Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ВЗРЫВНОГО РАЗРЕЗАНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ - Патент РФ 2119398
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ВЗРЫВНОГО РАЗРЕЗАНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ВЗРЫВНОГО РАЗРЕЗАНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ВЗРЫВНОГО РАЗРЕЗАНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение может быть использовано для резки металлов и других твердых материалов. На одной из поверхностей разрезаемого материала устанавливают удлиненный заряд взрывчатого вещества, который инициируют. Заряд имеет форму монолитного желоба с двумя симметричными относительно плоскости симметрии, проходящей через продольную ось заряда, стенками, соединенными перемычкой. Полость желоба заряда заполняют негазообразным инертным заполнителем. Устанавливают заряд на поверхность разрезаемого материала торцами стенок, удаленными от перемычки. Полость симметрии желобовидного заряда совмещают с линией выполняемого реза, а торцам обеих стенок придают форму поверхности разрезаемого материала. Инициирование желобовидного заряда осуществляют со стороны перемычки посредством детонатора, который располагают в плоскости симметрии заряда. В качестве заполнителя полости желобовидного заряда может быть использован материал с низкой акустической жесткостью. В результате решается задача усиления растягивающих напряжений, возникающих в плоскости реза разрезаемого твердого материала. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 7 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2119398
Класс(ы) патента: B21D26/08, B26F3/00
Номер заявки: 97109202/02
Дата подачи заявки: 30.05.1997
Дата публикации: 27.09.1998
Заявитель(и): Михайлов Николай Павлович; Балтийский государственный технический университет им.Д.Ф.Устинова
Автор(ы): Михайлов Н.П.
Патентообладатель(и): Михайлов Николай Павлович; Балтийский государственный технический университет им.Д.Ф.Устинова
Описание изобретения: Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для резки металлов, а также для фрагментации бетона, горных пород, пластмасс и других твердых материалов.
Известен способ взрывной резки материалов удлиненным кумулятивным зарядом с кумулятивной выемкой, снабженной металлической облицовкой (см. Шехтер Б. И., Шушко Л.А. и др. "Исследование процесса обжатия облицовки удлиненного кумулятивного заряда и формирования элементов кумулятивного ножа". В журнале "Физика горения и взрыва" N 2, 1977 г., стр. 244). В известном способе применяют удлиненный заряд (УКЗ), изображенный на рисунке 1. УКЗ состоит из разряда взрывчатого вещества, выполненного в виде уголка с постоянной толщиной полок, внутри снабженного металлической облицовкой. Заряд взрывчатого вещества снабжен детонатором. УКЗ устанавливают на поверхности разрезаемого материала с зазором к указанной поверхности, кумулятивную выемку при этом обращают к разрезаемому материалу и совмещают плоскость симметрии заряда с линией выполняемого реза, после чего производят инициирование заряда взрывчатого вещества детонатором. Фронт детонационной волны заряда взрывчатого вещества формирует из металлической облицовки кумулятивный нож. При резке материалов удлиненным кумулятивным зарядом энергия взрыва трансформируется в кинетическую энергию кумулятивного ножа, которая расходуется на высокоскоростной вынос материала из полости реза, вследствие чего величину кумулятивного заряда необходимо изменять пропорционально объему полости реза. Поскольку полость реза в поперечном сечении имеет форму равнобедренного треугольника с высотой, равной глубине реза, объем полости пропорционален квадрату глубины реза.
Недостатком известного способа является высокая энергоемкость разрушения, которая возрастает пропорционально квадрату толщины разрезаемого материала.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа заявляемого способа, является способ резки металлов с использованием энергии взрыва, по патенту РФ N 2013169, который включает установку на поверхности разрезаемого металла удлиненного заряда взрывчатого вещества и последующее инициирование взрыва заряда, при этом предварительно на одной из поверхностей разрезаемого металла выполняют непрерывный линейный надрез, располагаемый по линии выполняемого реза. Один из концов реза делают углубленным. Удлиненный заряд устанавливают на поверхности разрезаемого металла, противоположной поверхности, на которой выполнен надрез. Инициирование взрыва заряда производят с конца, соответствующего участку надреза с большей глубиной.
В известном способе по патенту РФ N 2013169 применяют удлиненный заряд взрывчатого вещества, принятый в качестве ближайшего аналога заявляемого устройства. Известный заряд взрывчатого вещества выполнен в виде полного параллелепипеда (см. фиг. 2) и снабжен детонатором. Удлиненный заряд размещают на разрезаемом металле так, чтобы продольная плоскость симметрии заряда совпадала с линией надреза. При взрыве удлиненного заряда, выполненного в виде полого параллелепипеда, в известном способе в разрезаемом металле возбуждается одна ударная волна с непрерывным фронтом, который в процессе перемещения приобретает форму конической поверхности, радиально расходящейся от продольной оси заряда. Ударная волна, достигая надреза, выполненного на противоположной от заряда поверхности разрезаемого металла, разрушает металл по линии надреза.
