爆炸物儲運箱的研制

周曉光,陳玉振,祝小龍,金棟梁,周明安

(1.中南林業科技大學, 湖南長沙 410001;2.國防科技大學, 湖南長沙 410073)

爆炸物儲運箱的研制

周曉光1,陳玉振2,祝小龍2,金棟梁2,周明安2

(1.中南林業科技大學, 湖南長沙 410001;2.國防科技大學, 湖南長沙 410073)

通過計算機輔助設計和爆炸實驗,確定爆炸物運輸箱的基本參數和基本構造,重點研究了其減震、泄能、防殉爆的功能。研制的爆炸物儲運箱用于少量爆炸物運輸和暫時儲存,解決少量雷管與炸藥同車運輸的難題,可保障爆炸物運輸過程和暫時儲存時的安全。

爆炸物;儲運箱;結構設計;工程應用

0 引 言

爆炸物品廣泛應用于軍事和工程領域,而爆炸物在運輸和儲存環節釀成的事故時有發生,因而結合實際需求研究設計適用于軍事訓練和小工程量爆破的便捷化儲運裝置有現實意義。

爆炸物儲運箱 (以下簡稱儲運箱)解決了少量雷管 (100發以內)與炸藥同車運輸的問題。儲運箱采用了多種減震材料和減震結構,并借鑒建筑學“狗骨”結構設計應用了“犧牲”結構,使感度較高的雷管不會因外部擾動而爆炸,即使爆炸也不會引起同車炸藥殉爆。

1 爆炸物儲運箱的結構設計

爆炸物儲運箱,通過計算機輔助設計、爆炸實驗等手段研究爆炸物儲運箱的幾何外形、尺寸,減震工作原理,泄能工作原理和防殉爆能力。箱體設計時除考慮減震、防爆的目的外,在防殉爆方面還注意采用對爆炸能量“軟”防護與“硬”防護相結合的方法,從而大大增加了儲運箱的防殉爆能力。

爆炸物儲運箱由外箱體和內箱體兩部分組成。外箱體包括主箱體和外箱蓋兩部分。內箱體包括輔箱體、內箱蓋和連接結構 3部分。

1.1 外箱體

外箱體上采用了兩種犧牲結構、一種吸能材料和一種功能材料,如圖1所示。

兩種犧牲結構為:兩層鋼板上均勻開設的圓形泄能孔及塑性填充塞和主箱體與外箱蓋的輔助固定結構。在雷管爆炸時,泄能孔在高溫、高壓的作用下遭到破壞,以自身的破壞吸收了一部分能量。外箱體的蓋子上采用的輔助連接結構不僅能在平時起到連接箱體與蓋子的作用,在受到內部爆炸沖擊時,因其強度有限而首先破壞,從而起到衰減爆炸能量的作用。而泄能孔的塑性填充材料為吸能材料。

圖1 外箱體

主箱體和外箱蓋內部均填充有隔熱耐火材料,它使主箱體在遇到火災等情況時可以在一定時間內保持箱體內部的隔熱效果,保證內部雷管等的安全。

1.2 內箱體

內箱體采用了一種犧牲結構、兩種減震材料和3種功能結構,如圖2所示。

圖2 內箱體

一種犧牲結構是內箱體主體 (鋼筒)上開設的結構縫隙。在爆炸瞬時沖擊荷載的作用下,鋼筒在結構縫隙處首先變形,使整個鋼筒迅速膨脹,結構縫隙變大。從而在膨脹過程吸收能量的同時使爆炸產物可以從脹大的縫隙處溢出,從而減少內箱體承受的爆炸荷載。

兩種減震材料是輔箱體表層覆蓋的橡膠類柔性材料和輔箱體底層的襯墊材料,利用其良好的材料性能實現減震的目的。

3種功能結構是內外箱體的彈性連接結構、輔箱體與內箱蓋的密封結構和輔箱體內部的承托結構。內外箱體的彈性連接結構主要利用其良好的彈性,避免內外箱體的剛性接觸,起到減震的作用;密封結構主要是將密封的輔箱體和內箱蓋進行密封連接,使內箱體具有一定的防潮、防水能力;承托結構主要是在輔箱體內部對零散的雷管進行分離、固定,使雷管間不會發生碰撞、摩擦,從而避免雷管爆炸。

