柔性聚能切割技术在防盗门开窗中的应用研究.pdf

2 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 9 卷第6 期 柔性聚能切割技术在防盗门开窗中的应用研究’ 屈绿林王宝兴李森元高强 北方斯伦贝谢油田技术 西安 有限公司 陕西西安，7 1 0 0 6 5 [ 摘要]采用柔性聚能切割技术应用于防盗门开窗，以满足复杂环境下救援的需求。该项研究包括防盗门的结 构分析、聚能切割装置总体结构设计、切割索结构设计及药量确定、防护设计等。通过模拟试验证明，柔性聚能切 割装置在防盗门开窗中有较好的开窗效果。 [ 关键词] 聚能切割药型罩开窗 [ 分类号] T C A 8 引言 我国现有居民楼内大都装有金属防盗门，它既 可以防止非法侵入，但在特种情况下，又给解救工作 带来极大困难。采用柔性聚能切割技术【l 训应用于 防盗门开窗，可以满足复杂环境下救援突击行动的 需求。它可以在各种型号的防盗门上实行切割开 窗，便于突击队员迅速突人，解救人质，最大限度地 降低人员伤亡和财产损失。 1 防盗门开窗机理 1 ．1 开窗机理 将柔性聚能切割装置布设于防盗门适当位置， 控制起爆，利用聚能切割原理瞬间完成对防盗门开 窗，形成救援通道。 图l 是柔性聚能切割索的切割机理示意图。当 切割索被雷管引爆后，炸药爆炸，迅速压垮药型罩并 聚焦形成沿聚能罩法线方向的高速运动的连续金属 射流，射流头部速度可达4 5 0 0m ／s ，侵彻金属防盗 门，并切断防盗门内夹层的加强龙骨和填充物，将防 盗门门板切开，在门上开出所需窗口。同时，爆炸后 产生的高压冲击波作用在门板上，增强了防盗门的 开窗效果。 聚能穴 1 ．2 防盗门的结构特性 国内防盗门品牌众多，型号各异，选取了国内有 代表性几种防盗门及防火门，进行了结构分析。 防盗门的总体结构呈现出以下特点 1 内部 构造不同，门内有形状各异的加强龙骨、锁簧拉杆及 蜂窝状加强筋。 2 门锁锁定方式不同，其中最为 复杂的锁定方式为上部、下部、右侧共三排锁。 3 防盗门钢板厚度不同，钢板最厚为2 m m ，加强龙骨、 锁簧拉杆及蜂窝状加强筋最厚4 m m 。 2 柔性切割索结构设计 2 ．1 切割索结构设计 设计采用面对称结构，药型罩呈倒“V ”型的切 割索结构，切割索壳体与药型罩为一体式设计，切割 索内部为均匀、对称装药，如图2 所示。 根据聚能装药射流形成和断裂原理，使用a u t o - d y n 2 d 对线型聚能切割器侵彻靶板的物理过程进行 了数值仿真。研究结果表明小炸高下，影响射流侵 彻能力的主要因素是靶板阻碍了药型罩后部的压 垮；大炸高下，射流与靶板的作用存在着二次侵彻的 现象，具体侵彻效果与炸高有关。从工程目的出发， 可以选取射流头部第2 次断裂时所处的位置为有利 物 b a 切割前； b 切割瞬间； c 切割完成 图l 切割索切割机理示意图 ／■＼ f 、／ 捌 匿型翌薹 收稿日期2 0 1 0 - 0 9 ．1 0 作者简介屈瑕林 1 昕9 一 ，男，硕士，助理工程师，主要从事反恐装备设备的研制及开发工作。E m a i l q j l2 0 4 1 6 3 ．c o i n 万方数据 2 0 1 0 年1 2 月柔性聚能切割技术在防盗门开窗中的应用研究屈琛林等 图2 切割索横截面示意图 炸高pJ ，这一点通过数值模拟或高速摄影可以很容 易做到。据此在药型罩底部设计了内置炸高，这样 、增加了射流的稳定性，提高了切割效果。 2 ．2 切割索装药选择及装药量设计 炸药装药【4 刮是聚能射流的能源。炸药种类的 选择及装药量设计将直接影响切割效果。试验表 明，射流侵彻孔道的容积和爆轰压力有关，切割深度 和爆轰压力强弱有关，如图3 所示。 t 5 0 1 4 0 1 3 0 1 2 0 1 l O l o o 9 0 g 譬 图3 侵彻深度、孔道容积与爆压的关系 图中 ￡广一侵彻孑L 道的深度，m m ； 卜侵彻孔道的容积，m m 3 。 爆轰压力主要取决于炸药的种类和装药结构， 按照爆轰理论，爆轰压力是炸药爆速和装药密度的 函数。 1 P P o D 2 1 - t 式中P 爆轰压力，G P a ； P r 装药密度，g ／e r a 3 ； D 炸药爆速，m ／s 。 由此可见，选用爆速高，装药密度大的炸药有利 于达到较好的切割效果。目前国内外切割索主装药 主要以R D X 、H M X 为主，但由于单质R D X 、H M X 成 型性差，成型密度低，影响切割性能。