CN112504960B - 一种摩擦感度试验机械加压装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种摩擦感度试验机械加压装置，其特征在于该装置包括反应腔，压套，上顶柱，上击柱，试样，下击柱，击柱套，下顶套，顶杆，伺服压力机和机架。该装置采用伺服压力机对摩擦感度试样进行压力加载，设计了带有加压、定位及防护作用的装置结构，能够精确控制挤压压力，实现作业过程的自动化控制，同时避免了击柱及试样飞出引起的安全隐患，保证了摩擦感度试验的准确性和作业过程的安全性。

Description

一种摩擦感度试验机械加压装置
技术领域
本申请属于火炸药评估技术领域，涉及一种摩擦感度试验机械加压装置，具体涉及一种远程精确控压且带有防护设施的加压装置。
背景技术
火炸药在生产、贮存、运输和使用过程中经常受到各种外界能量的刺激，在这些形式的能量刺激中，摩擦是一种较普遍的形式，由摩擦带来的热是导致事故最多的一种能量形式，所以摩擦感度是火炸药安定性的一个重要问题。目前国内火炸药摩擦感度测量采用柯兹洛夫摩擦摆，这种摩擦摆由仪器本体、加压装置及摆锤组成，试样颗粒放置在击柱之间，加压成为药片，适当卸压后扳离分离钩使试样露出，再加压至指定压力，使摆锤从一定的角度摆下，通过击杆撞击上击柱，观察试样是否发生燃烧或爆炸，具体见GJB 772A-97方法602.1摩擦感度爆炸概率法。
现有摩擦感度试验机械加压装置存在以下问题：(1)传统油压机易漏油，采用指针式压力表，压力控制重复性差，在摩擦撞击瞬间压力不稳定，压力波动达3～5MPa；(2)试验过程需要反复加压、卸压，加载过程复杂且耗时久；(3)需要手动扳离分离钩使滑柱套下降露出试样，效率较低；(4)未设置防护设施，撞击瞬间击柱和试样飞出存在安全隐患。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种摩擦感度试验机械加压装置，该装置利用伺服压力机进行精确加压，远程操控，实现加压过程的安全可控。
为了实现上述任务，本申请采取如下的技术解决方案：
一种摩擦感度试验机械加压装置，其特征在于：包括反应腔1、压套2、上顶柱3、上击柱4、试样5、下击柱6、击柱套7、下顶套8、顶杆9、伺服压力机10和机架11；
所述反应腔1由顶板1-1和立柱1-2组成，顶板1-1通过四根立柱1-2固定安装在机架11的上方形成一个半开放的腔室；
压套2为275°～305°的扇形环，安装在顶板1-1上，在气缸作用下可上下移动，下压后与击柱套7形成一个开放角度为55°～85°的圆形腔室；
上顶柱3为圆柱体结构，位于压套2内侧正中央，固定安装在顶板1-1下方；
上击柱4与下击柱6为结构相同的圆柱体，击柱套7为环形套，击柱套7内径与上击柱4的外径一致，试样5位于上击柱4、下击柱6与击柱套7三者形成的腔室内；
下顶套8为中心带通孔的圆形凹槽结构，通孔直径与击柱套7内径相同，凹槽处内径与击柱套7外径相同；
顶杆9为三段式圆柱体结构，包括上顶杆9-1、定位台9-2和下顶杆9-3，上顶杆9-1直径与下击柱6直径相同，定位台9-2直径大于下击柱6直径，下顶套8套在上顶杆9-1外围，在气缸作用下可沿柱体上下移动，下顶杆9-3与伺服压力机10连接；
伺服压力机10固定安装在机架11内部；
压套2、上顶柱3、上击柱4、下击柱6、击柱套7、下顶套8与顶杆9同轴，上顶柱3的直径为上击柱4直径的1.6～2.4倍，击柱套7外径为上击柱4直径的3.5～4.5倍，压套2内径为上击柱4直径的2.6～3.8倍；
本申请另一个方面提供了一种摩擦感度试验机械加压装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤一、装配：
将下击柱6放入击柱套7内，倒入火炸药试样5颗粒，晃动后将上击柱4放入，转动1～2圈；
步骤二、加压：
将装配好的摩擦装置放入下顶套8凹槽内，设置挤压压力，启动伺服压力机10，下顶套8和顶杆9将下击柱6和击柱套7顶起，使得上击柱4与上顶柱3接触，直至压力达到设置的规定压力值，试样5压制成型；
步骤三、定位：