Способ по патенту РФ N 2013169 снижает энергоемкость резки материала за счет того, что в нем осуществляется разлом материала без затраты энергии на вынос материала из зоны реза. Вместе с тем способ и используемый удлиненный заряд, принятые в качестве ближайших аналогов, имеют следующий недостаток, а именно: в результате подрыва удлиненного заряда, выполненного в виде параллелепипеда, в плоскости реза возникают слабые растягивающие напряжения из-за большого рассеивания энергии взрыва в значительном объеме разрезаемого твердого материала за пределами выполняемого реза, что увеличивает энергоемкость разрушения и снижает КПД взрыва.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача усилить растягивающие напряжения, возникающие в плоскости реза разрезаемого твердого материала, за счет возбуждения в разрезаемом материале двух ударных волн, сходящихся в плоскости выполняемого реза и взаимодействующих друг с другом в резонансном режиме, который обеспечивал бы многократное увеличение растягивающих напряжений в плоскости реза. Решение поставленной задачи позволяет уменьшить энергоемкость разрезания твердого материала и тем самым увеличить КПД взрыва.
Для решения поставленной задачи используют заряд взрывчатого вещества (ВВ) в виде монолитного желоба с двумя симметрично расположенными относительно плоскости, проходящей через продольную ось заряда, стенками, соединенными перемычкой, полость желоба заполняют негазообразным инертным заполнителем, устанавливают заряд на поверхность разрезаемого материала торцами стенок, удаленными от перемычки, которым придают форму упомянутой поверхности, при этом плоскость симметрии желоба совмещают с линией предполагаемого реза, а инициирование заряда производят со стороны перемычки посредством детонатора, который располагают в упомянутой плоскости симметрии.
После инициирования взрыва по стенкам желобовидного заряда распространяются две детонационные волны, синхронизированные перемычкой и непосредственно воздействующие на поверхность разрезаемого материала. При этом негазообразный инертный заполнитель, расположенный в полости заряда, демпфирует действие детонационных волн на участок поверхности разрезаемого материала, расположенный между стенками заряда, исключая образование ударных волн на указанном участке поверхности. В результате непосредственного воздействия на поверхность разрезаемого материала двух детонационных фронтов, синхронно перемещающихся, в разрезаемом материале возбуждаются две однонаправленные взаимно разделенные ударные волны, которые, развиваясь симметричными относительно плоскости симметрии заряда фронтами, сталкиваются в плоскости выполняемого реза, вызывая резонансно увеличенное сжатие в области указанной плоскости. Область резонансно увеличенного сжатия перемещается по плоскости выполняемого реза вглубь разрезаемого материала. По мере перемещения области высокого сжатия вглубь разрезаемого материала за областью высокого сжатия в плоскости выполняемого реза происходит разгрузка сжатого материала и возникает область двухосного растяжения, в которой максимальные растягивающие напряжения действуют по нормали к плоскости выполняемого реза, что приводит к интенсивным разрушениям материала в окрестностях плоскости реза.
Таким образом достигается технический результат, а именно усиливаются растягивающие напряжения в плоскости выполняемого реза, что обеспечивает снижение энергоемкости разрезания твердого материала и повышение КПД взрыва.
При установке желобовидного заряда на поверхность разрезаемого материала торцы продольных краев обеих стенок желобовидного заряда могут быть совмещены непосредственно с поверхностью разрезаемого материала.
Решение поставленной задачи также может быть выполнено, если между желобовидным зарядом и поверхностью разрезаемого материала размещают плоскую металлическую ударную ленту с толщиной, равной 0,03-0,1 толщины разрезаемого материала, и с шириной, равной ширине заряда, а между ударной лентой и поверхностью разрезаемого материала создают зазор, равный 1-10 толщины ударной ленты, при этом в качестве заполнителя полости желобовидного заряда применяют высокоплотный материал.
В результате подрыва заряда детонационные волны непосредственно воздействуют на участки ударной ленты, контактирующие с торцами продольных стенок заряда, вследствие чего указанным периферийным участкам ленты сообщается большая скорость, чем ее центральной части, расположенной напротив перемычки и заполнителя, размещенного в полости желобовидного заряда.
В процессе движения плоской ударной ленты в сторону разрезаемого материала градиент скоростей приводит к деформации ее центральной части, принимающий форму свода, вогнутая поверхность которого обращена к разрезаемому материалу. Это обеспечивает опережающее соударение периферийных участков ленты с поверхностью разрезаемого материала и образование в нем двух ударных волн с зеркально симметричными в поперечном сечении фронтами, взаимодействующих друг с другом в плоскости выполняемого реза. Высокоплотный материал, которым заполнена полость между стенками заряда, препятствует воздействию детонационных волн и продуктов детонации на центральную часть ударной ленты, понижая ее скорость, и увеличивает время действия высокого давления на периферийные участки ударной ленты, которым сообщается дополнительная скорость. В результате увеличивается энергия соударения периферийных участков ленты с поверхностью разрезаемого материала и повышается давление в образующихся в нем ударных волнах.
