環(huán)境條件是影響冷熱沖擊試驗設備質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵因素。對于在空氣溫度變化迅速的環(huán)境中使用的冷熱沖擊試驗設備，環(huán)境的影響是必須考慮的因素。這種環(huán)境會給設冷熱沖擊試驗備帶來各種典型的環(huán)境影響，如零部件變形或斷裂、絕緣保護失效、運動部件的夾緊或松弛、電氣和電子元件的變化、快速凝結(jié)或結(jié)霜引起的電子或機械故障。冷熱沖擊試驗設備能否在環(huán)境下正常工作，直接反映了試驗設備對這種環(huán)境的適應性。

根據(jù)相關(guān)的溫度沖擊試驗標準，對可能部署在空氣溫度快速變化環(huán)境中的冷熱沖擊試驗設備進行溫度沖擊試驗。試驗設備必須有能力在更換試樣后5分鐘內(nèi)重新穩(wěn)定試驗條件。試驗轉(zhuǎn)換時間為1min，試樣周圍空氣使用不超過1.7 m/s。

如何搭建冷熱沖擊試驗設備?試驗設備采用什么測試模式?試驗設備采用什么樣的冷卻方法?如何確定試驗設備的制冷量和制熱量，是試驗設備工作前要解決的主要問題。

1.試驗方案的確定

冷熱沖擊試驗設備的結(jié)構(gòu)通常有三種:單箱式、垂直升降式和臥式兩箱式。與上述三種形式相比，單箱式制冷制熱能力大，可行性差，實際應用比較少;垂直升降式通過內(nèi)部升降的轉(zhuǎn)換，避免了外部環(huán)境的影響。但由于升降裝置本身是熱負載，會消耗冷量或熱量，故此方法一般適用于小型試驗箱。對于中、大型試驗箱，由于起重裝置太重，這種方法不適用;臥式兩箱式通過兩箱之間的相互轉(zhuǎn)換，減少了箱的負荷，從而減少了設備的制冷量和發(fā)熱量。但是需要水平移動裝置，會受到外部環(huán)境的影響。因此，測試方法的選擇應根據(jù)具體情況進行分析。對于小型設備，垂直升降方式可節(jié)省一室，可節(jié)省成本;對于中大型試驗設備，只要方案合理可行，能夠滿足國家標準的要求，臥式兩箱試驗方案是較好的選擇。

2.設備組成及結(jié)構(gòu)

2.1設備組成

冷熱沖擊試驗設備由低溫箱、高溫箱、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等設備組成。低溫箱為溫度沖擊試驗提供低溫平臺，也可獨立進行低溫試驗;高溫箱為溫度沖擊試驗提供高溫平臺，也可進行高溫試驗;所述制冷系統(tǒng)為所述低溫箱提供低溫環(huán)境;加熱系統(tǒng)為高溫箱提供高溫環(huán)境;控制系統(tǒng)完成對設備和試驗過程的控制和測量。

2.2設備結(jié)構(gòu)

為了滿足溫度沖擊試驗的要求，需要對腔體結(jié)構(gòu)和氣流方式進行精心設計。低溫箱的結(jié)構(gòu)應滿足設備從常溫到所需的低溫和溫度沖擊過程中快速冷卻的要求，保證箱內(nèi)氣流和溫度的均勻性;高溫箱的結(jié)構(gòu)應滿足設備在溫度沖擊過程中從常溫加熱到所需的高溫和方便快速加熱的要求，并保證箱內(nèi)氣流和溫度的均勻性。

配風方式是設備設計中的一個重要環(huán)節(jié)。常用的送風方式有上側(cè)送風下側(cè)回風和全孔頂送風下側(cè)回風。由于整體孔板送風方式具有氣流快速混合好、氣流均勻平行擴散、溫差和風速衰減快等優(yōu)點，使得工作區(qū)內(nèi)的溫度和風速分布更加均勻。因此低溫箱和高溫箱的空氣循環(huán)方式均采用全孔板送風下側(cè)回風方式。空氣循環(huán)過程是:風扇吸入箱內(nèi)的氣流與制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷空氣或加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的熱風混合，然后沿循環(huán)風道進入穩(wěn)壓層，使氣流均勻加壓，然后送入箱內(nèi)。低溫箱和高溫箱采用鋼框架圍護結(jié)構(gòu)，設有保溫層。在離頂壁一定高度處安裝全尺寸孔板。全尺寸孔板和頂壁形成穩(wěn)定的壓力層。所述腔室的前端為閘板，腔室的后端設有循環(huán)風道和循環(huán)風扇。

3.制冷和加熱過程的確定

目前低溫箱的制冷方式通常是蒸汽壓縮機制冷或空氣制冷?？諝庵评渑c蒸汽壓縮機制冷相比具有以下優(yōu)點:低溫制冷系數(shù)高，易于獲得較低的溫度，溫度調(diào)節(jié)范圍廣;對設備泄漏不敏感。漏風量小，對制冷性能影響小，制冷性能相對穩(wěn)定;制冷劑為空氣，對環(huán)境無任何危害:運行可靠，操作簡單，維護方便，運行成本低。對于大型冷熱沖擊試驗設備，要求溫度變化速度快，風冷是較好的選擇。

正壓增壓制冷方式采用渦輪膨脹機進行二次壓縮。提高渦輪的膨脹比，增加渦輪溫降，提高冷卻能力。由于正壓升壓制冷方式具有制冷系數(shù)高、調(diào)節(jié)性能好、制冷性能穩(wěn)定、啟停和調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定、安裝功率少、運行能耗少、設備投資少等優(yōu)點，系統(tǒng)采用正壓升壓制冷系統(tǒng)?？諝庵评湎到y(tǒng)分為氣源和制冷兩部分。氣源部分包括空壓機組、后冷卻器、干燥塔、水分離器等;制冷部分包括渦輪機組、冷卻器、水冷卻器、過濾器等。高溫箱采用電加熱器加熱;采用可控硅調(diào)節(jié)器對電加熱器進行調(diào)節(jié)和控制，實現(xiàn)加熱量的無級調(diào)節(jié)。

4.結(jié)論

通過風冷方式和吊籃式移動裝置，實現(xiàn)了5min內(nèi)溫度快速恢復和兩箱間1min內(nèi)試件快速移動的指標要求。采用兩箱式方案，降低了設備的制冷量和發(fā)熱量。兩箱式冷熱沖擊試驗設備的研制成功，對同類大中型冷熱沖擊試驗設備的研制和溫度沖擊試驗具有一定的參考意義。