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(yàn)箱吊籃移動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

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(yàn)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(shí)，是否產(chǎn)生物理?yè)p壞或性能下降。在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，只需通過(guò)吊籃將測(cè)試件移動(dòng)至相應(yīng)的工作室即可。主要介紹了吊籃移動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，采用氣動(dòng)裝置作為動(dòng)力源，可以滿足溫度沖擊試驗(yàn)測(cè)試件自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作室的需求。

吊籃移動(dòng)裝置；兩廂法；冷熱沖擊；動(dòng)力源；轉(zhuǎn)換時(shí)間

0 引言

兩廂法沖擊試驗(yàn)箱的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，是航空、汽車、家電和科研等領(lǐng)域必備的測(cè)試設(shè)備，考核和確定檢測(cè)儀器、機(jī)械、電工和電子產(chǎn)品整機(jī)，以及零部件等在進(jìn)行高低溫沖擊試驗(yàn)后的參數(shù)及性能， 適用于飛機(jī)飛行暴露、 空運(yùn)-沙漠暴露和陸運(yùn)或空運(yùn)-寒冷暴露[1-2]等環(huán)境。 兩廂法沖擊試驗(yàn)箱沖擊工作時(shí)，只需通過(guò)吊籃將測(cè)試件移動(dòng)至相應(yīng)的工作室即可， 這種結(jié)構(gòu)最大限度地減小了冷熱沖擊時(shí)的熱負(fù)荷，縮短了溫度恢復(fù)時(shí)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(jìn)入而導(dǎo)致的結(jié)霜問題，憑借保持穩(wěn)定環(huán)境的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間無(wú)除霜運(yùn)轉(zhuǎn)。冷熱沖擊試驗(yàn)方法若在兩臺(tái)試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行，難以避免環(huán)境氣候?qū)υ囼?yàn)樣品的影響，以及由于移動(dòng)而損壞樣品，而且試驗(yàn)工作量大，影響試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性、再現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。為了保證試驗(yàn)的穩(wěn)定性，必須有一套良好的吊籃移動(dòng)裝置。下面就對(duì)吊籃移動(dòng)裝置的工作原理進(jìn)行闡述，并對(duì)各組成部件進(jìn)行深入的分析。

1 吊籃移動(dòng)裝置的工作原理

1.1 工作原理

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

圖1 吊籃移動(dòng)裝置原理圖

1.2 與其他技術(shù)方案的對(duì)比

常規(guī)的兩廂法沖擊試驗(yàn)箱吊籃移動(dòng)裝置，氣缸安裝在吊籃底下的高溫槽或低溫槽內(nèi)，氣缸軸與吊籃底板通過(guò)接頭連接，吊籃密封裝置安裝在上下板的側(cè)面，由氣缸直接來(lái)驅(qū)動(dòng)吊籃上下移動(dòng)。當(dāng)氣缸軸向下移動(dòng)到指定位置時(shí)，吊籃上板的側(cè)面密封裝置與高低溫槽隔板壓緊形成密封；當(dāng)氣缸軸向上移動(dòng)到指定位置時(shí)，吊籃下板的側(cè)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(yàn)箱直接采用氣缸來(lái)驅(qū)動(dòng)吊籃上下移動(dòng)，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(duì)氣缸的性能要求較高，氣缸的安裝維護(hù)較難；吊籃密封裝置安裝在側(cè)面，密封效果較差，拆裝較難。

本文設(shè)計(jì)的兩廂法沖擊試驗(yàn)箱吊籃移動(dòng)裝置由氣缸驅(qū)動(dòng)， 采用汽缸、鋼絲繩和滾輪的配合來(lái)拉動(dòng)吊籃進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)。氣缸裝在高低溫區(qū)的外面，通過(guò)鋼絲繩與吊籃連接，只需選擇通用的氣缸就能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，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(guò)拉鉚釘后涂密封膠固定，密封性能好，安裝維護(hù)方便。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

兩廂法沖擊試驗(yàn)箱吊籃移動(dòng)裝置主要由驅(qū)動(dòng)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(gòu)成一套良好的移動(dòng)裝置。從一個(gè)工作室轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工作室的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 10 s[3]。

2.1 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)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(dòng)配件組成。利用氣源三聯(lián)件調(diào)節(jié)好氣壓后，通過(guò)三位五通電磁閥控制氣缸上下移動(dòng)，氣缸頂端與鋼絲繩連接，鋼絲繩另一端通過(guò)滾輪與吊籃頂上固定，各部件的合理組合，形成了一套驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖

a）動(dòng)力源的選擇

吊籃在高、低溫區(qū)的移動(dòng)都是選擇氣缸作為動(dòng)力源， 采用汽缸來(lái)拉動(dòng)吊籃進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)時(shí)，避免了常規(guī)電機(jī)的拉升而引起行程開關(guān)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(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)應(yīng)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(guò)大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。

