CC BY
272
3. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров. М.: Физматлит, 1972. 400 с.
D.S. Kornakov, V.Y. Sladkov
THE INCREASING OF MECHANICAL PROCESSING BIG ENERGY MATERIAL CAPACITY UNDER VARIABLE DEPTH OF CUTTING
Methods of the determination optimum mode mechanical processing big energy material under variable depth of cutting is presented, providing maximum capacity of the technological system when ensuring guaranteed safety to operations.
Key words: big energy material, mechanical processing, optimum modes, variable depth of cutting, technological system.
УДК 623.457.6
В.Ю. Сладков, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-79, [email protected]. Ю.В. Дудина, канд. техн. наук, доц., (8903) 843-55-00 (Россия, Тула, ТулГУ)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ РАССНАРЯЖЕНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ БОЕПРИПАСОВ
Рассмотрены перспективные методы расснаряжения и утилизации обычных боеприпасов, позволяющие повысить производительность процесса извлечения взрывчатого снаряжения, и обеспечить его использование для изготовления взрывчатых веществ с заданными свойствами.
Ключевые слова: утилизация, боеприпасы, взрывчатые вегцества, расснаряже-ние, гидроструйные технологии.
Проблема утилизации устаревших обычных боеприпасов (БП), несмотря на стоящие перед страной глобальные задачи, связанные с модернизацией российских вооруженных сил, не потеряла своей актуальности. В настоящее время на территории России и бывших стран СНГ скопились миллионы тонн морально и физически устаревших боеприпасов, дальнейшее хранение которых требует значительных материальных затрат и связано со все возрастающей опасностью самопроизвольных взрывов, экологических катастроф, несчастных случаев, хищений. Очевидно, что начавшееся масштабное сокращение вооруженных сил и их перевооружение приведет к значительному росту запасов, непригодных для боевого применения средств вооружения.
С другой стороны, устаревшие БП содержат весьма ценные материалы, такие как черные и цветные металлы, взрывчатые вещества (ВВ) и пороха, которые могут использоваться во многих отраслях промышленности.
В связи с этим проблема утилизации и рационального использования БП с истекшим сроком годности приобретет еще большую остроту.
Наиболее трудоемкой, сложной и опасной операцией в технологической цепочке утилизации БП является его расснаряжение. Поэтому воз-
можность применения того или иного способа выполнения этой операции определяет перспективность предлагаемой схемы утилизации.
В настоящее время разработан и используется в промышленности целый ряд достаточно хорошо зарекомендовавших себя технологий рас-снаряжения БП. К ним относятся следующие методы: выплавление, различные варианты гидроструйных технологий, механические методы извлечения взрывчатого снаряжения (ВС). В то же время модернизация существующих и поиск новых методов расснаряжения представляется весьма актуальным. При этом оценка перспективности применения конкретного метода должна проводиться по следующим аспектам: безопасность, экологичность, экономичность, возможность дальнейшего использования полученного сырья.
В настоящей работе с указанных выше позиций рассматривается ряд перспективных методов расснаряжения утилизируемых боеприпасов.
1. Применение импульсных струй жидкости.
Как показывают проводимые в последнее время в России и за рубежом исследования, направленные на повышение режущей способности высоконапорных струй жидкости без увеличения гидравлической мощности оборудования, может быть достигнуто за счет создания и применения импульсных струй воды высокого давления.
Применение импульсных струй позволяет повысить производительность нарезания щелей в разрушаемом массиве в 1,5...2 раза. Это объясняется следующим образом. При внедрении струи жидкости в преграду можно выделить два характерных этапа взаимодействия: ударное взаимодействие при встрече струи с преградой и выбивание некоторого начального объема вещества; статическое нагружение образовавшейся воронки с образованием обратного течения вдоль границы контакта, при котором струя вначале взаимодействует с водяной «подушкой» затрачивая на ее преодоление определенную энергию, а затем с разрушаемым массивом. В случае импульсной струи жидкости чередование этих двух этапов приводит к увеличению производительности за счет динамического воздействия на разрушаемую преграду, а также за счет уменьшения влияния образующейся водяной «подушки».
При использовании импульсных струй для расснаряжения БП особое внимание должно быть уделено обеспечению безопасности, так как на начальном этапе взаимодействия струи с ВС давление в зоне контакта значительно возрастает и превышает давление в напорной магистрали более чем на порядок. Однако, как показывают расчеты, возникающий импульс давления весьма кратковременен (порядка 1... 2 мкс), что дает основания считать данный процесс безопасным. Кроме того, проведенные сотрудниками ТулГУ экспериментальные исследования показали, что при однократном импульсном воздействии водяной струи со скоростью до 1200 м/с на таблетки высокочувствительных ВВ признаков их термического разложения обнаружено не было. Тем не менее, этот вопрос требует дополнительной тщательной проработки.
