CN111024760B - 一种火炸药撞击安全性评价装置和评价方法 - Google Patents

一种火炸药撞击安全性评价装置和评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种火炸药撞击安全性评价装置和评价方法，该评价装置包括底座、撞击头、动态力传感器、预紧螺钉、预紧弹簧，底座放置在地面或工作台上，动态力传感器放置在底座上，撞击头放置在动态力传感器上，底座、动态力传感器、撞击头同轴，动态力传感器落在底座的环形槽内；预紧螺钉从下通孔向上穿，将底座、动态力传感器、撞击头、预紧弹簧连接为整体。本发明结构巧妙简单，将火炸药撞击安全性由特性落高表征方法和撞击应力表征方法等效，实现火炸药撞击感度可用于指导制备工艺中撞击安全性。能够解决传统火炸药撞击感度测试中采用落锤落高来表征安全性的方法无法和火炸药工业制备所受撞击力刺激量等效的问题。

Description

一种火炸药撞击安全性评价装置和评价方法
技术领域
本发明属于火炸药工艺安全测试技术领域，具体涉及一种火炸药撞击安全性评价装置和评价方法。
背景技术
火炸药是一种具有易燃易爆属性的化工材料，火炸药制备和存储过程中的安全性是火炸药应用的关键，其中撞击安全性是关键因素之一。为了评估火炸药材料或产品的撞击安全性，传统方法为采用质量为2千克、5千克、10千克、20千克的落锤从一定高度下落撞击在火炸药材料上，通过一定质量落锤从一定高度下落火炸药的燃爆概率来评价其安全性。这种安全性评价方法属于一种表象评价方法，其受到的印象因素较多，具体表现为：第一，该评价方法所得的特征高度一定程度上属于相对量，其更重要的是比较不同材料之间的相对安全程度；第二，该方法是一种以落锤高度这种现象来评价安全性，并没有对爆炸药的力、热本质做相应的评价；第三，传统落锤方法获得的数据对于指导实际工业应用存在无法等效的问题。
随着火炸药技术的发展，火炸药加工和存储过程总的安全性越来越受到重视，如何获得一种装置和方法来客观的评价火炸药实际加工过程中的安全性问题成为焦点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种火炸药撞击安全性评价装置和评价方法，以解决如何获得火炸药在受到撞击过程中的撞击应力、应力率，且能够实现火炸药撞击感度与撞击应力或撞击应力率的等效的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种火炸药撞击安全性评价装置，该评价装置包括底座、撞击头、动态力传感器、预紧螺钉和预紧弹簧；其中，底座的上表面设有环形槽，环形槽与底座同轴；底座开有台阶状通孔，通孔与底座同轴，底座上表面一侧通孔为上通孔，下表面一侧通孔为下通孔，下通孔直径大于上通孔，在下通孔和上通孔的连接部位形成台阶状；撞击头为半球形，撞击头底面为平面，在底面上开有螺纹孔，螺纹孔与撞击头同轴且为盲孔；动态力传感器为环形传感器；底座放置在地面或工作台上，动态力传感器放置在底座上，落在底座的环形槽内，动态力传感器和环形槽之间铺设被测物料；撞击头放置在动态力传感器上，底座、动态力传感器、撞击头同轴；预紧螺钉从下通孔向上穿过上通孔，并与撞击头底面的螺纹孔连接；预紧弹簧位于下通孔内预紧螺钉与底座之间，被下通孔和上通孔连接处的台阶限位；预紧螺钉将底座、动态力传感器、撞击头和预紧弹簧连接为整体。
进一步地，动态力传感器的环形外侧面与环形槽的环形外侧面之间为间隙配合；动态力传感器的环形内侧面与环形槽的环形内侧面之间为间隙配合。
进一步地，预紧螺钉与上通孔之间为间隙配合。
进一步地，间隙大于0.5mm。
此外，本发明还提出一种火炸药撞击安全性评价方法，采用上述评价装置，该评价方法包括：
1)试样装填：拆卸预紧螺钉，将撞击头和动态力传感器取下，在环形槽内平铺一层被测火炸药试样，将动态力传感器和撞击头依次安装，并用预紧螺钉将底座、动态力传感器、撞击头紧固连接，将装填好试样的评价装置放置在水平地面或工作台上，并保持评价装置轴线与水平面垂直；
2)临界撞击应力测试：采用落锤从一定高度垂直下落，撞击在撞击头上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头轴线重合；落锤具有一系列质量，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为多发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数与试样总量比值介于40％-60％之间时，确定对应的撞击应力为临界应力；如果试样燃爆次数与试样总量比小于40％，则适当增大落锤下落高度以增大撞击应力；如果试样燃爆次数与试样总量比大于60％，则适当减小落锤下落高度以减小撞击应力；