Таким образом достигается технический результат, а именно многократное увеличение растягивающих напряжений в плоскости выполняемого реза за счет образования в разрезаемом материале двух симметрично сходящихся ударных волн. Достижение технического результата снижает энергоемкость разрушения и повышает КПД взрыва.
Использование в качестве генератора ударных волн плоской металлической ленты, разгоняемой взрывом, позволяет получать в разрезаемом материале давление, значительно превышающее давление детонационных волн высокобризантных ВВ, что является дополнительным техническим результатом, обеспечивающим уменьшение энергоемкости разрезания твердого материала.
В случае использования для изготовления желобовидного заряда дешевых низкобризантных ВВ решение поставленной задачи достигается, если на поверхность желобовидного заряда, обращенную в сторону, противоположную от торцов продольных краев обеих стенок заряда, наносят непрерывный слой высокобризантного ВВ, обладающего скоростью детонации, большей скорости детонации ВВ желобовидного заряда и по крайней мере в 1,1 раза большей скорости распространения звука в разрезаемом материале. При этом желобовидный заряд инициируют посредством слоя высокобризантного ВВ. В процессе взрыва фронт детонации в слое высокобризантного ВВ перемещается вдоль линии реза со скоростью, большей скорости детонации ВВ желобовидного заряда, и инициирует в стенках последнего косые детонационные волны, линии взаимодействия которых с поверхностью разрезаемого материала движутся вдоль линии реза со скоростью детонации высокобризантного ВВ. Если заряд устанавливают непосредственно на поверхность разрезаемого материала, а скорость детонации высокобризантного ВВ по крайней мере в 1,1 раза больше скорости распространения звука в разрезаемом материале, исключается рассеивание энергии взрыва волнами сжатия, которые не могут догнать линии контакта детонационных волн с разрезаемым материалом.
Таким образом достигается дополнительный технический результат, а именно уменьшение рассеивания энергии взрыва волнами сжатия, что повышает КПД взрыва и уменьшает стоимость резки.
Сверхзвуковое движение линии взаимодействия детонационной волны желобовидного заряда с разрезаемым материалом достигается, если в перемычке желобовидного заряда по всей его длине выполняют продольный трубообразный цилиндрический канал, плоскость симметрии которого в поперечном сечении совпадает с плоскостью симметрии желобовидного заряда. При этом в одном из концов трубообразного цилиндрического канала устанавливают детонатор. В процессе желобовидного заряда в полом трубообразном цилиндрическом канале образуется сильная воздушная ударная волна, перемещающаяся вдоль канала, которая опережает фронт детонации заряда и инициирует процесс детонации ВВ на стенках указанного канала, что приводит к образованию в стенках желобовидного заряда косых детонационных волн. Если скорость воздушной ударной волны в трубообразном цилиндрическом канале превышает скорость звука в разрезаемом материале, то достигается сверхзвуковое движение линий взаимодействия косых детонационных фронтов обеих стенок желобовидного заряда с разрезаемым материалом. Таким образом достигается снижение энергоемкости разрушения при резке материалов дешевыми низкобризантными ВВ и в результате снижается стоимость резки.
Перед установкой удлиненного монолитного желобовидного заряда на поверхность разрезаемого материала на указанной поверхности по линии выполняемого реза производят надрез с поперечным сечением в форме треугольника с острым углом при вершине, равным 15-60o, а глубина надреза равна по крайней мере 0,05-0,1 толщины разрезаемого материала. При подрыве желобовидного заряда взаимодействие двух сходящихся ударных волн в разрезаемом материале под вершиной надреза происходит в резонансном режиме, а надрез выполняет роль концентратора растягивающих напряжений и интенсифицирует процесс трещинообразования в плоскости выполняемого реза.
Таким образом достигается технический результат, а именно дополнительное увеличение растягивающих напряжений в плоскости выполняемого реза. В качестве инертного негазообразного заполнителя полости желобовидного заряда применяют высокоплотный материал, например порошок железа. В качестве инертного заполнителя полости желобовидного заряда могут применять материал с низкой акустической жесткостью, а конкретно могут применять спрессованную древесную массу.
Устройство для взрывного разрезания твердых материалов содержит удлиненный заряд взрывчатого вещества, который снабжен средством инициирования. Для решения поставленной задачи удлиненный заряд взрывчатого вещества выполнен в виде монолитного желоба с двумя симметрично расположенными относительно плоскости, проходящей через продольную ось заряда, стенками, соединенными перемычкой, при этом торцы стенок, удаленные от перемычки, расположены в одной плоскости.
Для взрывного разрезания твердого материала желобовидный заряд устанавливают на поверхность разрезаемого материала так, чтобы к ней были обращены торцы продольных краев обеих стенок желобовидного заряда, а плоскость симметрии заряда совмещают с линией выполняемого реза. Инициирование желобовидного заряда осуществляют детонатором, который расположен на перемычке в плоскости симметрии желобовидного заряда.
