機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、機柜設(shè)計2.1 影響機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素機柜是電氣控制設(shè)備不可缺少的組成部分， 是電氣控制設(shè)備的 載體'。機柜既要滿足各 電氣單元的組合功能條件 （安全的要求，檢修性能，形式的統(tǒng)一，組合的標準，功能的分配， 外形美觀等 ）,還要滿足柜體本身要求 （如堅固可靠 ,美觀 ,調(diào)整容易 ,符號規(guī)范 ,制造的適用性以 及針對特殊場合的特殊設(shè)計等 ）。機柜設(shè)計應(yīng)在滿足成套電氣產(chǎn)品使用功能要求的前提下，同時滿足結(jié)構(gòu)工藝性要求，即 機柜的總體及其零部件制造的可行性及經(jīng)濟性要求， 以及滿足電器裝配的工藝性和運行中的 可維修性要求。由于長期以來缺乏系統(tǒng)設(shè)計 ,人機工程學(xué)設(shè)計思想 ,重電氣設(shè)計而忽略結(jié)構(gòu)設(shè)計

2、,重主機而 輕視附件 ,我國機柜在外觀 ,整體布局 ,色彩 ,加工精度及互換性 ,配套性等方面與發(fā)達國家有一 定的差距 ,尤其在專利技術(shù)方面 ,我們?nèi)匀皇苤朴诠I(yè)發(fā)達國家 ,以至于外商企業(yè)占有了我國 高端機柜市場的較大份額，機柜結(jié)構(gòu)本身發(fā)展形成的各種形式，不同的組件，不同電壓等級，不同使用場合，加工 設(shè)備的發(fā)展， 不同生產(chǎn)廠家的自身條件等都決定了控制柜的制造受到甚多因素影響。 由于機 柜結(jié)構(gòu)要求不一， 以及各個企業(yè)加工手段不同， 它們的制造工藝就不能強求完全一致， 但制 造中也存在帶普遍意義的較關(guān)鍵的工藝特點， 現(xiàn)將這些特點結(jié)合柜體結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計進行介 紹。2.1.1 機柜的結(jié)構(gòu)及基本類型2.

3、1.1.1 機柜的基本結(jié)構(gòu)模式1. 基本結(jié)構(gòu)模式通過長期的實踐，電氣控制設(shè)備的殼體逐步形成了盒,箱 ,柜（包括屏 ），臺四大基本結(jié)構(gòu)模式，定義如下：1）機柜用于容納電氣或電子設(shè)備的獨立式或自支撐的機殼。 機柜通常配置有門， 可拆或不可拆的 側(cè)板。機柜一般安裝在地面上或大型設(shè)備平臺上。機箱機箱的體積較小，一般安裝在臺面， 桌面，墻壁上或設(shè)備壁龕中， 是用于容納電氣或電子設(shè) 備的小型機殼。3）控制臺安裝在臺面或地面上， 具有水平面， 垂直面或傾斜面， 以容納控制， 信息和監(jiān)控設(shè)備的機殼。 4）機盒 用于容納電氣或電子設(shè)備的便攜式小型機殼，或用于電氣單元隔離的小型機殼（電磁屏蔽 盒）。機盒也可以作為

4、部件安裝在機柜，機箱和控制臺內(nèi)。2. 機柜的典型結(jié)構(gòu) 由于電氣控制設(shè)備被廣泛應(yīng)用于多個技術(shù)領(lǐng)域， 并且由于其功能的差異， 使用場合的差異及 人們對多樣化的需求，電子控制設(shè)備的式樣極其繁多。為降低費用并進行專業(yè)化批量生產(chǎn)， 逐步形成了一些典型機柜結(jié)構(gòu)，其中具有普遍意義的結(jié)構(gòu)模式有：1）嵌套式層次結(jié)構(gòu)（內(nèi)插式結(jié)構(gòu)）主要是指由 IEC297 和 IEC917 系統(tǒng)標準所規(guī)定的模式，它是一種插件插箱機柜系 統(tǒng)，是目前標準化程度最高，應(yīng)用最廣的一種模塊化結(jié)構(gòu)模式。2）外插式結(jié)構(gòu) 其基本單元是盒式插件模塊， 將具有獨立功能的模塊， 并列地直接從外部進行機械和電氣互 聯(lián)，從而構(gòu)成一套新的裝置。3）層疊式結(jié)構(gòu)