3)临界撞击应力率测试：采用落锤从一定高度垂直下落，撞击在撞击头上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头轴线重合；落锤具有一系列质量，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力率达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为多发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数与总试样量比值介于40％-60％之间时，确定对应的撞击应力率为临界应力率；如果试样燃爆次数与总试样量比小于40％，则适当增大落锤下落高度以增大撞击应力率；如果试样燃爆次数与总试样量比大于60％，则适当减小落锤下落高度以减小撞击应力率；
4)感度下限撞击应力测试：采用落锤从一定高度垂直下落，撞击在撞击头上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头轴线重合；落锤具有一系列质量，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为多发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数不为0时，适当减小落锤下落高度以减小撞击应力，直到测试试样全部不发生燃爆，确定对应的撞击应力为感度下限撞击应力；
5)感度下限撞击应力率测试：采用落锤从一定高度垂直下落，撞击在撞击头上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头轴线重合；落锤具有一系列质量，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力率达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为多发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数不为0时，适当减小落锤下落高度以减小撞击应力率，直到测试试样全部不发生燃爆，确定对应的撞击应力率为感度下限撞击应力率。
(三)有益效果
本发明提出一种火炸药撞击安全性评价装置和评价方法，该评价装置包括底座、撞击头、动态力传感器、预紧螺钉、预紧弹簧，底座放置在地面或工作台上，动态力传感器放置在底座上，撞击头放置在动态力传感器上，底座、动态力传感器、撞击头同轴，动态力传感器落在底座的环形槽内；预紧螺钉从下通孔向上穿，将底座、动态力传感器、撞击头、预紧弹簧连接为整体。本发明结构巧妙简单，将火炸药撞击安全性由特性落高表征方法和撞击应力表征方法等效，实现火炸药撞击感度可用于指导制备工艺中撞击安全性。能够解决传统火炸药撞击感度测试中采用落锤落高来表征安全性的方法无法和火炸药工业制备所受撞击力刺激量等效的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：(1)提供了一种评价装置和方法，可以直接获得火炸药受到撞击时作用在其上的应力和应力率，相比传统方法更加本质化；(2)所用的方法能够将传统的火炸药撞击感度数据与制备工艺中实测撞击应力和应力率等效，促进实验室数据对工业化制备的安全指导作用。
附图说明
图1为本发明实施例火炸药撞击安全性评价装置结构示意图。
图中：1-底座，2-撞击头，3-动态力传感器，4-预紧螺钉，5-预紧弹簧，12-环形槽，13-下通孔，14-上通孔，21-螺纹孔，6-被测物料。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种火炸药撞击安全性评价装置，其结构如图1所示，主要包括底座1、撞击头2、动态力传感器3、预紧螺钉4和预紧弹簧5。
其中，底座1的上表面设有环形槽12，环形槽12与底座1同轴；底座1开有台阶状通孔，通孔与底座1同轴，底座1上表面一侧通孔为上通孔14，下表面一侧通孔为下通孔13，下通孔13直径大于上通孔14，在下通孔13和上通孔14的连接部位形成台阶状。
撞击头2为半球形，其底面为平面，在底面上开有螺纹孔21，螺纹孔21与撞击头2同轴且为盲孔。
动态力传感器3为环形传感器。底座1放置在地面或工作台上，动态力传感器3放置在底座1上，落在底座1的环形槽12内，撞击头2放置在动态力传感器3上，底座1、动态力传感器3、撞击头2同轴。预紧螺钉4从下通孔13向上穿过上通孔14，并与撞击头2底面的螺纹孔21连接。
预紧弹簧5位于下通孔13内预紧螺钉4与底座1之间，被下通孔13和上通孔14连接处的台阶限位。预紧螺钉4将底座1、动态力传感器3、撞击头2、预紧弹簧5连接为整体。
在测试时，动态力传感器3和环形槽12之间铺有被测物料6。