После инициирования взрыва по стенкам желобовидного заряда распространяются две детонационные волны, синхронизированные перемычкой и непосредственно воздействующие на поверхность разрезаемого материала. При этом негазообразный инертный заполнитель, расположенный в полости заряда, демпфирует действие детонационных волн на участок поверхности разрезаемого материала, расположенный между стенками заряда, исключая непосредственное воздействие детонационных волн на указанный участок поверхности разрезаемого материала. В результате непосредственного воздействия на поверхность разрезаемого материала двух детонационных волн, синхронно перемещающихся по стенкам заряда, в разрезаемом материале возбуждаются две однонаправленные взаимно разделенные ударные волны, которые, развиваясь зеркально симметричными в поперечном сечении фронтами, сталкиваются в плоскости выполняемого реза, вызывая резонансно увеличенное сжатие в области указанной плоскости. Область резонансно увеличенного сжатия перемещается по плоскости выполняемого реза вглубь разрезаемого материала. По мере перемещения области высокого сжатия вглубь разрезаемого материала за областью высокого сжатия в плоскости выполняемого реза происходит разгрузка сжатого материала и возникает область двухосновного растяжения, в которой максимальные растягивающие напряжения действуют по нормали к плоскости выполняемого реза, что приводит к интенсивным разрушениям материала в окрестностях плоскости реза.
Таким образом достигается технический результат, а именно усиливаются растягивающие напряжения в плоскости выполняемого реза, что обеспечивает снижение энергоемкости разрезания твердого материала и повышение КПД взрыва.
В перемычке, симметрично плоскости симметрии желобовидного заряда по всей его длине, выполнен продольный паз, в котором запрессована детонирующая лента, изготовленная из высокобризантного ВВ, обладающего скоростью детонации, большей скорости детонации ВВ желобовидного заряда, и снабженная по крайней мере одним гнездом для установки детонатора.
Продольный паз, в котором запрессована детонирующая лента, может быть выполнен в перемычке со стороны, противоположной полости желобовидного заряда, которая в свою очередь заполнена негазообразным инертным заполнителем.
Удлиненный монолитный желобовидный заряд может быть выполнен из акванита, а детонирующая лента выполнена из гексогена.
Удлиненный монолитный желобовидный заряд может быть выполнен из тротила, а детонирующая лента выполнена из гексогена.
Желобовидный заряд может быть выполнен из смеси тротила с гексогеном, а детонирующая лента в этом случае может быть выполнена из Тэна.
Желобовидный заряд может быть выполнен из гексогена, а детонирующая лента выполнена из Тэна.
В указанных комбинациях соблюдается принцип превышения скорости детонации ВВ детонирующей ленты над скоростью детонации ВВ, из которого выполнен желобовидный заряд.
При подрыве удлиненного монолитного желобовидного заряда, снабженного детонирующей лентой, детонационный фронт в ленте, обладающей повышенной скоростью детонации, перемещается вдоль линии реза со скоростью, большей скорости детонации ВВ желобовидного заряда, и инициирует в стенках желобовидного заряда косые детонационные волны, линии взаимодействия которых с поверхностью разрезаемого материала движутся вдоль линии реза со скоростью детонации высокобризантного ВВ детонирующей ленты. В результате достигается дополнительный технический результат, а именно сокращается рассеивание энергии в разрезаемом материале.
На фиг. 1 показано поперечное сечение желобовидного заряда, расположенного на поверхности разрезаемого материала.
На фиг. 2 показан желобовидный заряд, установленный на поверхности разрезаемого материала совместно с ударной лентой, в поперечном сечении.
На фиг. 3 приведен желобовидный заряд низкобризантного ВВ с инициирующим слоем высокобризантного ВВ, установленный на разрезаемом материале, в поперечном сечении.
На фиг. 4 приведен желобовидный заряд, снабженный в перемычке продольным трубообразным цилиндрическим каналом и установленный на разрезаемый материал, в поперечном сечении.
На фиг. 5 показан способ разрезания, при котором перед установкой желобовидного заряда на поверхности разрезаемого материала на указанной поверхности выполняют продольный надрез, в поперечном сечении.
На фиг. 6 показан желобовидный заряд.
На фиг. 7 показан желобовидный заряд, снабженный детонирующей лентой.
