UKR | ENG | ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ

Магістр ДонНТУ Осипов Гліб Олександрович

Осипов Глеб Александрович

Факультет компьютерных информационных технологий и автоматики

Кафедра электронной техники

Специальность: 

Научные, аналитические и экологические приборы и системы

Тема выпускной работы:

Методы и средства определения фракционного состава дымного пороха

Научный руководитель: Чичикало Нина Ивановна

Материалы по теме выпускной работы:

 Резюме|Автобиография|Библиотека|Ссылки|Отчет о поиске|Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Методы и средства определения фракционного состава дымного пороха 

Цель и задачи работы

   Целью магистерской работы является обоснование и разработка структуры прибора для измерения фракционного состава дымного пороха (на основе метода измерения фракционного состава описанного в ГОСТ 8064-72).
   Для того чтобы достичь этой цели нужно выделить задачи, решаемые в работе:
- исследование методов и средств измерения фракционного состава пороха на производстве (во время изготовления и после него);
- анализ всех внешних факторов, которые оказывают влияние на точность измерений;
- создание алгоритма измерения фракционного состава на основе вышеописанных исследовательских работ;
- разработать структуру прибора для определения фракционного состава дымного пороха.

Актуальность темы 

   Порох по праву считается одним из самых существенных изобретений в истории человечества, поскольку его применение позволило существенно изменить приоритеты в ведении военных действий. Так, например, порох дал огромное преимущество европейским колонизаторам в борьбе с коренным населением Америки, имевшим в своем распоряжении лишь примитивные виды оружия. Основу этого материала составляет плотная смесь, содержащая большое количество различных компонентов, позволяющих придать пороху взрывоопасный характер. Особенность строения пороховой смеси заключается в том, что слои, составляющие ее, могут гореть независимо друг от друга, при этом, совершенно не нуждаясь в поступлении кислорода.
   В то же время горение пороха естественным образом вызывает образование газов, которые находят очень важное применение в некоторых областях деятельности человека, например, высвобождаясь, газообразные продукты, образованные при сгорании пороха, вызывают движении ракеты, а также могут использоваться для того, чтобы осуществлять процесс метания различных снарядов. Для того чтобы поступательное сгорание слоев пороха происходило корректно, все элементы этого вещества должны находиться в целостном состоянии, без каких-либо дефектов, а значит, при выполнении этих условий, взрыв пороха при сгорании произойти не может.
   На сегодняшний день дымный порох, применяется  главным образом в стрелковом вооружении, в артиллерийских орудиях, и в фейерверках . От его качества и точного состава зависят такие факторы как:
- точность стрельбы;
- уменьшение времени износа огнестрельного оружия;
- баллистические характеристики и свойства снаряда;
- безопасность стрелков во время охоты и т.п.
   Выход из строя огнестрельного оружия приводит к существенным затратам. Стоимость качественного и надежного огнестрельного оружия сегодня может достигать десятков тысяч долларов. Так же не нужно забывать о факторе безопасности охотника. Ведь очень важно максимально обезопасить стрелка от негативных внешних факторов, к которым можно отнести и случайных выход из строя оружия с последующим разрушением в руках стрелка [5].
   Проблема несоблюдения точного процентного состава порохов вызвала необходимость качественного и надежного способа определения фракционного состава дымного пороха. В основе данного метода  лежит точное и быстрое измерение фракционного состава дымного пороха. Контроль качества очень важен во время и после создания пороха.

Научная новизна работы

   Имеющиеся на данный момент методы измерения фракционного состава порохов (в частности дымных) имеют недостатки, к которым относятся:
- скорость определения состава вещества (скорость других методов гораздо меньше);
- точность измерений (по ГОСТ погрешность не должна превышать 1%);
- латентное влияние внешних факторов на измерения.
   Представленный метод пока, что не используется применительно к порохам. В связи с этим планируется совершенствование алгоритмов измерения и разработка структуры прибора, в основе которого будет лежать анализ электрических сигналов, полученных от емкостных и индуктивных датчиков.

Планируемые практические результаты

   В результате исследований, которые будут проведены мною планируется собрать достаточное количество информации для теоретического построения прибора который будет использоваться для определения фракционного состава дымного пороха. А результатом работы станет математическое описание процесса измерения веса фракций, и технологическая реализация прибора со структурной схемой.

