兩廂法沖擊試驗箱吊籃移動裝置設計

徐文貫,馬軍

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所， 廣東 廣州 510610）

Design of Basket Transfer Device of Low and High Tem perature Shock Test Chamber

兩廂法沖擊試驗箱吊籃移動裝置設計

徐文貫,馬軍

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所， 廣東 廣州 510610）

兩廂法沖擊試驗箱能模擬高溫與低溫之間的瞬間變化環(huán)境，用于確定裝備在經(jīng)受周圍大氣溫度的急劇變化時，是否產(chǎn)生物理損壞或性能下降。在進行沖擊試驗時，只需通過吊籃將測試件移動至相應的工作室即可。主要介紹了吊籃移動裝置設計，采用氣動裝置作為動力源，可以滿足溫度沖擊試驗測試件自動轉換工作室的需求。

吊籃移動裝置；兩廂法；冷熱沖擊；動力源；轉換時間

0 引言

兩廂法沖擊試驗箱的應用范圍越來越廣，是航空、汽車、家電和科研等領域必備的測試設備，考核和確定檢測儀器、機械、電工和電子產(chǎn)品整機，以及零部件等在進行高低溫沖擊試驗后的參數(shù)及性能， 適用于飛機飛行暴露、 空運-沙漠暴露和陸運或空運-寒冷暴露[1-2]等環(huán)境。 兩廂法沖擊試驗箱沖擊工作時，只需通過吊籃將測試件移動至相應的工作室即可， 這種結構最大限度地減小了冷熱沖擊時的熱負荷，縮短了溫度恢復時間，也是最可靠、節(jié)能的一種冷熱沖擊方式，消除了因外部空氣進入而導致的結霜問題，憑借保持穩(wěn)定環(huán)境的機構實現(xiàn)了長時間無除霜運轉。冷熱沖擊試驗方法若在兩臺試驗設備上進行，難以避免環(huán)境氣候對試驗樣品的影響，以及由于移動而損壞樣品，而且試驗工作量大，影響試驗結果的重復性、再現(xiàn)性和準確性。為了保證試驗的穩(wěn)定性，必須有一套良好的吊籃移動裝置。下面就對吊籃移動裝置的工作原理進行闡述，并對各組成部件進行深入的分析。

1 吊籃移動裝置的工作原理

1.1 工作原理

圖1是吊籃移動裝置的原理示意圖。兩廂法沖擊試驗箱的上部是高溫試驗區(qū)，下部是低溫試驗區(qū)，試驗樣品裝在吊籃上，由氣缸控制上下移動。當進行高溫試驗時，通過氣源三聯(lián)件調好氣壓后，三位五通電磁閥接通，氣缸軸向下移動，帶動吊籃向上移動，利用氣缸的拉力使吊籃的下部與箱體隔板壓緊，達到密封效果。當進行低溫試驗時，三位五通電磁閥換向，氣缸軸向上移動，吊籃由重力向下降落，利用吊籃的重力與箱體隔板壓緊，達到密封的效果。氣缸上部帶有感應器，感應器可以感應到氣缸里面活塞的位置，從而調節(jié)感應器的位置，就可以調節(jié)氣缸軸的伸出距離，也就可以調整吊籃向下移動時壓在箱體隔板上的壓力，并可以防止鋼絲繩松動。

圖1 吊籃移動裝置原理圖

1.2 與其他技術方案的對比

常規(guī)的兩廂法沖擊試驗箱吊籃移動裝置，氣缸安裝在吊籃底下的高溫槽或低溫槽內，氣缸軸與吊籃底板通過接頭連接，吊籃密封裝置安裝在上下板的側面，由氣缸直接來驅動吊籃上下移動。當氣缸軸向下移動到指定位置時，吊籃上板的側面密封裝置與高低溫槽隔板壓緊形成密封；當氣缸軸向上移動到指定位置時，吊籃下板的側面密封裝置與高低溫槽隔板壓緊形成密封。常規(guī)的兩廂法沖擊試驗箱直接采用氣缸來驅動吊籃上下移動，氣缸必須安裝在吊籃底下，吊籃底下可能是高溫環(huán)境或低溫環(huán)境，對氣缸的性能要求較高，氣缸的安裝維護較難；吊籃密封裝置安裝在側面，密封效果較差，拆裝較難。

