周曉光,陳玉振,祝小龍,金棟梁,周明安

(1.中南林業(yè)科技大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410001;2.國(guó)防科技大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410073)

爆炸物儲(chǔ)運(yùn)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(yè)科技大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410001;2.國(guó)防科技大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410073)

通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和爆炸實(shí)驗(yàn),確定爆炸物運(yùn)輸箱的基本參數(shù)和基本構(gòu)造,重點(diǎn)研究了其減震、泄能、防殉爆的功能。研制的爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱用于少量爆炸物運(yùn)輸和暫時(shí)儲(chǔ)存,解決少量雷管與炸藥同車運(yùn)輸?shù)碾y題,可保障爆炸物運(yùn)輸過(guò)程和暫時(shí)儲(chǔ)存時(shí)的安全。

爆炸物;儲(chǔ)運(yùn)箱;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);工程應(yīng)用

0 引 言

爆炸物品廣泛應(yīng)用于軍事和工程領(lǐng)域,而爆炸物在運(yùn)輸和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)釀成的事故時(shí)有發(fā)生,因而結(jié)合實(shí)際需求研究設(shè)計(jì)適用于軍事訓(xùn)練和小工程量爆破的便捷化儲(chǔ)運(yùn)裝置有現(xiàn)實(shí)意義。

爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱 (以下簡(jiǎn)稱儲(chǔ)運(yùn)箱)解決了少量雷管 (100發(fā)以內(nèi))與炸藥同車運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。儲(chǔ)運(yùn)箱采用了多種減震材料和減震結(jié)構(gòu),并借鑒建筑學(xué)“狗骨”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用了“犧牲”結(jié)構(gòu),使感度較高的雷管不會(huì)因外部擾動(dòng)而爆炸,即使爆炸也不會(huì)引起同車炸藥殉爆。

1 爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、爆炸實(shí)驗(yàn)等手段研究爆炸物儲(chǔ)運(yùn)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(shè)計(jì)時(shí)除考慮減震、防爆的目的外,在防殉爆方面還注意采用對(duì)爆炸能量“軟”防護(hù)與“硬”防護(hù)相結(jié)合的方法,從而大大增加了儲(chǔ)運(yùn)箱的防殉爆能力。

爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱由外箱體和內(nèi)箱體兩部分組成。外箱體包括主箱體和外箱蓋兩部分。內(nèi)箱體包括輔箱體、內(nèi)箱蓋和連接結(jié)構(gòu) 3部分。

1.1 外箱體

外箱體上采用了兩種犧牲結(jié)構(gòu)、一種吸能材料和一種功能材料,如圖1所示。

兩種犧牲結(jié)構(gòu)為:兩層鋼板上均勻開(kāi)設(shè)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(jié)構(gòu)。在雷管爆炸時(shí),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(jié)構(gòu)不僅能在平時(shí)起到連接箱體與蓋子的作用,在受到內(nèi)部爆炸沖擊時(shí),因其強(qiáng)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(nèi)部均填充有隔熱耐火材料,它使主箱體在遇到火災(zāi)等情況時(shí)可以在一定時(shí)間內(nèi)保持箱體內(nèi)部的隔熱效果,保證內(nèi)部雷管等的安全。

1.2 內(nèi)箱體

內(nèi)箱體采用了一種犧牲結(jié)構(gòu)、兩種減震材料和3種功能結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2 內(nèi)箱體

一種犧牲結(jié)構(gòu)是內(nèi)箱體主體 (鋼筒)上開(kāi)設(shè)的結(jié)構(gòu)縫隙。在爆炸瞬時(shí)沖擊荷載的作用下,鋼筒在結(jié)構(gòu)縫隙處首先變形,使整個(gè)鋼筒迅速膨脹,結(jié)構(gòu)縫隙變大。從而在膨脹過(guò)程吸收能量的同時(shí)使爆炸產(chǎn)物可以從脹大的縫隙處溢出,從而減少內(nèi)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(shí)現(xiàn)減震的目的。

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

2 爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱性能分析

在以上理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,通過(guò)數(shù)值仿真模擬和實(shí)物模型實(shí)驗(yàn),基本確定了儲(chǔ)運(yùn)箱的各項(xiàng)性能,發(fā)現(xiàn)在各種結(jié)構(gòu)和相應(yīng)材料綜合運(yùn)用的情況下,儲(chǔ)運(yùn)箱的性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱的抗爆能力測(cè)試

分別實(shí)驗(yàn) 100,180,240發(fā)雷管在爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱中爆炸的情況,100發(fā)雷管時(shí),箱體完整,箱體變形不明顯;160發(fā)時(shí),箱體內(nèi)有一點(diǎn)變形,但未出現(xiàn)裂縫;200發(fā)時(shí),箱體出現(xiàn)一定裂痕,但整體結(jié)構(gòu)仍然完整。所以儲(chǔ)運(yùn)箱對(duì) 200發(fā)雷管具有良好的抗爆能力。

2.2 爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱的防殉爆能力測(cè)試

在爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱中裝入 240發(fā)雷管,在周圍四個(gè)方向 40 cm處放置 4個(gè) 200 g的 TNT藥塊,結(jié)果TNT藥塊都沒(méi)有殉爆,所以可以確保運(yùn)輸 240發(fā)雷管時(shí),使炸藥運(yùn)輸箱與雷管運(yùn)輸箱間隔 40 cm同車運(yùn)輸。