5、 由具有相對獨立功能的機箱模塊逐層疊裝而成，加上電氣互連就可構(gòu)成一套功能齊全的整 機。4）套裝式結(jié)構(gòu) 幾種模塊套裝于機箱模塊內(nèi)構(gòu)成整機，主要用于箱式的儀器。5）裝架（屏）式結(jié)構(gòu) 將各種具有規(guī)定尺寸的功能模塊集裝于標準的安裝架上構(gòu)成控制設(shè)備。6）拼裝式結(jié)構(gòu) 將若干種不同結(jié)構(gòu)形式的模塊， 按規(guī)定的模式組裝成一臺整機。 通過巧妙地設(shè)計， 幾種有限 的模塊可組裝出多種形態(tài)各異的裝置，如各種形式的控制臺。7）單元組合式結(jié)構(gòu) 由若干風(fēng)格統(tǒng)一但結(jié)構(gòu)各異，有獨立功能的單元組合成的成套裝置。 上述各種典型結(jié)構(gòu)又?；ハ嗉嫒菖c統(tǒng)一， 如屏柜的統(tǒng)一； 儀器的插箱， 插件化，臺型結(jié)構(gòu)引 入插箱，插件；機箱結(jié)構(gòu)的臺式，上

6、架兩用：固定式與移動式的統(tǒng)一（換用多種底腳結(jié)構(gòu)） 等。機柜的典型結(jié)構(gòu)組成機柜是電氣控制設(shè)備不可缺少的組成部分，它為成套電器產(chǎn)品提供安裝，支撐，連接，轉(zhuǎn)動， 連鎖，鎖緊，防護和裝飾等功能， 為機械零部件， 電氣連接和元器件的兼容提供保障， 總之，機柜是電氣元器件的載體' 。1.型材機柜的結(jié)構(gòu)組成 標準機柜的結(jié)構(gòu)比較簡單，主要包括基本框架，內(nèi)部支撐系統(tǒng)，布線系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)。 機柜 一般包括外殼，支架，面板上的各種開關(guān)，指示燈等。1）基本框架裝配式框架結(jié)構(gòu)機箱機柜的構(gòu)成： 機柜由上蓋， 底座，前后框架， 前后門， 側(cè)門，橫梁， 角規(guī)等組裝成型。連接簡單，安全可靠。主體框架，前后門，左右側(cè)門可

7、以快速拆裝。2）內(nèi)部支撐系統(tǒng)（ 1）立柱：內(nèi)部支撐系統(tǒng)中的承重構(gòu)件， 立柱的上下兩段分別與上蓋和底座連接在一起。 立柱上沖有符合模數(shù)關(guān)系的安裝孔和定位孔，可用于安裝機柜的結(jié)構(gòu)件及電氣零部件。（ 2）橫梁：分為掛接式橫梁和擴展橫梁兩種。掛接式橫梁橫梁安裝及移動方便、靈活、可 用于安裝機柜的結(jié)構(gòu)件及電氣零部件。擴展橫梁用于擴展機柜內(nèi)的安裝空間、安裝和拆卸非常方便，同時也可以配合理線架、 配電單元的安裝，形式靈活多樣。（ 3）托盤：固定托盤用于安裝各種設(shè)備，尺寸繁多，用途廣泛、有19“標準托盤、非標準固定托盤等。常規(guī)配置的固定托盤深度有440mm 、480mm、580mm、620mm 、等規(guī)格， 固

8、定托盤的承重不小于 50kg，而增強型固定托盤，底部附有加強筋，承重達 100kg。3）布線系統(tǒng)（1 ）電源線槽：它從機柜底部一直延伸到機柜頂部，其中最上方的插座專門用于為風(fēng)扇提 供電，垂直安裝全封閉金屬電源線槽的目的是避免對水平雙絞線產(chǎn)生電源打擾。（2） 扎線板：在機柜的右后側(cè)，安裝兩塊100mm 寬的鐵板，板上沿垂直方向每隔 10mm 開一個5mmx 100mm的腰圓孔，鐵板的長度為從機柜的頂板到底板。同樣，在左后側(cè)安裝 一塊相同的鐵板。扎線板上可以安裝走線槽。（3）走線槽：走線槽可以安裝在扎線板上，也可以直接安裝在機柜的兩側(cè)框架上。（4） 接地：在控制柜中部自底到垂直安裝一根接地銅帶，該