В настоящее время рассматриваются различные варианты создания импульсных струй, которые могут быть разделены на две группы: с колебанием воды в струеформирующем устройстве вызваны явлением саморе-зонанса или созданием парогазовой (кавитационной) полости и с использованием механического внутреннего или внешнего механизма прерывания струи жидкости. Наиболее просто на практике реализуется механическое прерывание, применение которого для извлечения ВС из корпуса БП требует поиска конструктивных решений, обеспечивающих создание достаточно компактного инструмента.
2. Применение гидромеханического инструмента.
Сущность гидромеханического разрушения материала заключается в совместном воздействии на массив высоконапорной струи жидкости, ослабляющей материал, и режущего инструмента. При этом возможны различные схемы реализации процесса, но наиболее приемлемой и просто реализуемой технически в нашем случае является схема «струя перед резцом». Важной особенностью рассматриваемого процесса гидромеханического разрушения материала является то, что воздействие струи воды сводится к созданию некоего поля напряжений, способствующих более интенсивному росту трещины, возникающей под действием резца.
Проведенные в ТулГУ и ФГУП «ГНПП «Сплав» теоретические и экспериментальные исследования гидромеханического разрушения заряда ВВ позволили разработать запатентованную конструкцию инструмента, определить рациональные режимы процесса расснаряжения и оценить возможность его применения с точки зрения экономической целесообразности и безопасности.
Испытания, проведенные на 100 мм снарядах ОФ-32, снаряженных имитатором ВВ и гексогеносодержащим ВВ А-1Х-2, показали, что время расснаряжения составило 3,5 минуты, а удельные затраты Кэк =3Ъ! твв = 3,15 руб/кг (здесь - суммарные затраты на расснаряже-ние одного боеприпаса; твв - масса извлекаемого ВВ), что значительно меньше по сравнению с другими способами извлечения ВС из корпуса БП.
При этом температура в зоне разрушения ВВ даже при достаточно высоких режимах резания не превышает 70...80 °С, что обеспечивает гарантированную безопасность данного способа.
3. Применение высоконапорных струй из растворов окислителя.
Большинство применяемых в настоящее время промышленных
взрывчатых веществ (ПВВ) в качестве окислителя используют в том или ином виде аммиачную селитру. К ним относятся граммониты, акватолы, гранулиты, аммониты и другие ПВВ.
Аммиачная селитра достаточно хорошо растворяется в воде, что позволяет использовать ее растворы при извлечении ВС гидроструйным методом.
Использование подобных струй позволяет вводить необходимое количество окислителя в извлекаемое ВВ и превращать его в ПВВ практически без дальнейшей переработки.
4. Применение двухфазных высоконапорных струй, содержащих твердые частицы, играющие роль сенсибилизаторов.
Использование двухфазных струй, содержащих твердые включения (например, перлитовый песок, стеклянные микросферы), позволяет повысить производительность процесса извлечения ВС в несколько раз, а также повысить чувствительность получаемого продукта к инициирующему импульсу.
Полученный таким образом взрывчатый материал может использоваться для изготовления промежуточных детонаторов и высокомощных ПВВ.
5. Применение двухфазных высоконапорных струй, содержащих твердые частицы ВВ или металлов.
Использование двухфазных струй, содержащих твердые частицы (например, гексогена, алюминия), позволяет, как и в предыдущем случае повысить производительность процесса извлечения ВС, а также придать получаемому продукту требуемые физические и взрывные свойства. Однако использование данного способа извлечения ВС требует проведения обширных теоретических и экспериментальных исследований, прежде всего связанных с вопросами обеспечения безопасности в процессе получения двухфазной струи, ее движения по коллиматору и взаимодействию с извлекаемым снаряжением.
6. Применение высоконапорных струй, содержащих твердые частицы, играющих роль флегматизаторов.
Использование подобных струй позволяет повысить производительность процесса извлечения ВВ, а также понизить его чувствительность к инициирующему импульсу и уменьшить скорость детонации. В качестве твердой фракции в данном случае могут использоваться полиэтиленовые или полипропиленовые микросферы, что дает возможность использовать полученный продукт для изготовления полупредохранительных ПВВ.
7. Применение водополимерных высоконапорных струй.
Известно, что введение в высокоскоростную водную струю полимерных добавок повышает ее компактность и увеличивает режущую способность. Следовательно, использование водополимерных струй позволяет повысить производительность процесса расснаряжения и одновременно понизить чувствительность получаемого продукта, в котором полимерные добавки играют роль флегматизатора.
В течение последних двадцати лет отечественные и зарубежные ученые уделяют большое внимание разработке так называемых малочувствительных взрывчатых веществ (МЧВВ). Основным направлением развития боевых ВВ во второй половине XX века было повышение мощности зарядов, основанное на увеличении энергоемкости и плотности. Однако с увеличением мощности ВВ, как правило, возрастает их чувствительность к
механическим (удару, трению, прострелу пулей или осколком) и тепловым (нагреву, форсу пламени) импульсам.
