火药自动称药装置优化及静电消除方法
CFHI
TECHNOLOGY
包含药品的分离、搅拌、称药、送药、压药、成品包装、运输等过程[1]。静电是一种自然现象，它存在于多种火工品生产中，药品与设备框架、容器、包装材料等介质的摩擦都会产生静电[2~3]，静电引起的电荷积压、起火甚至爆炸等现象数不胜数。关于弹药火工品生产的静电消除方面，钱仲等研究了发射药生产过程中的防静电问题[4]，张守华等研究了火包装工艺中的静电防护问题[5]，董朝阳等研究了发射药制造中的静电在线检测及消除方法[6]，但国内弹药火工品生产称药过程中产生的静电所引发的一系列问题还没得到有效解决。 目前，大多数研究都是针对大型设备或人体的静电研究，对中小型装置的静电研究较少。粉体药品的下料过程比固态药品更容易积累静电，产生静电造成的危险性也更大[7]。火药自动称药装置在生产过程中会因物料和送药容器之间相对 运动而产生静电，产生的静电会引发电荷滞留和累积，形成静电作用力，这种力会吸引粉体火药滞留于传输容器的容器壁上，引发火药运输、称量及装药不准确等一系列问题。这种微量的装药误差会对精度
要求较高的弹药火工品产品质量产生巨大影响，为此，笔者针对火药自动称药装置提出利用结构优化设计，接触设备集中接地，加装除静电装置和对传输容器进行改性涂层，配合温度和湿度的选定等方式来达到消除静电的目的。
1火药自动称药装置的优化设计
1.1火药自动称药装置整体介绍
本文研究的火药自动称药装置主要由下料漏斗、楔形槽、旋转气缸、下料管和重力传感器等元件组成。火药经过传输通道被运至自动称药装置，从螺旋送药机构下料到漏斗中，再由漏斗下料到楔形槽上，这时称重传感器会称量此处物料的质量，
1.沈阳理工大学硕士研究生，辽宁
沈阳
110159
2.沈阳理工大学副教授，辽宁
沈阳
110159
火药自动称药装置优化及静电消除方法
付一畦1，闫家超2
摘要：火药自动称药装置在称量过程中产生的静电会导致物料运输滞留，从而影响称量的精度，电荷积累过多还会引燃、引爆火药等安全事故。对此，通过优化称量装置的材料结构，增添改性涂层，加装静电消除装置，以及强化生产环境指标等措施来消除静电。
关键词：火药；自动称药装置；静电；静电消除中图分类号：TQ560.5
文献标识码：B
文章编号：1673-3355（2020）05-0005-03
Automatic Gunpowder Weighing System Optimized for Static Electricity Elimination
Fu Yiqi ，Yan Jiachao
Abstract:Static electricity generated by an automatic gunpowder weighting system during working may hold up mass flow and hence decrease the weighing precision,and even lead to safety accidents,such as igniting gunpowder,detonating gunpowder,due to excessive accumulated electric charges.For this reason,static electricity is eliminated by optimizing the material structure of automatic gunpowder weighting system,adding modified coatings,equipping with electrostatic
eliminators as well as improving working condition.