Обзор исследований по теме

   На сегодняшний момент разработки  практически не ведутся в области определения фракционного состава сыпучих веществ. Однако данным вопросом, заинтересованы некоторые отечественные и зарубежные фирмы.
  Отечественные предприятия по изготовлению бесконтактных датчиков веса и т.п.:
1) http://teko-com.ru
(г. Челябинск, Россия)
Научно-производственная Компания "ТЕКО" – один из ведущих разработчиков и производителей промышленной автоматики и сенсорики.
2) http://tokves.ru/
(г. Екатеринбург, Россия)
Компания "ТОКВЕС" предлагает полный спектр компонентов для весов и весовых систем, таких как: тензодатчики, весовые индикаторы и контроллеры, преобразователи сигнала тензодатчиков, клеммные соединительные коробки, дублирующие табло, кабель и прочее.
3) http://www.prom-tex.org
ЗАО "Промтекс" (г. Макеевка, Украина)
"Промтекс" имеет большой практический опыт в решении измерительных задач, изготовлении испытательных стендов различной степени сложности во всех сферах промышленности.
4) http://www.kipservis.ru
ООО "КИП-СЕРВИС" (г. Астрахань, Россия)
Производит промышленную автоматику, КИПиА, занимаеться  поставкой контрольно-измерительного оборудования для автоматизации, приборы ОВЕН, датчики температуры, датчики давления и датчики уровня Klay, сигнализатор уровня; регулятор температуры, ПИД регулятор, датчики влажности, гигростаты Galltec Mela; пневматика Vesta; нормирующие преобразователи, модули ввода вывода Seneca, соленоидные клапаны и электроклапан, электромагнитный клапаны asco, регулирующий клапан, счетчики импульсов, реле твердотельное, реле времени Finder и реле времени ОВЕН, манометры, термопара, контроллеры программируемые ПЛК ОВЕН и Delta Electronics, терморегуляторы, преобразователи частоты Delta Electronics, компактные реле Finder, бесконтактные датчики Сенсор, операторские панели, датчик расстояния Microsonic.
5) http://www.owen.ru/
ООО "ОВЕН" (г. Москва, Россия)
Ведущий разработчик, производитель, поставщик контрольно-измерительных приборов, систем автоматизации и диспетчеризации для промышленных предприятий. Широкий функциональный спектр, разнообразная номенклатура предлагаемого оборудования.
6) http://www.mirasu.ru
 "Мир АСУ" (г. Королев, Московская область, Россия)
Отдел АСУ ТП компании "Энергопромавтоматика" занимается комплексными поставками оборудования для нужд промышленной автоматизации от лучших мировых производителей. Поставки оборудования для промышленной автоматизации (АСУ ТП): Контроллеры, датчики, блоки питания, преобразователи, модули ввода-вывода, коммутационное оборудование, промышленный Ethernet, человеко-машинный интерфейс, преобразователи частоты, сервосистемы.

Зарубежные предприятия по изготовлению бесконтактных датчиков веса и т.п. :
1) http://www.magtrol.com/
(г. Роззенс, Швейцария)
Бесконтактные датчики крутящего момента, фланцевые датчики крутящего момента, динамометры - тормоза, гистерезисные тормоза, индукционные тормоза, магнитно-порошковые тормоза, индикаторы крутящего момента, контроллеры, стенды диагностики двигателей, датчики контроля нагрузки, датчики силы и веса, датчики перемещения для гидроцилиндров, бесконтактные вращающиеся токосъемники.
2) http://www.fluke.com/
Компания "Blum-Novotest" (г.Еверет, США)
Лидер в области производства компактного профессионального измерительного оборудования и измерительных технологий. Бренд и продукция Fluke ассоциируется с качеством, надежностью, безопасностью, и легкостью в применении.

  В ДонНТУ ранее проводились разработки на подобную тематику. Однако их количество мало, что свидетельствует о новизне исследовательской работы.
1) http://masters.donntu.ru/2010/feht/shatravka/diss/index.htm
Автор: Шатравка Анастасия Николаевна
Тема квалификационной работы магистра: Исследование свойств высокопредохранительных взрывчатых соединений.
Научный руководитель: Манжос Юрий Викторович
 2) http://masters.donntu.ru/2009/eltf/plis/index.htm
Автор: Плис Павел Сергеевич
Тема квалификационной работы магистра: Разработка законов управления производительностью механизмов аэрогидродинамической группы в условиях ДМЗ.
Научный руководитель: Борисенко Владимир Филиппович
3) http://masters.donntu.ru/2005/feht/gorshkov/index.htm
Автор: Горшков Сергей Сергеевич
Тема квалификационной работы магистра: Исследование и разработка способов и средств защиты электродетонаторов (ЭД) от электромагнитного излучения.
Научный руководитель: Манжос Юрий Викторович

     Моя магистерская работа является продолжением разработок и исследований, создаваемых  как опытными специалистами, так и начинающими исследователями по всему миру.

