CN104534949B - 一种装药弹丸冲击剪切方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装药弹丸冲击剪切方法及其装置，即从弹丸径向对弹丸施加不小于450t冲击剪切载荷，使其断裂，然后从断裂后的弹丸中取出炸药，解决了TNT装药弹丸蒸汽倒药法回收TNT产生TNT废水、非TNT装药的弹丸（如梯萘、梯铝、钝黑铝等装药弹丸）野外烧毁或炸毁方法销毁处理产生大量环境污染的问题。该装药弹丸冲击剪切装置包括机身；设置于机身上，与动力机构连接、用于对弹丸径向进行剪切的剪切刀具；安装在剪切刀具侧面、用于对弹丸进行定位的固定套筒；与动力机构连接、用于将弹丸沿送料通道送入固定套筒内，并使弹丸的剪切部位正对剪切刀具的推料装置。

Description

一种装药弹丸冲击剪切方法及其装置

技术领域

本发明涉及报废弹药销毁处理领域，具体涉及一种装药弹丸冲击剪切方法及其装置。

背景技术

目前报废弹药销毁处理流程是将弹药经分解拆卸后，对引信、底火和发射药一般采取烧毁炉或野外烧毁处理，对TNT装药弹丸一般采取蒸汽倒药法回收TNT，对非TNT装药的弹丸（如梯萘、梯铝、钝黑铝等装药弹丸）一般采取野外烧毁或炸毁方法处理。对装有炸药的弹丸无论是蒸汽倒药，还是野外烧毁炸毁，都将产生大量环境污染，与当前建立资源节约型、环境友好型国家发展战略相违背。另外，采取液压方式对非铸铁材质的空弹丸毁形，效率较低。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的装药弹丸冲击剪切方法及其装置，沿弹丸径向对弹丸施加不小于450t冲击剪切载荷，使其断裂，然后从断裂后的弹丸中取出炸药，解决了TNT装药弹丸蒸汽倒药法回收TNT产生TNT废水、非TNT装药的弹丸（如梯萘、梯铝、钝黑铝等装药弹丸）野外烧毁或炸毁方法销毁处理产生大量环境污染的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种装药弹丸冲击剪切方法，其包括：

对装填有炸药的弹丸沿弹丸径向方向施加不小于450t的冲击载荷，使弹丸在冲击载荷的作用下瞬间断裂。

第二方面，提供一种装药弹丸冲击剪切装置，其包括机身；

设置于机身上，与动力机构连接、用于对弹丸径向进行剪切的剪切刀具；安装在剪切刀具侧面、用于对弹丸进行定位的固定套筒；以及

与动力机构连接、用于将弹丸沿送料通道送入固定套筒内，并使弹丸的剪切部位正对剪切刀具的推料装置。

本发明进行安装药弹丸剪切安全性实验，实验表明弹丸在受到径向剪切时，弹丸金属壳体受到挤压而变形使弹丸断面由圆形变为椭圆形，面积减少约2.8%，弹体内炸药应力增大，但仍远低于弹药在发射时的临界应力；弹丸在冲击载荷剪切后，只有小口径（57mm以下）弹丸在其剪切断面、金属壳体内壁有少量炸药熔化后再结晶外，大口径（大于57mm）装药弹丸则无熔化现象；剪切完成后，弹丸剪切断面不到1s时间内温度下降到80℃以下。

本发明的有益效果为：通过该方法能够对装药弹丸施加径向冲击载荷而使其被剪切断裂，弹丸被截断后可以对其金属壳体和弹体内炸药进行回收，对环境不会造成烟尘污染或者水污染；可使弹丸上的铜质弹带与弹体剥离，回收铜材。

附图说明

图1为装药弹丸剪切装置的结构示意图；

图2为装药弹丸剪切装置工作原理简图；

图3为图1中安装座沿A-A方向的剖视图；

图4为装药弹丸剪切装置剪切夹具的立体图；

图5为液压缸的立体图；

图6为弹簧缓冲结构的立体图；

图7为第二动力装置的结构简图。

其中，1、机身；2、安装块；3、推料装置；31、限位结构；4、送料通道；5、安装座；6、飞轮装置；7、固定套筒；8、挡料装置；81、弹簧缓冲结构；811、底板；812、弹簧；813、挡块；82、液压缸；821、缸体；822、活塞杆；9、剪切刀具；91、弧形刀面；10、滑块；11、挡料结构；12、弹丸；13、连杆；14、第三级减速机构；141、偏心输出轴；15、第二级减速机构；16、第一级减速机构；17、电机；171、传输皮带。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

该装药弹丸冲击剪切方法包括对装填有炸药的弹丸沿其径向方向施加不小于450t的冲击载荷，使弹丸在冲击载荷的作用下瞬间断裂。其中，作用于弹丸的冲击载荷的时间为0.3s~0.5s。

当对弹丸12剪切时，剪切速度达到一定值时弹丸12材料断裂面平整度好，随着剪切刀具9剪切速度加快，剪切刀具9与弹丸12撞击力就越大，弹丸壳体易产生火花。实验表明，当剪切刀具9行进速度达到3～5m/s时，剪切刀具9与弹丸12撞击时不会产生火花，且弹丸12剪切端面平整度好、椭圆度小。

