RUS | ENG | ДонНТУ Портал магістрів ДонНТУ

Магістр ДонНТУ Осипов Гліб Олександрович

Осипов Гліб Олександрович

Факультет комп'ютерних iнформацiйних технологiй i автоматики

Кафедра електроннної техніки

Спеціальність: 

Наукові, аналітичні та єкологічні прилади і системи

Тема випускної роботи:

Методи та засоби визначення фракційного складу димного пороху

Керівник: Чичикало Ніна Іванівна 

Матеріали до теми випускної роботи: 

Резюме|Автобіографія

Реферат з теми випускної роботи

Методи та засоби визначення фракційного складу димного пороху

Мета і завдання роботи

     Метою магістерської роботи є обгрунтування і розробка структури приладу для вимірювання фракційного складу димного пороху (на основі методу вимірювання фракційного складу описаного в ГОСТ 8064-72).
   Для того щоб досягти цієї мети потрібно виділити завдання, які вирішуються в роботі:
- Дослідження методів і засобів вимірювання фракційного складу пороху на виробництві (під час виготовлення та після нього);
- Аналіз всіх зовнішніх факторів, які впливають на точність вимірювань;
- Створення алгоритму вимірювання фракційного складу на основі вищеописаних дослідних робіт;
- Розробити структуру приладу для визначення фракційного складу димного пороху.

Актуальність теми

  Порох по праву вважається одним з найбільш істотних винаходів в історії людства, оскільки його застосування дозволило істотно змінити пріоритети у веденні військових дій. Так, наприклад, порох дав величезну перевагу європейським колонізаторам у боротьбі з корінним населенням Америки, які мали у своєму розпорядженні лише примітивні види зброї. Основу цього матеріалу складає щільна суміш, яка містить велику кількість різних компонентів, що дозволяють надати пороху вибухонебезпечний характер. Особливість будови пороховий суміші полягає в тому, що шари, що складають її, можуть горіти незалежно один від одного, при цьому, зовсім не потребуючи в надходженні кисню.
   У той же час горіння пороху природним чином викликає утворення газів, які знаходять дуже важливе застосування в деяких областях діяльності людини, наприклад, вивільняючись, газоподібні продукти, утворені при згорянні пороху, викликають рух ракети, а також можуть використовуватися для того, щоб здійснювати процес метання різних снарядів. Для того щоб поступальний згоряння верств пороху відбувалося коректно, всі елементи цієї речовини повинні знаходитися в цілісному стані, без яких-небудь дефектів, а значить, при виконанні цих умов, вибух пороху при згорянні відбутися не може.
   На сьогоднішній день димний порох, застосовується головним чином в стрілецькому, в артилерійських гармат, і в феєрверки. Від його якості і точного складу залежать такі чинники як:
- точність стрілянини;
- зменшення часу зносу вогнепальної зброї;
- балістичні характеристики та властивості снаряда;
- безпека стрільців під час полювання.
   Вихід з ладу вогнепальної зброї призводить до істотних витрат. Вартість якісного і надійного вогнепальної зброї сьогодні може досягати десятків тисяч доларів. Так само не потрібно забувати про фактор безпеки мисливця. Адже дуже важливо максимально убезпечити стрільця від негативних зовнішніх факторів, до яких можна віднести і випадкових вихід з ладу зброї з наступним руйнуванням в руках стрільця [5].
   Проблема недотримання точного процентного складу порохів викликала необхідність якісного і надійного способу визначення фракційного складу димного пороху. В основі цього методу лежить точне і швидке вимірювання фракційного складу димного пороху. Тому визначення фракційного складу так важливо під час і після створення пороху.

Наукова новизна роботи

   Наявні на даний момент методи вимірювання фракційного складу порохів (зокрема димних) мають недоліки, до яких відносяться:
- швидкість визначення складу речовини (швидкість інших методів набагато менше);
- точність вимірювань (згідно з ГОСТ похибка не повинна перевищувати 1%);
- латентний вплив зовнішніх факторів на виміри.
   Представлений метод поки, що не використовується стосовно до пороху. У зв'язку з цим планується вдосконалення алгоритмів вимірювання і розробка структури приладу, в основі якого буде лежати аналіз електричних сигналів, отриманих від індуктивних датчиків.

Плановані практичні результати

   У результаті досліджень, які будуть проведені мною планується зібрати достатню кількість інформації для теоретичного побудови приладу який буде використовуватися для визначення фракційного складу димного пороху. А результатом роботи стане математичний опис процесу вимірювання ваги фракцій, і технологічна реалізація приладу зі структурною схемою.

