基于彈道威力擺的工業(yè)炸藥作功能力試驗方法的研究

何 振

(中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司，安徽 淮北 235000)

工業(yè)炸藥的作功能力是指炸藥爆炸所產生的沖擊波和爆轟氣體產物作用于介質，對介質產生壓縮、破碎和拋移的能力；它是衡量工業(yè)炸藥爆炸性能的一項重要指標，在爆破工程設計中也要充分考慮炸藥的作功能力指標[1]。

彈道拋擲法是近年來新建立的一種作功能力試驗方法，目前只有中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司建立了該方法。彈道拋擲法的特點是試驗藥量大，能夠比較真實的反映炸藥作功能力和以功為單位直接表征炸藥的作功能力[8]。但是，彈道拋擲法的鋼蓋質量大(200 kg)，測試時搬運、安裝等環(huán)節(jié)的操作較困難，試驗效率也相對較低。因此，建立一種簡單、準確、可靠的工業(yè)炸藥作功能力試驗方法很有必要[9-10]。

在參照彈道臼炮法[4]的基礎上，中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司委托西安軍潮機電設備有限公司設計、加工了一套彈道威力擺試驗裝置，設計裝藥量50 g TNT當量。前期，作者采用TNT作為試樣，對彈道威力擺試驗裝置測試可靠性進行了試驗研究，確定了試驗藥量50 g、裝藥直徑40 mm的試驗條件。試驗結果表明，彈道威力擺試驗裝置具有試驗藥量較大、操作簡單的特點，其測試結果準確性高、重復性好，具有良好的可靠性。本文對彈道威力擺法測試具有雷管感度工業(yè)炸藥的作功能力進行了試驗研究。

1 試驗部分

1.1 試驗裝置

彈道威力擺試驗裝置主要由支架結構件、擺桿結構件、臼炮炮體、彈丸、支承軸承和擺角測試系統(tǒng)等部分組成，裝置固定在混凝土基座上。臼炮炮體的質量為490.0 kg；彈丸的質量為29.5 kg；臼炮炮體中心到懸掛支點的距離為3.32 m。試驗裝置如圖1所示。

1.2 試驗原理

當待測試樣在臼炮炮體的爆炸室內引爆后，爆炸產物膨脹作功將彈丸推出；同時臼炮炮體向反方向擺動一個角度。根據臼炮炮體質量、擺長、擺角和彈丸質量等參數，通過動量守恒定律和能量守恒定律計算出試樣的總機械能來評價工業(yè)炸藥的作功能力。

1.3 試驗樣品及試驗方法

試驗樣品均由正規(guī)廠家生產，且在有效期范圍內；序號代表不同廠家生產的產品。除TNT外，另選取8種類型工業(yè)炸藥進行測試。測試樣品如表1所示。

表1 測試樣品

測試時，稱取試樣50 g，按照每種炸藥的性質和特點改裝成藥卷(將牛皮紙裁成長150 mm，寬65 mm的長方形，粘成直徑為40 mm的圓紙筒用于裝藥)[5]，將藥卷固定在彈丸底部凹槽內，插入1發(fā)8號工業(yè)電雷管后引出腳線；將彈丸推至炮腔底部，試樣連接至起爆器，確認安全后起爆。彈丸在試樣爆炸氣體的作用下飛出后落于地面；待臼炮炮體穩(wěn)定后，記錄下擺角數值。改裝后的試樣，如圖2所示。

2 結果分析與討論

2.1 作功能力計算方法

依據動量守定律和能量守恒定律，彈道威力擺法測試總機械能的計算公式[4]推導如下：

E=Ek1+Ek2

(1)

式中：E為總機械能，J；Ek1為臼炮炮體的動能，J；Ek2為彈丸的動能，J。

(2)

式中：M為臼炮炮體的質量，kg；m為彈丸的質量，kg；g為重力加速度，m/s2；l為臼炮炮體中心到懸掛支點的距離，m；α為臼炮炮體擺動角度，°。

彈道威力擺試驗裝置的M、m和l均為常數，令：

(3)

式中：C為彈道威力擺試驗裝置的結構常數。

E=C(1-cosα)

(4)

由式(3)可知，對于彈道威力擺試驗裝置，C為常數。通過測得臼炮炮體偏轉的角度α，即可按照式(4)計算出工業(yè)炸藥的作功能力值。

2.2 試驗結果

表2 測試結果

2.3 結果分析

1)彈道威力擺法通過測得臼炮炮體的擺角，換算成總機械能來評價一定質量工業(yè)炸藥的作功能力，能夠比較理想地、客觀地反映出不同品種工業(yè)炸藥的作功能力差別；其試驗藥量較大，測試系統(tǒng)本身誤差小，測試結果的準確性好。

3)由于條件限制，測試樣品的種類不齊全。本次試驗研究僅對8個品種工業(yè)炸藥的作功能力進行了測試和對比分析，結果具有一定參考性。

3 結語

2)彈道威力擺法操作簡單、試驗藥量較大。試驗表明，其測試精度、準確度較高，具有良好的重復性和可靠性。該方法能對不同品種工業(yè)炸藥進行定量比較，能反映不同品種工業(yè)炸藥的作功特點，是一種簡單、準確、可靠的工業(yè)炸藥作功能力試驗方法。