pdf.php@id=6178

т;,-10'5. Па

201

v i o 5. Па

a

Рис. 100. Зависимость внешнего трения от температуры:

1 - АПДМ-2К; 2 - ВИК-2Д; 3 - РДМ-3; 4 - РСТ-4К; 5 - РСИ-12М

а — функция тц=У(7); б — энергия активации и функция 1пти= / ^ |

торым образец прижимается к подложке, к — коэффициент трения, равный тангенсу угла наклона графика тц ~АР)-

Тцо имеет физический смысл удельной силы внешнего тре­ ния при нулевом давлении, т. е. является в определенном смысле адгезионной составляющей при начальной поверхно­ сти контакта тел.

202

Рассматривая внешнее трение баллиститных топлив с точ­ ки зрения классической теории трения [116, 117], нужно было бы разделить тм на две составляющие: адгезионную тма и де­ формационную (гистерезисную) тиг, оценив вклад каждой из них, а также зависимость их от различных параметров (Р, 9, 7). Учитывая, однако, что даже для чистых металлов и поли­ меров это разделение довольно сложно и связано с экспери­ ментами на оптически зеркальных поверхностях и с примене­ нием смазки, в нашем случае оно практически невозможно, так как баллиститное топливо — сложная композиция, содер­ жащая в составе смазки (вазелиновое масло).

В любом случае выявить ту и другую составляющую в чис­ том виде довольно трудно и для инженерных целей не требу­ ется.

Приведенные на рис. 98 графики тм—J{P) для различных составов баллиститных топлив показывают:

— в исследованном диапазоне давления тц монотонно воз­ растает. Эти результаты не согласуются с ранее полученными [87, 88, 94 — 96, 101, 115] и являются более корректными вследствие меньших методических погрешностей. Надо отме­ тить, что это в большей степени согласуется и с данными, по­ лученными на других полимерных системах [116—121]

ис универсальным законом Кулона F = кР;

—зависимость тц =J{P), как отмечалось выше, имеет ли­ нейный характер;

—коэффициенты трения для различных составов при од­ ной и той же температуре отличаются довольно значительно,

ас повышением температуры существенно снижаются.

Влияние химического состава на тй не может быть выраже­ но в настоящее время математической моделью, однако неко­ торые положения могут быть сформулированы довольно четко:

—компоненты, которые могут служить смазкой на по­ верхности трения, существенно снижают тц и могут использо­ ваться как технологические добавки (вазелиновое масло, стеа­ раты, графит и др.);

—компоненты, имеющие высокий коэффициент трения на металлической подложке, должны быть достаточно тверды­

ми и не деформироваться, увеличивая поверхность контакта с поверхностью оборудования при рабочих давлениях на фазах переработки. По этой причине в составе баллиститных топлив не может использоваться чистый алюминий, имеющий недос­

203

таточную микротвердость. Значительное повышение микро­ твердости частиц алюминия достигается легированием послед­ него добавками магния, циркония, железа. Поэтому использу­ ются сплавы с магнием (АМД), железом (АМД-Ж) и др.;

— использование компонентов, вызывающих коррозию металлической поверхности (например, K2S04), приводит с те­ чением времени к росту деформационной (гистерезисной) со­ ставляющей и увеличению тц в целом. В связи с этим альтер­ нативное требование: вывод данного компонента из состава топлива или защита металлической поверхности от коррозии (хромирование, никель-фосфатирование и т. д.).

Зависимость внешнего трения от скорости скольжения

представлена на рис. 99 в логарифмических координатах, по­ казывающих допустимость для аппроксимации данной зависи­ мости степенной функцией. Коэффициенты степенной функ­ ции тм= ку&" при Т = 343 К и Р = 10 МПа представлены в табл. 20.

Явно выраженная зависимость внешнего трения от скоро­ сти скольжения не согласуется с классическим законом Амон- та-Кулона (коэффициент трения не зависит от скорости скольжения).

Коэффициенты степенного уравнения зависимости удельной силы внешнего трения от скорости скольжения

Более корректные исследования зависимости внешнего трения от скорости скольжения для металлов [117] показали, что можно считать справедливым соотношение:

где / — коэффициент трения, a, b, с, d — постоянные для различных пар скольжения и различных нормальных давле­ ний.

В зависимости от давлений наблюдается или некоторое по­ вышение / (при низких давлениях), или, напротив, снижение (при высоких давлениях). При средних давлениях коэффици­ ент трения при увеличении скорости скольжения меняется не­ значительно.