动态力传感器3的环形外侧面与环形槽12的环形外侧面之间为间隙配合，间隙大于0.5mm。动态力传感器3的环形内侧面与环形槽12的环形内侧面之间同样为间隙配合，间隙大于0.5mm。
预紧螺钉4与上通孔14之间为间隙配合，间隙大于0.5mm。
火炸药撞击安全性评价方法用于评价火炸药在撞击条件下的安全性，可获得的参数包括临界撞击应力、临界撞击应力率、感度下限撞击应力和感度下限撞击应力率。
临界撞击应力是指撞击条件下使火炸药试样发生燃爆的概率为50％时对应的撞击应力，单位为Pa(帕斯卡)；临界撞击应力率是指撞击条件下使火炸药试样发生燃爆的概率为50％时对应的撞击应力率，单位为Pa/us(帕斯卡每微秒)；感度下限撞击应力是指撞击条件下火炸药试样一次燃爆也不发生的撞击应力，单位为Pa(帕斯卡)；感度下限撞击应力率是指撞击条件下火炸药试样一次燃爆也不发生的撞击应力率，单位为Pa/us(帕斯卡每微秒)。
采用本实施例的火炸药撞击安全性评价装置，进行火炸药撞击安全性评价的方法，具体包括如下步骤：
1)试样装填：拆卸预紧螺钉4，将撞击头2和动态力传感器3取下，在环形槽12内平铺一层被测火炸药试样6，将动态力传感器3和撞击头2依次安装，并用预紧螺钉4将底座1、动态力传感器3、撞击头2紧固连接，将装填好试样的评价装置放置在水平地面或工作台上，并保持评价装置轴线与水平面垂直；
2)临界撞击应力测试：采用落锤从一定高度H垂直下落，撞击在撞击头2上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头2轴线重合；落锤质量为2千克、5千克、10千克或20千克，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为30-50发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数与试样总量比值介于40％-60％之间时，确定该撞击应力为临界应力；如果试样燃爆次数与试样总量比小于40％，则适当增大落锤下落高度H以增大撞击应力；如果试样燃爆次数与试样总量比大于60％，则适当减小落锤下落高度H以减小撞击应力；
3)临界撞击应力率测试：采用落锤从一定高度H垂直下落，撞击在撞击头2上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头2轴线重合；落锤质量为2千克、5千克、10千克或20千克，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力率达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为30-50发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数与总试样量比值介于40％-60％之间时，确定该撞击应力率为临界应力率；如果试样燃爆次数与总试样量比小于40％，则适当增大落锤下落高度H以增大撞击应力率；如果试样燃爆次数与总试样量比大于60％，则适当减小落锤下落高度H以减小撞击应力率；
4)感度下限撞击应力测试：采用落锤从一定高度H垂直下落，撞击在撞击头2上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头2轴线重合；落锤质量为2千克、5千克、10千克或20千克，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为10-15发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数不为0时，适当减小落锤下落高度H以减小撞击应力，直到测试试样全部不发生燃爆，确定对应的撞击应力为感度下限撞击应力；
5)感度下限撞击应力率测试：采用落锤从一定高度H垂直下落，撞击在撞击头2上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头2轴线重合；落锤质量为2千克、5千克、10千克或20千克，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力率达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为10-15发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数不为0时，适当减小落锤下落高度H以减小撞击应力率，直到测试试样全部不发生燃爆，确定对应的撞击应力率为感度下限撞击应力率。
安全性评价方法可以用于将火炸药撞击感度的测试数据和实际工业制造过程中所受到的撞击应力或撞击应力率等效，以评价火炸药制造过程的工艺安全性。