本文設計的兩廂法沖擊試驗箱吊籃移動裝置由氣缸驅動， 采用汽缸、鋼絲繩和滾輪的配合來拉動吊籃進行溫度沖擊試驗。氣缸裝在高低溫區(qū)的外面，通過鋼絲繩與吊籃連接，只需選擇通用的氣缸就能實現(xiàn)驅動，氣缸的安裝更換極為方便；吊籃的上下封板裝有硅膠密封條，硅膠密封條通過拉鉚釘后涂密封膠固定，密封性能好，安裝維護方便。

2 詳細設計

兩廂法沖擊試驗箱吊籃移動裝置主要由驅動裝置、密封裝置、樣品架組件等部件組成，各部件的合理組合，構成一套良好的移動裝置。從一個工作室轉換到另一個工作室的轉換時間小于 10 s[3]。

2.1 驅動裝置

驅動裝置是由氣缸、滾輪、鋼絲繩、氣源三聯(lián)件、三位五通電磁閥和一些氣動配件組成。利用氣源三聯(lián)件調節(jié)好氣壓后，通過三位五通電磁閥控制氣缸上下移動，氣缸頂端與鋼絲繩連接，鋼絲繩另一端通過滾輪與吊籃頂上固定，各部件的合理組合，形成了一套驅動裝置。驅動裝置的結構圖如圖2所示。

圖2 驅動裝置的結構圖

a）動力源的選擇

吊籃在高、低溫區(qū)的移動都是選擇氣缸作為動力源， 采用汽缸來拉動吊籃進行溫度沖擊試驗時，避免了常規(guī)電機的拉升而引起行程開關故障，箱體拉變形的弊端。

b）氣缸的選定方法

根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。

下面是氣缸理論出力的計算公式：

F——氣缸理論輸出力 （kgf）；

F'——效率為 85%時的輸出力 （kgf）-- （F'= F×85%）；

d——氣缸缸徑 （mm）；

p——工作壓力 （kgf/cm2）。

通常在工程中確定輸出力的大小時，可直接查閱經(jīng)驗圖，如圖3所示。

圖3 氣缸輸出力圖

2.2 頂部密封裝置

頂部密封裝置作為吊籃頂部的密封，當?shù)趸@向下移動時，利用吊籃本身的重力與箱體隔板形成密封。硅膠密封條裝在最底下，通過拉鉚釘后涂密封膠固定；頂部組件里面填充了玻璃纖維保溫棉，起到隔熱的作用；頂部對角上裝有限位塊，保證吊籃上下移動時不會出現(xiàn)晃動現(xiàn)象。頂部密封裝置安裝在高溫室內，高溫會改變裝備所用材料的物理性能或尺寸[4]，所以頂部密封裝置所用的材料必須滿足高溫環(huán)境的使用要求。頂部密封裝置的結構圖如圖4所示。

圖4 頂部密封裝置結構

2.3 底部密封裝置

底部密封裝置作為吊籃底部的密封，通過氣缸的拉力與箱體隔板形成密封。底部密封裝置的組成和頂部密封裝置相同。底部密封裝置安裝在低溫室內，低溫幾乎對所有的基體材料都有不利的影響[5]，所以底部密封裝置所用的材料必須滿足低溫環(huán)境的使用要求。底部密封裝置的結構圖如圖5所示。

圖5 底部密封裝置結構圖

2.4 樣品架組件

樣品架組件是由樣品架、立柱、導軌組成。立柱把頂部密封裝置和底部密封裝置連成一體，導軌掛在立柱上，上下位置可以調節(jié)，樣品架放在導軌上。做試驗時把試驗樣品放到樣品架上，根據(jù)需要可以調節(jié)導軌的高度。樣品架組件的結構圖如圖6所示。

圖6 樣品架組件結構圖

3 結束語

本文設計的兩廂法沖擊試驗箱吊籃移動裝置實現(xiàn)了樣品的自動移動，提供了一個穩(wěn)定的試驗空間。吊籃移動裝置的配件少，安裝維護方便，密封性好，構造成本低。經(jīng)長期使用后，驅動裝置和密封裝置的性能依然良好，為設備的維護、維修節(jié)省了大量的成本。本文設計的兩廂法沖擊試驗箱吊籃移動裝置為上下移動式，此裝置也適用于左右移動的吊籃，可以滿足各行業(yè)不同等級的溫度沖擊試驗要求。

[1]GJB 150.5A-2009，軍 用 裝 備 實 驗 室 環(huán) 境 試 驗 方 法 第 5部分： 溫度沖擊試驗 [S].

[2]GJB 150.5-1986，軍用設備環(huán)境試驗方法 溫 度沖擊試驗[S].