同时R D X 、 H M X 本身感度比较高，在生产中很容易发生事故。 采用一种以R D X 为基的混合炸药A 作为切割索装 药，使成型性能大大提高，同样的压力下装药密度也 较高，提高了切割索的切割性能，感度低，保证了生 产安全。炸药性能参数见表1 。 切割索装药量的设计原则是在满足切割技术 指标的前提下，尽量减少装药量，以降低冲击波、爆 表1 炸药性能参数 名称 R D XH M X 炸药A 外舰日色绢晶亢色晶体罴色颗桠 撞击感度／％8 0 8 1 0 08 2 2 摩擦感度／％7 8 8 1 0 02 2 2 4 ／ 篓- I 8 7 1 28 9 1 78 3 9 0 T 威N T 型1 血0 0 器 篇 1 5 1 铅铸值 铅铸值 ⋯ 羔鬈一 铅2 柱4 压．9 缩 一 122100 T N T 铅柱压缩 ‘ 抗压强度 一一 1 9 ．2 f M P a 1 繇h 吣 一o ．0 3 轰产物和噪音对突击队员和人质的伤害。在此设计 原则下，设计了多种不同装药量的切割索。经过反 复摸索试验及冲击波超压和噪声测试，确定了适合 的装药量。聚能切割装置采用铅锑管、纯铜管时的 装药量，如表2 所示。 表2 切割索型号及性能参数 从表2 数据对比中可看出，铜质切割索比铅质 切割索截面积小，装药量小，质量轻，切割效果好。 2 ．3 药型罩设计 2 ．3 ．1 药型罩材料 柔性切割索采用整体压制工艺制造，其壳体与 药型罩为同一材料紫铜KJ 。紫铜具有较好的 延展性，密度适中，对切割深度具有很好的作用；但 其熔点高，在射流形成过程中不易被汽化，虽形成一 定数量的杵体，但对切割效果没有太大影响。在相 同装药量情况下，铜质药型罩比铅锑药型罩所制成 的切割索的切割深度提高约3 0 ％，而且铜质罩壁 薄，产品的总质量减轻了1 ．5 倍 表2 ，给使用带来 了很大的方便。 2 ．3 ．2 药型罩锥角 按照定常、理想、不可压缩流体力学理论，射流 万方数据 2 8 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 9 卷第6 期 速度和射流质量与药型罩锥角的关系式‘7 1 为 c 。。 牟一a 一6 ％剐。‘‘森厂 Q ’ m i 知 1 一c o 够 3 式中Ⅱ；射流速度，m ／s ； 弧射流质量，k g ； 位半锥角，。； 艿变形角，o ； 卢压垮角，。； m 药型罩质量，k g ； M o 压合速度，m ／s 。 为了简化分析，假设炸药瞬间爆轰，并且药型罩 壁面同时平行向轴线闭合，这时a 口，因而有下式 驴喀 詈 m t2 m , S i r l 2 詈 由此可见，射流速度与锥角成反比，射流质量与 锥角成正比。为了获得较大的射流质量与射流速 度，提高切割能力，经理论计算和试验验证，锥角值 在7 0 0 一8 0 “副的范围内能取得比较理想的效果。 2 ．3 ．3 药型罩壁厚 根据流体力学理论，在炸药爆炸过程中，金属药 型罩外面部分形成“杵体”，内面部分形成“射流”。 如果药型罩壁太厚，会使炸药驱动药型罩的速度太 低，会形成比较多的杵体；如果药型罩太薄，则炸药 驱动药型罩形成射流的动能较小，从而影响切割深 度。药型罩最佳壁厚随药型罩材料、锥角、直径以及 有无外壳而变化。总体来说，药型罩最佳壁厚随罩 材料比重的减小而增加，随罩锥角的增大而增加，随 罩口径的增加而增加，随外壳的加厚而增加。适当 采用顶部薄、底部厚的变壁厚药型罩，提高侵彻深度 的原因，主要在于增加射流头部速度、降低射流尾部 速度，从而增加射流速度梯度，使射流拉长，增加侵 彻深度。变壁厚药型罩壁厚变化率 沿罩母线1 0 0 m l n 壁厚增加量 的选择，一般说来小锥角药型罩选 小些，大锥角药型罩选大些。本研究药型罩采用变 壁厚设计，经实验验证筛选，选取药型罩顶角的厚度 是0 ．1 ～0 ．3 m m ，顶角处最薄，底部最厚，这一结构 有利获得较高的射流速度，同时又可获得较大的射 流质量，从而提高切割能力。 3 切割索防护套的设计 为了缓冲冲击波超压、降低噪声及爆炸产物对 突击队员的伤害，必须采用必要的防护措施。分别 将丁睛橡胶和某泡状片材两种材料作为聚能切割索 防护套材料。对试验结果进行对比表明橡胶防护套 虽强度、塑性各方面都不错，但由于破碎后的颗粒质 地较硬，飞行距离较远有较大的危险隐患；某泡状片 材防护套不仅质量轻，而且在爆炸后碎片成絮状，飞 行距离短，不易形成有危险的破片，所以最终选定该 材料作为防护套材料。 