2.3 爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱的抗震測(cè)試

將 240發(fā)雷管裝入爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱內(nèi),將箱體固定在振動(dòng)平臺(tái)上,并逐漸增加震動(dòng)幅度,直到雷管引爆,記下此時(shí)的振動(dòng)情況。

將上述爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱固定于高強(qiáng)度防護(hù)箱內(nèi)(確?？梢酝耆贡哪欠N),用采取一定防護(hù)措施的汽車在各種不同路面上運(yùn)輸,例如平坦的馬路,一般的鄉(xiāng)村道路,以及一些較顛簸的道路。實(shí)驗(yàn)表明,爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱能夠保證在所用馬路上和幾乎所有鄉(xiāng)村道路上的安全運(yùn)輸。

3 爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱的工程應(yīng)用

隨著軍隊(duì)完成軍事多樣化任務(wù)需求不斷增強(qiáng)和國(guó)內(nèi)各項(xiàng)建設(shè)的不斷推進(jìn),爆炸物的使用量在不斷的增長(zhǎng),但也隨之帶來(lái)了一些安全問(wèn)題,特別是爆炸物運(yùn)輸安全事故近幾年時(shí)有發(fā)生,因此,確保爆炸物安全運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)實(shí)需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。而目前國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有專門(mén)用于爆炸物運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備,一些專用的爆炸物運(yùn)輸車價(jià)格相對(duì)比較昂貴,且小型采石場(chǎng)、小型礦場(chǎng)用到的炸藥量較少,在炸藥實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中很少采用分車運(yùn)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(guó)爆炸物安全運(yùn)輸?shù)臓顩r并不樂(lè)觀。而儲(chǔ)運(yùn)箱減震效果良好,并具有防殉爆能力。這些特點(diǎn)決定該裝備可以用于運(yùn)輸體積較小、感度較高、危險(xiǎn)性系數(shù)較高的爆炸物,如雷管、戰(zhàn)爭(zhēng)遺留爆炸物、恐怖爆炸裝置等,從而可以簡(jiǎn)便、高效地解決雷管炸藥的同車運(yùn)輸問(wèn)題,是一種安全性較高、經(jīng)濟(jì)效益好的爆炸物運(yùn)輸裝置。

儲(chǔ)運(yùn)箱主要解決少量雷管(100發(fā)以內(nèi))與炸藥同車運(yùn)輸存在的安全問(wèn)題。其以良好的減震性能確保雷管在運(yùn)輸途中不會(huì)發(fā)生爆炸,而其防殉爆能力則在雷管萬(wàn)一發(fā)生爆炸時(shí),不會(huì)引起同車的炸藥殉爆。其主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面。

(1)解決了雷管和炸藥不能同車運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。對(duì)于小批量的雷管和炸藥采用分車運(yùn)輸雖然確保了安全,但是同時(shí)也帶來(lái)很多不方便,如車輛安排和調(diào)度。爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱能夠確保小批量炸藥雷管的同車安全運(yùn)輸,具有較好的減震和防殉爆作用,節(jié)省了人力、物力,尤其在一些條件比較緊急或達(dá)不到分車運(yùn)輸要求的時(shí)候,可以起到確保安全的作用,使運(yùn)輸更加便捷和安全。

(2)轉(zhuǎn)移恐怖爆炸裝置的理想器材。恐怖爆炸裝置大都很不穩(wěn)定,儲(chǔ)運(yùn)箱可利用其良好的減震和防護(hù)能力,有效避免意外的發(fā)生,并在意外發(fā)生時(shí)起到最大限度的保護(hù)作用,在轉(zhuǎn)移恐怖爆炸裝置時(shí)可擔(dān)當(dāng)排爆人員的安全守護(hù)者。

(3)處理戰(zhàn)爭(zhēng)遺留爆炸物的可靠助手。戰(zhàn)爭(zhēng)遺留爆炸物因年代久遠(yuǎn),一般各部分老化嚴(yán)重,導(dǎo)致其很不穩(wěn)定,在轉(zhuǎn)移和暫存時(shí)極易發(fā)生意外。爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱不僅大大減少了采用就便器材的安全隱患,同時(shí)方便了運(yùn)輸和儲(chǔ)存。

(4)使用便捷、操作簡(jiǎn)單,是小投入大作用的高效用器材。儲(chǔ)運(yùn)箱的價(jià)格比較低,很多小的采礦公司、地方公安局和基層部隊(duì)都能夠負(fù)擔(dān)得起,便于爆炸物儲(chǔ)運(yùn)箱的推廣。

綜上所述,儲(chǔ)運(yùn)箱能夠起到較好的減震和防殉爆作用,其設(shè)計(jì)具有可行性,可以補(bǔ)充現(xiàn)在爆炸物運(yùn)輸裝備上的不足,同時(shí)滿足小規(guī)模爆破作業(yè)時(shí)對(duì)安全器材的要求,彌補(bǔ)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(shè)計(jì)、園林規(guī)劃及建筑物爆破拆除方面的研究。