伺服压力机10保持设定的压力，顶部气缸推动压套2下压击柱套7，下顶套8随之下降，直至下顶套8与定位台9-2接触，试样5上表面高于击柱套7上表面。
关于，压套2扇形环的角度、上顶柱3与上击柱4的直径比、击柱套7与上击柱4的直径比、压套2与上击柱4的直径比，可以采取以下2种方式的任意一种：
实现方式1：
压套2为275°的扇形环；
上顶柱3的直径为上击柱4直径的1.6倍；
击柱套7外径为上击柱4直径的3.5倍；
压套2内径为上击柱4直径的2.6倍。
实现方式2：
压套2为305°的扇形环；
上顶柱3的直径为上击柱4直径的2.4倍；
击柱套7外径为上击柱4直径的4.5倍；
压套2内径为上击柱4直径的3.8倍。
本申请的有益效果体现在以下几个方面：
(1)采用伺服压力机供压，压力控制精确稳定，压力波动不大于0.1MPa，简化了传动系统，消除了油液污染；
(2)该装置一次加压至规定压力值，无需反复加压、卸压，简化了加压过程，提升了效率；
(3)该装置为远程控制，自动完成加压及试样定位过程，无需手动扳离分离钩，提升效率的同时降低了安全风险；
(4)压套与击柱套形成一个防护腔，摆锤撞击后可避免击柱与试样飞出引发的安全隐患，同时便于残样及击柱的回收。
附图说明
图1是一种摩擦感度试验机械加压装置的总装主视图和俯视图。
图2是一种摩擦感度试验机械加压装置的A-A剖视图。
图3是反应腔结构图。
图4是压套结构图。
图5是顶杆结构图。
1-反应腔，2-压套，3-上顶柱，4-上击柱，5-试样，6-下击柱，7-击柱套，8-下顶套，9-顶杆，10-伺服压力机，11-机架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明，需要说明的是本申请不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上进行的同等变换均在本申请的保护范围内。
实施例1：
如图1至图5所示，本实施例给出一种摩擦感度机械加压装置。其特征在于，包括反应腔1、压套2、上顶柱3、上击柱4、试样5、下击柱6、击柱套7、下顶套8、顶杆9、伺服压力机10和机架11；
所述反应腔1由顶板1-1和立柱1-2组成，顶板1-1通过四根立柱1-2固定安装在机架11的上方形成一个半开放的腔室；
压套2为扇形环，安装在顶板1-1上，在气缸作用下可上下移动，下压后与击柱套7形成一个半开放的圆形腔室；
上顶柱3为圆柱体结构，位于压套2内侧正中央，固定安装在顶板1-1下方；
上击柱4与下击柱6为结构相同的圆柱体，击柱套7为环形套，击柱套7内径与上击柱4的外径一致，试样5位于上击柱4、下击柱6与击柱套7三者形成的腔室内；
下顶套8为中心带通孔的圆形凹槽结构，通孔直径与击柱套7内径相同，凹槽处内径与击柱套7外径相同；
顶杆9为三段式圆柱体结构，包括上顶杆9-1、定位台9-2和下顶杆9-3，上顶杆9-1直径与下击柱6直径相同，定位台9-2直径大于下击柱6直径，下顶套8套在上顶杆9-1外围，在气缸作用下可沿柱体上下移动，下顶杆9-3与伺服压力机10连接；
伺服压力机10固定安装在机架11内部；
本申请一种摩擦感度机械加压装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤一、装配：
将下击柱6放入击柱套7内，倒入火炸药试样5颗粒，晃动后将上击柱4放入，转动1～2圈；
步骤二、加压：
将装配好的摩擦装置放入下顶套8凹槽内，设置挤压压力，启动伺服压力机10，下顶套8和顶杆9将下击柱6和击柱套7顶起，使得上击柱4与上顶柱3接触，直至压力达到设置的规定压力值，试样5压制成型；
步骤三、定位：
伺服压力机10保持设定的压力，顶部气缸推动压套2下压击柱套7，下顶套8随之下降，直至下顶套8与定位台9-2接触，试样5上表面高于击柱套7上表面。
本申请的工作原理如下：
操作者将装好试样的摩擦装置放入下顶套内，加压装置自动将其顶起，使得上击柱与上顶柱接触，此时试样被压制成片状形态，始终保持加载压力不变，然后压套下压击柱套直至下顶套与定位台接触，限定了下击柱与击柱套的位置，使得试样上表面高于击柱套上表面，保证摆锤释放后能准确击打到上击柱，产生相对磨擦作用。同时，压套与滑柱套形成一个防护腔，摆锤撞击后击柱与试样被限制在此防护腔内，避免了其滑移飞出造成的安全隐患，保证了试验过程的安全性。
