CN112595832B - 一种摩擦感度试验机械加压方法 - 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方法，该方法采用伺服压力机对摩擦感度试样进行加压，一次加压至规定的挤压压力，同步完成试样的压制成型，然后气缸推动压套使得试样露出击柱套外，实现摩擦感度试样的自动加压及定位过程。本申请能够实现挤压压力的精确控制，作业过程为远程自动化操作，保证了试验结果的准确性和操作过程的安全性。
Description
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方法，具体涉及一种远程精确控压且安全可靠的加压方法。
背景技术
火炸药摩擦感度是指在一定的摩擦刺激作用条件下，火炸药发生燃烧或爆炸的难易程度，通常以爆炸百分数表示试验结果。摩擦感度是衡量火炸药安全性能的一项重要指标，是评估火炸药在生产、运输、储存、使用、包装中能否安全使用的重要参数。目前国内火炸药摩擦感度测量采用GJB 772A-97方法602.1摩擦感度爆炸概率法，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。
现有摩擦感度试验机械加压方法存在以下问题：(1)采用油压机易漏油，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方法，该方法采用伺服压力机进行精确加压，远程操控，自动对试样进行定位，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方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、试样准备：
试样5经粉碎或研磨后，用试验筛筛取尺寸为0.15～0.65mm的颗粒试样，干燥处理后放入干燥器中待用；
步骤二、装置准备：
用丙酮清洗上击柱4、下击柱6和击柱套7，擦干后放入干燥器中待用；
步骤三、试样装配：
称取20±1mg的试样5，将下击柱6放入击柱套7内，缓慢倒入试样5颗粒，晃动后将上击柱4放入，并转动1～2圈；
步骤四、装配机械加压装置：
将装有试样5的击柱套7放入下顶套8凹槽内，完成机械加压装置的装配；
所述下顶套8为中心带通孔的圆形凹槽结构；
步骤五、机械加压：
启动机械加压装置，设置挤压压力，开启伺服压力机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；
所述上顶柱3为圆柱体结构，顶杆9为三段式圆柱体结构；
伺服压力机10的压力加载上限为1500MPa；
步骤六、装置定位：
机械加压装置保持设定的挤压压力，启动顶部气缸推动压套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上表面比击柱套7上表面高出0.9mm～1.8mm；
所述压套2为可上下移动的扇形环结构，定位台9-2为顶杆9的中间圆柱体结构；
本申请的另一个方面还提供了一种机械加压装置，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；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；所述压套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。
关于伺服压力机10的加载压力、定位后下击柱6上表面比击柱套7上表面高出的距离，可以采取以下2种方式的任意一种：
实现方式1：
伺服压力机10的加载压力设置为750Mpa；
定位后试样5上表面比击柱套7上表面高出0.9mm。
实现方式2：
伺服压力机10的加载压力设置为1500Mpa；
定位后试样5上表面比击柱套7上表面高出1.8mm。
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)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，更加稳定可靠；
(3)实现远程控制，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)压套与滑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是机械加压装置的剖视图。
图2是反应腔结构图。
图3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3所示，本实施例给出一种摩擦感度机械加压方法。其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、试样准备：
试样5经粉碎或研磨后，用试验筛筛取尺寸为0.15～0.65mm的颗粒试样，干燥处理后放入干燥器中待用；
步骤二、装置准备：
用丙酮清洗上击柱4、下击柱6和击柱套7，擦干后放入干燥器中待用；
步骤三、试样装配：
称取20±1mg的试样5，将下击柱6放入击柱套7内，缓慢倒入试样5颗粒，晃动后将上击柱4放入，并转动1～2圈；
步骤四、装配机械加压装置：
将装有试样5的击柱套7放入下顶套8凹槽内，完成机械加压装置的装配；
所述下顶套8为中心带通孔的圆形凹槽结构；
步骤五、机械加压：
启动机械加压装置，设置挤压压力为750MPa，开启伺服压力机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；
所述上顶柱3为圆柱体结构，顶杆9为三段式圆柱体结构；
步骤六、装置定位：
机械加压装置保持设定的挤压压力，启动顶部气缸推动压套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上表面比击柱套7上表面高出0.9mm；
所述压套2为可上下移动的扇形环结构，定位台9-2为顶杆9的中间圆柱体结构；
本申请采用的一种机械加压装置，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；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；所述压套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。
本申请的工作原理如下：
操作者将装配好的摩擦装置放入下顶套内，设置加载压力，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，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。
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上表面漏出击柱套。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。
摩擦感度试验在摆锤撞击的时候，下击柱6与试样5需要保持不动，摆锤撞击上击柱4滑动产生相对摩擦作用。若试样5上表面比击柱套7上表面高出太多，摆锤撞击时试样5容易移动，甚至脱离击柱套，无法实现本申请的目的。若试样5上表面露出太少，会影响上击柱4的滑动，导致摩擦作用力无法达到设定值。同时，还需要考虑摆锤的撞击位置，保证摆锤撞击在上击柱4的中间位置。通过大量实验发现，试样5上表面比击柱套7上表面高出0.9mm～1.8mm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，试样5上表面比击柱套7上表面高出0.9mm。
