РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ЗАБОЙКИ ЗАРЯДОВ ВВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
2.1. Характер деформирования и перемещения в цилиндрической полости сыпучих и пластичных материалов под воздействием статических нагрузок.
Воздействие газообразных продуктов детонации на среду, с определённым допущением, может рассматриваться в квазистатическом приближении, что даёт основание в лабораторных экспериментах заменить нагрузку при взрыве на торец забойки со стороны заряда ВВ относительно медленно изменяющейся статической силой. Поэтому в проведенных экспериментальных исследованиях при определении деформаций, уплотнения и перемещения сыпучих и пластичных материалов в цилиндрической полости действие продуктов детонации на торец забойки заменено статическим давлением жёсткого поршня. Результаты экспериментальных исследований особенностей деформирования и движения в цилиндрической полости различных сыпучих и пластичных материалов под действием статических нагрузок могут использоваться для оценки их пригодности в качестве забойки.
Для этих экспериментов разработано специальное приспособление (рис. 2.1), состоящее из пустотелого цилиндра 1 (внутренний диаметр 18,5 мм) и штока (поршня) 2, имитирующего квазистатическое действие продуктов детонации на торец забойки 3. Приспособление размещают между верхней 4 и нижней 5 плитами, закреплёнными на испытательной машине EDZ 100, оснащённой силоизмерительным и самопишущим устройствами [83].
При исследованиях в качестве сыпучего материала использовали гранотсев фракций 1...2; 2...3; 3...5 и 5...7 мм, а так же глину и песок.
С точки зрения достижения максимальной длительности запирания газообразных продуктов детонации наибольший интерес представляют забоечные материалы при выдавливании которых коэффициент бокового распора имеет наибольшее значение. На рис. 2.2 приведена характерная
Рис.2.1 Схема разработанного приспособления.
диаграмма деформирования и движения в цилиндрической полости гранотсева (размер частиц 3 - 5 мм). По мере возрастания нагрузки увеличивается зона уплотнения материала (см. рис. 2.2, участок I). При этом нижние слои материала, прилегающие к поршню смещаются, а верхние слои остаются неподвижными. Постепенно уплотняются и вовлекаются в движение слои более удалённые от поршня. Когда этот процесс охватывает весь материал до верхнего торца, то усилие становится максимальным, а затем уменьшается (см. рис. 2.2, участок II). По мере уплотнения при выталкивании из полости сыпучего материала уменьшается длина его столба и величина сил трения. Снижение усилия по мере движения поршня и выталкивания сыпучего материала из полости обусловлено уменьшением сил трения. Уменьшение осевого усилия приводит к снижению бокового распора и, как следствие, к дальнейшему уменьшению сил трения. Снижение сил трения в результате выталкивания части сыпучего материала из полости приводит к уменьшению осевого усилия и, как следствие, бокового распора. При этом уменьшаются силы трения и процесс снижения осевых усилий ускоряется.
Рис. 2.2 Зависимость усилия выдавливания забойки от величины перемещения выталкивающего штока. (гранотсев, фракция 3-5 мм)
На основании результатов обработки диаграмм деформирования установлена работа по преодолению сил сопротивления выталкиванию из цилиндрической полости сыпучих материалов на различных этапах процесса. На стадии уплотнения сыпучего материала (гранотсев фракции 3-5 мм) работа составила 330 Дж, при общей работе 852 Дж, т.е. на уплотнение сыпучего материала затрачивается около 40 % общей работы по его выталкиванию из цилиндрической полости.
С увеличением крупности фракций критическая длина столба сыпучего материала возрастает. С уменьшением длины столба сыпучего материала усилие его выталкивания снижается, вследствие уменьшения сил трения.
Результаты экспериментального определения величин статических выталкивающих усилий из цилиндрической полости сыпучего материала в зависимости от крупности его частиц и длины столба после статистической обработки результатов измерений по известным методикам [85, 86, 87] приведены в табл. 2.1, 2.2.
Таблица 2.1.
Величины выталкивающих усилий, создаваемых поршнем в зависимости от длины столба сыпучего материала в полости (гранотсев фракции 1...2 мм)
Длина столба сыпучего материала LЗ, ммМасса сыпучего материала m, гНасыпная плотность, г/см3Усилие выталкивания, кНСреднее усилие выталкивания, кН13046,701,3364>40>4013046,901,3421>4013046,001,3164>4012043,001,333133,434,012042,801,326931,412043,001,333138,212043,001,333136,812042,801,326930,411541,301,336023,824,911541,201,332824,811541,201,332824,811541,601,345729,011540,801,319922,211039,401,332519,217,211039,001,319017,811038,801,312214,211039,701,342718,211039,401,332516,810538,001,346415,411,410537,051,312711,410536,851,305610,910536,151,28087,410537,201,318012,0 Таблица 2.2.
Экспериментальные величины выталкивающих усилий в зависимости от длины столба сыпучего материала (гранотсев фракции 3...5 мм).
Длина столба сыпучего материала LЗ, ммМасса сыпучего материала m, гНасыпная плотность, г/см3Усилие выталкивания, кНСреднее усилие выталкивания, кН13545,48 1,2610 >40,0>40,013545,61 1,2621>40,013545,60 1,2618 >40,013044,101,262034,631,4413043,801,253436,813043,951,257719,213044,001,259135,013044,601,276331,612040,951,269516,827,9212040,451,254038,412041,201,277325,412040,801,264934,012041,051,272625,011037,251,25986,28,811037,901,28187,611037,951,28359,811038,001,28529,411038,101,288511,0
Математическая обработка результатов экспериментальных исследований по известным методикам [86] позволила установить корреляционные зависимости величины выталкивающих усилий Pi, кН, из цилиндрической полости сыпучих материалов различной кру