摩擦感度机械加压的难点在于加压过程中需要同时完成颗粒状试样的压制成型，并且在摆锤撞击前使得压制成型的片状药片漏出击柱套上方。本申请中通过顶杆9与上顶柱3之间的挤压作用完成试样5的压制成型，然后通过压套2下压击柱套7，使得试样5上表面高于击柱套7上表面，其相对位置的确定由定位台9-2来进行限定，而此过程中加载压力始终保持不变。
摩擦感度试验用于对火炸药等含能材料的摩擦感度进行测定，摆锤撞击后上击柱4会发生滑移，甚至飞出，试样5也可能飞散造成一定的安全风险。本申请中设计了防护装置，在机械加压动作完成后由压套2与击柱套7形成了一个防护腔，避免了试样5及上击柱4飞出引发的安全隐患。压套2为带有一定角度缺口的扇形环结构，压套2扇形环的缺口角度太小时，会影响摆锤击打上击柱4，无法实现本申请服务于摩擦感度试验的目的。压套2扇形环的缺口角度太大时，无法有效防止试样5及上击柱4飞出，虽然击打后上击柱4会朝着缺口的反方向移动，但是在碰到压套2内壁后可能会引发二次反弹，朝着其它方向飞散，甚至飞出防护腔，使得本申请失效。通过大量实验发现，压套2为275°～305°的扇形环时，上述问题均可以避免，上述功能均得以实现，满足使用要求。
本实施例中，压套2为275°的扇形环。
压套2直径太小时，摆锤击打后上击柱4及试样5的移动距离较小，对压套2内壁的冲击力太大，甚至可能在压套2内数次反弹，增大安全风险及试样的回收难度。压套2直径太大时，机械加压装置的整体尺寸及体积都要相应增大，成本变高，造成浪费。上顶柱3及击柱套7的尺寸需要与压套2的尺寸进行合理匹配。通过大量实验发现，上顶柱(3)的直径为上击柱(4)直径的1.6～2.4倍，击柱套(7)外径为上击柱(4)直径的3.5～4.5倍，压套(2)内径为上击柱(4)直径的2.6～3.8倍时，上述问题均可以避免，上述功能均得以实现，满足使用要求。
本实施例中，上顶柱3的直径为上击柱4直径的1.6倍，击柱套7外径为上击柱4直径的3.5倍，压套2内径为上击柱4直径的2.6倍。
通过本申请对CL-20基含铝炸药进行摩擦感度机械加压过程，一次加压至设定的480MPa，加压过程压力稳定可靠，实现了远程控制，然后成功进行了25发摩擦感度试验，试验完成后残样及击柱均在防护腔体内。结果见表1所示。可知该CL-20基含铝炸药摩擦感度爆炸概率为28％。
表1CL-20基含铝炸药摩擦感度试验结果
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
反应 √ √ √
未反应 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
序号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
反应 √ √ √ √
未反应 √ √ √ √ √ √ √ √
本申请的一种摩擦感度试验机械加压装置，有益效果体现在以下几个方面：
(1)采用伺服压力机供压至480MPa，压力控制精确稳定，压力波动不大于0.1MPa；
(2)一次加压至480MPa，无需反复加压、卸压，简化了加压过程，提升了效率；
(3)远程控制，自动完成加压及试样定位过程，无需手动扳离分离钩，提升效率的同时降低了安全风险；
(4)压套与击柱套形成一个防护腔，摆锤撞击后避免了击柱与试样飞出引发的安全隐患，同时便于残样及击柱的回收。
实施例2：
如图1至图5所示，本实施例给出一种摩擦感度机械加压装置。其特征在于，包括反应腔1、压套2、上顶柱3、上击柱4、试样5、下击柱6、击柱套7、下顶套8、顶杆9、伺服压力机10和机架11；
所述反应腔1由顶板1-1和立柱1-2组成，顶板1-1通过四根立柱1-2固定安装在机架11的上方形成一个半开放的腔室；
压套2为扇形环，安装在顶板1-1上，在气缸作用下可上下移动，下压后与击柱套7形成一个半开放的圆形腔室；
上顶柱3为圆柱体结构，位于压套2内侧正中央，固定安装在顶板1-1下方；
上击柱4与下击柱6为结构相同的圆柱体，击柱套7为环形套，击柱套7内径与上击柱4的外径一致，试样5位于上击柱4、下击柱6与击柱套7三者形成的腔室内；