2 爆炸物儲運箱性能分析

在以上理論設計的基礎上,通過數值仿真模擬和實物模型實驗,基本確定了儲運箱的各項性能,發現在各種結構和相應材料綜合運用的情況下,儲運箱的性能指標達到了預期的標準。

2.1 爆炸物儲運箱的抗爆能力測試

分別實驗 100,180,240發雷管在爆炸物儲運箱中爆炸的情況,100發雷管時,箱體完整,箱體變形不明顯;160發時,箱體內有一點變形,但未出現裂縫;200發時,箱體出現一定裂痕,但整體結構仍然完整。所以儲運箱對 200發雷管具有良好的抗爆能力。

2.2 爆炸物儲運箱的防殉爆能力測試

在爆炸物儲運箱中裝入 240發雷管,在周圍四個方向 40 cm處放置 4個 200 g的 TNT藥塊,結果TNT藥塊都沒有殉爆,所以可以確保運輸 240發雷管時,使炸藥運輸箱與雷管運輸箱間隔 40 cm同車運輸。

2.3 爆炸物儲運箱的抗震測試

將 240發雷管裝入爆炸物儲運箱內,將箱體固定在振動平臺上,并逐漸增加震動幅度,直到雷管引爆,記下此時的振動情況。

將上述爆炸物儲運箱固定于高強度防護箱內(確保可以完全抗爆的那種),用采取一定防護措施的汽車在各種不同路面上運輸,例如平坦的馬路,一般的鄉村道路,以及一些較顛簸的道路。實驗表明,爆炸物儲運箱能夠保證在所用馬路上和幾乎所有鄉村道路上的安全運輸。

3 爆炸物儲運箱的工程應用

隨著軍隊完成軍事多樣化任務需求不斷增強和國內各項建設的不斷推進,爆炸物的使用量在不斷的增長,但也隨之帶來了一些安全問題,特別是爆炸物運輸安全事故近幾年時有發生,因此,確保爆炸物安全運輸的現實需求也越來越強烈。而目前國內外并沒有專門用于爆炸物運輸的設備,一些專用的爆炸物運輸車價格相對比較昂貴,且小型采石場、小型礦場用到的炸藥量較少,在炸藥實際運輸過程中很少采用分車運輸,并且采取的減震措施效果往往也不夠理想,這些情況決定了目前我國爆炸物安全運輸的狀況并不樂觀。而儲運箱減震效果良好,并具有防殉爆能力。這些特點決定該裝備可以用于運輸體積較小、感度較高、危險性系數較高的爆炸物,如雷管、戰爭遺留爆炸物、恐怖爆炸裝置等,從而可以簡便、高效地解決雷管炸藥的同車運輸問題,是一種安全性較高、經濟效益好的爆炸物運輸裝置。

儲運箱主要解決少量雷管(100發以內)與炸藥同車運輸存在的安全問題。其以良好的減震性能確保雷管在運輸途中不會發生爆炸,而其防殉爆能力則在雷管萬一發生爆炸時,不會引起同車的炸藥殉爆。其主要應用在以下幾個方面。

(1)解決了雷管和炸藥不能同車運輸的問題。對于小批量的雷管和炸藥采用分車運輸雖然確保了安全,但是同時也帶來很多不方便,如車輛安排和調度。爆炸物儲運箱能夠確保小批量炸藥雷管的同車安全運輸,具有較好的減震和防殉爆作用,節省了人力、物力,尤其在一些條件比較緊急或達不到分車運輸要求的時候,可以起到確保安全的作用,使運輸更加便捷和安全。

(2)轉移恐怖爆炸裝置的理想器材。恐怖爆炸裝置大都很不穩定,儲運箱可利用其良好的減震和防護能力,有效避免意外的發生,并在意外發生時起到最大限度的保護作用,在轉移恐怖爆炸裝置時可擔當排爆人員的安全守護者。

(3)處理戰爭遺留爆炸物的可靠助手。戰爭遺留爆炸物因年代久遠,一般各部分老化嚴重,導致其很不穩定,在轉移和暫存時極易發生意外。爆炸物儲運箱不僅大大減少了采用就便器材的安全隱患,同時方便了運輸和儲存。

(4)使用便捷、操作簡單,是小投入大作用的高效用器材。儲運箱的價格比較低,很多小的采礦公司、地方公安局和基層部隊都能夠負擔得起,便于爆炸物儲運箱的推廣。

綜上所述,儲運箱能夠起到較好的減震和防殉爆作用,其設計具有可行性,可以補充現在爆炸物運輸裝備上的不足,同時滿足小規模爆破作業時對安全器材的要求,彌補了安全缺陷。

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2011-06-26)

周曉光 (1986-),男,研究生,主要從事建筑設計、園林規劃及建筑物爆破拆除方面的研究。