鈑金結構的機柜設計

閆建華　丁麗平

（國家電網許繼集團有限公司，河南許昌　461000）

鈑金結構的機柜設計

閆建華丁麗平

（國家電網許繼集團有限公司，河南許昌461000）

隨著技術進步和工藝水平的提高，鈑金機柜在加工制造上也有著多樣的制作方式，既可以采用整面板制作而成，又可以使用具備相應尺寸規范的插件加以組合而成。隨著我國工業化程度的不斷增強，鈑金結構的機柜在科研、電子、國防等領域應用范圍較廣。做好鈑金結構的機柜的設計工作，對于增強機柜的工作性能、提高其質量具有重要意義。本文即闡述了鈑金結構的機柜設計要點。

鈑金結構機柜設計散熱方法電屏蔽

1　鈑金結構的機柜概述

1.1鈑金結構機柜的組成

鈑金結構機柜由底座、前后門、側門、前后框架、上蓋、角規及橫梁組成，一般采用可組裝結構方式，以便于組裝、聯接及移動。

鈑金結構機柜的鈑金件通過金屬薄板冷加工而成，同一類型鈑金件具備相同厚度，鈑金結構機柜是一個聯接牢固的整體結構，采用承重性較強的固定托盤，一方面能夠使機柜更加穩固，另一方面也有利于控制設備穩定運行。鈑金結構機柜的角規，為確保機柜能夠安全接地，一般采用鍍彩鋅加以處理。鈑金機柜前后門采用高密度網孔構造，能有效減少機柜內部設備的電磁輻射。鈑金機柜的風機外殼經過一次成型，有效減弱風機的震動。鈑金機柜的表面進行噴砂和噴塑加工，整體結構采用防腐噴塑技術，能有效抗腐蝕，抗酸堿。

1.2鈑金結構機柜結構類型

鈑金機柜在結構方面，有兩種分類方式，按照機柜框架劃分，可以分為整板式和立柱橫梁結合式；按照機柜角聯的方式劃分，又可以分為粘接聯接、螺釘聯接、銷聯接及焊聯接等四種形式。由這幾種形式類型可以看到，鈑金機柜在加工制造過程中主要涉及到了電焊、剪板及折彎這三種工藝，這三種工藝也是鈑金工藝形式的主要工序。

圖1　機殼散熱方法

1.3鈑金結構機柜的主要聯接方式

隨著技術進步和工藝水平的提高，鈑金機柜在加工制造上也有著多樣的制作方式，既可以采用整面板制作而成，又可以使用具備相應尺寸規范的插件加以組合而成。通常情況下，前、中、側橫梁及立柱構成了鈑金機柜的主體結構，一般來說，前、側橫梁和立柱主要是通過折彎及與折彎工藝相結合的避位穿插應用技術加以聯接，同時，前、側橫梁的聯接還可以采用焊接的方式；中橫梁的聯接主要依靠立柱帶有的工藝槽。

2　鈑金結構機柜設計應滿足的設計要求

在進行鈑金結構機柜設計時，要首先明確鈑金機柜的設計性能，在此基礎上，運用各種新工藝設計草圖、規定尺寸及結構、確定強度，使機柜的技術參數達到設計要求。具體地說，鈑金機柜在設計中需要遵循的設計規范為以下幾方面：

首先，充分發揮鈑金機柜在抗震、抗腐蝕、防沖擊、防水防塵及防輻射等方面的性能，確保控制設備安全運行。

其次，各項安全措施要到位，并確保能夠有效使用，便于進行機柜的組裝和維修，保障操作人員的人身安全。

再次，在具體性能上應達到規格化及標準化的要求，如良好的通風散熱，較好的電磁兼容性。

第四，鈑金機柜設計在滿足基本性能的同時，要追求造型的美觀和色彩的豐富。

3　鈑金結構的機柜設計要點

3.1熱設計

由于熱設計是對電氣設備能否正常運轉的保證，這就需要我們對電器設備予以細致的考量與分析，了解其基本作業的方法與原理，并對熱設計進行合理與科學的設計，提出適合其作業的最優方案。

（1）散熱方法的選擇。機柜內部電子元件產生的熱量可以使用各種冷卻方法。由于環境粉塵污染很嚴重，要求機柜密封，同類產品的比較，機柜散熱型式采用了內部強迫對流、外部熱量交換的緊湊式空氣/空氣熱交換器和機殼自然散熱相結介的散熱形式。