Способ взрывного разрезания твердых материалов содержит (см. фиг. 1) использование удлиненного заряда взрывчатого вещества, например гексопласта, в виде монолитного желоба с двумя симметричными в поперечном сечении стенками 1 и 2 и перемычкой 3 между ними, при этом торцы 4 и 5 обеих стенок 1 и 2 направлены в одну сторону, а полость желобовидного заряда, расположенная между стенками 1 и 2 и перемычкой 3, заполнена газообразным инертным заполнителем 6, например порошком железа. Удлиненный желобовидный заряд устанавливают на поверхность 7 разрезаемого материала 8 так, чтобы торцы 4 и 5 были обращены к поверхности 7 разрезаемого материала 8. При этом плоскость симметрии желобовидного заряда совмещают с линией выполняемого реза, а торцам 4 и 5 придают форму поверхности 7 разрезаемого материала 8. Торцы 4 и 5 обеих стенок 1 и 2 желобовидного заряда могут быть совмещены непосредственно с поверхностью 7 разрезаемого материала 8 (фиг. 1). В перемычку 3 со стороны ее внешней поверхности 9 в плоскости симметрии заряда устанавливают детонатор 10 и производят подрыв желобовидного заряда. В результате подрыва желобовидного заряда в разрезаемом твердом материале 8 возникают две ударные волны, фронты которых сходятся в плоскости выполняемого реза. При этом обеспечивается резонансное увеличение растягивающего напряжения в плоскости выполняемого реза, благодаря которому происходит разрезание твердого материала 8.
Для повышения давления в разрезаемом материале 8 при воздействии на него ударных волн, возникающих в результате взрыва удлиненного заряда, между желобовидным зарядом и поверхностью 7 разрезаемого материала 8 размещают металлическую ударную ленту 11 (фиг. 2) с толщиной F, равной 0,03-0,1 толщины G разрезаемого материала 8, и с шириной, равной ширине желобовидного заряда. При этом между ударной лентой 11 и поверхностью 7 разрезаемого материала 8 создают зазор H, равный (1 - 10) F - толщинам ударной ленты 11. Зазор H обеспечивают опорами 12 и 13, выполненными, например, из сухого дерева или пенопласта. В этом случае в качестве заполнителя 6 полости желобовидного заряда применяют высокоплотный материал, например порошок железа. В результате подрыва желобовидного заряда, инициируемого детонатором 10, детонационные волны, возникающие в стенках 1 и 2 заряда, воздействуют непосредственно на участки 14 и 15 ударной ленты 11, контактирующие с торцами 4 и 5 стенок 1 и 2 заряда, вследствие чего указанным периферийным участкам 14 и 15 ленты 11 сообщается большая скорость, чем ее центральной части 16, расположенной напротив перемычки 3 и заполнителя 6. Это обеспечивает опережающее соударение периферийных участков 14 и 15 ленты 11 с поверхностью 7 разрезаемого материала 8 и образование в материале 8 двух ударных волн с зеркально симметричными в поперечном сечении фронтами, взаимодействующих друг с другом в плоскости выполняемого реза и вызывающих резонансно увеличенное сжатие в области указанной плоскости и последующее увеличенное растягивающее напряжение. Использование в качестве генератора ударных волн металлической ленты 11, разгоняемой взрывом, позволяет значительно увеличить растягивающее напряжение в области выполняемого реза.
В качестве высокоплотного заполнителя 6 полости желобовидного заряда применяют также смесь мелкодисперсного концентрата обогащенной железной руды с пластификатором, например эпоксидной смолой.
На основании проведенных испытаний установлено, что использование в способе ударной ленты 11 с толщиной F >0,03 G малоэффективно, поскольку в результате соударения ленты с поверхностью 7 в разрезаемом материале 8 образуются ударные волны с высоким давлением, но малой длиной, которые затухают на расстояниях значительно меньших толщины G разрезаемого материала 8. Использование тяжелой ударной ленты с толщиной F > 0,1 G требует дополнительных затрат энергии взрыва для разгона ударной ленты до скоростей, обеспечивающих давление ударных волн, необходимое для разрезания материала, что снижает КПВ взрыва.
При оценке зазора H между ударной лентой 11 и поверхностью 7 разрезаемого материала 8 на основании расчетов можно сделать вывод, что зазор H меньший, чем 1F недостаточен для разгона ленты 11 до максимальной скорости, и поэтому малоэффективен.
Зазор H больший, чем 10 F недостаточно эффективен из-за значительного расхода кинетической энергии ударной ленты на преодоление зазора H.
При использовании для изготовления монолитного желобовидного заряда дешевых низкобризантных ВВ, например акванита со скоростью детонации, равной 5,5 км/с, на обе поверхности 17 и 18 стенок 1 и 2 желобовидного заряда, обращенные в сторону, противоположную от торцов 4 и 5 (фиг. 3), и на поверхность 9 перемычки 3, смежную с поверхностями 17 и 18, наносят непрерывный слой 10 высокобризантного ВВ, например гексопласта, обладающего скоростью детонации, равной 7,5 км/с, т.е. большей скорости детонации ВВ, из которого выполнен желобовидный заряд, и по крайней мере в 1,1 раза большей скорости распространения звука в разрезаемом материале 8. Полость желобовидного заряда заполняют спрессованной древесной массой 6, которая является материалом с низкой акустической жесткостью. При установке желобовидного заряда на поверхность 7 разрезаемого твердого материала 8 плоскость симметрии заряда совмещают с линией реза, при этом детонатор 10 устанавливают в слое 19 в плоскости симметрии желобовидного заряда.
