CN111484381B - 一种炸药颗粒组装成型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于火工品、炸药领域，公开了一种炸药颗粒组装成型装置。该装置包括腔体、粒子盒、导管、压杆和橡胶套；压杆可以穿过腔体、粒子盒、导管，将预制颗粒组装到浇注炸药的预定位置，可以实现毫米级炸药颗粒有序组装；导管中的金属管下1/2部分有至少一排直径0.1mm～0.3mm的网孔，组装后炸药中无裂纹、气泡缺陷。本发明用于浇注PBX炸药工艺，可以将强氧化剂、强还原剂颗粒或复合炸药注入混合炸药内，制备高能浇注PBX炸药。

Description

一种炸药颗粒组装成型装置
技术领域
本发明属于火工品、炸药领域，涉及一种炸药颗粒组装成型装置，具体涉及一种用于强氧化剂或强还原剂颗粒注入混合炸药内，制备高能浇注PBX炸药的装置。
背景技术
浇注PBX炸药是以聚合物为基体，单质炸药为氧化剂，其它化合物颗粒为还原剂的聚合物基复合材料，其单质组分之间的微观结构对复合材料的爆轰性能起着决定性作用。
文献《浇注型PBX混合工艺参数优化》(席鹏等，爆破器材，2015年5期)报道了浇注PBX炸药常用的捏合-浇注工艺，但是该工艺实施过程中，各组分采用无序混合，其结构只能被动接受，无法实现颗粒有序组装的目的。文献《双元炸药装药空中爆炸的输出特性》(牛余雷等，火炸药学报，2009年4期)报道了一种双元炸药装药结构，其工艺过程是先制备不同类型的炸药，再进行组装，但是该工艺只能实现大尺寸组装，无法实现毫米级炸药组分颗粒有序组装。
发明内容
为解决现有浇注PBX炸药无法实现毫米级炸药组分颗粒有序组装的问题，本发明提供了一种炸药颗粒组装成型装置。
本发明的构思：炸药的微观结构决定了炸药的宏观性能。浇注PBX炸药在爆轰过程中，主要发生主炸药热分解反应和主炸药颗粒与金属粉、金属化合物等还原剂进行燃烧反应等两个反应。从热力学的角度进行理论分析，炸药输出能量的大小、形式与结构无关。但是，实际爆炸做功效果不仅仅是热力学行为，还涉及到动力学过程，具体表现为：在杀伤炸药爆轰过程中，需要燃烧反应与热分解反应速率一致或接近，能量以冲击波的形式快速释放；在内爆炸药中，需要燃烧反应滞后于热分解反应，这样才能高效利用环境中的氧气，能量以热量和持续压力的形式释放。本发明的构思就是发明一种装置，服从炸药设计的需要，将还原剂颗粒或者氧化剂/还原剂组合颗粒有序分布到浇注PBX炸药体系中，调节爆轰反应。
基于上述构思，本发明的设计思路是设计一种炸药颗粒组装成型装置，将还原剂或者氧化剂/还原剂组合颗粒压制成特定形状的预置颗粒；再把预置颗粒按照一定顺序排列到粒子盒中；再从粒子盒中将粒子输送到导管中；将导管插入到炸药中的预定位置；使用压杆将预置颗粒推入到指定位置；退出导管，完成炸药预置。该过程的难点是：组装后炸药中出现裂纹、气泡缺陷，影响炸药的安全性。为消除颗粒组装过程中缺陷的产生，设计导管金属壁部分采用网状结构，网孔直径0.1mm～0.3mm，压杆从导管中取出时，导管内产生负压状态，炸药中的液相组分从网孔中析出，进入导管内。在预置颗粒进入导管后，液相组分填充在粒子间隙中，防止气泡缺陷产生。退出导管后，网孔中的液相组分在预置颗粒表面涂膜，并继续固化，形成连续相聚合物基载体，消除裂纹缺陷。本发明的目的是将预置颗粒组装到浇注PBX炸药中的特定位置。如果预置颗粒组装时浇注PBX炸药属于流体状态，则预置颗粒因为密度大，会产生偏移或者沉降，达不到有序组装的目的；如果浇注PBX炸药因为固化交联反应结束，则药浆里的液相组分小分子不能被导管的网孔析出，无法填充在颗粒间隙中，则预置颗粒组装后会产生裂纹缺陷。本发明所适用的浇注PBX炸药为热塑性炸药或热固性炸药，其在凝固或固化过程中邵氏硬度逐渐增大，本发明的使用时机为浇注PBX炸药邵氏硬度5HA-40HA。
为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现:
本发明一个方面提供了一种炸药颗粒组装成型装置，包括包括腔体、粒子盒、导管、压杆和橡胶套；
