论文部分内容阅读
【摘要】本文简要分析了在雷管生产过程中所采取的几种自动传送方式，以及在自动传送过程中常用的防殉爆安全技术措施，并比较了几种传送方式的优缺点，可供在设计雷管自动传送方式时作为参考。
【关键词】自动传送；直线执行器；隔离；防殉爆；安全防护
引言
我国是工业雷管生产大国，由于工业雷管的生产特点和管理等诸方面的原因，在生产、贮存和运输中伤亡事故时有发生。据有关资料按工业雷管生产环节统计，其安全事故发生率分别为：装配占42.0%，制药占34.0%，包装占6.0%，贮存占3.0%，运输占2.5%，销毁占9.5%，其它占3.0%[1]。工业雷管在装配生产过程中发生安全事故的频率最高，是困扰工业雷管安全生产的重大问题，而雷管装配过程中自动化传送目前未完全实现隔离生产，一旦发生安全事故将给操作者带来严重的伤害并造成一定的经济损失。所以，加强对雷管自动化传送过程中安全防护的研究是非常重要的。
随着我国近十年来科学技术经济的发展，国家一方面对民用爆破器材的需求无论从产量还是从质量方面都在逐年提升，另一方面我国民爆器材生产企业为了追求民爆产品生产的高效率和高品质，同时也新建或引进了大量的自动化生产线，同时对传统生产线也进行了大规模的自动化改造。尤其在雷管生产方面，由于雷管相对炸药来说较为敏感，工序也较为繁杂，在自动化生产线中，工序间物料在自动传输过程中安全防护就显得特别重要。此外，根据民爆产业政策的要求，需要加快淘汰落后设备与工艺以及陈旧、污染大、能耗高的生产线，加快技术进步，引进国际先进技术，按照规定的目标控制在线人数。因此，伴随民爆行业技术进步和对生产线本质安全要求的提高，实现雷管生产自动化、连续化作业是工业雷管生产的必由之路，而其中雷管生产的自动传送是实现雷管生产自动化、连续化的基础。
1.雷管殉爆及其条件
雷管在空中爆炸输出能力主要表现在三个方面：冲击波、破片和爆炸气体。对于金属壳雷管，由于其束缚作用较强，雷管爆炸后，管壳形成飞片，在空气中得到加速，达到一定距离后受空气阻力作用而逐渐衰减，实验证明这种破片可以飞得很远，且衰减很慢，不象爆炸气体压力随空间距离增大而迅速下降。因此，金属壳雷管在远距离以飞片作用为主，而近距离时起爆要素之间的作用不易区分。爆炸产物的作用可分为两部分：一部分是膨胀作用，产生对飞片的推力；另一部分是传热作用，传热时间较长，而引爆时间较短。
关于雷管等含能材料被殉爆的临界压力判据问题，Seay和Seely在1961年提出了冲击压力P必须大于临界压力Pc，含能材料才能引发。压力的量纲为F/L2=FL/L3，则临界压力表示输入单位体积内的临界能量。此判据说明输入单位体积内的能量达到某一临界值时，含能材料才会被引发[1]。
冲击波是一种脉冲式压缩波，它作用时首先是它的压缩作用。均相炸药受冲击波作用时，其冲击波阵面上一薄层炸药均匀地受热升温，当温度达到爆发点，则经一定的延滞期后发生爆炸。非均相炸药受热升温发生在局部热点上，炸药由热点扩散，然后引爆整个炸药的爆炸。通过主发雷管爆炸产生的冲击波经过一定距离衰减后作用在被发雷管上。如此时的超压仍足够大，超过被发雷管装药的临界起爆压力时，则被发雷管产生殉爆。
2.雷管自动传送的形式及特点
我国目前在雷管生产过程中通常采用群模工艺，如基础雷管装填生产线及编码生产线等，模具所承载雷管通常为50发、20发或10发；为适应这种工艺，模具的传送方式一般采用皮带传送形式或直线执行器传送形式。
2.1皮带传送方式