该火炸药撞击安全性评价装置和评价方法可用于对火炸药药块、药粒、药粉、浆状药进行测试。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种火炸药撞击安全性评价装置，其特征在于，所述评价装置包括底座、撞击头、动态力传感器、预紧螺钉和预紧弹簧；其中，
所述底座的上表面设有环形槽，环形槽与底座同轴；底座开有台阶状通孔，通孔与底座同轴，底座上表面一侧通孔为上通孔，下表面一侧通孔为下通孔，下通孔直径大于上通孔，在下通孔和上通孔的连接部位形成台阶状；
所述撞击头为半球形，撞击头底面为平面，在底面上开有螺纹孔，螺纹孔与撞击头同轴且为盲孔；
所述动态力传感器为环形传感器；底座放置在地面或工作台上，动态力传感器放置在底座上，落在底座的环形槽内，动态力传感器和环形槽之间铺设被测物料；撞击头放置在动态力传感器上，底座、动态力传感器、撞击头同轴；
所述预紧螺钉从下通孔向上穿过上通孔，并与撞击头底面的螺纹孔连接；
所述预紧弹簧位于下通孔内预紧螺钉与底座之间，被下通孔和上通孔连接处的台阶限位；预紧螺钉将底座、动态力传感器、撞击头和预紧弹簧连接为整体。
2.如权利要求1所述的评价装置，其特征在于，所述动态力传感器的环形外侧面与环形槽的环形外侧面之间为间隙配合；所述动态力传感器的环形内侧面与环形槽的环形内侧面之间为间隙配合。
3.如权利要求1所述的评价装置，其特征在于，所述预紧螺钉与上通孔之间为间隙配合。
4.如权利要求2或3所述的评价装置，其特征在于，所述间隙大于0.5mm。
5.一种火炸药撞击安全性评价方法，其特征在于，采用权利要求1～4任一项所述的评价装置，所述评价方法包括：
1)试样装填：拆卸预紧螺钉，将撞击头和动态力传感器取下，在环形槽内平铺一层被测火炸药试样，将动态力传感器和撞击头依次安装，并用预紧螺钉将底座、动态力传感器、撞击头紧固连接，将装填好试样的评价装置放置在水平地面或工作台上，并保持评价装置轴线与水平面垂直；
2)临界撞击应力测试：采用落锤从一定高度垂直下落，撞击在撞击头上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头轴线重合；落锤具有一系列质量，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为多发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数与试样总量比值介于40％-60％之间时，确定对应的撞击应力为临界应力；如果试样燃爆次数与试样总量比小于40％，则适当增大落锤下落高度以增大撞击应力；如果试样燃爆次数与试样总量比大于60％，则适当减小落锤下落高度以减小撞击应力；
3)临界撞击应力率测试：采用落锤从一定高度垂直下落，撞击在撞击头上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头轴线重合；落锤具有一系列质量，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力率达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为多发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数与总试样量比值介于40％-60％之间时，确定对应的撞击应力率为临界应力率；如果试样燃爆次数与总试样量比小于40％，则适当增大落锤下落高度以增大撞击应力率；如果试样燃爆次数与总试样量比大于60％，则适当减小落锤下落高度以减小撞击应力率；
4)感度下限撞击应力测试：采用落锤从一定高度垂直下落，撞击在撞击头上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头轴线重合；落锤具有一系列质量，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为多发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数不为0时，适当减小落锤下落高度以减小撞击应力，直到测试试样全部不发生燃爆，确定对应的撞击应力为感度下限撞击应力；
5)感度下限撞击应力率测试：采用落锤从一定高度垂直下落，撞击在撞击头上，落锤在下落过程和撞击瞬间，要保持落锤轴线与撞击头轴线重合；落锤具有一系列质量，测试时首先选用小落锤，当小落锤提供的撞击应力率达不到测试需求时，依次更换大落锤；每组测试试样为多发，统计火炸药试样燃爆次数，当燃爆次数不为0时，适当减小落锤下落高度以减小撞击应力率，直到测试试样全部不发生燃爆，确定对应的撞击应力率为感度下限撞击应力率。
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