4 总体结构设计 用于防盗门开窗的柔性聚能切割装置主要由引 爆、传爆序列和聚能切割索及安全保护套三大部分 构成。结构如图4 所示。 1 一防护套；2 一聚能切割索；3 一雷管及起爆系列； 4 一双面胶纸 图4 用于切割防盗门类的柔性聚能切割装置结构示意图 5 切割试验 5 ．1 试验方法 1 将开窗装置安置于防盗门适当位置； 2 布 设冲击波超压测试装置； 3 噪声测试装置； 4 连 接起爆线路； 5 起爆、测试联作。 5 ．2 试验装置布设图 切割模型实验装置见图5 。 1 一起爆导线；2 一雷管；3 一固定在防盗门上的柔性聚能 切割装置；4 一防盗门；5 一遮挡墙；6 一起爆器 图5 切割模拟实验装置图 5 ．3 试验结果 被切防盗门出现一个约1 ．0 0 m 0 ．4 5 m 的窗 口，切口比较整齐，有利于突击队员穿行，原窗口内 的钢板落在附近。详见图6 所示。 万方数据 2 0 1 0 年1 2 月柔性聚能切割技术在防盗门开窗中的应用研究屈琛林等 2 9 - 3 防盗门开窗装置的体积小、质量轻、装药量 小，满足在复杂情况下的突击救援要求。 参考文献 [ 1 ] D A D L E YD A V I DA ，H A S K I N SP E T E RJ ．L I N E A RC U T ． T I N GC H A R G E S U S ，4 6 9 3 1 8 1 [ P ] ．1 9 8 7 - 0 9 - 1 5 ． [ 2 ] H A S K I N SP E T E RJ O H ND R ，D A D L E YD A V I DA L A N 图6 防盗f 1 开窗效果图 [ 3 ] 船茹麓巍装药切割石材应用研究[ ”武汉 从实际切割试验结果可以清楚地看出，采用聚 冶金科技大学学报 自然科学版 ，1 9 9 9 ，2 2 3 能切割装置可以对典型的不同类型的防盗门进行开 2 3 9 2 4 1 ． 窗。而且冲击波超压的数值 3m 处冲击波超压为 [ 4 ]肖汉甫，吴立，陈刚，等实用爆破技术[ M 】- 北京中 o ．o - 5M P a 堡憋紫鬯聱孽 3 m 处堡堑堂喜挚[ 5 】蒙鬟麓芸淼装药的作用原驺射流参 1 2 5d B 相对于人员处是安全的。只要突击队员和 ’。数的计算[ J ] ．化工矿山蓑某，l 茹5 。2 4 5 3 - 7 ．‘ 人质不直接面对切割防盗门 防爆炸飞片 并且直 [ 6 ] 孔劲松，刘绍田，张胜江，等．环形爆炸切割器的研制 线撤离距离大于3 m ，即可保证其安全性。 及其在核设施退役中的运用[ J ] ．核动力T 程，2 0 0 1 ， 6 结论 2 2 3 2 7 6 - 2 7 9 。蜊照粤期竺孑喜篓兰兰奠登堡堡苎口1 主娄蒿蕊雾嚣嚣, 型聚2 0 0 8 能切 4 割器2 8 - 3 2 切割．深 便，可以切割开各种型号的防盗门 门中间有门锁 [ 8 ] ；i 聂主五辜磊j j 篆i 赫蔓话用编写组．爆炸对目 孑L 的除外 ，切割效果好。 标的作用和穿甲作用[ M ] ．北京国防工业出版社， 2 防盗门开窗装置冲击波超压、噪音满足技 1 9 7 9 ． 术指标要求。 S t u d yo nt h eA p p l i c a t i o no ft h eF l e x i b l eS h a p e dC h a r g eC u t t i n g T e c h n o l o g yi nt h eC h a n n e f i n go fM e t a lS a f e t yD o o r s Q UJ i n g l i n ，W A N GB a o x i n g ，L IS e n y u a n ，G A Oq i a n g N o a hS e h l u m b e r g e rO i lF i e l dT e c h n o l o g i e s X i ’a n C o ．L t d ． S h a n x iX i ’锄，7 l 0 0 6 5 [ A B S T R A C T ] T om e e tt h ed e m a n do ft h ea n t i ．