下顶套8为中心带通孔的圆形凹槽结构，通孔直径与击柱套7内径相同，凹槽处内径与击柱套7外径相同；
顶杆9为三段式圆柱体结构，包括上顶杆9-1、定位台9-2和下顶杆9-3，上顶杆9-1直径与下击柱6直径相同，定位台9-2直径大于下击柱6直径，下顶套8套在上顶杆9-1外围，在气缸作用下可沿柱体上下移动，下顶杆9-3与伺服压力机10连接；
伺服压力机10固定安装在机架11内部；
本申请一种摩擦感度机械加压装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤一、装配：
将下击柱6放入击柱套7内，倒入火炸药试样5颗粒，晃动后将上击柱4放入，转动1～2圈；
步骤二、加压：
将装配好的摩擦装置放入下顶套8凹槽内，设置挤压压力，启动伺服压力机10，下顶套8和顶杆9将下击柱6和击柱套7顶起，使得上击柱4与上顶柱3接触，直至压力达到设置的规定压力值，试样5压制成型；
步骤三、定位：
伺服压力机10保持设定的压力，顶部气缸推动压套2下压击柱套7，下顶套8随之下降，直至下顶套8与定位台9-2接触，试样5上表面高于击柱套7上表面。
本申请的工作原理如下：
操作者将装好试样的摩擦装置放入下顶套内，加压装置自动将其顶起，使得上击柱与上顶柱接触，此时试样被压制成片状形态，始终保持加载压力不变，然后压套下压击柱套直至下顶套与定位台接触，限定了下击柱与击柱套的位置，使得试样上表面高于击柱套上表面，保证摆锤释放后能准确击打到上击柱。同时，压套与滑柱套形成一个防护腔，摆锤撞击后击柱与试样被限制在此防护腔内，避免了其滑移飞出造成的安全隐患，保证了试验过程的安全性。
摩擦感度机械加压的难点在于加压过程中需要同时完成颗粒状试样的压制成型，并且在摆锤撞击前使得压制成型的片状药片漏出击柱套上方。本申请中通过顶杆9与上顶柱3之间的挤压作用完成试样5的压制成型，然后通过压套2下压击柱套7，使得试样5上表面高于击柱套7上表面，其相对位置的确定由定位台9-2来进行限定，而此过程中加载压力始终保持不变。
摩擦感度试验用于对火炸药等含能材料的摩擦感度进行测定，摆锤撞击后上击柱4会发生滑移，甚至飞出，试样5也可能飞散造成一定的安全风险。本申请中设计了防护装置，在机械加压动作完成后由压套2与击柱套7形成了一个防护腔，避免了试样5及上击柱4飞出引发的安全隐患。压套2为带有一定角度缺口的扇形环结构，压套2扇形环的缺口角度太小时，会影响摆锤击打上击柱4，无法实现本申请服务于摩擦感度试验的目的。压套2扇形环的缺口角度太大时，无法有效防止试样5及上击柱4飞出，虽然击打后上击柱4会朝着缺口的反方向移动，但是在碰到压套2内壁后可能会引发二次反弹，朝着其它方向飞散，甚至飞出防护腔，使得本申请失效。通过大量实验发现，压套2为275°～305°的扇形环时，上述问题均可以避免，上述功能均得以实现，满足使用要求。
本实施例中，压套2为305°的扇形环。
压套2直径太小时，摆锤击打后上击柱4及试样5的移动距离较小，对压套2内壁的冲击力太大，甚至可能在压套2内数次反弹，增大安全风险及试样的回收难度。压套2直径太大时，机械加压装置的整体尺寸及体积都要相应增大，成本变高，造成浪费。上顶柱3及击柱套7的尺寸需要与压套2的尺寸进行合理匹配。通过大量实验发现，上顶柱(3)的直径为上击柱(4)直径的1.6～2.4倍，击柱套(7)外径为上击柱(4)直径的3.5～4.5倍，压套(2)内径为上击柱(4)直径的2.6～3.8倍时，上述问题均可以避免，上述功能均得以实现，满足使用要求。
本实施例中，上顶柱3的直径为上击柱4直径的2.4倍，击柱套7外径为上击柱4直径的4.5倍，压套2内径为上击柱4直径的3.8倍。
通过本申请对RDX基炸药进行摩擦感度机械加压过程，一次加压至设定的590MPa，加压过程压力稳定可靠，实现了远程控制，然后成功进行了25发摩擦感度试验，试验完成后残样及击柱均在防护腔体内。结果见表2所示。可知该RDX基炸药摩擦感度爆炸概率为24％。
表2RDX基炸药摩擦感度试验结果
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