[3]GB-T 2423.22 2002，電 工電 子產(chǎn) 品 環(huán)境 試驗 第 2 部 分：試驗方法 試 驗 N ： 溫度變化 [S].

[4]GJB 150.3A-2009，軍 用 裝 備 實 驗 室 環(huán) 境 試 驗 方 法 第 3部分： 高溫試驗 [S].

[5]GJB 150.4A-2009，軍 用 裝 備 實 驗 室 環(huán) 境 試 驗 方 法 第 4部分： 代溫試驗 [S].

美用超材料設計首個使光彎曲的計算器

提起超材料，首先映入我們腦海中的就是 “哈利波特式的隱身斗篷”，但科學家們可謂是世界上最能物盡其用的一群人。這不，美國科學家最近就模擬出了超材料計算器，有望被用來執(zhí)行復雜的數(shù)學運算，從而快速地處理圖形和圖像。相關研究發(fā)表在近期出版的 《科學》 雜志上。

超材料是具有奇異光學性能的人工復合材料，它能夠彎曲、散射、傳輸電磁輻射，甚至讓電磁輻射以特定的路徑傳播，而自然材料完全無法做到這些。從原理上來說，超材料通過讓光線在遇到物體時 “繞道而走” 的原理，從而使物體不可見。 最近幾年，隨著科學家們在超材料領域的研究不斷地取得突破，各式各樣、能對光進行操控的工具也層出不窮。

賓夕法尼亞大學教授納德·恩赫塔和同事并不滿足于用超材料來制造 “隱形斗篷”，他們決定利用已經(jīng)過時的模擬計算理念，為超材料找到其他新用途。

目前的數(shù)字計算機建立在電子開關的開和關的基礎上，但其 “前輩” ——模擬計算機則是基于不同的電子或力學屬性來工作的。對數(shù)計算尺就是一個例證，它是一個模擬計算機，在上世紀 70年代前使用廣泛，之后被電子計算器取代，成為過時技術。

模擬計算機的精度囿于當時所用材料的限制，例如：任何在計算時需要移動的零件都受制于其能做得多小。但超材料主要依靠光來工作，因此沒有這種限制。恩赫塔團隊模擬了一種擁有求導和積分等計算功能的超材料 （由硅和摻雜鋁的氧化鋅精確地逐層交替組成），以及其他基本的超材料工具。

這種超材料計算機之所以能夠工作，是因為光波可以在空間中畫出數(shù)學曲線。在計算中，求導描述的是曲線在不同點的斜率；而積分則表示的是這些曲線所包圍的面積，該模擬計算機通過改變光波的輪廓來執(zhí)行這些數(shù)學計算。例如：如果朝超材料照射一束光 （描述 y=x2 這樣的拋物線）計算求導，那么另一邊出來的光的輪廓描述的就是可用 y=2x描述的一條直線。

接下來，他們計劃制造出這種超材料，以進一步地測試這一概念。如果其能工作，那么從理論上而言，其能被整合進相機透鏡內以執(zhí)行包括模式識別等在內的圖像處理任務。目前這種任務由一塊普通的計算芯片對像素進行逐個檢測來完成，但由超材料制成的模擬計算機則能即刻處理完整圖像。

“最新實驗為超材料開辟了新的研究方向?！?英國帝國理工學院的約翰·彭德瑞表示， “除此之外，這種設備也能用來執(zhí)行其他計算?！?/p>

（摘自科學中國-中國網(wǎng)）

XUWen-guan， MA Jun
（CEPREI， Guangzhou 510610， China）

A low&high temperature shock test chamber can simulate the environment of instantaneous change between high and low temperature.The test chamber can be used to determine whether physical damage or performance degradation occur to the equipment during the drastic changes in temperature of the surrounding atmosphere.For the shock test， the devices under test can be transferred to the corresponding rooms by the hanging basket.In this paper， the design of the basket transfer device is described， using pneumatic devices as the power source to meet the requirementof automatic transfer of tested devices between rooms.

basket transfer device； two-box style； high and low temperature shock； transfer time

TH 873.4

:B

:1672-5468（2014）01-0060-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.01.014

Design of Basket Transfer Device of Low and High Tem perature Shock Test Chamber

2013-05-13

徐文貫（1985-）， 男， 廣東陽江人， 工業(yè)和信息化部電子第五研究所賽寶環(huán)境試驗設備中心、 廣州賽寶儀器設備有限公司工程師，主要從事環(huán)境試驗設備的設計工作。