所述的腔体内设有1个输送通道，输送通道底部有一个凹陷的轨道；输送通道上端连通压杆通道A，输送通道下端连通粒子通道A，粒子通道A下端伸入卡扣中；腔体底部设有两个凸起的链接口A，侧面有一个凸起的链接口B；链接口A和链接口B用于与炸药固化、成型或真空处理设备链接，在使用时通过链接口A和链接口B的固定，实现本发明装置整体三维运动；
所述的粒子盒安装固定在输送通道中；所述的粒子盒包括粒子轨、预置颗粒、滑杆、弹簧；预置颗粒、滑杆、弹簧位于粒子轨内，滑杆在弹簧的预应力作用下带动预置颗粒在粒子轨里面滑动；粒子轨的一端竖直向上与压杆通道B连通，竖直向下与粒子通道B连通；压杆通道B、粒子通道B、粒子通道A、导管同轴；
所述的导管上端与所述的腔体内的粒子通道A连通；所述的导管下1/2部分有至少一排直径0.1mm～0.3mm的网孔；
所述的压杆自上向下依次穿过压杆通道A、压杆通道B、粒子通道B、粒子通道A，进入导管；
所述的橡胶套包裹在导管上，可以在导管上滑动。
更进一步的方案是，所述的腔体下端固定有一个卡扣，用于固定所述的导管。
更进一步的方案是，所述的导管顶部设有一个接头；所述的导管通过接头与所述的腔体下端卡扣扣接固定。
更进一步的方案是，所述的导管为金属管，内径0.65～0.8mm，外径1.0～1.4mm，所述的金属管下1/2部分有至少一排直径0.1mm～0.3mm的网孔。
更进一步的方案是，所述的粒子盒安装在底部设有一个凸起的滑块，粒子盒通过底部滑块与输送通道底部的轨道配合将粒子盒固定在输送通道。
更进一步的方案是，所述的导管底端加工成一个斜切面B，所述的压杆的底端也加工成一个斜切面A，当压杆进入导管，压杆的斜切面A与导管的斜切面B平齐。所述的压杆直径0.65～0.08mm，表面光滑，顶部有一个平扣，底部是一个斜切面A。
更进一步的方案是，为了降低装置插入炸药时对炸药损伤，斜切面A与斜切面B的切角都是设计成10～30度之间。
更进一步的方案是，所述的压杆通道A、压杆通道B、粒子通道B、粒子通道A、导管内径一致。
更进一步的方案是，橡胶套材质为硅橡胶，硅橡胶弹性好，气密性优良，不与炸药中的聚氨酯基粘结剂发生化学反应；内径1.0mm～1.4mm，外径2mm～4mm，长度是金属管的一半。
本发明的另一个方面提供了一种利用炸药颗粒组装成型装置的组装成型方法，包括如下步骤：
步骤一、装置装配：
将不同的预置颗粒依次排列装入粒子盒中；
通过腔体的链接口A和链接口B将本装置固定到浇注固化设备上；
所述的导管上端与所述的腔体内的粒子通道A连通，橡胶套套在导管上；将粒子盒插入腔体内的输送通道；压住粒子盒的弹簧，不要输送预置颗粒；将压杆自上向下依次穿过压杆通道A、压杆通道B、粒子通道B、粒子通道A、导管，压杆的斜切面A与导管的斜切面B平齐，装备好组装成型装置；
步骤二、将装配好的装置插入药柱坯样的指定位置；将橡胶套缓慢向下移动，盖住金属管上裸漏的网孔；向上拔出压杆至斜切面A完全进入压杆通道B，保持其它装置不动，在金属管内形成负压状态，将药柱坯样中未固化的组分通过网孔吸入到金属管内；
步骤三、粒子组装：
步骤3.1：松开粒子盒的弹簧，粒子盒中的一种预置颗粒进入粒子通道；推动压杆，将一种预置颗粒输送到金属管中；向上拔出压杆至斜切面A完全进入压杆通道B，保持其它装置不动，粒子盒中的另一种预置颗粒进入粒子通道；推动压杆，将另一种预置颗粒输送到金属管中；
步骤3.2：重复步骤3.1，直到所有预置颗粒完全进入金属管中；推动压杆，将预置颗粒输送到距离药柱坯样底端，保持压杆相对于药柱坯样位置不动，退出其余装置；完成第一列粒子组装；
步骤四、粒子排列：
通过浇注固化设备控制本装置移动，每次沿水平方向平移一定距离，重复步骤一至步骤三；完成预定列数预制颗粒组装。
本发明的优点
本发明的优点是：
(1)可以实现毫米级炸药组分颗粒在浇注炸药基体中指定位置的有序组装；
(2)组装后炸药中不能出现裂纹、气泡缺陷。
附图说明
图1是本发明整体机构示意图；
图2是本发明所述腔体结构正视图；