随着钝感高能材料的发展，对于低感度的含能材料，摩擦感度试验需要设置更高的加载压力，传统油压机的压力加载极限不到700MPa，加载压力太低，已经不能满足新型钝感含能材料的需求。但是，加载压力过高，对仪器设备的要求会相应提高，容易增加成本，造成浪费。通过大量实验发现，加载压力达到1500MPa时，已经可以满足使用需求了。
本实施例中，加载压力设置为750MPa。
通过本申请对FOX-7基炸药进行摩擦感度机械加压，一次加压至设定的750MPa，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FOX-7基炸药摩擦感度爆炸概率为16％。
表1 FOX-7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方法，有益效果体现在以下几个方面：
(1)采用伺服压力机供压至750MPa，压力控制精确稳定，压力波动不大于0.1MPa；
(2)一次加压至750MPa，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3所示，本实施例给出一种摩擦感度机械加压方法。其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、试样准备：
试样5经粉碎或研磨后，用试验筛筛取尺寸为0.15～0.65mm的颗粒试样，干燥处理后放入干燥器中待用；
步骤二、装置准备：
用丙酮清洗上击柱4、下击柱6和击柱套7，擦干后放入干燥器中待用；
步骤三、试样装配：
称取20±1mg的试样5，将下击柱6放入击柱套7内，缓慢倒入试样5颗粒，晃动后将上击柱4放入，并转动1～2圈；
步骤四、装配机械加压装置：
将装有试样5的击柱套7放入下顶套8凹槽内，完成机械加压装置的装配；
所述下顶套8为中心带通孔的圆形凹槽结构；
步骤五、机械加压：
启动机械加压装置，设置挤压压力为1500MPa，开启伺服压力机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；
所述上顶柱3为圆柱体结构，顶杆9为三段式圆柱体结构；
步骤六、装置定位：
机械加压装置保持设定的挤压压力，启动顶部气缸推动压套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上表面比击柱套7上表面高出1.8mm；
所述压套2为可上下移动的扇形环结构，定位台9-2为顶杆9的中间圆柱体结构；
本申请采用的一种机械加压装置，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；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；所述压套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。
本申请的工作原理如下：
操作者将装配好的摩擦装置放入下顶套内，设置加载压力，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，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。
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上表面漏出击柱套。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。
摩擦感度试验在摆锤撞击的时候，下击柱6与试样5需要保持不动，摆锤撞击上击柱4滑动产生相对摩擦作用。若试样5上表面比击柱套7上表面高出太多，摆锤撞击时试样5容易移动，甚至脱离击柱套，无法实现本申请的目的。若试样5上表面露出太少，会影响上击柱4的滑动，导致摩擦作用力无法达到设定值。同时，还需要考虑摆锤的撞击位置，保证摆锤撞击在上击柱4的中间位置。通过大量实验发现，试样5上表面比击柱套7上表面高出0.9mm～1.8mm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，试样5上表面比击柱套7上表面高出1.8mm。
随着钝感高能材料的发展，对于低感度的含能材料，摩擦感度试验需要设置更高的加载压力，传统油压机的压力加载极限不到700MPa，加载压力太低，已经不能满足新型钝感含能材料的需求。但是，加载压力过高，对仪器设备的要求会相应提高，容易增加成本，造成浪费。通过大量实验发现，加载压力达到1500MPa时，已经可以满足使用需求了。
本实施例中，加载压力设置为1500MPa。
通过本申请对HATO基炸药进行摩擦感度机械加压，一次加压至设定的1500MPa，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HATO基炸药摩擦感度爆炸概率为12％。
表2 HATO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方法，有益效果体现在以下几个方面：
(1)采用伺服压力机供压至1500MPa，压力控制精确稳定，压力波动不大于0.1MPa；
(2)一次加压至1500MPa，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 (3)
1.一种摩擦感度试验机械加压方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、试样准备：
试样(5)经粉碎或研磨后，用试验筛筛取尺寸为0.15～0.65mm的颗粒试样，干燥处理后放入干燥器中待用；
步骤二、装置准备：
用丙酮清洗上击柱(4)、下击柱(6)和击柱套(7)，擦干后放入干燥器中待用；
步骤三、试样装配：
称取20±1mg的试样(5)，将下击柱(6)放入击柱套(7)内，缓慢倒入试样(5)颗粒，晃动后将上击柱(4)放入，并转动1～2圈；
步骤四、装配机械加压装置：
将装有试样(5)的击柱套(7)放入下顶套(8)凹槽内，完成机械加压装置的装配；
所述下顶套(8)为中心带通孔的圆形凹槽结构；
步骤五、机械加压：
启动机械加压装置，设置挤压压力，开启伺服压力机(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；
所述上顶柱(3)为圆柱体结构，顶杆(9)为三段式圆柱体结构；
伺服压力机(10)的压力加载上限为1500MPa；
步骤六、装置定位：
机械加压装置保持设定的挤压压力，启动顶部气缸推动压套(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)上表面比击柱套(7)上表面高出0.9mm～1.8mm；
所述压套(2)为可上下移动的扇形环结构，定位台(9-2)为顶杆(9)的中间圆柱体结构；
步骤四、步骤五、步骤六中，所述的机械加压装置包括反应腔(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；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；所述压套(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。
2.如权利要求1所述的摩擦感度试验机械加压方法，其特征在于，所述伺服压力机(10)的加载压力设置为750Mpa；
所述下顶套(8)与定位台(9-2)接触时，试样(5)上表面比击柱套(7)上表面高出0.9mm。
3.如权利要求1所述的摩擦感度试验机械加压方法，其特征在于，所述伺服压力机(10)的加载压力设置为1500Mpa；
所述下顶套(8)与定位台(9-2)接触时，试样(5)上表面比击柱套(7)上表面高出1.8mm。
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