Огляд досліджень по темі

   На сьогоднішній момент розробки практично не ведуться в галузі визначення фракційного складу сипучих речовин. Однак цим питанням, зацікавлені деякі вітчизняні та зарубіжні фірми.
  Вітчизняні підприємства з виготовлення безконтактних датчиків ваги і т.п. :
1) http://teko-com.ru
(М. Челябінськ, Росія)
Науково-виробнича Компанія "ТЕКО" - один з провідних розробників і виробників промислової автоматики та сенсорики.
2) http://tokves.ru/
(М. Єкатеринбург, Росія)
Компанія "ТОКВЕС" пропонує повний спектр компонентів для ваг і вагових систем, таких як: тензодатчики, вагові індикатори та контролери, перетворювачі сигналу тензодатчиків, клемні коробки з'єднання, дублюючі табло, кабель та інше.
3) http://www.prom-tex.org
ЗАТ "Промтекс" (м. Макіївка, Україна)
"Промтекс" має великий практичний досвід у вирішенні вимірювальних завдань, виготовленні випробувальних стендів різного ступеня складності у всіх сферах промисловості.
4) http://www.kipservis.ru
ТОВ "КІП-СЕРВІС" (м. Астрахань, Росія)
Виробляє промислову автоматику, КВП, займається постачанням контрольно-вимірювального обладнання для автоматизації, прилади ОВЕН, датчики температури, датчики тиску і датчики рівня Klay, сигналізатор рівня; регулятор температури, ПІД регулятор, датчики вологості, гігростата Galltec Mela; пневматика Vesta; нормуючі перетворювачі, модулі введення виведення Seneca, соленоїдні клапани і електроклапан, електромагнітний клапани asco, регулюючий клапан, лічильники імпульсів, реле твердотільне, реле часу Finder і реле часу ОВЕН, манометри, термопара, контролери програмовані ПЛК ОВЕН і Delta Electronics, терморегулятори, перетворювачі частоти Delta Electronics, компактні реле Finder, безконтактні датчики Сенсор, операторські панелі, датчик відстані Microsonic.
5) http://www.owen.ru/
ТОВ "ОВЕН" (м. Москва, Росія)
Провідний розробник, виробник, постачальник контрольно-вимірювальних приладів, систем автоматизації і диспетчеризації для промислових підприємств. Широкий функціональний спектр, різноманітна номенклатура пропонованого обладнання.
6) http://www.mirasu.ru
 "Світ АСУ" (м. Корольов, Московська область, Росія)
Відділ АСУ ТП компанії "Енергопромавтоматіка" займається комплексними поставками обладнання для потреб промислової автоматизації від кращих світових виробників.
Постачання устаткування для промислової автоматизації (АСУ ТП): Контролери, датчики, блоки живлення, перетворювачі, модулі введення-виведення, комутаційне обладнання, промисловий Ethernet, людино-машинний інтерфейс, перетворювачі частоти, сервосистеми.

Зарубіжні підприємства з виготовлення безконтактних датчиків ваги і т.п. :
1) http://www.magtrol.com/
(М. Роззенс, Швейцарія)
Безконтактні датчики крутного моменту, фланцеві датчики крутного моменту, динамометри - гальма, гістерезисні гальма, індукційні гальма, магнітно-порошкові гальма, індикатори крутного моменту, контролери, стенди діагностики двигунів, датчики контролю навантаження, датчики сили і ваги, датчики переміщення для гідроциліндрів, безконтактні обертові струмознімачі.
2) http://www.fluke.com/
Компанія "Blum-Novotest" (г.Еверет, США)
Лідер в області виробництва компактного професійного вимірювального обладнання та вимірювальних технологій. Бренд і продукція Fluke асоціюється з якістю, надійністю, безпекою, і легкістю у використанні.

  У ДонНТУ раніше проводилися розробки на подібну тематику. Проте їх кількість мало, що свідчить про новизну дослідної роботи.
1) http://masters.donntu.ru/2010/feht/shatravka/diss/index.htm
Автор: Шатравка Анастасія Миколаївна
Тема кваліфікаційної роботи магістра: Дослідження властивостей високозапобіжні вибухових з'єднань.
Керівник: Манжос Юрій Вікторович
2) http://masters.donntu.ru/2009/eltf/plis/index.htm
Автор: Пліс Павло Сергійович
Тема кваліфікаційної роботи магістра: Розробка законів управління продуктивністю механізмів аерогідродинамічному групи в умовах ДМЗ.
Керівник: Борисенко Володимир Пилипович
3) http://masters.donntu.ru/2005/feht/gorshkov/index.htm
Автор: Горшков Сергій Сергійович
Тема кваліфікаційної роботи магістра: Дослідження і розробка способів і засобів захисту електродетонаторів (ЕД) від електромагнітного випромінювання.
Керівник: Манжос Юрій Вікторович

  Моя магістерська робота є продовженням розробок і досліджень, що створюються як досвідченими фахівцями, так і початківцями дослідниками по всьому світу.