使用空氣/空氣熱交換器前提條件環境溫度低于箱體內部溫度，山兩條獨立的空氣循環，灰塵和環境空氣不能進入機柜內部。其原理是箱體內部被加熱后的空氣由高性能風扇導引進入熱交換器模塊，外部風扇帶動外部低溫空氣流過模塊，熱交換在進行交換鋁板上完成，通過鋁板導熱，空氣與空氣之間不直接接觸。

機殼自然散熱=機殼對流+機殼輻射散熱，因而實現了較大機柜內部密封散熱的問題。其形式如圖1所示。

（2）散熱量的計算。對于散熱量的計算則根據環境溫度要求采用了功率估算法與同類產品類比的方法得到，熱交換器散熱約為總散熱量三分之二、機殼自然散熱總量約為總散熱量三分之一左右。

散熱總量=熱交換散熱（內部強迫對流+外部強迫散熱）+機殼自然總散熱（機殼對流+機殼輻射）

計算公式如下：熱交換散總熱量Q=KS（tf1-tf2）瓦

Q——總熱量，單位：瓦；

S——散熱器總散熱面積，單位m2；

K——傳熱系數，K=1/（1/α1+δ/λ+1/α2），單位：瓦/米2℃；

tf1-tf2——傳熱過程的溫差，tf1、tf2表示平板內、外側溫度；

α1、α2——放熱系數；

δ——導熱層壁厚，δ=lmm；

λ——導熱層導熱系數，鋁為204瓦/米*℃

3.2機柜設計中的電屏蔽問題

由于機柜內部電子元件及電路往往靠得很近，因此會相互產生干擾，尤其是大量單元印制板電路安裝在較小的機柜內部，相互干擾的可能性增大。為了確保設備的正常工作，在設計過程中必須考慮相互之間的電磁干擾，主要采取了以下幾種方式使其得到解決。

（1）在印制板較多的需要特殊屏蔽的地方，機柜內部相互干擾的地方使用屏蔽板，可以避免外部對內的電干擾。

（2）良好的接地效果。整機設計接地，內部也采用多個接地點接地。1）電屏蔽設計用接地的金屬板將電路板插箱上下層隔離起來，將電路間干擾減少到最小程度，使電路由分布電容泄漏出的能量經屏蔽板短接入地面，不致出入其它電路中。如果屏蔽不接地，則電場對電路的干擾反而更嚴重，要取得良好的工作效果，屏蔽體必須良好的接地。2）螺釘連接部分，盡量采用內齒彈性墊圈和外齒彈性墊圈，以減少接觸電阻。

3.3機柜設計中振動沖擊問題

通過實際的作業，我們能夠發現機柜本身就具有體積大的特征，如果對其進行安裝之后，就無法再對其進行隨意的移動，并且在對其進行運輸的環節能夠發現其有自己特殊的振動方式，主要是慣性的沖擊形式與顛簸振動的形式這兩種：

出于對運輸顛簸的考慮，需要我們在機柜的設計過程中要考慮到其本身的體積與重量問題，需要將機柜設計的重心進行下移，使之能夠將振動降到最低。還需要對運輸中的包裝箱予以加固，最好做到同機柜的一體化安裝。環境的復雜性導致在車間的作業中，發現其設備的集中與密集性，使其能夠造成很大的干擾性問題，特別是對機柜的作業。這就要求我們要對設備進行改良，比如，將具有減震功能的設備同地板相固定，并對機柜進行強迫式的振動形式，這個改良的過程中需要考慮關鍵問題，就是剛性的結構問題。

3.4新結構、新材料在機柜設計中的應用

（1）新結構的應用。隨著社會現代化的發展，在產品的技術指標中，對機柜結構的設計卻成了關鍵勝的問題。在機柜的設計中，要注意其產品技術的性能與指標，還有對結構的工藝性設計，使之能夠既美觀，又實用。在對機柜結構設計的實際操作中，要注意按照標準化的流程對其進行設計與安裝。這就要求在機柜結構的設計過程中，要注重對新結構的考量與應用。

