CC BY
70
Е. И. Староверова, В. М. Лебедева, А. С. Арутюнян, А. И. Хацринов,
Р. Ф. Гатина, С. М. Абдулкаюмова, А. Р. Имамиева, Ю. М. Михайлов
ПОЛУЧЕНИЕ ПЛАСТИНЧАТЫХ ПОРОХОВ ДЛЯ СПОРТИВНО-ОХОТНИЧЬИХ ПАТРОНОВ
Ключевые слова: некондиционная фракция, вальцевание.
В статье представлен способ получения порохов пластинчатой формы с управляемой толщиной горящего свода из некондиционной фракции сферического пороха. Установлено, что разработанные пластинчатые пороха для гладкоствольного оружия позволяют повысить качество порохов при улучшении технико-экономических показателей
Keywords: sub-standard fraction, method reducer rolling.
In article is to presented the method of reception of powder of the lamellar form with operated thickness of the burning arch from sub-standard fraction of spherical powder. The developed lamellar powders for the smooth-bore weapon, allows to raise quality of powders at improvement of technical and economic indicators, it is established.
Задача сохранения оборонного потенциала пороховых производств в мирный период предполагает изготовление широкой номенклатуры гражданских порохов.
Рост цен на сырье, комплектующие и энергоресурсы требует необходимости разработки ресурсосберегающих технологий. При изготовлении порохов по воднодисперсионной технологии выход годной фракции составляет 60...70 % в силу полидисперсности пороховых частиц. Штатные пороха, используемые в пистолетных патронах, имеют достаточно узкую фракцию, обеспечение которой весьма затруднительно в условиях валового производства. Учитывая это, для повышения экономического эффекта, авторами предложено проводить вальцевание некондиционной фракции пороха для получения требуемой толщины горящего свода.
Толщина горящего свода регулируется изменением зазора между валками. Зазор регулируется с помощью механизма, имеющего свой электродвигатель, червячный редуктор и ходовой винт, связанный с подшипником, в котором расположены шейки валков [1].
Схема втягивания пороховых элементов в зазор между валками приведена на рис. 1.
Углы ai и а2 - углы захвата;
Дуги А1В1 и А2В2 - дуги захвата;
Ti и Т2 - силы трения, увлекающие пороховые элементы в зазор между валками;
G - сила тяжести (ею можно пренебречь из-за ее незначительности по сравнению и остальными силами);
.^1 и ^2 - коэффициент трения пороховых элементов о валки;
Ni и N2 - реакция валков
Ti _ N.| ^ Т2 _ N2 |J2
Рис. 1 - Схема втягивания пороха валками:
а - втягивание в начальный момент; б - втягивание при заполнении зева до минимального зазора
Пороховые элементы втягиваются в зазор между валками при условии:
N., sin a., +N2 sinа^^ соsa, ^Т2сos2
Если Ni=N2, ai =a2, Ti=T2, ц =ц2
ц = tgp, p - угол трения.
N sina<N |j cosa N sina<N tgp cosa
Разделив неравенство на cos a, получим a<p.
Таким образом, для втягивания пороха в зазор между валками необходимо, чтобы угол захвата был меньше угла трения материала о поверхность валков.
При приближении к уровню минимального зазора, места приложения сил перемещаются к середине дуги захвата и пороховой элемент контактирует с валками по всей дуге захвата. В этом случае a<2p, то есть угол захвата должен быть меньше двух углов трения. При этом условии необходимо применить принудительное проталкивание порохового элемента в зев валков, затем он будет перерабатываться благодаря втягивающим силам.
Возвратно-технологические отходы перед стадией вальцевания обрабатываются графитом для обеспечения сыпучести и подсушиваются до влажности 8...10 % с целью снижения риска воспламенения пороха. Вальцевание проводится на гладких вальцах с зазором, обеспечивающим толщину пластин от 80 до 100 мкм. Полученный порох полируется графитом марки С3, сушится до остаточной влажности 0.2.. .0.6 %.
Как известно, скорость горения пороха [2] - характеризуется перемещением фронта горящей поверхности по нормали вглубь порохового элемента и измеряется изменением толщины горящего свода пороха (е) в единицу времени t.
de
и = Ил'
Учитывая то, что после вальцевания увеличивается плотность пороховых элементов можно сказать, что основной характеристикой, оказывающей влияние на скорость образования газов, является толщина горящего свода. Получив методом вальцевания единообразие по толщине горящего свода, можно расширить фракционный состав, что определенно приведет к снижению затрат на дополнительную переработку некондиционной фракции по существующей промышленной технологии.
Количество газов, и интенсивность их образования зависят не только от закона скорости горения, но и от формы и размеров пороховых элементов.