Описание объекта измерения

    Порох представляет из себя многокомпонентную твёрдую систему, которая способная к закономерному горению параллельными слоями без доступа кислорода извне с выделением большого количества тепловой энергии и газообразных продуктов, используемых для метания снарядов, движения ракет и в других целях. Порох относят к классу метательных взрывчатых веществ. При соответствующем условии инициирования пороха способны к детонации аналогично бризантным взрывчатым веществам, благодаря чему дымный порох долгое время применяли в качестве бризантного взрывчатого вещества. При длительном хранении больше установленного для данного пороха срока или при храненении в ненадлежащих условиях происходит химическое разложение компонентов пороха и изменение его эксплуатационных характеристик (режима горения, механических характеристик и др.). Эксплуатация и даже хранение таких порохов крайне опасно и может привести к взрыву [3].
   Пороха бывают двух видов: смесевые (в том числе дымный) и нитроцеллюлозные (бездымные). Пороха, применяемые в ракетных двигателях, называются твёрдыми ракетными топливами. Основу нитроцеллюлозных порохов составляют нитроцеллюлоза и пластификатор. Помимо основных компонентов эти пороха содержат различные добавки [4].

   Современные дымные пороха изготовляются в виде зёрен неправильной формы.
рис 1
Рисунок 1 - Зернистый порох

   Основой для получения пороха являются смеси серы, калийной селитры и угля. Во многих странах существуют свои пропорции смешения этих компонентов, в странах СНГ принят следующий состав: 75 % KNO3 (калиевая селитра), 15 % C (древесный уголь) и 10 % S (сера) [10].
   Роль окислителя в них выполняет калийная селитра (нитрат калия), основное горючее — уголь. Сера выступает в роли цементирующего вещества, которое понижает гигроскопичность пороха и облегчает его воспламенение. Эффективность горения дымного пороха во многом связана с тонкостью измельчения компонентов, полнотой смешения и формой зёрен в готовом виде.
   Сортов дымных порохов несколько:
    -шнуровой (для огнепроводных шнуров) ;
    -ружейный ;
    -крупнозернистый (для воспламенителей);
    -медленногорящий (для  замедлителей в трубках и взрывателях);
    -минный (для взрывных работ);
    -охотничий;
    -спортивный [6].

 Дымный порох легковоспламеняем под действием пламени и искры , и в обращении опасен. Хранится в герметической укупорке.Он  гигроскопичен,а при содержании влаги более 2 % становиться плохо воспламеняемым. Процесс производства дымных порохов предусматривает смешение тонкоизмельчённых компонентов и обработку полученной пороховой мякоти до получения зёрен заданных размеров. Коррозия стволов при использовании дымного пороха намного сильнее, чем от нитроцеллюлозных порохов, поскольку побочным продуктом сгорания является серная и сернистая кислоты. В настоящее время дымный порох используется в фейерверках и ружейных патронах. До конца XIX века применялся в огнестрельном оружии и взрывных боеприпасах [8].
   Типичная детонация дымного пороха имеет следующие характеристики:
   - температура взрыва - 2400 ° C ;
   - скорость детонации - до 340 м / с ;
   - энергия взрыва - 720 ккал / кг ;
   - объема газа - 280 л / кг ;
   - давление газа - 6900 атм ;
   - массовая плотность 2 г / см ^3 [9].

Описание проектируемого прибора

   В основе создаваемого прибора лежит ГОСТ 8064-72. Сущность метода предложенного ГОСТ заключается в просеивании навески пороха на стенде для определения фракционного состава и последующем весовом определении количества пороха, оставшегося на верхнем сите, прошедшего только верхнее сито, и прошедшего верхнее и нижнее сито.Пробы для определения фракционного состава отбираются по технической документации на дымные пороха утвержденной в установленном порядке [2].
   Стенд представляет собой деревянный ящик в который устанавливаются шелковая и латунная сетка, а так же алюминевый лоток. Корпус крепят на четырех деревянных пластинчатых амортизирующих стойках, которые установлены на фундаменте, и приводят в колебательное движение в горизонтальном положении с помощью механического эксцентрикового привода. Частота двойных колебаний должна быть равна 150± 2 в минуту. Амплитуда колебаний 70±10 мм.Сито должно быть квадратным. Сторона квадрата должна быть 400± 2 мм. Верхняя стенка корпуса имеет бункер-воронку.для загрузки в стенд навески пороха. Станина и сита должны быть заземлены. Для заземления шелковых сит под последние натягивают латунную сетку № 2,5. Перед началом визуально проверяют целостность и чистоту сит.
    Около 2кг пороха засыпают через бункер воронку на верхнее сито стенда. Затем включают стенд и секундомер, а по истечении 1 минуты - выключают. Порох оставшийся на верхнем сите , порох прошедший через нижнее сито взвешивают.
  Количество пороха оставшееся на верхнем сите (Х1), в процентах вычисляют по формуле:
форм 1
 где m1 - количество пороха оставшегося на верхнем сите, в г; m - навеска пороха в г.
  Количество пороха прошедшее через нижнее сито (Х2), в процентах вычисляют по формуле:
форм2
 где m2 - количество пороха, прошедшее через нижнее сито в г; m - навеска пороха в г. Анализ проводят по одной навеске [1].
     Этот метод хорош, однако не автоматизирован. Веса на которых взвешивают порох и его части, могут давать существенную погрешность и могут не быть достаточно точны для современности.  Вместо них можно использовать разрабатываемый прибор, на основе индуктивных датчиков типа ПД, благодаря которым точность полученных измерений будет очень большой, а погрешность будет достигать 0,01%. Так же не нужно забывать о том, что данный прибор сможет показать результаты на дисплей, сразу после того как будет выключен стенд. За счет этого преимущества можно ускорить производство и контроль качества, так как коррекция фракционных составляющих  пороха будет быстра и достаточно точна.