为了便于弹丸12剪切完成后，顺利地将弹丸12上的弹带取下，将冲击载荷作用于弹丸的受力点选在弹带处。

为了满足各种弹丸都能够在同一剪切装置上顺利地被剪切断，冲击剪切载荷以满足能剪切152mm口径弹丸为最大值。

参考图1和图2，图1示出了装药弹丸剪切装置的结构示意图；图2示出了装药弹丸剪切装置工作原理简图。如图1和图2所示，该装药弹丸冲击剪切装置包括机身11，机身11上设置有安装块2和安装座5；安装块2与安装座5之间设置有用于弹丸12运动的送料通道。

如图2和图3所示，在安装座5上通过螺栓固定安装有用于对弹丸12进行定位的固定套筒7；在固定套筒7侧面的安装座5上设置有与动力机构连接、用于对弹丸12进行剪切的剪切刀具9；在安装块2上设置有与动力机构连接、用于将弹丸12沿送料通道4送入固定套筒7内，并使弹丸12的剪切部位正对剪切刀具9的推料装置3。

为了便于弹丸12被顺利地从送料通道4内送入到固定套筒7内，在固定套筒7远离剪切刀具9的端面设置有斜度为15°~30°的锥面。

动力部分主要由两部分组成，分别是带动推料装置3进行推料的第一动力装置和为剪切刀具9提供冲击载荷的第二动力装置。第一动力装置为与推料装置3连接的液压缸82，或者为与推料装置3连接的电机丝杆螺母结构。

如图7所示，第二动力装置包括电机17和与电机17连接的减速装置，减速装置输出端设置有一偏心输出轴141，偏心输出轴141的拐段安装有连杆13，连杆13固定安装有一可以沿安装座5滑动的滑块10，滑块10的前端可拆卸固定安装有剪切刀具9；偏心输出轴141通过连杆13带动滑块10上安装的剪切刀具9沿直线做往复运动。

由于弹丸剪切销毁装置的力矩负荷变化很大，为使电机17的负荷均匀，第二动力装置还包括飞轮装置6，飞轮装置6安装在减速装置的安装轴上。飞轮装置6的作用为：在非剪切时，飞轮装置6储存动能；在剪切时，飞轮装置6释放其动能，帮助电机克服尖峰负荷。

减速装置至少包括一级减速机构。设计时优选减速装置包括连接在一起的第一级减速机构16、第二级减速机构15和第三减速机构14，其中第一级减速机构16通过传输皮带171与电机17连接，飞轮装置6安装在第一级减速机构16的安装轴的输出端。第二级减速机构15与第三级减速机构14之间通过齿轮啮合传动，第三减速机构14的输出端与偏心输出轴141连接。

对弹丸12施加冲击载荷进行剪切时，剪切刀具9受到的冲击和振动很大，为了提高剪切刀具9的刚性和使用寿命，剪切刀具9的材质采用Cr12，HRC58～62。由于剪切刀具9在剪切过程中是易磨损件，因此采用镶块式刀片，以便损坏后的更换和修复。

剪切刀具9的结构形式、强度和刚度直接影响到剪切坯料的断面质量和刀具寿命问题。如图4所示，将剪切刀具9设置为一块板体，且将剪切刀具9的剪切面设计为与弹丸外表面接触的弧形刀面。

实验表明，剪切刀具9采取弧形刀面，不仅可以增大剪切刀具9同弹丸的接触面积，而且使剪切面处的材料沿横向流动受到限制，易于形成夹紧剪切所要求的多向压应力状态，于是将剪切刀具9的剪切部位设置成与弹丸12外表面接触的弧形刀面91；弧形刀面91的直径比弹丸12的弹带直径大3mm～5mm。

实验表明，当固定套筒7的直径比弹丸12的弹带直径大3mm~5mm时，既可使弹丸12顺利进入固定套筒7，又可最大限度减小弹丸12剪切时的偏移量，从而提高了弹丸12剪切断面质量。为进一步降低弹丸12在剪切力作用下发生的偏移量，将推料装置3与弹丸12接触的端部设置成与弹丸12尾部外形相匹配、用于对弹丸12进行限位的限位结构31，并将限位结构31的外直径设计成比固定套筒7的内直径小3mm~5mm。

弹丸12在剪切过程中，采用过大或过小的剪切间隙剪切弹丸12时，都会不同程度的增大弹丸12剪切断面倾角，降低弹丸12剪切断面的平整度。通过实验表明固定套筒7与剪切刀具9之间的间隙大小为弹带直径的1.0%~1.5%时，弹丸剪切断面的平整度最好。

采用冲击载荷对弹丸12剪切完成后，由于受力比较大，剪切下来的弹丸12由于惯性作用会继续向前运动，为了避免弹丸12继续运动引起安全隐患，在剪切刀具9正前方的机身1上设置有用于阻止弹丸12继续向前运动的挡料装置8。