9、銅帶上每隔2u 等距開一個 M6 粗牙螺釘孔，以便于電氣零部件就近接地，其中最下端的螺釘孔用于機柜引出接地線（5） 進出線孔：后部下方開一個300mmx 200mm 的長方形進線孔，用橡皮裹邊，以免損 傷電纜。在孔上方 90mm 處，可以安裝一塊隔板，以求機柜內(nèi)的美觀。4）通風(fēng)系統(tǒng) 機柜的局部過熱可以通過加裝散熱單元， 增加風(fēng)的流速和流量來解決： 也可在機柜內(nèi)加裝制 冷設(shè)備；還可以增加機柜進口冷風(fēng)的進風(fēng)量。 機柜冷卻器可以解決機柜內(nèi)部的局部過熱問題。調(diào)速風(fēng)機單元： 安裝于機柜的頂部； 可根據(jù)環(huán)境溫度和設(shè)備溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速， 有效 地降低機房的噪音。調(diào)速方式：手動，無級調(diào)速。機架式風(fēng)機單元：高

10、度為 1U,可安裝在19 “標準機柜內(nèi)的任意高度位置上，可根據(jù)機 柜內(nèi)熱源酌情配置。 風(fēng)機單元的外殼采用一次成型技術(shù)， 能有效減小風(fēng)機的震動， 提高風(fēng)機 單元的使用壽命。2. 機柜的結(jié)構(gòu)配件根據(jù)需要機柜還裝有機柜附件。 其主要附件有固定或可伸縮的導(dǎo)軌，鎖緊裝置，鉸鏈， 走線 槽、走線架和屏蔽梳形簧片、專業(yè)固定托盤，專業(yè)滑動托盤，電源支架、地腳輪、地腳釘、 理線環(huán)、理線架、 L 支架、擴展橫梁等?？蛇x配件能夠滿足各種應(yīng)用的需求。機柜的分類根據(jù)柜體結(jié)構(gòu)及其工藝大致可以從結(jié)構(gòu)形式，連接方式、構(gòu)件取材等方面加以區(qū)分。其柜體結(jié)構(gòu)和加工工藝各有特點。常見的機柜可分為以下幾種。1. 從結(jié)構(gòu)上分1）固定式能將

11、個電氣組件可靠地固定于柜體中確定的位置。 柜體外形一般為立方形， 如屏式、箱式等， 也有凌臺體如臺式等。這種固定柜有單列、也有排列。為了保證柜體型位尺寸，往往采取各 構(gòu)件分步組合方式，一般先是組成兩片或左右兩側(cè)，然后在組成柜體，即先滿足外形要求， 在順次連接柜體內(nèi)各支件。組成柜體個棱邊的零件長度必須正確（公差取負值），才能保證各方面幾何尺寸，從而保證整體外形要求，對于柜體兩側(cè)面，因考慮排列需求，中間不能有隆起現(xiàn)象，另外從安裝角度考慮，底面不能有下陷現(xiàn)象。2）抽出式2. 從機柜構(gòu)件連接方式上分1）焊接方式2）裝配方式3）焊接與裝配混合方式3. 從結(jié)構(gòu)材料分1）型材結(jié)構(gòu)機柜、（1 ）剛型材機柜。（

12、2）鋁合金型材機柜。2）板材結(jié)構(gòu)機柜2.1.2 標準機柜與非標準機柜優(yōu)先采用標準化設(shè)計1. 模塊化2. 模數(shù)數(shù)列標準機柜的選擇要求1. 機柜品牌的選擇2. 機柜尺寸的選擇1）機柜寬度的選擇2）機柜深度的選擇3）機柜高度的選擇3. 機柜的外觀選擇1）.顏色選擇2）外形的選擇4. 機柜走線方式的選擇5. 機柜承重力、穩(wěn)定性的選擇6. 機柜散熱性的選擇7. 設(shè)備安裝方便性的考慮非標準機柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計1. 在柜體沒有指定型號的情況下，應(yīng)根據(jù)機柜本身的國家和行業(yè)標準規(guī)范來設(shè)計2. 應(yīng)以人為本3. 考慮結(jié)構(gòu)空間4. 考慮自己的加工工藝條件2.1.3 機柜材料對機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響2.1.3.1 機柜材料的機械

13、性能決定機柜機械強度材料的機械性能決定機柜零部件的工藝1. 材料對沖裁加工的影響2. 材料對彎曲加工的影響2.1.4 機械加工工藝水平對柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響1. 加工設(shè)備條件對機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響2. 設(shè)備加工精度對柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響3. 機柜加工方式對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響4. 機柜零件結(jié)構(gòu)加工工藝路線的影響5. 工人技術(shù)水平對柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響2.1.5 電氣系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響1. 主結(jié)線方案2. 常用的主母線系統(tǒng)3. 柜內(nèi)一次電氣組成的型號和規(guī)格4. 控制柜的小電流、大電流規(guī)格5. 控制柜的寬度6. 電纜的進出線7. 并柜的安裝布置8. 柜間聯(lián)鎖2.1.6 影響機柜設(shè)計的其他因素環(huán)境條件對柜體結(jié)構(gòu)

