Результат интеллектуальной деятельности: ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области боеприпасов и взрывной техники, используемой в мирных целях. Как правило, взрывные устройства (ВУ) состоят из корпуса, заряда взрывчатого вещества (ВВ) и системы инициирования заряда ВВ. Элементы конструкции ВУ изготовлены из разнородных материалов, имеющих различные коэффициенты термического расширения, в следствие чего при эксплуатации ВУ в широком диапазоне температур в заряде ВВ и системе инициирования заряда ВВ могут возникать критические напряженно-деформированные состояния иди конструктивные зазоры, которые могут влиять на работоспособность или безопасность эксплуатации ВУ. Система температурной компенсации (СТК) обеспечивает усилие поджатия составных частей конструкции из разнородных материалов во всем диапазоне рабочих температур, сохраняя плотность сборки и предотвращая повреждение или разрушение элементов, имеющих различные коэффициенты термического расширения.

В качестве аналога устройства можно рассматривать взрывное устройство (ВУ), которое содержит корпус с зарядом взрывчатого вещества, систему инициирования и систему температурной компенсации (патент РФ №2425321, опубл. 27.07.2011). Система температурной компенсации включает вкладыш, размещенный между корпусами зарядом взрывчатого вещества, и накладку, выполненную в виде секторов, разнесенных по поверхности защитной оболочки системы инициирования, расположенных со стороны противоположной размещению заряда ВВ. Вкладыш и накладка выполнены из материала с закрытой ячеистой структурой - пенополиэтилена. После заполнения объема корпуса взрывчатым составом внутрь корпуса подается воздух с определенным давлением, которое сжимает вкладыш на 40-50% его толщины. В таком состоянии сборку заневоливают и оставляют до отверждения взрывчатого состава (ВС). После отверждения ВС давление воздуха снимается.

Недостатком рассматриваемой конструкции является сложность технологического процесса отверждения ВС, для которого требуется введение системы, обеспечивающей повышенное давление для сжатия вкладыша СТК, также при длительной эксплуатации ВУ пенополиэтилен теряет свои упругие характеристики, что может привести к появлению зазоров и расслаблению конструкции, кроме того при монтаже/демонтаже крышки возможен ее перекос (заклинивание).

В качестве прототипа рассматривается взрывное устройство (патент РФ №2450235, опубл. 10.05.2012), состоящее из корпуса с поджимной крышкой и пружинной системой температурной компенсации, размещенного между ними заряда взрывчатого вещества и инициатора. СТК в данном ВУ состоит из трех основных частей: резьбового кольца, упорного кольца и комплекта (60 штук)витых пружин. Пружины помещены в расположенные симметрично по окружности отверстия в резьбовом кольце, которое неподвижно закрепляется в корпусе изделия. При изменении объема заряда из ВВ вследствие перепада температур упорное кольцо через крышку, прилегающую к заряду торцевой частью, перемещается и пружины изменяют свою длину. Следовательно, изменяется и усилие в пружинах. Зарядный модуль рассчитан для работы в широком диапазоне отрицательных и положительных температур.

К основным недостаткам СТК с витыми пружинами относятся: сложность конструкции, имеющей большое количество деталей, возможный перекос крышки из-за небольшой высоты цилиндрической части, приводящий к заклиниванию СТК при монтаже/демонтаже и при эксплуатации ВУ, а также усложнение технологии сборки. Кроме того, одной из проблем является то, что при мелкосерийном производстве сложно получить стабильность упругих характеристик витых пружин: для подбора комплекта из большого количества пружин с одинаковыми характеристиками приходится их селектировать из большого количества.

Технический результат заключается в повышении надежности и безопасности эксплуатации взрывных устройств в широком диапазоне эксплуатационных температур: снижении стоимости изготовления ВУ за счет упрощения конструкции СТК ВУ и технологии ее изготовления, а также за счет упрощения технологии сборки/разборки ВУ.

Указанный технический результат достигается тем, что во взрывном устройстве, содержащем корпус с прижимной крышкой, размещенный между ними заряд взрывчатого вещества (ВВ), систему инициирования и пружинную систему температурной компенсации, установленную между фланцем корпуса и прижимной крышкой, пружинная система температурной компенсации и прижимная крышка выполнены в виде единой детали, представляющей собой полый стакан с дном, обращенным к заряду ВВ, на цилиндрической обечайке которого выполнена система поперечных пазов из не менее, чем двух рядов, при этом количество пазов в ряду не менее двух, расположенных относительно пазов соседнего ряда в шахматном порядке, высота стакана с дном (h), его внешний диаметр (d) и внутренний диаметр корпуса взрывного устройства (D) выполнены с соотношением Постоянное поджатие заряда ВВ и инициирующего устройства к корпусу ВУ обеспечивается усилием прорезной пружины, объединенной в единую деталь с крышкой. Наружный диаметр прорезной пружины и крышки совпадают, а суммарная высота единой детали больше высоты отдельной крышки, при этом прорезная пружина обеспечивает меньшую разницу усилия поджатая при максимальном и минимальном значениях эксплуатационных температур по сравнению с СТК, в которой используется большое количество витых цилиндрических пружин.