Вальцевание приводит к единообразию по толщине горящего свода и изменению формы пороховых элементов, при этом увеличивается прогрессивность их горения, что можно проследить на рис.2.
Быстротой газообразования или объемной скоростью горения называют величину
da
, представляющую собой относительную часть поверхности пороха, сгоревшего и превратившегося в газы в единицу времени. Анализ этой величины позволяет выяснить, за счет чего можно регулировать скорость притока газов при горении пороха.
Обозначим:
2е1 - толщина горящего свода;
2е - толщина горящего свода, сгоревшего к данному моменту времени;
2ei
z = - относительная толщина сгоревшего пороха;
о - относительная поверхность пороха.
В процессе горения ъ меняется от 0 до 1; СТ меняется от 1 в начале горения до ок в конце горения, причем в зависимости от формы пороха ок может меняться в широких пределах.
Используя основные положения геометрического закона горения, выводится зависимость:
ст = f (г);
Для всех форм порохов, данные зависимости вычисляются по следующим формулам:
а = 1 + 2- X - г + 3 д г2
где х, X, М - коэффициенты характеризующие форму пороха, для каждой формы они имеют свое численное значение [2].
Нами были рассчитаны изменения поверхности при горении образцов в форме шара, пластины, сферического пороха (СФП) эллипсоидной формы и СФП вальцованного. Данные зависимости относительной сгоревшей части поверхности пороха от уменьшающейся толщины горящего свода приведены на рис.2.
ъ
-------пластина
-------шар
-------обр.1
.......обр. 2 (вальцованный)
Рис. 2 - Изменение поверхности при горении порохов
Как известно, при переходе от шарообразной к пластинчатой форме улучшается прогрессивность горения. Из рисунка видно, что исходный образец СФП имеет дегрессив-ную форму горения, приближающуюся к шаровой. Уменьшение же толщины горящего свода приводит к снижению дегрессивности.
В образцах, полученных методом вальцевания, была расширена годная фракция от 02...04 до 02...063. Результат проведенных испытаний [3] в спортивном 9 мм пистолетном патроне «Люгер» свидетельствуют о том, что образцы вальцованного пороха обеспечивают нормативную скорость полета пули, что, несомненно, говорит о положительном влиянии операции вальцевания.
Таким образом, используя операцию вальцевания некондиционной фракции пороха, можно увеличить до 90.95 % выход годной продукции при изготовлении сферического пороха.
Разработанные пластинчатые пороха для гладкоствольного оружия, получаемые по описанному способу, позволяют повысить качество порохов при улучшении техникоэкономических показателей. Реализация данного способа получения порохов обеспечит использование их в пистолетных патронах современного уровня.
Выводы
1. Впервые разработан способ получения пороха пластинчатой формы вальцеванием некондиционной фракции сферического пороха.
2. Проведенные исследования показали, что пороха пластинчатой формы, полученные с использованием операции вальцевания, по баллистическим характеристикам соответствуют нормативным показателям исследуемых марок сферического пороха.
3. Разработанные пластинчатые пороха позволяют повысить качество порохов при улучшении технико-экономических показателей.
Литература
1. Лукач, Ю.Е. Валковые машины для переработки пластмасс и резиновых смесей. / Ю.Е. Лукач, Д.Д. Рябинин, Б.Н. Метлов - М.: Машиностроение, 1967. - 295 с.
2. Серебряков, М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. Третье издание дополненное и переработанное. / М.Е. Серебряков. - М.: Оборонгиз, 1949.-698с.
3. Разработка технологического процесса изготовления порохов пластинчатой формы для ружейно-пистолетных патронов из устаревших пироксилиновых и сферических порохов: Отчет НИР -Казань, ГосНИИХП. 2001. - 31 с.
© Е. И. Староверова - канд. техн. наук, нач. лаб. 1054 Технологического центра, ФКП «ГосНИИХП»; В. М. Лебедева - канд. техн. наук, гл. спец.т отдела 1010, ФКП «ГосНИИХП»; А. С. Арутюнян - канд. техн. наук, нач. Технологического центра, ФКП «ГосНИИХП»; А. И. Хац-ринов - д-р техн. наук, проф., зам. директора по НИОКР ФКП «ГосНИИХП»; Р. Ф. Гатина - д-р хим. наук, проф., дир. ФКП «ГосНИИХП»; С. М. Абдулкаюмова - гл. спец. лаб. 1054 Технологического центра, ФКП «ГосНИИХП»; А. Р. Имамиева - асп. КГТУ, вед. инженер-технолог лаборатории 1054 Технологического центра, ФКП «ГосНИИХП», gniihp@bancorp.ru; Ю. М. Михайлов -член-корр. РАН.