t e r r o r i s to p e r a t i o n si n 咖c o m p l e xe n v i r o n m e n tf l e x i b l es h a p e dc h a r g e c u t t i n gt e c h n o l o g yi sa p p f i e dt ot h es e c u r i t yd o o rf o ro p e n i n gt h ew i n d o w ．1 1 1 ea n a l y s i so fs e c u r i t yd o o rs t r u c t u r e ．t h ei n t e - g r a t e ds t r u c t u r e dd e s i g no ft h ec u t t i n gd e v i c e ，t h es t r u c t u r e dd e s i g no ft h es h a p e dc h a r g ea n dt h ed e s i g no fp r o t e c t i v ec o v e r a r ei n c l u d e di nt h i sp a p e r ．I ti s p r o v e db ys i m u l a t e dt e s t st h a tt h ef l e x i b l es h a p e dc h a r g ec u t t i n gd e v i c et ot h es e c u r i t yd o o r o p e nt h ew i n d o wC a l lm e e tt h et a r g e t sf o rf i r , h t i - Ss k i l l s ，a n ds h o w i n gag o o da p p l i c a t i o np r o s p e c t ． [ K E YW O R D S ] s h a p e dc h a r g ec u t t i n g ，s h a p e dc h a r g el i n e r ，t h ew i n d o w 民爆专利信息 专利名称电雷管引火装置桥丝焊接工艺及其接头结构 专利申请号C N 2 0 0 7 1 0 0 5 7 1 4 3 ．6公开号C N l 0 1 0 3 3 9 3 1 申请日2 0 0 7 ．0 4 ．1 3公开日2 0 0 7 ．0 9 ．1 2 申请人史凡，顾啸，史容，顾寅 本发明公开了一种新型的电雷管引火装置桥丝焊接接 头结构。将脚丝前端倾斜于脚丝轴向方向剖开，剖切轨迹线 与脚丝轴线的夹角为卢，卢≤1 3 0 或将脚丝前端沿脚丝轴向 剖开，使桥丝焊接接头预制备状态呈一V 型切E l ，所述V 型 切口的开口角度为盘，2 5 。≤口≤6 5 。；所述剖切轨迹的水平长 度￡≥2 ．5 倍的脚丝直径，剖切轨迹的垂直深度日≤1 ／2 脚丝 直径；所述桥丝焊接时，桥丝在切1 2 1 内距切I 1 根部距离L 1 的 位置处与脚丝焊接在一起，采用电阻焊工艺时，L 1I 2 0 倍桥 丝直径；采用超声波焊接时，L l ≥1 0 倍桥丝直径。同时，本 发明还公开了与上述桥丝焊接接头向适应的焊接工艺。本 发明简化了桥丝焊接接头的预制工艺和焊接生产工艺，为桥 丝电阻焊接工艺和超声波焊接工艺的实施创造合理的工艺 可焊性条件。 专利名称一种雷管激发装置及使用该装置的雷管 专利申请号C N 2 0 0 7 1 0 0 1 9 6 5 9 ．1公开号C N l 0 1 0 2 9 8 1 4 申请日2 0 0 7 ．0 1 ．2 6公开日2 0 0 7 ．0 9 ．0 5 申请人中国科学技术大学 本发明属于炸药起爆器材技术领域，具体涉及雷管的激 发装置及使用该装置制成的雷管。其激发装置包括有敞口 筒形壳体，该壳体外表面与雷管的简体内壁面过盈配合，壳 体内自下而上依次填充有猛炸药、点火药、传火元件或延期 元件，其中猛炸药层、点火药层、传火元件或延期元件的高度 分别是高、壳体外径的0 ．5 - 2 倍、0 ．2 5 2 倍、1 6 倍；猛炸 药层的装药密度为O ．4 1 ．2 9 ／锄3 。传火元件或延期元件 均包括一个柱形金属体，其外柱面与壳体内壁面过盈配合， 在柱状金属体中心设有通孔，或者在该中心通孔内填充延期 药。本发明将激发装置作为独立元件，利于集中生产，分散 使用，便于连续化大工业生产，并可针对雷管的不同使用情 况制成多种高安全雷管。 王元荪 万方数据