Опис об'єкта вимірювання

    Порох представляє з себе багатокомпонентну тверду систему, яка здатна до закономірного горінню паралельними шарами без доступу кисню ззовні з виділенням великої кількості теплової енергії і газоподібних продуктів, використовуваних для метання снарядів, руху ракет і в інших цілях. Порох відносять до класу метальних вибухових речовин. При відповідному умови ініціювання пороху здатні до детонації аналогічно бризантна вибухова речовина, завдяки чому димний порох довгий час застосовували як бризантної вибухової речовини. При тривалому зберіганні більше встановленого для даного пороху строку або при хранененіі в неналежних умовах відбувається хімічне розкладання компонентів пороху і зміна його експлуатаційних характеристик (режиму горіння, механічних характеристик та ін). Експлуатація і навіть зберігання таких порохів вкрай небезпечно і може призвести до вибуху [3].
   Пороху бувають двох видів: сумішеві (у тому числі димний) і нітроцелюлозні (бездимні). Порох, що застосовується в ракетних двигунах, називається твердим ракетним паливом. Основу нітроцелюлозних порохів складають нітроцелюлоза і пластифікатор. Крім основних компонентів ці порохи містять різні добавки [4].

   Сучасні димні порохи виготовляються у вигляді зерен неправильної форми.
ris 1
Рисунок 1 - Зернистий порох

   Основою для отримання пороху є суміші сірки, калійної селітри і вугілля. У багатьох країнах існують свої пропорції змішування цих компонентів, в країнах СНД прийнято наступний склад: 75% KNO3 (калієва селітра), 15% C (деревне вугілля) і 10% S (сірка) [10].
   Роль окислювача в них виконує калієва селітра (нітрат калію), основне пальне - вугілля. Сірка виступає в ролі цементуючого речовини, яка знижує гігроскопічність пороху і полегшує його запалення. Ефективність горіння димного пороху багато в чому пов'язана з тонкістю подрібнення компонентів, повнотою змішання і формою зерен у готовому вигляді.
   Сортів димних порохів декілька:
    -Шнурової (для вогнепровідних шнурів);
    -Рушничний;
    -Крупнозернистий (для запальників);
    -Плиннозгораючий (для сповільнювачів у трубках і детонатори);
    -Мінний (для підривних робіт);
    -Мисливський;
    -Спортивний [6].

  Димний порох легкозаймисті під дією полум'я та іскри, і в обігу небезпечний. Зберігається в герметичній укупорке. Он гігроскопічний, а при вмісті вологи більше 2% ставати погано займистим. Процес виробництва димних порохів передбачає змішання тонкоподрібнений компонентів і обробку отриманої пороховий м'якоті до отримання зерен заданих розмірів. Корозія стовбурів при використанні димного пороху набагато сильніше, ніж від нітроцелюлозних порохів, оскільки побічним продуктом згорання є сірчана і сірчиста кислоти. В даний час димний порох використовується в феєрверки і рушничних патронах. До кінця XIX століття застосовувався в вогнепальну зброю і вибухових боєприпасах [8].
   Типова детонація димного пороху має такі характеристики:
   - Температура вибуху - 2400 ° C;
   - Швидкість детонації - до 340 м / с;
   - Енергія вибуху - 720 ккал / кг;
   - Обсягу газу - 280 л / кг;
   - Тиск газу - 6900 атм;
   - Масова щільність 2 г / см ^ 3 [9].