工业雷管（火雷管）自动化装填生产线是国家提倡发展的，其所具有的生产线人机分离、自动添加药、自动在线检测、自动剔除废品、自动安全报警、自动安全连锁是工业雷管生产的发展方向，而皮带传输是自动化雷管装填生产线必不可少的工艺过程。工业雷管是一种爆炸危险品，本身具有殉爆的特性。一旦传输皮带上某盒雷管意外爆炸或者其他工序发生爆炸，在皮带输送的雷管容易引起传爆和殉爆，造成重大恶性事故。
雷管被殉爆是由于雷管的装药受到了主发雷管爆炸发生的作用，因此采取防殉爆措施的基本思路就是弱化主发雷管爆炸产生的冲击载荷，使得被发雷管的装药接受的能量小于其临界起爆能。雷管皮带传输的防殉爆措施，就是增加皮带上雷管之间的距离，弱化主发雷管产生的冲击载荷，从而达到雷管防殉爆的目的。如果在實际生产过程中，皮带上的雷管之间距离小于殉爆安全距离， 雷管爆炸输出的冲击波 、破片和爆炸气体作用在被发雷管上，当冲击能量大于雷管装药的临界起爆能，必然导致皮带上的雷管发生殉爆。
为防止雷管在皮带上传送过程中发生殉爆，就必须对皮带的传送方式及结构进行必要的研究。皮带自动传送方式目前有两种方式（如图1所示），一种方式是皮带从雷管加工设备中心穿过，设备或工序间通过钢筋混凝土或钢甲隔离防爆（如图1.a所示）；另外一种方式是传送皮带独立于设备外侧，皮带与设备分别采用钢甲或钢筋混凝土隔离防爆，模具仅是在皮带上输送（如图1.b所示）；据有关文献报导，承载50发金属壳雷管的模具间的防殉爆安全间距最小为1米，故在考虑工艺设备布局时，应力求设备或工序间距大于等于1米[2]。另外，通过比较两种方式的实际运行效果，由于方式a对模具定位精度要求较高，且只要生产线有一台设备出现故障，将造成全线停车，故笔者认为方式b综合效果较好。
2.2直线执行器传送方式
所谓直线执行器传送方式，就是采用气动无杆气缸或电驱动（防爆）直线执行器作为工序或设备间模具的输送媒介的一种方式（如图2所示），此种方式组建的生产线不受传统的传输皮带必须是直线输送的限制，组建生产线较灵活，工序各生产设备不必“一”字排开，可以布置为折线或回转形式，各工序间同样可采取钢甲或钢筋混凝土隔离防爆。但这种传送方式受直线执行器价格高昂的限制，模具传送成本较高。
3.雷管自动传送生产线安全防护的关键点
雷管生产自动传送按照传送的物品性质大体可分为药剂输送与模具输送两种方式，一般来说，为安全起见，药剂输送宜采取少量多次的原则，而模具传送宜以模具为最小传送单元来输送，一次传送的模具应尽可能少，最好采取单模传送。 3.1针对敏感药剂
通常药剂按照规定的安全传送药量以小罐体方式盛放，由于单个罐体的质量较小（通常≤300g），故小罐体药剂的传送宜采用自动传送小车的方式远距离输送，如雷管自动装填生产线，三遍装药工序采用的DDNP自动加药小车等。
3.2针对火雷管
對于火雷管装填生产线，模具的传送通常采用皮带方式，个别短行程传送可采用气动直线无杆气缸来传送。不论采取何种方式，在自动传送过程中，雷管生产在传送时如需穿过抗爆间室、抗爆小院、抗爆门、传递窗、泄爆口、防护装甲、安全箱等时，需要考虑在通过的部位加装自动隔爆安全防护小门，且与自动线各工序保证良好的连锁、互锁控制等。
4.雷管自动生产线常用的安全防护技术措施