下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式：

F——?dú)飧桌碚撦敵隽?（kgf）；

F'——效率為 85%時(shí)的輸出力 （kgf）-- （F'= F×85%）；

d——?dú)飧赘讖?（mm）；

p——工作壓力 （kgf/cm2）。

通常在工程中確定輸出力的大小時(shí)，可直接查閱經(jīng)驗(yàn)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(dāng)?shù)趸@向下移動(dòng)時(shí)，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(guò)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(duì)角上裝有限位塊，保證吊籃上下移動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象。頂部密封裝置安裝在高溫室內(nèi)，高溫會(huì)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(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 頂部密封裝置結(jié)構(gòu)

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(guò)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(nèi)，低溫幾乎對(duì)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(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 底部密封裝置結(jié)構(gòu)圖

2.4 樣品架組件

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

圖6 樣品架組件結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的兩廂法沖擊試驗(yàn)箱吊籃移動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了樣品的自動(dòng)移動(dòng)，提供了一個(gè)穩(wěn)定的試驗(yàn)空間。吊籃移動(dòng)裝置的配件少，安裝維護(hù)方便，密封性好，構(gòu)造成本低。經(jīng)長(zhǎng)期使用后，驅(qū)動(dòng)裝置和密封裝置的性能依然良好，為設(shè)備的維護(hù)、維修節(jié)省了大量的成本。本文設(shè)計(jì)的兩廂法沖擊試驗(yàn)箱吊籃移動(dòng)裝置為上下移動(dòng)式，此裝置也適用于左右移動(dòng)的吊籃，可以滿足各行業(yè)不同等級(jí)的溫度沖擊試驗(yàn)要求。

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

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

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

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

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

美用超材料設(shè)計(jì)首個(gè)使光彎曲的計(jì)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(xué)家們可謂是世界上最能物盡其用的一群人。這不，美國(guó)科學(xué)家最近就模擬出了超材料計(jì)算器，有望被用來(lái)執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，從而快速地處理圖形和圖像。相關(guān)研究發(fā)表在近期出版的 《科學(xué)》 雜志上。

超材料是具有奇異光學(xué)性能的人工復(fù)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(wú)法做到這些。從原理上來(lái)說(shuō)，超材料通過(guò)讓光線在遇到物體時(shí) “繞道而走” 的原理，從而使物體不可見。 最近幾年，隨著科學(xué)家們?cè)诔牧项I(lǐng)域的研究不斷地取得突破，各式各樣、能對(duì)光進(jìn)行操控的工具也層出不窮。

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

目前的數(shù)字計(jì)算機(jī)建立在電子開關(guān)的開和關(guān)的基礎(chǔ)上，但其 “前輩” ——模擬計(jì)算機(jī)則是基于不同的電子或力學(xué)屬性來(lái)工作的。對(duì)數(shù)計(jì)算尺就是一個(gè)例證，它是一個(gè)模擬計(jì)算機(jī)，在上世紀(jì) 70年代前使用廣泛，之后被電子計(jì)算器取代，成為過(guò)時(shí)技術(shù)。

模擬計(jì)算機(jī)的精度囿于當(dāng)時(shí)所用材料的限制，例如：任何在計(jì)算時(shí)需要移動(dòng)的零件都受制于其能做得多小。但超材料主要依靠光來(lái)工作，因此沒有這種限制。恩赫塔團(tuán)隊(duì)模擬了一種擁有求導(dǎo)和積分等計(jì)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(jì)算機(jī)之所以能夠工作，是因?yàn)楣獠梢栽诳臻g中畫出數(shù)學(xué)曲線。在計(jì)算中，求導(dǎo)描述的是曲線在不同點(diǎn)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(jì)算機(jī)通過(guò)改變光波的輪廓來(lái)執(zhí)行這些數(shù)學(xué)計(jì)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(jì)算求導(dǎo)，那么另一邊出來(lái)的光的輪廓描述的就是可用 y=2x描述的一條直線。

接下來(lái)，他們計(jì)劃制造出這種超材料，以進(jìn)一步地測(cè)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(jìn)相機(jī)透鏡內(nèi)以執(zhí)行包括模式識(shí)別等在內(nèi)的圖像處理任務(wù)。目前這種任務(wù)由一塊普通的計(jì)算芯片對(duì)像素進(jìn)行逐個(gè)檢測(cè)來(lái)完成，但由超材料制成的模擬計(jì)算機(jī)則能即刻處理完整圖像。

“最新實(shí)驗(yàn)為超材料開辟了新的研究方向?！?英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院的約翰·彭德瑞表示， “除此之外，這種設(shè)備也能用來(lái)執(zhí)行其他計(jì)算。”

（摘自科學(xué)中國(guó)-中國(guó)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(yáng)江人， 工業(yè)和信息化部電子第五研究所賽寶環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備中心、 廣州賽寶儀器設(shè)備有限公司工程師，主要從事環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。