Key words:gunpowder ；automatic gunpowder weighing system ；static electricity ；static electricity elimination
10.3969/j.issn.1673-3355.2020.05.005
一重技术
当火药的质量达到装料标准时，旋转气缸转动使楔形槽发生倾斜，将火药倒入下料管中，火药通过下料管到达定位料斗，自动称药过程完成（见图1，图2）。
1.2自动称药装置的结构优化设计
（1）关键零件制作材料的选择云端同步
由于在整个自动称药过程中因物料与漏斗、楔形槽和下料管发生相对运动产生的静电会造成火药滞留和电荷积压等现象，所以要求上述零件的制作材料应该具备良好的导电性和导热性。像框架、漏斗等应优先选择黄铜或者不锈钢等材料，考虑到黄铜密度大且价格高，所以框架可选用不锈钢；下料管处于整个自动称药装置的末端，与消除静电装置距离太远，静电有可能消除不彻底，制作材料应该具有更强的导电性，可采用黄铜或合金材料。
（2）漏斗和下料管的倾角设计
根据经验，漏斗通常有圆锥形或楔形两大类，根据需要，本文采用楔形漏斗。由于本文的物料是颗粒状物品，所以在下料过程中与漏斗、管道之间产生的摩擦力会决定其下落的速度，这与漏斗和管道的倾斜角有着密切的联系
[8]
（见图3）。
假设药粒下滑的距离为L ，药粒在斜面上下滑
的加速度为a ，当初速度v =0时，就有：
f=μ·G 2=μmg cos α
（1）根据牛顿第二定律可得：G 1-f=mg sin α-μmg cos α=ma
（2）所以有：
a =sin α-μcos α()·g
（3）L =12at 2=12
sin α-μcos α()·gt 2
（4）
因为L 可以看成d cos α
，所以有：
d cos α=12at 2=12sin α-μcos α()·gt 2
（5）
其中的
t 2
=
2d
sin αos α-μcos 2α()·g
=
4d 1+μ2
√sin α1+μ2√-μ1+μ
2
√cos2α()-μ[]
·
g （6）
设tgx =μ，其中x 为药粒与漏斗或下药管斜面的摩擦角，将其代入式（6）可得：
t 2
=4d sin 2α-x ()μ2
+1√-μ[]·g
视频直播技术方案（7）式中的g 、d 、μ为常量。要使下料时间t 更短，就必须让sin 2α-x ()取最大值，正弦函数在角
度为0~90°区间为单调递增函数，所以当2α-x =90°时t 最小，此时α=45°+arctg μ2九阴真经斩虎刀鞘
。
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综上所述，要想使药粒下落速度快，摩擦力小，漏斗及下料管道的倾角应该大于45°，但是考虑到漏斗容积与下料管道口大小等因素，漏斗、下料管道的倾角设在50°~60°之间最合适。
(3)下料管道的结构优化设计
笔者将下料管道设计成锥形，采用大口进药，小口出药的结构，管内涂覆防静电涂层，管外接
图1自动称药装置
图2自动称药装置结构
1—框架；2—下料管；3—漏斗；4—楔形槽
；5—旋转气缸；6—传感器。
图3药粒在漏斗或下料管道中的受力图
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1—输料管道；2—防静电涂层；3—抖药装置；4—接地线；
5—管卡和支架；6—支撑梁。
图4下料管结构图
地，安装抖药装置定时进行抖药，防止因静电引起的药品滞留现象，达到提高称药、送药精度的目的（见图4）。
1.3自动称药装置配件选型
（1）传感器的选择
传感器作为测量元件在自动称药装置中发挥着至关重要的作用。相对于电子秤来说，高精度传感器更适于生产线上的测量，高精度传感器相对于电子秤来说，还具有测量精度高和数据采集便利的优势。根据自动称药装置的生产特性，可采用应变片式、电磁感应式或者电容式传感器进行测量[9]。应变片式传感器具有较高的性价比，但容易受湿度、安装精度和环境温度影响[10-11]；电容式称重传感器则易受分布电容的干扰和泄露电容的影响[12]
；而电磁感应式称重传感器存在成本较高、维修更换困难等缺点。综上所述，在工作环境要求严格的火工品生产环境里，高精度应变式称重传感器是最佳选择。
（2）静电测试装置的选择
因为静电产生后会发生衰减，一般测量装置测量到的静电值都是瞬时值，所以需要定期检测，以免对比误差过大。现阶段静电测量仪有接触式和非接触式，根据自动称药系统的工作特性和工作条件，可选择接触式静电测量仪。本文所采用的专业级高精度手持式静电测试仪能够测量物体表面的静电电压，显示静电大小及极性，检测静电消除器的安装距离及有效性。