在雷管生产线上通常采用“放”和“抗”相结合的安全防护技术措施。所谓“放”指在采取防殉爆措施时有意识地设计一些薄弱环节形成泄压面，在爆炸发生的瞬间将大量能量释放，减少主体结构上的爆炸载荷；而所谓的“抗”指对泄压面以外的爆炸区域进行加强措施，提高其承载能力和极限变形能力，防止其在爆炸发生时和发生后丧失承载能力或整体稳定性[3]。普通金属材料具有有良好的机械、力学性能，在很小的距离内它就可以有效地衰减掉爆炸产生的冲击波以及抵抗碎片的冲击作用，其空间利用率很高。而且它导热性能又好，不至于在雷管爆炸时因产生较高的热量积累而导致较高的温升，更不可能发生燃烧，故金属材料板非常适于制作抗爆隔间。
4.1抗爆间室[4]
抗爆间室可采用钢筋混凝土或钢护板以及两者相结合的混合式结构，根据生产线工艺流程，工序存药量大的，可采用钢筋混凝土结构；工序存药量小（50g左右）的，可采用钢板结构。抗爆间可采用泄爆面向上或侧面的设计，顶部或侧面用轻质材料遮盖，具有泄爆阻力小、无反射回波的优点。
4.2防殉爆措施[4]
1）分段式传送。将传送设备设计为可独立驱动的若干段。一方面可防止局部发生事故时引起工序间殉爆，同时方便于工序间隔离措施的设计。
2）工序间动态隔离。工序间设置双侧隔离门，门的启闭由控制系统控制，各工序加工设备运行时，其两端的隔离门均置于关闭状态，直至设备加工过程运行结束。
3）在装药工序之间设置缓冲间，进一步拉大工序间距离，提高生产线的防殉爆能力。
4）控制每间抗爆间内动态存药量尽可能少，如只留一模产品（50发）等。
4.3采用自动控制的安全防护措施[4]
生产线各抗爆间室防爆门设置自动连锁系统，选用先进的信号传感装置和气动元件及信号传输系统，生产过程中能全线监控，故障自动报警，自动显示故障位置，故障显示清晰、明确，保障生产线的可靠运行。
5.设计雷管自动传送安全防护的注意事项
雷管传送在实现自动化的基础上，在设计安全防护时除了要考虑工序间隔离、自动控制、连锁、互锁、防殉爆措施等外，还应从以下几个方面着重考虑：
5.1工艺布局应尽量避免直线传送
根据爆炸冲击波的传播规律，雷管在传送过程中应尽量避免有可能产生爆炸冲击波的正面直线方向，可采取类似折线或曲线的传送方式，这样，工序间产生殉爆的可能性将大为降低。
5.2设置传送过程中的薄弱环节
在自动传送过程中可有意设置一些较脆弱的薄弱环节，将爆炸冲击波及时导出，最大限度的降低相邻工序雷管殉爆的可能性，防止事故的扩大。
5.3最大限度的减少最小生产单元的在线药量
将生产线各生产单元的在线药量控制在较低的水平，一方面可有效防止事故扩大、减少人员伤亡；另一方面一旦发生事故设备设施损失少，恢复生产较容易，可最大限度地降低事故损失。
5.4自动传送应尽可能达到较高的自动化水平
据统计，直接引起雷管生产爆炸伤害事故的可能因素中，人工操作失误占79%[5]，防止爆炸伤亡事故最有效的措施就是提高自动化操作水平，实现人机分离作业，最大限度的减少危险环境下暴露的作业人员。故实现雷管传送过程的自动化是减少伤亡事故的最根本也是最有效途径。
6.结束语
通过以上分析可知，在雷管自动传送过程中，只要采取有效地安全防殉爆措施，人员伤亡事故是完全可以避免的，且能够最大限度的减少事故损失也是完全可以做到的。
参考文献
[1]郭宝义，张华.卡口工序雷管抗殉爆性能的研究.矿业快报，2004年4月第4期
[2]侯海周，胡毅亭，卫延安.工业雷管殉爆安全距离的实验研究和分析.科技导报，2011.2
[3]赵耀辉，焦清介，臧充光，刘帅.雷管包装中防殉爆措施的分析.工业安全与环保，2006年第32卷第2期
[4]聂祥进，昌盛禄，彭文林.JL—1型基础雷管自动装填生产线介绍.民用爆破器材理论与实践.兵器工业出版社，2012.5