14、設(shè)計的影響 維修操作便利性及運輸安裝對機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響1. 維護操作的方便性2. 運輸安裝的安全性機械規(guī)范對柜體結(jié)構(gòu)工藝的影響2.1.7 柜體結(jié)構(gòu)圖的繪制機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般步驟1. 熟悉設(shè)備的技術(shù)指標和使用條件2. 、機柜結(jié)構(gòu)方案的確定1）結(jié)構(gòu)形式的確定2）確定機柜的制作材料3）確定生產(chǎn)批量3. 確定機柜材料4. 進行板面設(shè)計與排列各組合體內(nèi)部的元器件5. 確定機柜及其零件部件的結(jié)構(gòu)形式，繪制結(jié)構(gòu)草圖機柜圖的內(nèi)容1. 機柜總裝配圖（1）機柜總裝配圖是繪制機柜非標準零件圖的原始依據(jù)。（2）機柜總裝配圖是指導(dǎo)機柜裝配的技術(shù)文件。（3）機柜總裝配圖是機柜裝配完成后進行檢驗的依據(jù)。2. 機柜非標準零

15、件圖（1）機柜的非標準零件圖是制作生產(chǎn)工藝裝備的依據(jù)：（2）機柜的非標準零件圖是在非標準零件加工過程中指導(dǎo)工人進行操作的技術(shù)文件：（3）機柜的非標準零件圖是工藝技術(shù)人員編制加工工藝文件的依據(jù)：（4）機柜的非標準零件圖是對加工完成后的零部件進行檢驗的依據(jù)。3. 機柜零部件明細表（1）機柜零部件明細表應(yīng)提供給采購供應(yīng)部門，作為對外進行采購訂貨的依據(jù)。（2）機柜零部件明細表應(yīng)提供給零部件倉庫，作為進行零部件入庫檢驗和向生產(chǎn)班組發(fā)放的依據(jù)。（3）機柜零部件明細表應(yīng)提供給財務(wù)部門，作為進行產(chǎn)品成本核算的依據(jù)。（4）機柜零部件明細表應(yīng)提供給機柜裝配班組，作為向零部件倉庫領(lǐng)取零部件及核對規(guī)格、品種、數(shù)量 的

16、依據(jù)。機柜圖的繪制方法1. 機柜圖按照機械制圖規(guī)則進行繪制2. 機柜圖繪制的方法1）建立機柜參數(shù)化模型2）建立機柜裝配骨架模型3）機柜零部件詳細設(shè)計4）機柜工程分析3. 機柜工程圖繪制步驟4. 機柜非標準零件圖的繪制5. 機柜零部件明細表的編制2.2 機柜設(shè)計的要求機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 功能要求1. 結(jié)構(gòu)要求2. 強度和剛度要求3. 機柜的安全防護要求4. 通風(fēng)散熱方面的要求5. 配線布線的要求6. 人機工程學(xué)的要求7. 電磁兼容方面的要求1）接地2）屏蔽3）電磁場屏蔽工藝要求1. 機柜結(jié)構(gòu)件的基礎(chǔ)要求2. 盡量減少加工零、部件的數(shù)量3. 簡化零件結(jié)構(gòu)，考慮加工方便性4. 采用標準尺寸和適宜的公差

17、5. 零件設(shè)計時應(yīng)考慮相應(yīng)的加工手段6. 原材料的選用應(yīng)符合加工工藝性的要求7. 機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題裝配要求1. 機柜部件應(yīng)采用模板化設(shè)計2. 裝配的可行和方便性3. 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計一致性和標準件選用準確性4. 機柜附件裝配的規(guī)范化5. 機柜的維護方便性 成本要求 其他要求1. 應(yīng)符合標準化、規(guī)范化、系列化的要求2. 應(yīng)便于生產(chǎn)、組裝、調(diào)試和包裝運輸2.2.2 影響結(jié)構(gòu)尺寸的因素 結(jié)構(gòu)尺寸的要求 機柜結(jié)構(gòu)的電氣性能要求1. 外殼的絕緣2. 電氣間隙和爬電距離3. 電氣保護與屏蔽控制設(shè)備外殼的防護等級電氣控制設(shè)備的常見故障電柜的防護等級1. 表示防護等級的代號由表征字母“IP ”和附加在后