图3是本发明所述腔体结构左视剖面图；
图4是本发明所述的粒子盒结构示意图；
图5是本发明所述压杆、导管和橡胶套示意图。
其中，1-腔体，2-粒子盒，3-导管，4-压杆，5-橡胶套；1-1-输送通道，1-2-轨道；1-3-压杆通道A，1-4-粒子通道A，1-5-卡扣，1-6-链接口A，1-7-链接口B；2-1-粒子轨，2-2-预置颗粒，2-3-滑杆，2-4-弹簧，2-5-压杆通道B，2-6-粒子通道B，2-7-滑块；3-1-塑料接头，3-2-金属管，3-3-斜切面B，3-4-网孔；4-1-平扣，4-2-斜切面A。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明优选实施例是采用一种炸药颗粒组装成型装置，将高活性炸药粒子ALH3粒子和Al粒子间隔注入到HMX基浇注炸药中。下面根据本发明优选实施例叙述本发明的作用过程。
遵从上述技术方案，如图1所示，一种炸药颗粒组装成型装置，该装置包括腔体1、粒子盒2、导管3、压杆4和橡胶套5。
如图2-图3所示，所述的腔体1内设有1个输送通道1-1，输送通道1-1底部有一个凹陷的轨道1-2；连通输送通道1-1上端的是压杆通道A1-3，连通输送通道1-1下端的是粒子通道A1-4，所述的腔体1下端固定有一个卡扣1-5，粒子通道A1-4下端伸入卡扣1-5中；腔体1底部设有两个凸起的链接口A1-6，侧面有一个凸起的链接口B1-7；链接口A1-6和链接口B1-7的用于与炸药固化、成型或真空处理设备链接，在使用时通过链接口A1-6和链接口B1-7的固定，实现本发明装置整体三维运动。
如图4所示，所述的粒子盒2包括粒子轨2-1、预置颗粒2-2、滑杆2-3、弹簧2-4；预置颗粒2-2、滑杆2-3、弹簧2-4可以在粒子轨2-1里面滑动；粒子轨2-1竖直向上与压杆通道B2-5连通，竖直向下与粒子通道B 2-6连通；所述的粒子盒2底部设有一个凸起的滑块2-7。
如图5所示，所述的导管3包括金属管3-2和接头3-1，金属管3-2顶部设有一个接头3-1，金属管3-2的内径0.68～0.8mm，外径1.1mm，金属管3-2底端加工成一个斜切面B 3-3，切角是10～30度。所述的压杆4直径0.68～0.8mm，表面光滑，顶部设有一个平扣4-1，压杆4底端加工成一个斜切面A 4-2，切角是10～30度。所述的橡胶套5内径1.1mm，外径4mm，长度是所述金属管3-2的一半，套在金属管外表面，位于塑料接头3-1下方。
再如图1-图5所示，一种炸药颗粒组装成型装置，所述的压杆通道A1-3、压杆通道B2-5、粒子通道B 2-6、粒子通道A1-4、导管3内径一致且同轴，取值在在0.65～0.8mm之间；所述的压杆4可以自上向下依次穿过压杆通道A1-3、压杆通道B 2-5、粒子通道B 2-6、粒子通道A1-4，进入导管3的金属管3；压杆4的斜切面A 4-2与导管3的斜切面B 3-3平齐；所述的导管3通过塑料接头3-1与所述的腔体1中的卡扣1-5扣接固定；所述的橡胶套5包裹在金属管3-2上，可以在金属管3-2上滑动。
本发明一种炸药颗粒组装成型装置中，所述的橡胶套5材质为硅橡胶，硅橡胶弹性好，气密性优良，不与炸药中的聚氨酯基粘结剂发生化学反应；所述的金属管3-2下1/2部分有至少一排直径0.1mm～0.3mm的网孔3-4。
本发明的使用过程
遵从上述技术方案，利用本发明的炸药颗粒组装成型装置的装药过程如下：
步骤一、准备过程：
制备HMX基浇注炸药，HMX固相含量86％，粘结剂为端羟基聚丁二烯(HTPB)，己二酸二辛酯(DOA)，固化剂为2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)，粘结剂和固化剂的配比按照固化参数为1计量，催化剂为三苯基铋(加入量为总量的0.01％)。将该炸药混合并浇注成直径100mm，高度100mm的药柱坯样，固化8h，测试邵氏硬度为6HA。制备直径0.7mm，高度0.7mm的圆柱形AlH3粒子和Al粒子为预置颗粒2-2。
步骤二、装置装配：
