铁、塑柄手榴弹拆分机的设计应用

2015-07-01罗同杰宁灵生

兵器装备工程学报 2015年10期

罗同杰，宁灵生

(豫西工业集团有限公司销毁中心，河南云阳 474678)

在报废弹药处理中，所遇到的手榴弹有多种多样。我军以往装备的手榴弹，又以带手柄的居多。带手柄的手榴弹又分为木柄手榴弹、铁柄手榴弹和塑柄手榴弹3 种。

目前，国内对退役报废木柄手榴弹的处理以拆卸分解为主，各报废弹药处理机构都有各式具有可靠防护措施、可人机隔离的、安全高效的拔弹机先对其进行拆卸分解，再用现有其他工艺设备回收炸药、壳体，销毁雷管、拉火管，实现去功能化、资源循环利用处理［1-4］。而退役报废的铁、塑柄手榴弹，其战斗部和包含雷管、发火件的手柄是采用粘胶的螺纹连接的。手柄壳无论是铁的还是塑料的，其壁厚较薄，它的自身强度低，若用机械对其进行旋拧、旋拔拆卸，会发生扭曲变形或扭折断，从而导致手榴弹意外发火爆炸，引发事故，所以，对其都是采用炸毁法处理。即在专用的炸毁场:使用足够数量的高猛度的炸药作引爆装药; 以合适的装药形状，保证覆盖、可靠传爆;固定引爆药包，阻挡和减少破片飞散，在其上填土掩埋;使用火力法或者电力法点火起爆; 爆后清理现场［5-6］。

炸毁作业，弹药爆炸会产生多种危害，主要表现为爆轰产物对周围的影响;破片对周围人员、装备、和建筑物包括电气线路产生破坏;冲击波危害;热效应危害等。其危险性大，物料无法回收，又带来极大浪费［7-9］。

由于在报废的通用弹药中，待处理的铁(塑)炳手榴弹数量巨大，而可以大批量、长时间进行炸毁处理的作业场地难觅，且炸毁作业的方法已不适应我们国家当下越来越高的安全、环保要求［10-11］。考虑报废手榴弹处理在具体操作过程中的安全性和经济性，根据铁、塑柄手榴弹的结构特点和安全特性，通过查阅大量资料并结合自己单位多年处理废旧弹药工作实践，设计了一种铁、塑柄手榴弹拆分机。利用双刀异向切割锯，对铁、塑柄手榴弹进行定厚、定位、环形切割，然后，通过弹性楔形板分流，实现手榴弹战斗部与手柄分离而将其拆分，后续处理工艺和木柄手榴弹相似。该装置可连续上料，危险操作人机隔离;操作简单，运作省力，自动化程度高，安全、高效。克服了现有退役报废的铁、塑柄手榴弹处理存在的其危险性大，物料无法回收，作业劳动强度大等缺点，提高报废弹药处理的工作效率和废旧物料的回收率。

1 设计应用

铁、塑柄手榴弹拆分机是主要用于对报废的铁、塑柄手榴弹进行拆卸、分解战斗部和手柄的专用设备。设备由PLC进行控制，按照切割工作流程要求完成相应动作; 用接近开关拾取运动机构的位置信号; 防爆异步电机、防爆步进电机为执行机构;变频器由PLC 控制，实现传动电机的多级调速。对某一型号手榴弹一次调整设定后，拆分全程自动控制。具有结构合理、性能可靠、适应多种弹药、工作效率高等特点。

1.1 技术方案

根据铁、塑柄手榴弹的结构特点如图1 所示，在切割位置对其进行定厚度环形切割，解除战斗部和手柄的连接，弹性楔形分流板装置使战斗部脱离开雷管，实现手榴弹战斗部和手柄的拆卸分解。使用本设备可以节省大量人力，实现危险操作人机隔离，提高了报废铁、塑柄手榴弹处理的本质安全度。

图1 手榴弹结构及切割位置示意图

通过工艺试验，证明采用切割的方法可以实现铁、塑柄手榴弹战斗部和手柄的分解。但要研制设计一种安全、连续高效且可靠性好的全自动铁、塑柄手榴弹拆分机，需要解决手榴弹输送定位、定位自转、安全切割、自动上下料、适用不同规格外形和可靠控制系统等技术难点。

1.2 结构组成

铁、塑柄手榴弹拆分机采用模块结构(图2)，主要由切割头、输送装置、仿形对轮、弹体随动同步旋转装置、弹性楔形分流板、摆放装置、动力装置及控制系统等组成。

1)切割头:双刀片异向旋转，无反冲力，压缩空气吹屑，无火花，切口无温升也无毛边产生; 切割后不会使切割物产生变形。

2)输送装置:两条同步运转的特制链条，可以固定仿形对轮，实现循环上料;