Опис проектованого приладу

    В основі створюваного приладу лежить ГОСТ 8064-72. Суть методу запропонованого ГОСТ полягає в просіюванні навішення пороху на стенді для визначення фракційного складу і наступному ваговому визначенні кількості пороху, що залишився на верхньому ситі, що пройшов тільки верхнє сито, і пройшовшого верхнє і нижнє сіто. Проби для визначення фракційного складу відбираються з технічної документації на димні пороху затвердженої в установленому порядку [2].
   Стенд являє собою дерев'яний ящик в який встановлюються шовкова і латунна сітка, а так само алюмінієвий лоток. Корпус кріплять на чотирьох дерев'яних пластинчастих амортизуючих стійках, які встановлені на фундаменті, і приводять в коливальний рух в горизонтальному положенні за допомогою механічного ексцентрикового приводу. Частота подвійних коливань повинна бути рівною 150 ±2 в хвилину. Амплітуда коливань 70 ±10 мм. Сіто повинно бути квадратним. Сторона квадрата повинна бути 400 ± 2 мм. Верхня стінка корпусу має бункер-вирву для завантаження в стенд навішення пороху. Станина і сита повинні бути заземлені. Для заземлення шовкових сит під останні натягують латунну сітку № 2,5. Перед початком візуально перевіряють цілісність і чистоту сит.
    Близько 2кг пороху засипають через бункер-вирву на верхнє сито стенду. Потім включають стенд і секундомір, а після закінчення 1 хвилини - вимикають. Порох що залишився на верхньому ситі, порох пройшов через нижнє сито зважують.
  Кількість пороху залишилося на верхньому ситі (Х1) у відсотках вираховують за формулою:
фор1
де m1 - кількість пороху залишився на верхньому ситі, в г; m - навішення пороху в м.
   Кількість пороху пройшло через нижнє сито (Х2), у відсотках обчислюють за формулою:
форм 2
де m2 - кількість пороху, що пройшло через нижнє сито в г; m - навішення пороху в м. Аналіз проводять по одній навішуванні [1].
      Цей метод гарний, проте не автоматизований. Ваги на яких зважують порох і його частини, можуть давати істотну погрішність і можуть не бути достатньо точні для сучасності. Замість них можна використовувати розробляється прилад, на основі індуктивних датчиків типу ПД, завдяки яким точність отриманих вимірювань буде дуже велика, а похибка буде досягати 0,01%. Так само не потрібно забувати про те, що даний прилад зможе показати результати на дисплей, відразу після того, як буде вимкнено стенд. За рахунок ціх переваг можна прискорити виробництво і контроль якості, оскільки корекція фракційних складових пороху буде швидкою і досить точна.

    Cтенд для визначення фракційного складу димного пороху, описаний в ГОСТ 8064-72 представлений на рисунку 2:
малюнок 2
 Рисунок  2 - Стенд для визначення фракційного складу димного пороху, де 1 - сита, 2 - корпус, 3 - піддон, 4 - пружина.

Структурна схема приладу зображена на рисунку 3.
анимация осипов
Рисунок 3 є анімацією. Параметри: кількість кадрів - 10, кількість циклів повторення - 5, об'єм - 139 кб.
    В першу чергу такий прилад корисний у сфері виробництва порохів як для полювання так і для військових снарядів, з-за своєї високої точності і швидкодії. Так само даний прилад може полегшити процедуру визначення фракційного складу і інших порохів. Але так, же не потрібно забувати про безпеку адже саме при виготовленні виробник стежить і коригує фракційний склад димного пороху, який у свою чергу має великий вплив, наприклад, на безпеку стрілка під час полювання. Не дотримання вірних пропорцій пороху може:
- негативно вплинути на вогнепальну зброю, внаслідок цього рушниці або аналогічне мисливське озброєння може вийти з ладу раніше покладеного терміну,
- бути наслідком збільшеної кількості гару при пострілі;
- погіршити балістичні властивості снарядів і куль, внаслідок цього траєкторія польоту їх буде інша, і стрілку буде набагато важче потрапити в ціль [7].

Висновок

 У даному приладі використовується метод на основі ГОСТ 8064-72, проте вимірювання будуть проходити швидше і точніше, ніж передбачає вищеописаний ГОСТ.
Прилад використовує у своєму основі індуктивні датчики.Основною ланкою приладу є мікропроцесор, який управляє практично всіма функціями приладу.
     Запропонований метод можна адаптувати для вимірювань не тільки бездимних порохів, але і для деяких інших сипучих речовин.
     Подальші мої дослідження в даній сфері будуть спрямовані на виявлення і усунення зовнішніх факторів, що впливають на якість вимірів, та удосконалення технологій визначення фракційного складу сипучих і гранульованих речовин.

Література

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 написанні цієї роботи автореферату magistorskaya ще не завершена. Остаточне завершення в грудні 2011 року Повний текст роботи та матеріали з цього питання можна отримати, автора або його керівника після зазначеної дати.

Матеріали до теми випускної роботи: 

Резюме|Автобіографія