（3）静电消除装置的选择
古代建筑模型
静电消除装置通过使空气发生电离，产生可以中和物品上吸附电荷的正负电荷离子对，达到消除静电的效果。常用的有无源自感应式、外接高压电源式和放射源式三种。
本文选用无源自感应式静电消除装置，它的特
点是结构较简单、成本较低且应用范围广。
2接地方式及生产环境
（1）接地方式的选择
接地法是目前为止工业生产应用中最为广泛且
效果明显的消除静电方法之一。常用的接地方法有直接接地法、间接接地法、移动式设备工具接地法和跨接法。根据自动药料称量装置的工作特性和工作环境，可以选择跨接法，将多个元件上存在的静
电集中消除。
（2）生产环境分析
在称药过程中产生的静电不仅影响称药和装药的精度，静电电荷累积还会有引燃、引爆火药的危险，
所以良好的生产环境（温度、湿度、磁场等）对于自动称药装置的安全工作是十分必要的。笔者认为可采用以下三项措施：
①采用合理的环境增湿法，使用喷雾器等设备提高生产环境湿度至70%。
②厂房内装设空调，保证生产环境温度控制在20~35℃范围内。
③运用消磁工具对生产设备本身及其附近进行定向消磁。
（3）改性涂层的选择
在自动称药装置的下料漏斗、楔形槽和下料管道内部使用改性涂层可有效消除火药运输过程中因相对运动摩擦产生的静电。工业防静电改性涂层一般采用绝缘复合材料，因为设备本身的基底多为铝、铜和不锈钢等材料，故可采用合适的高阻值环氧树脂涂层或聚氨酯复合涂层。
（4）场地及人体防静电措施
在称药过程中难免会出现易燃易爆药品散落现象，为了实现安全生产，要求厂房内必须采用防静电的地面和墙壁。聚氨酯等导电地面在实际应用中具有高性能、高稳定性的特点，满足本文生产厂房的要求。
操作人员上岗前需要进行防静电知识教育，上岗时必须穿戴含有导电纤维的防静电服、导电纤维和抗静电剂混合而成胶底的防静电鞋等[13]。
3结语
本文通过对火药自动称药装置的漏斗，下料管道的制作材料及结构的优化设计，对火药自动称药装置的基础元件合理选型，在生（下转第39页）
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因素有：
（1）钢种材质不同钢种材质的金属收缩率不同，在相同制造条件下，其疏松缩孔的机率或大小不同[2]。
（3）锭型在设计或选择锭型时，除了依据产品净重及钢锭加工利用率外，还要根据材质的凝固特性，设计适当的高径比[3]、帽口比例等，以促进夹杂物的去除，保证芯部质量。
（3）浇注温度和浇注速度浇注温度和速度影响着钢液的温度场和流场，从而影响钢锭液穴的宽度和深度[4~5]，如果凝固过程中补缩不好，就可能产生疏松缩孔。
（4）帽口保温发热剂和保温剂应与材质、锭型等相匹配，以保证凝固后期钢液的补缩。[5]
<70
（5）钢液中的杂质、气体等钢液中杂质及气体会影响钢液流场，特别是在一定的聚集状态下会与凝固前沿连接形成局部“堵塞”，进而影响钢液的补缩。 由于前期公司生产过该材质的产品都能满足客户验收标准要求，所以可以排除钢种材质及锭型两个因素。同时，在芯部缺陷断口电镜检测中未发现尺寸超标的夹杂物，也未发现夹杂物聚集现象。因此，笔者认为造成该钢锭疏松缩孔的原因是浇注温度偏高及帽口保温不够。
此外，钢锭锻造的加热制度、锻比是影响钢锭疏松缩孔锻合的重要因素。该低压转子锻件缺陷位于转子中段大直径处，两边的小直径部分都未检测出超标缺陷，据此可以进一步认为该疏松缩孔与中段部分锻比不够有关。
笔者据此提出通过控制浇注温度，在中间区段做好发热剂的存储保质措施，以减少钢锭芯部产生疏松缩孔的几率；同时保证该区段实际锻比达到工艺要求，确保产生的疏松缩孔被有效锻合。
采取以上措施后生产的十支低压转子，经超声波探伤全部合格。
3结语
经过本文分析，该低压转子芯部探伤超标缺陷为疏松孔隙，应由浇注温度偏高及帽口保温不够所致，而且后期锻造中锻比不够导致缺陷未被锻合。通过控制浇注温度，在中间区段做好发热剂的存储保质，保证实际锻比达到工艺要求等措施，最终彻底消除上述缺陷，确保同类低压转子的产品质量满足用户需要。
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收稿日期：2020-04-16
产过程中产生静电的根源进行分析并提出具体措施来有效提高火药自动称量的精度，确保火药的安全生产。本文得到的结论也可运用于火工品制造的其他生产环节。
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收稿日期：2020-10-13
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