反应 √ √ √ √
未反应 √ √ √ √ √ √ √ √ √
序号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
反应 √ √
未反应 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
本申请的一种摩擦感度试验机械加压装置，有益效果体现在以下几个方面：
(1)采用伺服压力机供压至590MPa，压力控制精确稳定，压力波动不大于0.1MPa；
(2)一次加压至590MPa，无需反复加压、卸压，简化了加压过程，提升了效率；
(3)远程控制，自动完成加压及试样定位过程，无需手动扳离分离钩，提升效率的同时降低了安全风险；
(4)压套与击柱套形成一个防护腔，摆锤撞击后避免了击柱与试样飞出引发的安全隐患，同时便于残样及击柱的回收。

Claims (4)

1.一种摩擦感度试验机械加压装置，其特征在于：包括反应腔（1）、压套（2）、上顶柱（3）、上击柱（4）、试样（5）、下击柱（6）、击柱套（7）、下顶套（8）、顶杆（9）、伺服压力机（10）和机架（11）；
所述反应腔（1）由顶板（1-1）和立柱（1-2）组成，顶板（1-1）通过四根立柱（1-2）固定安装在机架（11）的上方形成一个半开放的腔室；
压套（2）为275°~305°的扇形环，安装在顶板（1-1）上，在气缸作用下可上下移动，下压后与击柱套（7）形成一个开放角度为55°~85°的圆形腔室；
上顶柱（3）为圆柱体结构，位于压套（2）内侧正中央，固定安装在顶板（1-1）下方；
上击柱（4）与下击柱（6）为结构相同的圆柱体，击柱套（7）为环形套，击柱套（7）内径与上击柱（4）的外径一致，试样（5）位于上击柱（4）、下击柱（6）与击柱套（7）三者形成的腔室内；
下顶套（8）为中心带通孔的圆形凹槽结构，通孔直径与击柱套（7）内径相同，凹槽处内径与击柱套（7）外径相同；
顶杆（9）为三段式圆柱体结构，包括上顶杆（9-1）、定位台（9-2）和下顶杆（9-3），上顶杆（9-1）直径与下击柱（6）直径相同，定位台（9-2）直径大于下击柱（6）直径，下顶套（8）套在上顶杆（9-1）外围，在气缸作用下可沿柱体上下移动，下顶杆（9-3）与伺服压力机（10）连接；
伺服压力机（10）固定安装在机架（11）内部；
压套（2）、上顶柱（3）、上击柱（4）、下击柱（6）、击柱套（7）、下顶套（8）与顶杆（9）同轴，上顶柱（3）的直径为上击柱（4）直径的1.6~2.4倍，击柱套（7）外径为上击柱（4）直径的3.5~4.5倍，压套（2）内径为上击柱（4）直径的2.6~3.8倍。
2.如权利要求1所述摩擦感度试验机械加压装置，其特征在于，压套（2）为275°的扇形环；
所述上顶柱（3）的直径为上击柱（4）直径的1.6倍；
所述击柱套（7）外径为上击柱（4）直径的3.5倍；
所述压套（2）内径为上击柱（4）直径的2.6倍。
3.如权利要求1所述摩擦感度试验机械加压装置，其特征在于，压套（2）为305°的扇形环；
所述上顶柱（3）的直径为上击柱（4）直径的2.4倍；
所述击柱套（7）外径为上击柱（4）直径的4.5倍；
所述压套（2）内径为上击柱（4）直径的3.8倍。
4.一种利用权利要求1所述的摩擦感度试验机械加压装置的机械加压方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、装配：
将下击柱（6）放入击柱套（7）内，倒入火炸药试样（5）颗粒，晃动后将上击柱（4）放入，转动1~2圈；
步骤二、加压：
将装配好的摩擦装置放入下顶套（8）凹槽内，设置挤压压力，启动伺服压力机（10），下顶套（8）和顶杆（9）将下击柱（6）和击柱套（7）顶起，使得上击柱（4）与上顶柱（3）接触，直至压力达到设置的规定压力值，试样（5）压制成型；
步骤三、定位：
伺服压力机（10）保持设定的压力，顶部气缸推动压套（2）下压击柱套（7），下顶套（8）随之下降，直至下顶套（8）与定位台（9-2）接触，试样（5）上表面高于击柱套（7）上表面。
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