Таким образом желобовидный заряд инициируют через посредство слоя 19 высокобризантного ВВ.
Следующий пример относится к способу разрезания (или фрагментации) преимущественно хрупких твердых материалов, например бетона, горных пород и др. Монолитный желобовидный заряд в этом случае (фиг. 4) изготовляют из пластичного ВВ, например акванита, обладающего скоростью детонации, равной 5,5 км/с. Желобовидный удлиненный заряд изготовляют с двумя зеркально взаимно симметричными в поперечном сечении стенками 1 и 2 и перемычкой 3 между ними, а полость желобовидного заряда, ограниченная стенками 1 и 2 и перемычкой 3, заполняют инертным заполнителем 6, например материалом с низкой акустической жесткостью, таким как резина или прессованное дерево. В перемычке 3 выполняют трубообразный цилиндрический продольный канал 20, ось симметрии которого располагают в плоскости симметрии заряда и на одинаковом расстоянии от поверхностей 9 и 21 перемычки 3. На одном из концов желобовидного заряда в полость канала 20 устанавливают промежуточный детонатор 22, который выполняют в виде цилиндрического заряда высокобризантного ВВ, например гексогена. На внешнем торце промежуточного детонатора 22 выполняют осевое отверстие, в которое устанавливают детонатор 10. Желобовидный заряд торцами 4 и 5 продольных краев стенок 1 и 2 устанавливают на поверхность 7 разрезаемого материала 8 и производят подрыв.
В процессе детонации заряда в канале 20 образуется воздушная ударная волна, перемещающаяся вдоль канала 20. Ударная волна опережает фронт детонации самого желобовидного заряда и инициирует процесс детонации ВВ на стенках канала 20, что приводит к образованию в стенках 1 и 2 желобовидного заряда косых детонационных волн. При этом скорость воздушной ударной волны в канале 20 превышает скорость распространения звука в разрезаемом материале 8 и обеспечивает сверхзвуковое движение линий взаимодействия косых детонационных фронтов с поверхностью 7 разрезаемого материала 8. Таким образом, достигнут дополнительный технический результат, а именно уменьшено рассеивание энергии ударных волн в разрезаемом материале, что обеспечивает снижение энергоемкости разрушения при разрезании твердых материалов низкобризантными ВВ и в результате снижается стоимость способа.
Следующий пример относится к разрезанию массивных металлических листов, плит и конструкций толщиной более 50 мм. Монолитный желобовидный заряд изготавливают из высокобризантного ВВ гексопласта (фиг. 5). Полость между стенками 1 и 2 и перемычкой заряда 3 заполняют спрессованной древесной массой 6, например картоном. Перед установкой желобовидного заряда на поверхность 7 на указанной поверхности по линии выполняемого реза, например, при помощи удлиненного кумулятивного заряда выполняют надрез 23 глубиной L, равной (0,05-0,1) G - толщины разрезаемого материала, с поперечным сечением в форме треугольника с острым углом α при вершине, равным 15-60o. Желобовидный заряд устанавливают симметрично линии выполняемого реза, совмещают торцы 4 и 5 продольных краев стенок 1 и 2 заряда с поверхностью 7 разрезаемого материала 8 и придают им форму поверхности 7. На поверхности 9 перемычки 3 в плоскости симметрии заряда устанавливают детонатор 10 и производят подрыв.
При взрыве желобовидного заряда образуются две ударные волны, взаимодействующие под вершиной надреза 23 в резонансном режиме, что обеспечивает многократное увеличение растягивающих напряжений, действующих перпендикулярно плоскости выполняемого реза. Поверхностный надрез 23 с острым углом при вершине выполняет роль концентратора напряжений, что в свою очередь увеличивает растягивающие напряжения и интенсифицирует трещинообразование в плоскости выполняемого реза.
Таким образом достигается технический результат, а именно увеличение растягивающих напряжений в плоскости выполняемого реза. В результате снижается энергоемкость разрезания и повышается КПД взрыва.
Устройство для взрывного разрезания твердого материала (фиг.6) содержит удлиненный заряд взрывчатого вещества, снабженный средством инициирования. Удлиненный заряд выполнен в виде монолитного желоба с двумя симметрично расположенными относительно плоскости, проходящей через продольную ось заряда, стенками 1 и 2, соединенными перемычкой 3, при этом торцы 4 и 5 стенок 1 и 2, удаленные от перемычки 3, расположены в одной плоскости. В качестве инертного негазообразного заполнителя 6 полости желобовидного заряда может быть использован материал с низкой акустической жесткостью, например резина, спрессованная древесная масса и пр. На торцы 4 и 5 продольных краев стенок 1 и 2 нанесен слой 24 материала с высокими адгезионными свойствами, например эпоксидный клей.
