安全自動化起爆藥生產(chǎn)線化合工藝裝置研究

高曉非，張偲嚴(yán)，孟凡軍，李琳琳，馮小氟，郭洪斌，郭有勝

(1. 中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五五研究所裝藥研究室，吉林 長春，130012；2.大連理工大學(xué), 遼寧 大連, 116000；3.長春大學(xué)機(jī)械學(xué)院, 吉林 長春，130012)

起爆藥是所有軍用火工品和民用起爆器材的核心裝藥，因其感度高、危險(xiǎn)性大，在生產(chǎn)和裝藥過程中時常導(dǎo)致意外爆炸事故，為國防工業(yè)和民用爆破器材生產(chǎn)領(lǐng)域最危險(xiǎn)的爆炸物品[1]。目前，美國研制出了三硝基間苯二酚鉛連續(xù)化生產(chǎn)工藝[2]，德國研制出了疊氮化鉛連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)[3]。而我國起爆藥生產(chǎn)工藝相對落后，基本還是處于人工操作階段，存在生產(chǎn)安全隱患大、勞動強(qiáng)度大、產(chǎn)量低的問題[4]。本研究設(shè)計(jì)的安全自動化起爆藥生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)從藥劑的輸入、化合、水洗、烘干、篩選、稱量至裝箱全過程自動化生產(chǎn)，無需人工參與，使安全保障及生產(chǎn)效率得到了有效提升。

1 安全自動化起爆藥生產(chǎn)線簡介

安全自動化起爆藥生產(chǎn)線是一條自動化柔性生產(chǎn)線，適用于單質(zhì)起爆藥的生產(chǎn)。整個生產(chǎn)線由非標(biāo)設(shè)備、氣動控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)組成。單質(zhì)起爆藥生產(chǎn)線非標(biāo)設(shè)備由配料系統(tǒng)、化合系統(tǒng)、水洗系統(tǒng)、三級機(jī)械手系統(tǒng)、空藥罐放置裝置、自動烘干系統(tǒng)、防爆墻、自動篩選裝盒系統(tǒng)、裝箱系統(tǒng)等部分組成。從化合至裝箱實(shí)現(xiàn)無人操作，計(jì)算機(jī)全過程自動控制，各工序由專用的非標(biāo)設(shè)備完成工藝過程，物料傳遞由三級機(jī)械手完成，各工序之間由獨(dú)立的抗爆工藝間隔離，避免相互殉爆。各工藝間的工藝動作由氣缸或電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，動作簡單、實(shí)用、可靠。起爆藥安全自動化生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 起爆藥生產(chǎn)工藝流程圖

2 化合系統(tǒng)原理及工藝特點(diǎn)

起爆藥通過化學(xué)反應(yīng)完成制造的過程稱為化合。在安全自動化起爆藥生產(chǎn)線中化合單元是整個生產(chǎn)線的關(guān)鍵部分。

2.1 化合系統(tǒng)工作原理

化合系統(tǒng)的主要作用是將配料系統(tǒng)輸送到化合器的兩種料液通過加熱、恒溫、攪拌進(jìn)行化合，化合后母液通過出母液裝置排掉，藥劑通過分料裝置均勻地分成兩份，排至水洗抽濾系統(tǒng)?；舷到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 化合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其工作原理為：當(dāng)保溫槽中藥液達(dá)到溫度要求時，加料擺動裝置在擺動氣缸驅(qū)動下，擺至化合系統(tǒng)上端，開始向化合系統(tǒng)加料，當(dāng)兩種料達(dá)到工藝量要求后，送料閥門關(guān)閉，加料擺動裝置擺回原位。

化合系統(tǒng)中藥液攪拌由防爆電機(jī)無級變速減速機(jī)驅(qū)動攪拌軸實(shí)現(xiàn)，攪拌速度為200～1 000r/min，采用傾斜攪拌的形式，實(shí)現(xiàn)料液充分混合?；襄仦閵A層結(jié)構(gòu)，采用熱循環(huán)水對化合器加熱，不同起爆藥的化合溫度不同，通過溫度傳感器隨時檢測化合器內(nèi)藥液溫度，與化合器夾層出熱水的調(diào)節(jié)閥組合，實(shí)現(xiàn)加熱和保溫的 PID自動調(diào)節(jié)，滿足加熱溫度的工藝要求?；掀魉幰旱慕禍赝ㄟ^冷水循環(huán)系統(tǒng)來完成，降溫與加熱系統(tǒng)成互鎖關(guān)系，即降溫時關(guān)閉加熱水進(jìn)出口閥門，打開冷水進(jìn)出口閥門。

化合鍋翻轉(zhuǎn)由電機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動完成，翻轉(zhuǎn)位置由電感式NAMUR傳感器判斷及控制，當(dāng)化合鍋翻轉(zhuǎn)到接近90°角，化合鍋翻轉(zhuǎn)至135°角，化合鍋翻轉(zhuǎn)到原位時均有傳感器發(fā)訊。3個傳感器分別固定在位置可調(diào)的安裝架上，通過調(diào)整傳感器位置，可以控制化合器翻轉(zhuǎn)到位的翻轉(zhuǎn)角度，從而實(shí)現(xiàn)化合系統(tǒng)的安全自動化運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 化合系統(tǒng)工藝特點(diǎn)

安全自動化起爆藥生產(chǎn)線化合系統(tǒng)的主要工藝特點(diǎn)：（1）化合溫度控制精確，能夠?qū)崿F(xiàn)不同組分原料的精確溫控；（2）攪拌速度200～1 000r/min可調(diào)；（3）化合過程全線連續(xù)化和自動化；（4）化合過程在線監(jiān)測；（5）有效提高生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率；（6）提高生產(chǎn)過程的本質(zhì)安全性和環(huán)保性。

3 起爆藥生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)

本起爆藥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)由西門子 PLC-300系統(tǒng)、現(xiàn)場傳感器、監(jiān)視系統(tǒng)等組成?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)原理圖

生產(chǎn)線選用西門子 S7－300 PLC作為整條生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)的控制系統(tǒng)。WINCC監(jiān)控軟件運(yùn)行在Windows 2000網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)環(huán)境下，服務(wù)器維護(hù)整個系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，可非常方便地通過視窗化的人機(jī)界面來監(jiān)視、控制當(dāng)前的生產(chǎn)過程，并采集歷史數(shù)據(jù)，打印數(shù)據(jù)報(bào)表。

4 結(jié)語

由于起爆藥具備感度高、危險(xiǎn)性大的特點(diǎn)，因此起爆藥的安全自動化生產(chǎn)對我國安改項(xiàng)目技術(shù)進(jìn)步有著重大意義。該生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了起爆藥的全自動化生產(chǎn)，對我國起爆藥的本質(zhì)安全生產(chǎn)起到了積極的推動和促進(jìn)作用。

[1]松全才,等.炸藥理論[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1997.

[2]陳國光,等.彈藥制造工藝學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2004.

[3]陳熙蓉,許麗云,陳書言,等. 炸藥性能與裝藥工藝[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1988.

[4]汪佩蘭,李桂茗.火工與煙火安全技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1996.