18、的兩個表征數(shù)字及補充字母組成2. 第一位表征數(shù)字及數(shù)后補充字母表示的防護等級及其含義3. 第二位表征數(shù)字的防護等級及其含義4. 補充字母的使用5. 當(dāng)只需用一位表征數(shù)字表示某一防護等級時，被省略的數(shù)字應(yīng)以字母“X ”代替6. 如需用第二位表征數(shù)字（或加上的補充字母）以表示產(chǎn)品完整的外殼防護等級時7. 代號舉例污染等級機柜的防護等級要求及確定原則機柜常用的防護等級機柜的材料2.2.4.1 綠色環(huán)保設(shè)計2.2.4.2 機柜材料選擇的一般要求2.2.4.3 材料耐非正常熱和火的要求材料的驗證試驗要求2.3 機柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.1 機柜結(jié)構(gòu)的機械設(shè)計機柜結(jié)構(gòu)的機械強度要求機柜活動部件的設(shè)計要求用柜體

19、做防護的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求1. 外部異物侵入的防護2. 電擊的防護設(shè)計1）直接接觸的防護2）間接接觸的防護3. 控制設(shè)備內(nèi)部操作與維修通道4. 對經(jīng)過允許的人員接近運行中的控制設(shè)備的要求1）對進行檢查和類似操作而接近控制設(shè)備的要求2）對進行維修而接近控制設(shè)備的要求3）對帶電情況下為擴展設(shè)備而接近控制設(shè)備的要求機柜接地的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求2.3.2 機柜安全防護設(shè)計安全穩(wěn)定性設(shè)計溫升電氣聯(lián)鎖抽出式部件的隔離距離隔室電柜、門和通孔2.3.3 控制柜的造型設(shè)計要求控制柜的造型設(shè)計控制柜的表面涂覆特殊要求2.3.4 便利性設(shè)計檢修便利性結(jié)構(gòu)設(shè)計要求1. 控制設(shè)備中電氣組件和電路的布置應(yīng)便于操作和維修，同時要保證必

20、要地安全等級2. 結(jié)構(gòu)要簡單可靠，操作便捷，其優(yōu)選順序為控制柜的搬運結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.5 改善控制柜工作條件的措施2.3.5.1 考慮大氣濕度所采取的設(shè)計1. 降低溫度設(shè)計2. 防腐設(shè)計冷卻降溫1. 冷卻設(shè)計原則2. 空氣冷卻1）自然冷卻2）強迫冷卻3. 液體冷卻4. 蒸發(fā)冷卻2.4 機柜鈑金加工的工藝設(shè)計2.4.1 機柜制作材料的工藝性2.4.1.1 機柜常用鋼板1. 冷軋薄鋼板2. 連續(xù)電鍍鋅冷軋薄鋼板3. 連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板4. 覆鋁鋅板5. 不銹鋼板鋁和鋁合金板常用板材的性能比較下料方法的選擇常用下料方法1. 鋸割2. 砂輪切割3. 剪床剪床下料工藝設(shè)計1. 下料尺寸不大于板材規(guī)格2. 有

21、組焊要求的鈑金件沿長下料3. 下料單總對顏色及鍍涂有特殊要求的鈑金件的標注2.4.3 沖裁加工工藝設(shè)計工藝比較的方案1.沖裁加工方式的選擇2.沖壓件設(shè)計尺寸基準的選擇原則3. 工藝計算沖裁件的工藝性1.沖裁件的凸出懸臂和凹槽寬度2.沖裁件的最小圓角半徑3. 沖床沖孔的最小尺寸4. 沖裁件的孔間距與孔邊距5. 沖裁件的搭邊要求6. 孔與彎邊的最小距離7. 沖孔在折彎件及拉深件上的要求沖裁件的加工精度1.金屬沖壓件的尺寸公差2.沖裁件孔中心距地公差3. 孔中心與邊緣距離的公差4. 沖裁件毛刺的極限值5. 沖切件的斷面粗糙度提高零件強度的工藝設(shè)計用數(shù)控沖床加工板材的厚度加工范圍常用的三種落料和沖孔方法的對比選擇2.4.4 折彎工藝設(shè)計2.4.4.1 折彎件的工藝性要求1.各種材料最小彎曲半徑1）常用金屬材料的最小彎曲半徑2）彎曲角度為 90°時的最小彎曲半徑2.材料厚度、彎邊圓角與凹模深度關(guān)系1）凸模圓角半徑2）