Широко применяемые в настоящее время ВВ на основе тена, гексогена, октогена обладают высокой мощностью и в то же время повышенной чувствительностью к внешним воздействиям, что затрудняет их применение. С другой стороны, малочувствительные ВВ на основе тротила (ТНТ) и его аналогов оказываются неудовлетворительными по взрывчатым характеристикам, в частности для кумулятивных зарядов.
Особенно остро проблема безопасности в обращении с высокомощными ВВ встала в связи со взрывами боеприпасов в танках, взрывом фрегата «Шеффилд», гибелью подводной лодки «Курск», с многочисленными взрывами БП на военных складах и арсеналах.
Все это привело к необходимости начать разработку нового класса ВВ, превосходящих по мощности ТНТ, обладающих чувствительностью на его уровне и обеспечивающих высокую безопасность при случайных воздействиях.
Одним из направлений создания МЧВВ является использование во взрывчатых составах полимерных связующих (например, динитроанизол, олигополимеры), которые существенно снижают чувствительность, не меняя взрывных свойств. Примером таких составов могут служить ВВ АБХ-645, РАХ-28, разработанные в США.
Следовательно, применение водополимерных высоконапорных струй определенного состава при извлечении ВС из корпусов утилизируемых БП позволяет использовать полученный продукт для изготовления малочувствительных ВВ, созданию которых сейчас уделяется большое внимание.
8. Создание легко расснаряжаемых боеприпасов.
Подавляющее большинство БП, подлежащих утилизации, представляют собой неразборную конструкцию одноразового применения. Это создает значительные трудности при выборе способа извлечения ВС из корпуса и определении облика применяемого инструмента.
В этой связи представляется целесообразным при разработке новых видов БП в первую очередь рассматривать конструктивные варианты, имеющие разъемный корпус, позволяющий в случае необходимости легко извлекать из него ВС. Для этого корпус БП должен иметь резьбовые соединения, ослабленные места конструкции, замковые устройства и т.п.
В то же время разработка и внедрение легко расснаряжаемых БП требует проведения широкого круга исследований, связанных с оценкой правильности функционирования, эффективности действия и экономической целесообразности создания подобных БП.
Таким образом, намечены перспективные направления развития технологии расснаряжения и утилизации обычных боеприпасов, целесообразность реализации которых должна быть доказана в процессе дальнейших детальных исследований.
Проведение подобных изысканий позволит выбрать наиболее перспективные направления в разработке новых инновационных технологий расснаряжения боеприпасов, подлежащих утилизации.
V. Y. Sladkov, Y. V. Dudina
THE PERSPECTIVE METHODS OF DEMILITARIZATION AND RECYCLINGS OF AMMUNITION
Perspective methods demilitarization and recyclings of the usual ammunition are considered to raise the productivity of extraction’s process of explosive equipment, and to provide it’s use for manufacturing of explosives with the set properties.
Key words: recycling, ammunition, explosives, demilitarization, hydrojet technologies.
УДК 621.91
Д.С. Корнаков, асп., (4872) 35-18-79, котакоу [email protected].
Ю.В. Дудина, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-24-88 (Россия, Тула, ТулГУ)
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ НА СТРУЖКУ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
В статье предложена конструкция регулируемой форсунки для подачи охлаж-даюгцей жидкости в зону резания, которая обеспечивает снижение тепловой нагрузки на стружку, как засчет ее охлаждения, так и засчет ее дробления.
Ключевые слова: регулируемая форсунка, охлаждаюгцая жидкость, дробление стружки, тепловая нагрузка, взрывчатое вещество, механическая обработка.
Увеличение объемов механической обработки зарядов взрывчатых веществ (ВВ) при изготовлении новых изделий и при извлечении их из корпусов утилизируемых боеприпасов требует нового подхода к решению вопросов обеспечения безопасности данной операции. При проведении механической обработки ВВ необходимо учитывать возможность воспламенения и детонации обрабатываемого материала в случае его нагрева под воздействием режущего инструмента. В связи с этим актуальной является задача разработки способов снижения тепловых нагрузок, воздействующих на деталь и стружку с целью обеспечения гарантированного отсутствия не только детонации, но и заметного разложения ВВ.
Проведенные исследования [1] показали, что наибольшему нагреву при механической обработке деталей из ВВ подвергается поверхность стружки, соприкасающаяся с передней поверхностью резца. При этом температура стружки существенно зависит от времени ее контакта с резцом и наличия охлаждающей жидкости. Эти обстоятельства являются решающими при выборе способа смазки и охлаждения зоны резания, который помимо этого может обеспечить и слом стружки, уменьшая время ее контакта с режущим инструментом, о чем свидетельствует зависимость, представленная на рис. 1.