   Cтенд для определения фракционного состава дымного пороха, описанный в ГОСТ 8064-72 представлен на рисунке 2:
ris2
Рисунок 2 - Стенд для определения фракционного состава дымного пороха, где 1 - сита, 2 - корпус, 3 - поддон, 4 - пружина
Структурная схема прибора изображена на рисунке 3.
анимация
Рисунок 3 является анимацией. Параметры: количество кадров - 10, количество циклов повторения - 5, объем - 139 кб. 

   В первую очередь такой прибор полезен в сфере производства порохов как для охоты так и для военных снарядов, из-за своей высокой точности и быстродействия. Так же данный прибор может облегчить  процедуру определения фракционного состава и других порохов. Но так, же не нужно забывать о безопасности ведь именно при изготовлении производитель следит и корректирует фракционный состав дымного пороха, который в свою очередь оказывает большое влияние, к примеру, на безопасность стрелка во время охоты. Не соблюдение верных пропорций пороха может:
- отрицательно повлиять на огнестрельное оружие, вследствие этого ружья или аналогичное охотничье вооружение  может выйти их строя раньше положенного срока,
- быть следствием увеличенного количества гари при выстреле,
- ухудшить баллистические свойства снарядов и пуль, вследствие этого траектория полета их будет другая, и стрелку будет гораздо труднее попасть по цели [7].

Заключение


    В данном приборе используется метод на основе ГОСТ 8064-72, однако измерения будут проходить быстрее и точнее, чем предполагает вышеописанный способ. Прибор использует  в своем основе индуктивные  датчики. Основным звеном прибора является микропроцессор,  который обрабатывает информацию и  управляет практически всеми функциями прибора.
    Предложенный метод можно адаптировать для измерений не только бездымных порохов, но и для некоторых других сыпучих веществ.
    Дальнейшие мои исследования в данной сфере будут направлены на обнаружение и устранение внешних факторов влияющих на качество измерений, и усовершенствование технологий определения фракционного состава сыпучих и гранулированных веществ.  

Литература

1. ГОСТ 8064-72 Пороха дымные. Метод определения фракционного состава
2. ГОСТ 1028-79 Пороха дымные. Общие технические условия
3. Будников М. А., Левкович Н. А., Быстров И. В., Сиротинский В. Ф., Шехтер Б. И. Взрывчатые вещества и пороха – М.: Государственное издательство оборонной промышленности,1955. – 364 с.
4. Зельдович Я.Б., Лейпунский О.И., Либрович В.Б. Теория нестационарного горения пороха. М.: Наука, 1975. 180 c.
5. Зарко В.Е., Леонов Г.Н., Григорьев В.Г. Исследование профиля температуры в газовой фазе стационарно горящего пороха. Физика горения и методы её исследования. ЧГУ, г.Чебоксары, 1975 г.
6. Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. – М.: Машиностроение, 1978. – 207с.
7. Гальвиц У. Артиллерийские пороха и заряды. – М.: Из-во ОП, 1950. – 194 с.
8. Мержанов А.Г., Дубовицкий Ф.И. К теории стационарного горения пороха. ДАН  СССР. – 1959. – т.129, №1. – С. 153-156.
9. Зельдович Я.Б. К теории горения порохов и взрывчатых веществ. ЖЭТФ.–1942. –т.12., Вып.11/12. – С. 498-524.
10. Ляпин Н.М., Коробкова Е.Ф., Староверов А.А. и др. Патент РФ №2165402, МПК С06 В 25/18. Способ получения пироксилинового пористого пороха для патронов к стрелковому оружию. БИ. 2000. №29.


При написании данного автореферата магисторская работа еще не завершена. Окончательное завершение декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены автора или его руководителя после указанной даты.
 ДонНТУ  |  Портал магистров ДонНТУ

Материалы по теме выпускной работы:

 Резюме|Автобиография|Библиотека|Ссылки|Отчет о поиске|Индивидуальный раздел