将AlH3粒子和Al粒子依次排列装入粒子盒中。
按照图1装配腔体1、导管3和橡胶套5；通过腔体1的链接口A1-6和链接口B1-7将本装置固定到浇注固化设备上，通过浇注固化设备可以控制本装置相对药柱坯样进行三维移动。所述的压杆通道A 1-3、粒子通道A 1-4、导管3内径0.7mm，同轴。
将粒子盒插入输送通道1-2；压住粒子盒的弹簧2-4，不要输送预置颗粒2-2；插入压杆4，自上向下依次穿过压杆通道A 1-3、压杆通道B 2-5、粒子通道B 2-6、粒子通道A 1-4、导管3，压杆4的斜切面A 4-2与导管3的斜切面B 3-3平齐。
将装配好的装置插入药柱坯样的指定位置；将橡胶套5缓慢向下移动，盖住裸漏的网孔3-4；向上拔出压杆4至斜切面A 4-2完全进入压杆通道B 2-5，保持其它装置不动，在金属管3-2内形成负压状态，将药柱坯样中未固化的HTPB和DOA吸入到网孔3-4和金属管3-2内。
步骤三、粒子组装：
步骤3.1：松开粒子盒的弹簧2-4，粒子盒中的预置颗粒2-2AlH3进入粒子通道；推动压杆4，将预置颗粒2-2AlH3输送到金属管3-2中；向上拔出压杆4至斜切面A 4-2完全进入压杆通道B 2-5，保持其它装置不动，粒子盒中的预置颗粒2-2Al进入粒子通道；推动压杆4，将预置颗粒2-2Al输送到金属管3-2中。
步骤3.2：重复步骤3.1，直到6颗预置颗粒2-2AlH3和6颗Al颗粒完全进入金属管3-2中。推动压杆4，将预置颗粒2-2输送到距离药柱坯样底端30mm处。保持压杆相对于药柱坯样位置不动，退出其余装置；完成第一列粒子组装。
步骤四、粒子排列：
通过浇注固化设备控制本装置移动，每次沿水平方向平移10mm重复步骤二和步骤三；完成五列颗粒组装。
本发明的实施效果：
将颗粒组装后的炸药药柱固化6d，降温至室温，采用600kV工业CT对炸药进行检测，检测分为DR检测和CT检测，其中参考例金属管无网孔，其它特征与本发明一致，使用过程与本发明实施例使用过程1相同。CT检测时，先进行DR检测确定颗粒位置，再进行径向CT扫描。扫描结果如表1所示：
表1CT扫描结果图
Figure BDA0002453042930000081
通过CT扫描检测，表明本发明可以实现毫米级炸药组分颗粒在炸药内部指定位置有序组装；组装后炸药中无裂纹、气泡缺陷。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应又权利要求限定。

Claims (9)

1.一种炸药颗粒组装成型装置，其特征在于，该装置包括腔体(1)、粒子盒(2)、导管(3)、压杆(4)和橡胶套(5)；其中：
所述的腔体(1)内设有1个输送通道(1-1)，输送通道(1-1)底部有一个凹陷的轨道(1-2)；输送通道(1-1)上端连通压杆通道A(1-3)，输送通道(1-1)下端连通粒子通道A(1-4)，粒子通道A(1-4)下端伸入卡扣(1-5)中；腔体(1)底部设有两个凸起的链接口A(1-6)，侧面有一个凸起的链接口B(1-7)；链接口A(1-6)和链接口B(1-7)用于与炸药固化、成型或真空处理设备链接，在使用时通过链接口A(1-6)和链接口B(1-7)的固定，实现本发明装置整体三维运动；
所述的粒子盒(2)安装固定在输送通道(1-1)中；所述的粒子盒(2)包括粒子轨(2-1)、预置颗粒(2-2)、滑杆(2-3)、弹簧(2-4)；预置颗粒(2-2)、滑杆(2-3)、弹簧(2-4)位于粒子轨(2-1)内，滑杆(2-3)在弹簧(2-4)的预应力作用下带动预置颗粒(2-2)在粒子轨(2-1)里面滑动；粒子轨(2-1)的一端竖直向上与压杆通道B(2-5)连通，竖直向下与粒子通道B(2-6)连通；压杆通道B(2-5)、粒子通道B(2-6)、粒子通道A(1-4)、导管(3)同轴；
所述的导管(3)上端与所述的腔体(1)内的粒子通道A(1-4)连通；所述的导管(3)底端加工成一个斜切面B(3-3)，所述的压杆(4)的底端也加工成一个斜切面A(4-2)，当压杆(4)进入导管(3)，压杆(4)的斜切面A(4-2)与导管(3)的斜切面B(3-3)平齐，斜切面A(4-2)与斜切面B(3-3)的切角都是10～30度；