На фиг. 1 представлена конструкция взрывного устройства, состоящего из корпуса (1), размещенного в нем заряда взрывчатого вещества (2), системы инициирования заряда ВВ (3), прижимной крышки (4), упорного кольца (5), установленного в кольцевой проточке корпуса ВУ.

Прижимная крышка (4) представляет собой стакан с дном из упругого металла (стали, латуни и др.), выполненный в виде единой детали с прорезной пружиной, состоящей из нескольких (не менее двух) упругих колец, образованных с помощью не менее двух прорезей в цилиндрической заготовке. Пружина выполнена так, чтобы нагрузка распределялась равномерно при изгибе колец. Прорези получают с помощью операции фрезерования. Объединение прорезной кольцевой пружины с прижимной крышкой модуля зарядного в единый конструктивный элемент (см. фиг. 2) позволяет существенно увеличить длину юбки h крышки (4), поджимающей заряд ВВ (2), через систему инициирования (3), что исключает перекашивание и заклинивание крышки (4) при ее монтаже/демонтаже.

Для подтверждения заявляемого технического результата ниже приводится сравнительный расчетный анализ конструкции ВУ по принятому прототипу (патент РФ №2450235, опубл. 10.05.2012) и конструкции ВУ по настоящему техническому решению.

При рассмотрении примера конкретного взрывного устройства, выбранного в качестве прототипа, имеющего внешний диаметр поджимной крышки d=242,8 мм, внутренний диаметр корпуса ВУ D=244 мм, высоту поджимной крышки h=10 мм, установлено, что условие не выполняется, так как соотношение Эта величина больше высоты поджимной крышки равной 10 мм. При установке поджимной крышки в корпус ВУ возможно ее перекашивание и заклинивание в промежуточном положении, что недопустимо в конструкциях, содержащих взрывчатые вещества с точки зрения безопасности обращения.

Для сравнительного анализа принимается, что основные геометрические и силовые характеристики предлагаемого технического решения и прототипа должны быть идентичны. В конструкции СТК выбранного прототипа, высота комплекта из 60 витых пружин составляет 21,7 мм. Таким образом, высота прижимной крышки (4) (см. фиг. 1) должна составлять h=10+21,7=31,7 мм при внешнем диаметре прижимной крышки (4) d=242,8 мм и внутреннем диаметре корпуса (1) ВУ D=244 мм. Рассмотрим выполнение соотношения для предлагаемого технического решения. Так при соотношение выполняется. По результатам проведения сборочных работ с экспериментальным образцом ВУ по предлагаемому техническому решению перекашивание крышки, объединенной с пружиной, не наблюдалось.

Общее усилие, создаваемое СТК прототипа составляет: при 20°С - 4488 Н, при минус 50°С - 3222 Н, при плюс 50°С - 5031 Н. Для создания усилия СТК, идентичного усилию СТК прототипа, равного 4488 Н при 20°С в конструкции прорезной пружины прижимной крышки (4) принимаются следующие конструктивные размеры: наружный диаметр пружины 242,8 мм, внутренний диаметр пружины 239 мм, высота пружины 21,7 мм, материал латунь Л63 или сталь 70 ГОСТ 14959-79, число прорезей по окружности 6 шт., количество колец в пружине 4 шт.

Исходя из принятых исходных данных, в таблице 1 представлены упругие характеристики прорезной пружины прижимной крышки в сравнении с упругими характеристиками СТК прототипа. Расчет упругих характеристик прорезной пружины проведен в соответствии с методикой [Справочник машиностроителя в шести томах, том 4 книга 2, издание третье, М.: государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963 г., стр. 736].

Таблица 1

На фиг. 3 изображена зависимость деформаций пружин различного исполнения от усилия сжатия. Упругие характеристики прорезной пружины являются более пологими по сравнению с характеристиками комплекта из 60 витых пружин, что обеспечивает требуемое усилие поджатия с минимальными отклонениями от допустимых в эксплуатационном диапазоне температур. При сжатии прорезной пружины в рабочем диапазоне усилие на упорном кольце составляет 4488±1068 Н, тогда как комплект из 60 витых пружин усилие 4488±1256 Н.

Таким образом, предложенная конструкция отличается простотой и возможностью получения более равномерных характеристик сжатия при значительном изменении температур.

Изготовление прорезной пружины технологичнее и дешевле, чем изготовление комплекта из 60 витых пружин, применение прорезной пружины позволяет получать заданные упругие характеристики путем уменьшения толщины рабочих элементов, также при мелкосерийном производстве сложно получить стабильность упругих характеристик витых пружин. Для подбора комплекта из 60 пружин с одинаковыми характеристиками приходится селектировать пружины из большого количества изготовленных пружин, что повышает себестоимость изделия и уменьшает технологичность.