在新的結構中，通過十九寸的標準機柜中的鋁型材，與立柜式樣的機架機柜相聯結，其在結構上又通過頂、底板的鋁合金小鑄件的應用，將以前應用中常用的焊接與鉚接方法所取代，并在機柜的里面通過一定的標準尺寸，對其進行添加插箱與插件，與此同時，還付之以積木式的結構特征。由于鋁型材本身所具有的特征就比較輕巧，使其具有易于安裝的特征

（2）新工藝、新材料在設計中的應用。在機柜設計中使用了一些新的零件工藝，精飾就是其中之一。在對機柜右側19寸標準插箱設計時，要對其元件非有效裝配區域用面來進行裝飾，面板的外觀處理可以有幾種處理方法，如噴柒表面、氧化及一些傳統的工藝方法，但如何能夠使其整體效果統一，通過多次實驗，最終確定使用與19寸機箱風格、外觀效果接近一致的精飾新工藝，既達到了與19寸機箱外觀的一致，整機效果提高，同時提高設備檔次。

3.5鈑金結構機柜的設計工作需要注意的問題

（1）設計圖紙中明確對制作材料的要求。要做好對材料選擇的要求，保證選擇正規廠家生產的高質量材料，確保材料在實際制作中能夠符合相關標準的要求，保證設計成品能夠達到設計的性能要求；在設計中要嚴格控制機柜制作中材料的沖折率，在保證機柜性能的前提下盡量降低機柜實際制作中工序的繁瑣性，增強設計圖紙的可操作性；要確保選用的材料具備較好的強度，易于彎曲，便于塑形。

（2）設計要滿足經濟實用的原則。鈑金結構機柜設計要符合經濟實用的原則，在保障機柜使用安全、使用質量、使用性能的基礎上盡量降低機柜制作過程中的成本投入。

（3）鈑金結構機柜的尺寸設計。機柜設計尺寸的確定要嚴格按照機柜所存放的設備尺寸進行，并且要充分考慮設備工作所需的各項元件的安裝設置所需的空間；要注意對設備使用人群的操作動作、身高、體形等要素的了解，以確保設計的機柜便于操作人群的使用；設計圖紙中盡量使用通用的尺寸數據以減少機柜實際制作中數據換算的復雜性；鈑金結構的機柜設計尺寸要嚴格符合相關標準的要求。

（4）機柜彎曲結構的設計。鈑金結構機柜的彎曲結構設計一定要遵循制作材料的常規折彎結構數據，保證彎曲程度在制作材料的彎曲性能承受范圍之內，以免造成材料的損壞；如果制作材料的厚度等于或超過2.5mm，應該注意設計出1t～1.5t寬的工藝缺口。

（5）鈑金結構機柜的外殼設計。鈑金機柜的外殼設計要充分考慮機柜所存放的設備的性能、保護與維修方面的要求，確保設備的正常使用；要根據設備與機柜的具體使用條件設計出適合的外殼類型，確保在不同條件中機柜使用性能的安全與穩定；機柜外殼設計要確保設備使用人群、維修人群操作、維修的最佳角度。

（6）鈑金結構機柜設計要滿足設備的安裝使用需求。鈑金結構機柜設計的最終目的是更好地發揮機柜的作用，保障機柜中設備的安全、穩定使用，在機柜的設計過程中不僅要考慮好設備存放的維護檢修要求，還要滿足設備的安裝使用方面的需求，要明確存放在機柜中的設備的具體安裝布線的要求，使機柜設計滿足設備的布線、各項元件的聯接要求。

（7）美學裝飾與配色方面。在鈑金結構機柜的設計過程中要注意對機柜的美學設計，使機柜的外觀設計在比例、色彩、造型、形狀方面能夠給人以美感，符合審美的需求。

4　結語

綜上，鈑金機柜在人們工作生活中應用越來越廣泛，同時人們對鈑金結構機柜的性能要求也相應提高。在進行鈑金機柜設計時要在遵循設計規范的基礎上，要著重注意設計中的幾個問題，確保鈑金機柜充分發揮自身優勢。

［1］孫戰雄.鈑金非90°折彎展開料長度的計算方法［J］.金屬加工（熱加工），2014（11）.

［2］胡俊杰.淺談機柜設備三防工藝設計的研究［J］.科技信息，2011（15）.

閆建華（1980—），男，漢族，河南許昌人，畢業于河南工業大學機械設計制造及其自動化專業，本科學歷，工程師，現在國家電網許繼集團有限公司擔任機柜類產品經理。