Для взрывного разрезания твердых материалов (фиг. 1) желобовидный заряд устанавливают на поверхности 7 разрезаемого материала 8 так, чтобы к ней были обращены торцы 4 и 5 продольных краев обеих стенок 1 и 2 желобовидного заряда, а плоскость симметрии заряда совмещают с линией выполняемого реза.
На поверхность 9 перемычки 3 в плоскости симметрии желобовидного заряда устанавливают детонатор 10 и производят подрыв.
После инициирования взрыва по стенкам 1 и 2 желобовидного заряда (фиг. 1) распространяются две детонационные волны, синхронизированные перемычкой 3 и непосредственно воздействующие на поверхность 7 разрезаемого материала 8. При этом негазообразный инертный заполнитель 6, расположенный в плоскости симметрии заряда, демпфирует действие детонационных волн на участок поверхности 7 разрезаемого материала 8, расположенный между стенками 1 и 2 заряда, исключая непосредственное воздействие детонационных волн на указанный участок поверхности 7 разрезаемого материала 8. В результате непосредственного воздействия на поверхность 7 разрезаемого материала 8 двух детонационных фронтов, синхронно перемещающихся по стенкам 1 и 2 заряда, в разрезаемом материале 8 возбуждаются две однонаправленные взаимно разделенные ударные волны, которые, развиваясь зеркально симметричными в поперечном сечении фронтами, сталкиваются в плоскости выполняемого реза, вызывая резонансно увеличенное сжатие в области указанной плоскости. Область резонансно увеличенного сжатия перемещается по плоскости выполняемого реза вглубь разрезаемого материала 8. По мере перемещения области высокого сжатия вглубь разрезаемого материала 8 за областью высокого сжатия в плоскости выполняемого реза происходит разгрузка сжатого материала 8 и возникает область двухосного растяжения, в которой максимальные растягивающие напряжения действуют по нормали к плоскости выполняемого реза, что приводит к интенсивным разрушениям материала 8 в окрестностях плоскости реза.
Таким образом достигается технический результат, а именно усиливаются растягивающие напряжения в плоскости выполняемого реза, что обеспечивает снижение энергоемкости твердого материала и повышение КПД взрыва.
Достижение технического результата обеспечивается также, если в перемычке 3 (фиг. 7) симметрично плоскости симметрии желобовидного заряда по всей его длине выполнен продольный паз 25, в котором запрессована детонирующая лента 26, изготовленная из высокобризантного ВВ, обладающего скоростью детонации, большей скорости детонации желобовидного заряда, и снабженная по крайней мере одним гнездом для установки детонатора.
Продольный паз, в котором запрессована детонирующая лента, может быть выполнен в перемычке со стороны, противоположной полости желобообразного заряда, которая в свою очередь заполнена негазообразным инертным заполнителем 6.
Удлиненный монолитный желобовидный заряд может быть выполнен из акванита, а детонирующая лента 26 (фиг. 7) выполнена из гексогена.
Удлиненный монолитный желобовидный заряд может быть выполнен из тротила, а детонирующая лента 26 - из гексогена.
Желобовидный заряд может быть выполнен из смеси тротила с гексогеном, а детонирующая лента 26 в этом случае может быть выполнена из ТЭНа (пентаэритриттетранитрат).
Желобовидный заряд может быть выполнен из гексогена, а детонирующая лента 26 выполнена из ТЭНа.
В указанных комбинациях соблюдается принцип превышения скорости детонации ВВ детонирующей ленты над скоростью детонации ВВ, из которого выполнен желобовидный заряд.
При подрыве удлиненного монолитного желобовидного заряда (фиг. 7), снабженного детонирующей лентой 26, детонационный фронт в ленте, обладающей повышенной скоростью детонации, перемещается вдоль линии реза со скоростью детонации ВВ детонирующей ленты и инициирует в стенках 1 и 2 желобовидного заряда косые детонационные волны, линии взаимодействия которых с поверхностью 7 разрезаемого материала 8 движутся вдоль линии реза со скоростью детонации высокобризантного ВВ детонирующей ленты.
В итоге достигается дополнительный технический результат, а именно сокращается рассеивание энергии ударных волн взрыва в разрезаемом материале.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления использованы для разрезания листов из стали ст. 45 с толщиной 10 мм и размерами в плане 200 х 400 мм2. Желобовидный заряд длиной 200 мм (фиг. 1) с прямоугольным поперечным сечением полости между стенками 1 и 2 и перемычкой 3 изготовлялся из пластичного ВВ - гексопласта. Линейный вес заряда составлял 0,2 кг ВВ на погонный метр, т. е. желобовидный заряд, используемый в данном опыте, весил 0,04 кг. В полость желобовидного заряда без зазора в качестве заполнителя 6 вставлялся резиновый шнур с прямоугольным поперечным сечением, размеры которого равнялись соответствующим размерам сечения полости заряда. Желобовидный заряд укладывался торцами 4 и 5 продольных краев на поверхность 7 разрезаемого материала 8, после чего плоскость симметрии заряда совмещалась с линией выполняемого реза, разделяющей стальной лист на равновеликие квадраты размером 200 х 200 мм. Наружная поверхность 9 заряда обкатывалась роликом до устранения зазоров между торцами 4 и 5 стенок 1 и 2 и поверхностью 7 разрезаемого стального листа 8. На поверхности 9 перемычки 3 в плоскости симметрии заряда с помощью цилиндрического шаблона выполнялось отверстие под капсюль-детонатор. После установки детонатора 10 в отверстие перемычки производился подрыв заряда. В результате взрыва достигалось сквозное разрезание стального листа в плоскости симметрии заряда.