3)仿形对轮:承接手榴弹定位托举并可带动手榴弹定轴旋转的装置;

4)护板:当正在切割的手榴弹发生意外爆炸时，可阻挡破片不往传递窗口方向飞散;

5)楔形弹性分流板:悬挂于输送链后部上方，可将已完全切割开的手榴弹的战斗部和弹柄分离的装置;

6)工件随动装置: 可通过拨转与仿形对轮同轴固定的齿轮而使工件旋转;

7)战斗部料道: 承接楔形弹性分流板分出的手榴弹战斗部，，使其按照导向落入料箱;

8)弹柄料道:承接被分离后的手榴弹柄，使其按照导向落入料箱;

9)动力装置: 由电机及减速器等组成，驱动输送带运转;

10)控制系统:由PLC 组成拆分机的控制系统，现场设置防爆控制箱，内部安装变频器、步进电机驱动器、开关电源等，控制面板箱安装在抗爆装置外。PLC 按照既定程序完成相应的控制，程序具有完善的异常保护及故障报警功能。

图2 拆分机立体结构

1.3 工作过程

该设备可以安装在防爆装甲或抗爆小室内。工作流程如下(图3)。

图3 工作流程

设备启动，防爆窗开启，将手榴弹摆在仿形对轮上，手榴弹弹体通过输送装置送入抗爆间内。

按照事先设定程序，双刀双向切割头及护板下移切割指定部位，带随动装置的仿形对轮带动带动手榴弹旋转一周，完成环形定厚度切割。切割下来的切屑用通入压缩空气的风嘴自动吹入导屑槽，落入収屑盒定期清理。

切割头及护板上移，输送装置带着已切开的手榴弹通过弹性楔形分流板，使手榴弹战斗部与手柄分开落入收料装置，手柄通过滑道落入收料盒。

开启防爆传递小窗输入下一发弹，开始下一循环的工作。

1.4 性能指标

工作环境: -5 ～40℃;工作电源:三相380 V;电机功率:2 kW;噪音等级: 约80 dB; 锯片直径:180 mm; 最大切割深度:55 mm;输送线体速度:0.4 ～1.2 m/s; 工作效率:7 发/min;拆分对象:退役各式铁、塑柄手榴弹。

1.5 技术难点及解决途径

此拆分机的技术难点在于连续上料前提下，保证手榴弹切割时，定位准确、装卡牢靠，安全切割及分离。

在输送链上按照一定间距设置N 副仿照手榴弹外形、可旋转的成对轮轴，手榴弹放置其上，落在型槽中，实现手榴弹定位;输送链和切割头、接近开关联动，实现定点、定厚切割;由PLC 编程操控、可离可合的对轮旋转驱动装置，带动对轮，定轴拨转手榴弹，实现环形切割。

安全切割的难点是控制薄壁工件的切割变形和切割热、切割火花的消除。采用双刀双向旋转切割方式，首先是完全抵消了原应有的反作用力，可以快速平稳地切割，切口无温升、无毛边，避免了弹体升温、火花触发炸药、雷管以及切割毛边刮擦雷管发生爆炸的可能性;第二是双锯片反向切割就如同剪刀的工作原理，无论是切割薄材料还是各种异型材料，切割后均不会使切割物产生变形。

没有完全切开的手榴弹的识别处理。考虑在诸如锯片磨损量确认失误及系统其他因素影响下，会有个别手榴弹环切不彻底的情形产生，如无识别，其通过分离模块时，必然会发生危险。经过对系统分析研究，发现采用弹力翻板、检测传感器可以解决这一问题。切割不彻底的手榴弹，通过楔形分离装置时，水平方向施加在装置上的力远大于正常状态，此时弹力翻板、检测传感器共同动作，向上翻开楔形分离装置，输送链停车，通过视频监控观察情况后，进入工作间，移取、复位，从而保证对没有完全切开的手榴弹的安全识别、处理。

2 主要技术进步点

该设备采用双刀双向切割方式，切割速度快、效率高，能满足铁、塑柄手榴弹的需求。在作业方法设计上与以往炸毁方式有本质上的区别。除了完全克服爆炸法会产生多种危害以外，相对其他常规机械切割方式，它还具有如下创新:机械切口无温升、无毛边，被切割物不会变形;不会出现卡锯或崩片的危险，切割过程平稳，安全可靠;自定位、自旋转仿形对轮装置，很好的解决了手榴弹连续移动中的准确装卡、定位问题，效率是原先的5 ～8 倍。第二是在PLC 组控下的各个功能电机转速、旋向、转停的精确配合，可实现对某一型号手榴弹一次调整设置后分解处理全过程自动控制，实现了报废铁、塑柄手榴弹拆卸分解作业的工厂化机械、自动处理。第三是简化操作流程，传感器和保险装置组合较好的解决了意外情况下的人、机快速反应与交互。