如图5所示，挡料装置8可以采用由缸体821和活塞杆822组成的液压缸82，剪切下来的弹丸12运动时，首先与活塞杆822接触，通过活塞杆822压缩缸体821内的油液来将剪切下来弹丸12的力量进行平衡。

如图6所示，挡料装置8也可以采用弹簧缓冲结构81，其包括底板811，安装在底板811上的导杆，导杆上套设有弹簧812，在导杆上活动地安装有与弹簧812连接的挡块813，剪切下来的弹丸12运动时碰撞到挡块813上的凹槽内，通过挡块813压缩弹簧812对剪切下来弹丸12的力量进行平衡。

剪切时，弹丸壳体会发生变形而粘附在剪切刀具9上，影响下一枚弹丸的剪切，为了防止这种情况的出现，在机身1上的剪切刀具9远离固定套筒7一侧加装有一个挡料结构11，在剪切刀具9退回时将剪切后的弹丸12挡下，从剪切刀具9上脱落。挡料结构11可以采用一根顶端具有一定宽度的挡料杆或挡料块，也可以是一些顶端具有一定横截面积的结构。

进行弹丸12剪切时，推料装置3首先通过送料通道4将装有炸药的弹丸12（或空弹丸）推入固定套筒7后，并使弹丸12的剪切部分位于剪切刀具9的正前方，剪切刀具9随偏心输出轴141带动滑块10运动而实现前后滑动，对弹丸12实施冲击剪切，缓冲挡料装置8对剪切后的弹丸12起缓冲作用；如果推料装置3继续前行，可推动同一弹丸12到另一位置，然后再对其剪切，或者直接将剪切后位于固定套筒7内的弹丸12推出。当第一发弹丸剪切完成后，推料装置3返回，将第二发弹丸推入固定套筒7某个位置，重复上述动作。

安全性分析：

装药弹丸在冲击载荷剪切后，弹丸断面由圆形变为椭圆形，面积减少约2.8%，即装药弹丸在受到径向剪切时，弹丸12发生挤压变形。弹丸剪切断面变形后，此断面炸药密度将增加，炸药内部应力将增大，其中TNT装药弹丸装药密度由1.50g/cm3升到1.55g/cm3，对应装药压力约为137Mpa，但仍低于压装TNT在发射时的临界应力176Mpa；钝黑铝装药弹丸装药密度由1.70g/cm3升到1.75g/cm3，对应装药压力约为130Mpa，仍低于钝黑铝发射时的临界应力（231.6±3.9）Mpa。弹丸在冲击载荷剪切后，只有小口径（57mm以下）弹丸在其剪切断面内壁有少量炸药熔化后再结晶外，大口径（大于等于57mm）弹丸则无炸药熔化现象。

另外实验证明，炸药只有达到爆发点温度并作用一定时间才能发生爆炸。TNT的5s延迟期爆发点温度为475℃，钝化黑索金的5s延迟期爆发点温度为273℃，黑铝的5s延迟期爆发点温度为314℃，钝黑铝的5s延迟期爆发点温度为287℃，梯黑铝的5s延迟期爆发点温度为270℃；而采用本装置进行剪切时，弹丸断面温度不到1s时间内温度下降到80℃以下。

综上分析，装药弹丸在受到冲击载荷时塑性变形温度不会导致炸药达到爆发点，炸药受挤压变形不会产生较大内应力而发生爆炸。

综上所述，该装药弹丸冲击剪切方法及其装置可用于对装填梯恩梯、梯铝、梯萘、钝黑铝等炸药的弹丸直接采取冲击载荷径向剪切方式，回收弹体内装填的炸药；可以将空弹丸剪切成几段，达到毁形目的；可以将弹带与弹体剥离，达到回收铜材的目的。

Claims (5)

1.一种装药弹丸冲击剪切装置，其特征在于，包括机身；

设置于机身上，与动力机构连接、用于对弹丸径向进行剪切的剪切刀具；

安装在所述剪切刀具侧面、用于对弹丸进行定位的固定套筒；以及

与动力机构连接、用于将弹丸沿送料通道送入固定套筒内，并使弹丸的剪切部位正对所述剪切刀具的推料装置。

2.根据权利要求1所述的装药弹丸冲击剪切装置，其特征在于，所述固定套筒的直径比弹丸的弹带直径大3mm～5mm。

3.根据权利要求1或2所述的装药弹丸冲击剪切装置，其特征在于：所述剪切刀具为一块板体，其上设置有与弹丸外表面接触的弧形刀面；所述弧形刀面的直径比弹丸的弹带直径大3mm～5mm。

4.根据权利要求2所述的装药弹丸冲击剪切装置，其特征在于，所述固定套筒与所述剪切刀具之间的间隙大小为弹带直径的1.0％～1.5％，且所述固定套筒的长度大于等于弹丸的长度。

5.根据权利要求1、2或4所述的装药弹丸冲击剪切装置，其特征在于，所述推料装置与所述弹丸接触的端部设置有与弹丸尾部外形相匹配、用于对弹丸进行限位的限位结构；所述限位结构的外直径比所述固定套筒的内直径小3mm～5mm。