В приведенном случае для разрезания стального листа из стали ст.45 толщиной 10 мм на 1 погонный сантиметр длины реза потребовалось 0,002 кг, а для разрезания стального листа с теми же параметрами способом, приведенным в качестве прототипа, потребовалось бы гексопласта примерно в 5 раз больше.
Таким образом, достигнут технический результат, а именно значительно повышено растягивающее напряжение в плоскости выполняемого реза, благодаря чему снижена энергоемкость разрезания твердого материала и увеличен КПД взрыва.
Формула изобретения: 1. Способ взрывного разрезания твердых материалов, при котором на одной из поверхностей разрезаемого материала устанавливают удлиненный заряд взрывчатого вещества и производят последующее его инициирование, отличающийся тем, что используют заряд в виде монолитного желоба с двумя симметрично расположенными относительно плоскости, проходящей через продольную ось заряда, стенками, соединенными перемычкой, полость желоба заполняют негазообразным инертным заполнителем и устанавливают на поверхность разрезаемого материала торцами стенок, удаленными от перемычки, которым придают форму упомянутой поверхности, при этом плоскость симметрии желоба совмещают с линией предполагаемого реза, а инициирование заряда производят со стороны перемычки посредством детонатора, который располагают в упомянутой плоскости симметрии.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при установке заряда на поверхность разрезаемого материала торцы стенок желоба располагают в контакте с упомянутой поверхностью.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что между зарядом и поверхностью разрезаемого материала размещают металлическую ударную ленту толщиной, равной 0,03 - 0,1 толщины разрезаемого материала, и шириной, равной ширине заряда, а между ударной лентой и поверхностью разрезаемого материала создают зазор, равный 1 - 10 толщинам ударной ленты.
4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что на поверхность заряда со стороны, противоположной полости желоба, наносят непрерывный слой высокобризантного взрывчатого вещества, имеющего скорость детонации, превышающую скорость детонации взрывчатого вещества заряда и по меньшей мере в 1,1 раза превышающую скорость распространения звука в разрезаемом материале, а инициирование заряда производят через упомянутый слой высокобризантного взрывчатого вещества.
5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества выполняют с продольным цилиндрическим каналом по всей длине, при этом ось канала располагают в плоскости симметрии заряда, а детонатор размещают в упомянутом канале с одного из его концов.
6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что перед установкой заряда на поверхность разрезаемого материала на последней по линии предполагаемого реза выполняют надрез с поперечным сечением в форме треугольника с острым углом при вершине, равным 15 - 60o, и глубиной, составляющей 0,05 - 0,1 от толщины разрезаемого материала.
7. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве инертного заполнителя полости желоба используют высокоплотный материал.
8. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве инертного заполнителя полости желоба используют материал с низкой акустической жесткостью.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве материала с низкой акустической жесткостью используют спрессованную древесную массу.
10. Устройство для взрывного разрезания твердых материалов, содержащее удлиненный заряд взрывчатого вещества и средство инициирования, отличающееся тем, что заряд выполнен в виде монолитного желоба с двумя симметрично расположенными относительно плоскости, проходящей через продольную ось заряда, стенками, соединенными перемычкой, при этом торцы стенок, удаленные от перемычки, расположены в одной плоскости.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что перемычка выполнена с продольным пазом, расположенным по всей ее длине симметрично относительно плоскости симметрии заряда, а средство инициирования выполнено в виде детонирующей ленты из высокобризантного взрывчатого вещества, имеющего скорость детонации, превышающую скорость детонации взрывчатого вещества заряда, имеющей по меньшей мере одно гнездо, в котором установлен детонатор.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что продольный паз расположен на поверхности перемычки со стороны, противоположной полости желоба.
13. Устройство по любому из пп.11 и 12, отличающееся тем, что заряд выполнен из акванита, а детонирующая лента - из гексогена.
14. Устройство по любому из пп.11 и 12, отличающееся тем, что заряд выполнен из тротила, а детонирующая лента - из гексогена.
15. Устройство по любому из пп.11 и 12, отличающееся тем, что заряд выполнен из смеси тротила с гексогеном, а детонирующая лента - из ТЭНа.