[5]杨祖一.防止工业雷管生产爆炸伤亡事故安全对策措施研究.民用爆破器材理论与实践 兵器工业出版社，2012.5
【关键词】自动传送；直线执行器；隔离；防殉爆；安全防护
引言
我国是工业雷管生产大国，由于工业雷管的生产特点和管理等诸方面的原因，在生产、贮存和运输中伤亡事故时有发生。据有关资料按工业雷管生产环节统计，其安全事故发生率分别为：装配占42.0%，制药占34.0%，包装占6.0%，贮存占3.0%，运输占2.5%，销毁占9.5%，其它占3.0%[1]。工业雷管在装配生产过程中发生安全事故的频率最高，是困扰工业雷管安全生产的重大问题，而雷管装配过程中自动化传送目前未完全实现隔离生产，一旦发生安全事故将给操作者带来严重的伤害并造成一定的经济损失。所以，加强对雷管自动化传送过程中安全防护的研究是非常重要的。
随着我国近十年来科学技术经济的发展，国家一方面对民用爆破器材的需求无论从产量还是从质量方面都在逐年提升，另一方面我国民爆器材生产企业为了追求民爆产品生产的高效率和高品质，同时也新建或引进了大量的自动化生产线，同时对传统生产线也进行了大规模的自动化改造。尤其在雷管生产方面，由于雷管相对炸药来说较为敏感，工序也较为繁杂，在自动化生产线中，工序间物料在自动传输过程中安全防护就显得特别重要。此外，根据民爆产业政策的要求，需要加快淘汰落后设备与工艺以及陈旧、污染大、能耗高的生产线，加快技术进步，引进国际先进技术，按照规定的目标控制在线人数。因此，伴随民爆行业技术进步和对生产线本质安全要求的提高，实现雷管生产自动化、连续化作业是工业雷管生产的必由之路，而其中雷管生产的自动传送是实现雷管生产自动化、连续化的基础。
1.雷管殉爆及其条件
雷管在空中爆炸输出能力主要表现在三个方面：冲击波、破片和爆炸气体。对于金属壳雷管，由于其束缚作用较强，雷管爆炸后，管壳形成飞片，在空气中得到加速，达到一定距离后受空气阻力作用而逐渐衰减，实验证明这种破片可以飞得很远，且衰减很慢，不象爆炸气体压力随空间距离增大而迅速下降。因此，金属壳雷管在远距离以飞片作用为主，而近距离时起爆要素之间的作用不易区分。爆炸产物的作用可分为两部分：一部分是膨胀作用，产生对飞片的推力；另一部分是传热作用，传热时间较长，而引爆时间较短。
关于雷管等含能材料被殉爆的临界压力判据问题，Seay和Seely在1961年提出了冲击压力P必须大于临界压力Pc，含能材料才能引发。压力的量纲为F/L2=FL/L3，则临界压力表示输入单位体积内的临界能量。此判据说明输入单位体积内的能量达到某一临界值时，含能材料才会被引发[1]。
冲击波是一种脉冲式压缩波，它作用时首先是它的压缩作用。均相炸药受冲击波作用时，其冲击波阵面上一薄层炸药均匀地受热升温，当温度达到爆发点，则经一定的延滞期后发生爆炸。非均相炸药受热升温发生在局部热点上，炸药由热点扩散，然后引爆整个炸药的爆炸。通过主发雷管爆炸产生的冲击波经过一定距离衰减后作用在被发雷管上。如此时的超压仍足够大，超过被发雷管装药的临界起爆压力时，则被发雷管产生殉爆。
2.雷管自动传送的形式及特点
我国目前在雷管生产过程中通常采用群模工艺，如基础雷管装填生产线及编码生产线等，模具所承载雷管通常为50发、20发或10发；为适应这种工艺，模具的传送方式一般采用皮带传送形式或直线执行器传送形式。
2.1皮带传送方式
