某地面室外機柜結構設計

胡松 高振國

摘?要：本文從結構設計角度出發(fā)，根據地面室外機箱的工作模式和環(huán)境適應要求，通過分析機箱設計要素，給出機箱結構關于材料選擇、通風口門板、縫隙處理等方面的熱設計、三防設計、屏蔽設計的方法和相對措施，為室外機箱的相關設計和優(yōu)化提供參考。

關鍵詞：結構設計;防雨設計;三防設計

中圖分類號：TN03??文獻標識碼：A

隨著電子信息技術的迅速發(fā)展，越來越多的信號設備使用在復雜的電磁環(huán)境下，戶外機柜是電子設備的重要使用載體。電磁脈沖，電子干擾會通過孔縫耦合處進入柜內，導致電子元器件的干擾，設備使用壽命也會縮短，由于散熱，對外電氣連接的需要，殼體常有縫隙，柜門的屏蔽效能也達不到要求，機柜的電磁屏蔽、三防設計已成為戶外特種設計的重要問題。機柜內部包含多種電子設備，對外電磁脈沖也較為敏感，如何達到良好的屏蔽效能和三防效果是設計的重點。本機柜的設計主要解決柜體結構的合理布置的安裝、箱門的密封設計、電子設備的合理布局和局部的三防處理等結構要素，并進行相應的技術控制，確保部件的電氣連續(xù)性和良好的使用效能。

1?總體方案設計

戶外空調機柜為室外機柜，同天線設備一同安裝于平臺上。該機柜內部為19英寸機架，為安裝于內部的電子設備或器件提供安裝、工作與維修的結構平臺，并為該電子設備穩(wěn)定、可靠工作提供合適的環(huán)境條件。

左側安裝電視風機、終端、交換機;中側安裝光端機與記錄儀;右側安裝加固服務器，其中交換機安裝在固定的托盤上，前部安裝裝飾面板，其余分機均采用帶滑軌的托盤進行固定，空余處安裝裝飾面板。機柜通過減震器（型號為E60）安裝在平臺上。

主要內容：該一體化機柜設計主要有結構設計、屏蔽及防雨設計、熱設計、三防設計等部分。

1.1?結構設計

機柜外形設計尺寸為1699±3mm×699±3mm×699.5±3mm（寬×高×深）（寬度不含轉接板盒體、高度不含減震器與吊環(huán)、深度不含空調，鉸鏈等凸出物）。

機柜為框架式雙層結構，中間填充隔熱棉，內層與框架焊接為一體，如圖2所示。

所有焊縫為連續(xù)焊縫，外層與框架鉚接，框架采用20×20×1.5方管拼焊成型，內外層采用鋼板激光切割折彎成形，內外層板和方管均為304不銹鋼材質，外層厚度為2mm，內層厚度為1.5mm，同時在機柜頂部設有4個M20吊環(huán)，安裝孔為盲孔，不影響防水和屏蔽性能，額定承載1T，方便吊裝，機柜底部四周設計有底座圍框，圍框與底盤平臺通過螺釘進行固定，方便拆卸。

內部平均分隔為3個連通的腔室，每個腔室布置有標準的19英寸機架，總凈高度大于14U。設備安裝在網孔型安裝托盤上，通過松不脫螺釘與機架主體骨架垂直面緊固，托盤靜載能力不小于45Kg;托盤兩側安裝滑動導軌，導軌能夠水平推入和拉出，如圖2所示，拉伸距離400mm，托盤位置能夠在標準N*2U高度范圍（N為整數(shù)）隨意調整安裝位置。

前部為三個柜門，采用雙層結構形式，外層與框架焊接為一體，所有焊縫為連續(xù)焊縫，內層與框架鉚接，內部填充隔熱棉，通過外露式鉸鏈與戶外防水鎖與箱體構成一個緊密的整體，柜門為右門軸，向右開啟，開啟后通過限位氣彈簧進行固定，內外層板和方管均為304不銹鋼材質，外層厚度為2mm，內層厚度為1.5mm，鎖與限位氣彈簧為316不銹鋼材質，密封元件為耐高低溫材質，可以在41℃～+65℃環(huán)境下可靠工作，鉸鏈為304不銹鋼重型鉸鏈，如圖3所示。

機柜右側布置轉接板，轉接板材料為防銹鋁，并在轉接板外部設置帶門防水盒，防水盒材料為304不銹鋼，防水盒外形尺寸為寬450mm×高300mm×厚204.5mm，通過螺釘與箱體連接，轉接板內部與分機錯位布置，空間開闊，大于200mm，防水盒底部開有走線孔，外形尺寸為300×80mm，開孔邊沿鑲嵌橡膠防護條。

機柜背部安裝軍用空調，靠下為進風口，靠上為回風口。機柜通過設置在底部的6個E60減震器與平臺車底板連接，能夠承受360kg靜載荷。

1.2?屏蔽及防雨設計

機柜的屏蔽效果與材料的導電、導磁性能有關，導電導磁率越高，屏蔽效果越好，綜合考慮材料的物理性能、加工性能以及經濟性，選用304不銹鋼板為機柜材料。同時，機柜的屏蔽效果在很大程度上取決于機柜上所有開孔的屏蔽處理，對于本機柜主要是門縫、空調通風口以及轉接板的開孔屏蔽處理。