所述的压杆(4)自上向下依次穿过压杆通道A(1-3)、压杆通道B(2-5)、粒子通道B(2-6)、粒子通道A(1-4)，进入导管(3)；
所述的橡胶套(5)包裹在导管(3)上，可以在导管(3)上滑动，所述的导管(3)下1/2部分有至少一排网孔(3-4)。
2.如权利要求1所述的一种炸药颗粒组装成型装置，其特征在于：所述的腔体(1)下端固定有一个卡扣(1-5)，用于固定所述的导管(3)。
3.如权利要求2所述的一种炸药颗粒组装成型装置，其特征在于：所述的导管(3)顶部设有一个接头(3-1)；所述的导管(3)通过接头(3-1)与所述的腔体(1)下端卡扣(1-5)扣接固定。
4.如权利要求3所述的一种炸药颗粒组装成型装置，其特征在于：所述的导管(3)为金属管(3-2)，所述的金属管(3-2)下1/2部分有至少一排直径0.1mm～0.3mm的网孔(3-4)。
5.如权利要求1所述的一种炸药颗粒组装成型装置，其特征在于：所述的粒子盒(2)安装在底部设有一个凸起的滑块(2-7)，粒子盒(2)通过底部滑块与输送通道(1-1)底部的轨道配合将粒子盒(2)固定在输送通道(1-1)。
6.如权利要求1所述的一种炸药颗粒组装成型装置，其特征在于：所述的压杆直径0.65～0.08mm，顶部设有一个平扣。
7.如权利要求1所述的一种炸药颗粒组装成型装置，其特征在于：所述的压杆通道A(1-3)、压杆通道B(2-5)、粒子通道B(2-6)、粒子通道A(1-4)、导管(3)内径一致，取值在0.65～0.8mm之间。
8.如权利要求1所述的一种炸药颗粒组装成型装置，其特征在于：橡胶套(5)材质为硅橡胶，长度是导管(3)的一半，内径1.0mm～1.4mm，外径2mm～4mm。
9.一种利用权利要求1至8中任一项所述的一种炸药颗粒组装成型装置的组装成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、装置装配：
将不同的预置颗粒依次排列装入粒子盒中；
通过腔体(1)的链接口A(1-6)和链接口B(1-7)将本装置固定到浇注固化设备上；
所述的导管(3)上端与所述的腔体(1)内的粒子通道A(1-4)连通，橡胶套(5)套在导管(3)上；将粒子盒插入腔体(1)内的输送通道(1-2)；压住粒子盒的弹簧(2-4)，不要输送预置颗粒(2-2)；将压杆(4)自上向下依次穿过压杆通道A(1-3)、压杆通道B(2-5)、粒子通道B(2-6)、粒子通道A(1-4)、导管(3)，压杆(4)的斜切面A(4-2)与导管(3)的斜切面B(3-3)平齐，装备好组装成型装置；
步骤二、将装配好的装置插入药柱坯样的指定位置；将橡胶套(5)缓慢向下移动，盖住导管(3)上裸漏的网孔(3-4)；向上拔出压杆(4)至斜切面A(4-2)完全进入压杆通道B(2-5)，保持其它装置不动，在导管(3)内形成负压状态，将药柱坯样中未固化的组分通过网孔(3-4)吸入到导管(3)内；
步骤三、粒子组装：
步骤3.1：松开粒子盒的弹簧(2-4)，粒子盒中的一种预置颗粒(2-2)进入粒子通道；推动压杆(4)，将一种预置颗粒(2-2)输送到导管(3)中；向上拔出压杆(4)至斜切面A(4-2)完全进入压杆通道B(2-5)，保持其它装置不动，粒子盒中的另一种预置颗粒(2-2)进入粒子通道；推动压杆(4)，将另一种预置颗粒(2-2)输送到导管(3)中；
步骤3.2：重复步骤3.1，直到所有预置颗粒(2-2)完全进入导管(3)中；推动压杆(4)，将预置颗粒(2-2)输送到距离药柱坯样底端，保持压杆相对于药柱坯样位置不动，退出其余装置；完成第一列粒子组装；
步骤四、粒子排列：
通过浇注固化设备控制本装置移动，每次沿水平方向平移一定距离，重复步骤一至步骤三；完成预定列数预制颗粒组装。
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