工业雷管（火雷管）自动化装填生产线是国家提倡发展的，其所具有的生产线人机分离、自动添加药、自动在线检测、自动剔除废品、自动安全报警、自动安全连锁是工业雷管生产的发展方向，而皮带传输是自动化雷管装填生产线必不可少的工艺过程。工业雷管是一种爆炸危险品，本身具有殉爆的特性。一旦传输皮带上某盒雷管意外爆炸或者其他工序发生爆炸，在皮带输送的雷管容易引起传爆和殉爆，造成重大恶性事故。
雷管被殉爆是由于雷管的装药受到了主发雷管爆炸发生的作用，因此采取防殉爆措施的基本思路就是弱化主发雷管爆炸产生的冲击载荷，使得被发雷管的装药接受的能量小于其临界起爆能。雷管皮带传输的防殉爆措施，就是增加皮带上雷管之间的距离，弱化主发雷管产生的冲击载荷，从而达到雷管防殉爆的目的。如果在實际生产过程中，皮带上的雷管之间距离小于殉爆安全距离， 雷管爆炸输出的冲击波 、破片和爆炸气体作用在被发雷管上，当冲击能量大于雷管装药的临界起爆能，必然导致皮带上的雷管发生殉爆。
为防止雷管在皮带上传送过程中发生殉爆，就必须对皮带的传送方式及结构进行必要的研究。皮带自动传送方式目前有两种方式（如图1所示），一种方式是皮带从雷管加工设备中心穿过，设备或工序间通过钢筋混凝土或钢甲隔离防爆（如图1.a所示）；另外一种方式是传送皮带独立于设备外侧，皮带与设备分别采用钢甲或钢筋混凝土隔离防爆，模具仅是在皮带上输送（如图1.b所示）；据有关文献报导，承载50发金属壳雷管的模具间的防殉爆安全间距最小为1米，故在考虑工艺设备布局时，应力求设备或工序间距大于等于1米[2]。另外，通过比较两种方式的实际运行效果，由于方式a对模具定位精度要求较高，且只要生产线有一台设备出现故障，将造成全线停车，故笔者认为方式b综合效果较好。
2.2直线执行器传送方式
所谓直线执行器传送方式，就是采用气动无杆气缸或电驱动（防爆）直线执行器作为工序或设备间模具的输送媒介的一种方式（如图2所示），此种方式组建的生产线不受传统的传输皮带必须是直线输送的限制，组建生产线较灵活，工序各生产设备不必“一”字排开，可以布置为折线或回转形式，各工序间同样可采取钢甲或钢筋混凝土隔离防爆。但这种传送方式受直线执行器价格高昂的限制，模具传送成本较高。
3.雷管自动传送生产线安全防护的关键点
雷管生产自动传送按照传送的物品性质大体可分为药剂输送与模具输送两种方式，一般来说，为安全起见，药剂输送宜采取少量多次的原则，而模具传送宜以模具为最小传送单元来输送，一次传送的模具应尽可能少，最好采取单模传送。 3.1针对敏感药剂
通常药剂按照规定的安全传送药量以小罐体方式盛放，由于单个罐体的质量较小（通常≤300g），故小罐体药剂的传送宜采用自动传送小车的方式远距离输送，如雷管自动装填生产线，三遍装药工序采用的DDNP自动加药小车等。
3.2针对火雷管
對于火雷管装填生产线，模具的传送通常采用皮带方式，个别短行程传送可采用气动直线无杆气缸来传送。不论采取何种方式，在自动传送过程中，雷管生产在传送时如需穿过抗爆间室、抗爆小院、抗爆门、传递窗、泄爆口、防护装甲、安全箱等时，需要考虑在通过的部位加装自动隔爆安全防护小门，且与自动线各工序保证良好的连锁、互锁控制等。
4.雷管自动生产线常用的安全防护技术措施
在雷管生产线上通常采用“放”和“抗”相结合的安全防护技术措施。所谓“放”指在采取防殉爆措施时有意识地设计一些薄弱环节形成泄压面，在爆炸发生的瞬间将大量能量释放，减少主体结构上的爆炸载荷；而所谓的“抗”指对泄压面以外的爆炸区域进行加强措施，提高其承载能力和极限变形能力，防止其在爆炸发生时和发生后丧失承载能力或整体稳定性[3]。普通金属材料具有有良好的机械、力学性能，在很小的距离内它就可以有效地衰减掉爆炸产生的冲击波以及抵抗碎片的冲击作用，其空间利用率很高。而且它导热性能又好，不至于在雷管爆炸时因产生较高的热量积累而导致较高的温升，更不可能发生燃烧，故金属材料板非常适于制作抗爆隔间。