204

Надо сказать, как в случае многочисленных исследований функции / = ДВ) для металлов, так и для топлив вследствие локального изменения температуры в контакте трущихся тел результаты определения коэффициента трения могут рассмат­ риваться как приблизительные. Кроме того, исследования в связи с довольно низкой температурой воспламенения топ­ лива проводились в более узком диапазоне скоростей сколь­ жения и не достигали значений, при которых могло бы на­ блюдаться падение коэффициента трения вследствие плавле­ ния материала и дополнительной смазки в контактной зоне. Правда, подобные исследования носили бы скорее феномено­ логический характер, ибо производственная область скоростей скольжения находится в исследованном интервале.

Результаты экспериментальных исследований позволили выявить несколько важных закономерностей, определяющих зависимость тц баллиститных топлив по металлической под­ ложке от скорости скольжения:

—тц возрастает при увеличении скорости скольжения для всех топлив и во всем исследуемом диапазоне давлений;

—зависимость тц =Л&) для различных топлив существен­ но отличается. Для топлив, содержащих наполнители (ТФ-2, БП-10 и пр.) она выражена более ярко;

—с увеличением температуры зависимость тц =/($) сни­ жается;

Очевидно эти результаты позволяют предположить следую­ щий механизм, определяющий функцию тм=ДЭ):

— тц определяется в большей степени деформационной составляющей; при увеличении порошкообразного наполните­ ля тм возрастает с увеличением скорости более интенсивно, чем для ненаполненных составов;

— значительный вклад в величину внешнего трения вно­ сит смазка, при увеличении скорости ее роль ослабевает.

Таким образом, выполненные экспериментальные исследо­ вания позволяют повысить корректность расчетов оборудова­ ния, в первую очередь, шнековых прессов, за счет использова­ ния более точных значений тц как функции скорости скольже­ ния. Кроме того, выявленная зависимость тц от химического состава может быть использована при компоновке новых соста­ вов топлив.

Зависимость внешнего трения от температуры для балли­ ститных порохов весьма существенна и достаточно корректно

205

аппроксимируется экспонентой. На рис. 100 графически пред­ ставлены функции —ЦТ) и 1птм=У(1/Т), показывающие, что энергия активации в экспоненциальном выражении для раз­ личных составов топлив отличается значительно. Температур­ ная зависимость для порохов, содержащих минеральные или металлорганические компоненты, меньшая, чем для гомоген­ ных топлив, у которых проявляется в большей степени вклад в эту зависимость гистерезисной составляющей пластифици­ рованного полимера.

Обобщенная зависимость удельной силы внешнего трения от давления, скорости скольжения и температуры находится из полного факторного эксперимента в виде уравнения 2-го

где BQ—Z?IO — коэффициенты регрессионного уравнения, опре­ деляющие значимость каждого члена уравнения.

4.2 Общая характеристика процессов переработки

4.2.1 Технологические процессы переработки баллиститных пороховых масс

Если рассматривать технологию в историческом аспекте, то можно отметить три значимых и принципиально отличных этапа ее развития, варианты которых в том или ином виде со­ хранились в промышленности до сих пор:

—периодическая гидропрессовая технология;

—непрерывная технология по схеме: отжим — вальцева­ ние — сушка — прессование;

—непрерывная шнековая технология с исключением опе­ раций вальцевания и сушки.

Поскольку в том или ином варианте, как отмечалось вы­ ше, данные технологии существуют в промышленности до сих пор, ниже приводится краткая характеристика каждой из них.

4.2.1.1 Периодическая технология

Технологическая схема переработки по этому варианту приведена на рис. 101.

Операцией перелопачивания в ларе (усреднения), вмещаю­ щем одну смесь (~ 4 т), заканчивался процесс изготовления пороховой массы.

206

войной довальцовки на вертикальные вальцы с целью получе­ ния окончательного более плотного рулона.

При этом полотно обжималось один раз и скатывалось в рулон. Подача и прием полотна также осуществлялись вруч­ ную.

Полученные после вертикальных вальцев рулоны порохо­ вой массы обрезались на концах рычажным ножом и направ­ лялись в нагревательные шкафы здания прессования, из кото­ рых в порядке очереди загружались в изложницы гидравличе­ ских прессов.

Прессование на вертикальных гидравлических прессах осу­ ществлялось периодически, а резка выходящих из пресса тру­ бок — на ручных или ножных рычажных ножах.

В процессе прессования выборочно производился контроль размеров пороховых трубок, после остывания производились мешка и комплектация партии пороха.

