие характеристики КС при изменении толщины S в большую сторону, чем в указанных пределах, остаются примерно на том же уровне, а при уменьшении толщины S - ухудшаются.

Выбор межосевого расстояния А влияет на эффективность работы ВУ, так как позволяет оптимизировать параметры рабочей характеристики КС по перерезанию объекта. Выбор коэффициента К₂ в указанных выше пределах обусловлен получением наибольшей ширины плоской КС, которая бы гарантированно перекрывала габаритный размер перерезаемого объекта.

Изменение расстояния А в меньшую сторону за указанный предел приводит к уменьшению протяженности ширины плоской КС и соответственно к уменьшению габаритных размеров перерезаемого объекта, что становится нецелесообразным по эффективности использования ВУ.

Выполнение концевых участков с расширением и заподлицо или выступающими позволяют улучшить условия передачи детонационной волны от СИ к КЗ за счет сглаживания фронта и повышения надежности передачи детонационного импульса, тем самым повышая эффективность работы ВУ.

На фиг.1 изображен общий вид ВУ, на фиг.2 показана схема размещения ВУ в корпусе трального резака, на фиг.3 показан перерезаемый объект с элементами захвата трального резака, где

1 - корпус;

2 - кумулятивный заряд (КЗ);

3 - облицовка;

4 - система инициирования (СИ);

5 - взрывчатое вещество системы инициирования (ВВ СИ);

6 - планка направляющая;

7 - гайка;

8 - крышка;

9 - механический взрыватель (MB);

10 - мембрана;

11 - гайка накидная;

12 - перерезаемый объект;

13 - рычаги захватные;

14 - корпус трального резака (ТР);

15 - шток.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить ВУ для ТР. Это устройство состоит из корпуса 1, в котором размещены КЗ 2 и СИ 4. КЗ 2 снаряжается ПЗВС методом заливки. Толщина S между торцом КЗ 2 и облицовкой 3 составляет 19 мм, высота облицовки 105 мм, К₁=0,18 (S=0,18·105=19 мм).

В качестве облицовки 3 КЗ 2 используется разнотолщинная по высоте медная воронка, закрепленная в корпусе 1 на эпоксидном клее.

СИ 4 состоит из корпуса, изготовленного из пенопласта, в котором выполнены два канала с общим приемным участком, заполненных ВВ СИ 5.

Торец приемного участка ВВ закрывается мембраной 10, изготовленной из коррозионностойкой металлической ленты.

Межосевое расстояние А между концевыми участками каналов ВВ СИ 5 равно 106 мм, диаметр торца КЗ 2 равен 123,6 мм, диаметр концевого участка равен 10 мм (А=0,933·(123,6-10)=106 мм). Концевые участки каналов ВВ СИ 5 выступают на 0,1 мм. СИ 4 после установки в корпус 1 закрывается крышкой 8 и поджимается гайкой 7. На крышке 8 предусмотрена горловина для установки MB 9, который крепится к крышке 8 накидной гайкой 11. В конструкции ВУ направление плоскости КС совпадает с продольной плоскостью расположения ВВ СИ 5 и двух направляющих планок 6.

Для исключения ошибки в ориентации ВУ относительно перерезаемого объекта 12 в корпусе ТР 14 предусмотрены специальные пазы для направляющих планок 6.

ВУ в составе ТР работает следующим образом.

С помощью захватных рычагов 13, расположенных симметрично относительно общей оси корпуса ТР 14, перерезаемый объект 12 поджимается к головной части корпуса ТР 14, тем самым устанавливая его на расстоянии, близком к фокусному расстоянию F - расстоянию от торца расширенной части облицовки 3 до внутренней стенки головной части корпуса ТР 14, равным 100 мм. В результате данного захвата срабатывает предохранительно-спусковая система ТР и с помощью гидростата происходит плавное перемещение штока 15, который входит в контакт с механизмом взведения MB 9 и взводит пружину, происходит расфиксация ударника и срабатывание MB 9. Детонационный импульс подается на приемный участок ВВ СИ 5 и синхронно по двум каналам СИ 4 выходит на концевые участки ВВ СИ 5, инициируя КЗ 2. При этом из воронки 3 формируется плоская КС, последовательно перерезающая корпус ТР, а затем и объект. По результатам отработки длина реза на входе в стальную преграду на фокусном расстоянии 100 мм составляет от 70 до 80 мм (отработка велась с использованием броневой стали средней твердости).

По сравнению с имеющимися аналогами заявляемое ВУ в большей степени отвечает требованиям:

1) по безопасности его применения за счет использования в конструкциях КЗ малочувствительных ПЗВС и бризантных ВВ в MB, оптимизированных массогабаритных характеристик и технологичности изготовления конструкции ВУ;

2) по эффективности за счет применения осесимметричного КЗ с плоской КС, оптимизированного по параметрам рабочей характеристики КС по перерезанию объекта и обеспечивающего большую режущую способность.

Область применения: взрывные работы в различных отраслях промышленности, использующие взрывные режущие технологии. Сущность изобретения заключается в том, что в корпусе взрывного режущего устройства (ВУ) размещен кумулятивный заряд (КЗ) из пластизольного взрывчатого состава с системой инициирования (СИ), выполненной в пенопласте в виде двух каналов с общим приемным участком, заполненных взрывчатым веществом (ВВ), в качестве узла задействования используют механический взрыватель на основе бризантного ВВ, между КЗ и СИ сформирована полость, внутренняя поверхность корпуса ВУ в зоне размещения КЗ имеет конический участок с уменьшением диаметра в сторону размещения СИ, толщину слоя пластизольного взрывчатого состава S, расположенного между вершиной облицовки и торцом КЗ, выбирают из соотношения S=K₁·H, где K₁ - коэффициент выбран экспериментально и может находиться в пределах от 0,15 до 0,3; Н - высота облицовки. Технический результат: повышение безопасности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Взрывное режущее устройство, включающее корпус, в котором размещены кумулятивный заряд, состоящий из шашки взрывчатого вещества и облицовки, система инициирования, выполненная в инертном материале в виде двух каналов с общим приемным участком, заполненных взрывчатым веществом, при этом приемный участок соединен с узлом задействования, а концевые участки каналов примыкают к торцу кумулятивного заряда, отличающееся тем, что в качестве взрывчатого вещества кумулятивного заряда использован пластизольный взрывчатый состав, в качестве узла задействования - механический взрыватель на основе бризантного взрывчатого вещества, внутренняя поверхность корпуса в зоне размещения кумулятивного заряда выполнена с коническим участком, диаметр которого уменьшен в сторону размещения системы инициирования с образованием между ней и кумулятивным зарядом полости, а толщина слоя S взрывчатого вещества, расположенного между вершиной облицовки и торцом кумулятивного заряда, выбрана из соотношения

S=K₁·H,

где K₁ - экспериментальный коэффициент, выбирается в пределах от 0,15 до 0,3;

Н - высота облицовки, мм.

A=K₂·(D-d),

где K₂ - экспериментальный коэффициент, выбирается в пределах от 0,7 до 1;

D - диаметр торца кумулятивного заряда, к которому примыкают концевые участки каналов, мм;

d - диаметр концевого участка канала, мм.