4.1抗爆间室[4]
抗爆间室可采用钢筋混凝土或钢护板以及两者相结合的混合式结构，根据生产线工艺流程，工序存药量大的，可采用钢筋混凝土结构；工序存药量小（50g左右）的，可采用钢板结构。抗爆间可采用泄爆面向上或侧面的设计，顶部或侧面用轻质材料遮盖，具有泄爆阻力小、无反射回波的优点。
4.2防殉爆措施[4]
1）分段式传送。将传送设备设计为可独立驱动的若干段。一方面可防止局部发生事故时引起工序间殉爆，同时方便于工序间隔离措施的设计。
2）工序间动态隔离。工序间设置双侧隔离门，门的启闭由控制系统控制，各工序加工设备运行时，其两端的隔离门均置于关闭状态，直至设备加工过程运行结束。
3）在装药工序之间设置缓冲间，进一步拉大工序间距离，提高生产线的防殉爆能力。
4）控制每间抗爆间内动态存药量尽可能少，如只留一模产品（50发）等。
4.3采用自动控制的安全防护措施[4]
生产线各抗爆间室防爆门设置自动连锁系统，选用先进的信号传感装置和气动元件及信号传输系统，生产过程中能全线监控，故障自动报警，自动显示故障位置，故障显示清晰、明确，保障生产线的可靠运行。
5.设计雷管自动传送安全防护的注意事项
雷管传送在实现自动化的基础上，在设计安全防护时除了要考虑工序间隔离、自动控制、连锁、互锁、防殉爆措施等外，还应从以下几个方面着重考虑：
5.1工艺布局应尽量避免直线传送
根据爆炸冲击波的传播规律，雷管在传送过程中应尽量避免有可能产生爆炸冲击波的正面直线方向，可采取类似折线或曲线的传送方式，这样，工序间产生殉爆的可能性将大为降低。
5.2设置传送过程中的薄弱环节
在自动传送过程中可有意设置一些较脆弱的薄弱环节，将爆炸冲击波及时导出，最大限度的降低相邻工序雷管殉爆的可能性，防止事故的扩大。
5.3最大限度的减少最小生产单元的在线药量
将生产线各生产单元的在线药量控制在较低的水平，一方面可有效防止事故扩大、减少人员伤亡；另一方面一旦发生事故设备设施损失少，恢复生产较容易，可最大限度地降低事故损失。
5.4自动传送应尽可能达到较高的自动化水平
据统计，直接引起雷管生产爆炸伤害事故的可能因素中，人工操作失误占79%[5]，防止爆炸伤亡事故最有效的措施就是提高自动化操作水平，实现人机分离作业，最大限度的减少危险环境下暴露的作业人员。故实现雷管传送过程的自动化是减少伤亡事故的最根本也是最有效途径。
6.结束语
通过以上分析可知，在雷管自动传送过程中，只要采取有效地安全防殉爆措施，人员伤亡事故是完全可以避免的，且能够最大限度的减少事故损失也是完全可以做到的。
参考文献
[1]郭宝义，张华.卡口工序雷管抗殉爆性能的研究.矿业快报，2004年4月第4期
[2]侯海周，胡毅亭，卫延安.工业雷管殉爆安全距离的实验研究和分析.科技导报，2011.2
[3]赵耀辉，焦清介，臧充光，刘帅.雷管包装中防殉爆措施的分析.工业安全与环保，2006年第32卷第2期
[4]聂祥进，昌盛禄，彭文林.JL—1型基础雷管自动装填生产线介绍.民用爆破器材理论与实践.兵器工业出版社，2012.5
[5]杨祖一.防止工业雷管生产爆炸伤亡事故安全对策措施研究.民用爆破器材理论与实践 兵器工业出版社，2012.5