По данной технологии в военное время производилось из­ готовление артиллерийских и мелких ракетных порохов, в по­ слевоенное время практически на всех заводах реализуются непрерывные технологические процессы переработки порохо­ вой массы, которые используются не только для изготовления ракетных шашек любого габарита, но и мелких артиллерий­ ских порохов.

Периодическая технология в вышеописанном варианте со­ хранила свое значение только для изготовления разовых мел­ ких заказов или отработки опытных составов артиллерийских порохов и БРТТ.

4.2.1.2 Первый вариант непрерывной технологии, разработанной ОТБ-512 (руководитель — Бакаев А. С.)

На рис. 102 представлена технологическая схема производ­ ства, включающая фазы изготовления нитрата глицерина, по­ роховой массы и ее переработки.

При разработке данной схемы авторы исходили из следую­ щих требований по производству переработки:

—отжим пороховой массы от избытка воды производить до остаточного содержания последней в 7... 10%. Целесообраз­ но для этой цели применять трехступенчатую операцию отжи­ ма:

—предварительный отжим на ленточном отжимном аппа­ рате до ~ 40% воды;

—разрыхление массы в протирочном барабане;

208

—окончательный отжим в отжимном шнек-прессе;

—отжатую пороховую массу подвергать операции непре­

рывного вальцевания. Массу на вальцы подавать нагретой и достаточно измельченной. С этой целью на отжимном прес­ се применять протирочный барабан конструкции ОТБ-512. Для очистки массы от загрязнений применять магнитные се­ параторы. Степень вальцевания контролировать по конечной влажности полуфабриката после вальцев.

Ввод переделочного брака производить на вальцы; Выходящий с вальцев полуфабрикат должен быть нарезан

на пластинки, удобные для дальнейшей операции прессова­ ния;

— операцию прессования пороховых элементов произво­ дить шнек-прессами.

Представленная на рис. 102 технологическая схема наилуч­ шим образом, по мнению авторов, удовлетворяющая данным требованиям, имеет следующие конструктивные особенности (по фазе переработке).

Из смесителя пороховой массы, как видно из схемы, сус­ пензия пороховой массы подается в замкнутую циркуляцион­ ную линию: смеситель — трубопровод — массонасос — трубо­ провод — смеситель. Из этой линии масса отводится в пер­ вый водоотжимной аппарат, из которого с влажностью около 40%, проходя протирочный барабан, поступает в отжимной шнек-пресс ШС-1.

Следует отметить, что авторы отводят существенную роль операции выдержки массы в смесителе, в котором формирует­ ся общая партия и обеспечивается необходимая выдержка для «созревания» пороховой массы.

После отжимных прессов устанавливаются протирочные барабаны для обеспечения более упорядоченного питания по­ следующих аппаратов. Поступающая из отжимного пресса (че­ рез протирочный барабан) «крошка» ковшевым конвейером и питающими шнек-транспортерами подается в бункер валь­ цев. Одновременно туда же подается и измельченный переде­ лочный брак. На обоих концах валка, несущего на себя «чу­ лок» вальцуемой массы, установлены ножи, имеющие привод от вальцев. Этими ножами непрерывно разрезаются, снимают­ ся с валка пороховые ленты и режутся поперек так, что обра­ зуемые пластинки удобны по своим размерам для загрузки в бункер прессующего шнек-пресса и захвата их винтом. На

209

Рис. 102. Непрерывный технологический процесс производства баллиститных порохов, разработанный ОТБ-512 (А. С. Бакаев):

1 — нитратор; 2 — сепаратор; 3 — промывной аппарат; 4 — прерыватель детонации; 5 — промежуточный бак НГЦ; 6 — подогрев отжимных вод; 7 — дозер коллоксилина; 8 — концентратомер; 9 — сгуститель; 10 — ажитатор КВВ; 11 — массонасос; 12 — дозер НГЦ; 13 — дозеры дополни­ тельных растворителей; 14 — дозер централита; 15 — змеевик для смеше­ ния растворителей; 16 — эмульгатор; 17 — «варочный» аппарат; 18 — до­ зер масляной эмульсии; 19 — эмульгатор; 20 — смеситель пороховой массы; 21 — ленточный отжимной аппарат; 22 — ловушка; 23 — сборник отжимных вод; 24 — отжимной шнек-пресс; 25 — протирочный барабан; 26 — аппарат непрерывного вальцевания; 27 — транспортный шнек; 28 —

шнек-пресс; 29 — резательный станок

210