鉸鏈與箱體的安裝孔，頂部吊環(huán)的安裝孔均為盲孔，內層所有焊縫均進行涂膠處理，外層鉚接時，貼合面涂膠，鉚釘帶膠鉚接，同時采取合理的鉸鏈與門鎖布局，保證密封條在全范圍內都能達到設計壓縮量，密封膠條采用微波硫化技術接為整體，選用防護等級為IP56的伸縮式門鎖，配備防塵蓋，鎖頭與門板安裝面涂西卡252白色密封膠，在轉接板處設計有防水盒，防水盒通過螺釘與箱體連接，連接面之間粘貼橡膠防水密封條，并在四周涂西卡密封膠，通過采取以上措施，可有效保證機柜的防水性能。

通過在門內側內圈槽內布置鈹銅黃片，實現(xiàn)門與箱體的連續(xù)導電接觸，最終形成完整屏蔽體，外圈卡裝橡膠密封條，密封條選用愛姆卡公司生產的101105型密封條，材質為黑色（EPDM），防護等級IP65，壽命為9年，通過微波硫化技術接為整體，通過卡簧卡裝于門板四邊，僅需輕輕一壓即可安裝到位，非常便于安裝與更換，該密封條可同時提供對灰塵、雨水的密封，外觀外形圖見圖4所示，同時在門縫上部設計有防雨沿，減少了雨水對門縫的直接沖刷，保證屏蔽效能同時滿足機柜防雨要求。詳見圖4所示。

在轉接板與轉接器之間加裝屏蔽橡膠襯墊、轉接板與箱體間加裝環(huán)境密封絲網組合襯墊，該襯墊外側為鍍錫包鋼銅絲網，內側為硅實心橡膠，可同時滿足屏蔽及環(huán)境密封的要求。柜體后部安裝空調，空調與機柜后側的接觸面之間壓橡膠密封條，安裝完成后在縫隙四周涂西卡密封膠加固，以保證連接的緊密性，從而達到防雨效果。

箱體內側安裝蜂窩截止波導板，蜂窩外接圓半徑32mm，波導板厚度12.7mm，材質為不銹鋼，通過絲網組合襯墊與箱體連接，以形成良好的連續(xù)導電體。根據開孔的尺寸情況，波導窗尺寸為定制。波導板屏蔽效能SE≥140dB（1GHz～10GHz）。滿足60dB的屏蔽要求。

1.3?熱設計

機柜采用空調加風機單元的方式進行強制風冷，通過設計合理的而風道，如圖5所示。

內部為下進上出串行風道，從機柜背部空調下側設置進風口，通過風道將風送至三組插件下方，再通過風機單元的作用，自下而上，經過各個風機，到達機柜頂部，然后從空調回風口排出，空調型號均為FKWD30C軍用空調。

1.4?三防設計

潮氣、雨水對電子設備的影響最大，會造成電子設備短路、打火、電性能下降、銹蝕等諸多故障。機柜內的電子設備的防潮和防水設計主要靠機柜的整體密封實現(xiàn)，在機柜需要開孔的地方采用涂密封膠、安裝密封墊等形式進行密封，并配置除濕器，除濕器布置在機柜中部后側，采用露點方式，直接捕捉水分并排出機柜。

1.5?防腐蝕設計

機柜結構件直接暴露在戶外環(huán)境下，受雨水、鹽霧、潮氣等惡劣環(huán)境的影響，很容易產生銹蝕。因此，選用不易生銹的304不銹鋼為機柜材料，工藝上采取成熟可靠的鈍化+靜電噴涂工藝。這種工藝適用于結構件，防護效果好，防護壽命長。機柜鋼件統(tǒng)一做不銹鋼鈍化，外表面T.軍綠421·Ⅳ·E塑粉。鋁件做拉絲及本色導電氧化處理。

1.6?防霉菌設計

霉菌的生長與營養(yǎng)物質、溫度、濕度、氧氣等因素密切相關，易生長在有機材料表面，例如插件面板、印制板、電纜表皮等部位，設計時應根據霉菌的生長特點采取針對性防護措施。本方案主要依靠合理的結構設計來防止霉菌的生成，戶外的設備避免積水、積灰的結構設計，消除霉菌的生存環(huán)境。

1.7?接地設計

機柜內部左后側設計有接地排，匯流后接到機柜右側轉接板接地螺栓上。

2?結語

戶外電子設備電磁環(huán)境愈發(fā)惡劣，室外機柜的電磁屏蔽，三防設計愈發(fā)重要，進過優(yōu)化設計后的機柜具有屏蔽效果好，三防力學性能良好的特點，在后期的實驗及使用過程中，均能滿足雷達各項技術指標要求，對同類機柜的設計提供一種有效的解決思路和方法。

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作者簡介：胡松（1985—?），男，中國電子科技集團公司第三十八研究所，從事電子設備結構設計工作。