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机柜设计
2、1 影响机柜结构设计得因素
机柜就是电气控制设备不可缺少得组成部分,就是电气控制设备得‘载体’。机柜既要满足各电气单元得组合功能条件(安全得要求,检修性能,形式得统一,组合得标准,功能得分配,外形美观等),还要满足柜体本身要求(如坚固可靠,美观,调整容易,符号规范,制造得适用性以及针对特殊场合得特殊设计等)。
机柜设计应在满足成套电气产品使用功能要求得前提下,同时满足结构工艺性要求,即机柜得总体及其零部件制造得可行性及经济性要求,以及满足电器装配得工艺性与运行中得可维修性要求。
由于长期以来缺乏系统设计,人机工程学设计思想,重电气设计而忽略结构设计,重主机而轻视附件,我国机柜在外观,整体布局,色彩,加工精度及互换性,配套性等方面与发达国家有一定得差距,尤其在专利技术方面,我们仍然受制于工业发达国家,以至于外商企业占有了我国高端机柜市场得较大份额,
机柜结构本身发展形成得各种形式,不同得组件,不同电压等级,不同使用场合,加工设备得发展,不同生产厂家得自身条件等都决定了控制柜得制造受到甚多因素影响。由于机柜结构要求不一,以及各个企业加工手段不同,它们得制造工艺就不能强求完全一致,但制造中也存在带普遍意义得较关键得工艺特点,现将这些特点结合柜体结构选择与设计进行介绍。
2、1、1机柜得结构及基本类型
2、1、1、1机柜得基本结构模式
1、基本结构模式
通过长期得实践,电气控制设备得壳体逐步形成了盒,箱,柜(包括屏),台四大基本结构模式,定义如下:
1） 机柜
用于容纳电气或电子设备得独立式或自支撑得机壳。机柜通常配置有门,可拆或不可拆得侧板。机柜一般安装在地面上或大型设备平台上。
机箱
机箱得体积较小,一般安装在台面,桌面,墙壁上或设备壁龛中,就是用于容纳电气或电子设备得小型机壳。
3） 控制台
安装在台面或地面上,具有水平面,垂直面或倾斜面,以容纳控制,信息与监控设备得机壳。
4） 机盒
用于容纳电气或电子设备得便携式小型机壳,或用于电气单元隔离得小型机壳(电磁屏蔽盒)。机盒也可以作为部件安装在机柜,机箱与控制台内。
2、机柜得典型结构
由于电气控制设备被广泛应用于多个技术领域,并且由于其功能得差异,使用场合得差异及人们对多样化得需求,电子控制设备得式样极其繁多。为降低费用并进行专业化批量生产,逐步形成了一些典型机柜结构,其中具有普遍意义得结构模式有:
1) 嵌套式层次结构(内插式结构)
主要就是指由IEC297与IEC917系统标准所规定得模式,它就是一种插件——插箱——机柜系统,就是目前标准化程度最高,应用最广得一种模块化结构模式。
2） 外插式结构
其基本单元就是盒式插件模块,将具有独立功能得模块,并列地直接从外部进行机械与电气互联,从而构成一套新得装置。
3） 层叠式结构
由具有相对独立功能得机箱模块逐层叠装而成,加上电气互连就可构成一套功能齐全得整机。
4） 套装式结构
几种模块套装于机箱模块内构成整机,主要用于箱式得仪器。
5） 装架(屏)式结构
将各种具有规定尺寸得功能模块集装于标准得安装架上构成控制设备。
6） 拼装式结构
将若干种不同结构形式得模块,按规定得模式组装成一台整机。通过巧妙地设计,几种有限得模块可组装出多种形态各异得装置,如各种形式得控制台。
7） 单元组合式结构
由若干风格统一但结构各异,有独立功能得单元组合成得成套装置。
上述各种典型结构又常互相兼容与统一,如屏柜得统一;仪器得插箱,插件化,台型结构引
入插箱,插件;机箱结构得台式,上架两用:固定式与移动式得统一(换用多种底脚结构)等。
2、1、1、2机柜得典型结构组成
机柜就是电气控制设备不可缺少得组成部分,它为成套电器产品提供安装,支撑,连接,转动,连锁,锁紧,防护与装饰等功能,为机械零部件,电气连接与元器件得兼容提供保障,总之,机柜就是电气元器件得‘载体’。
1. 型材机柜得结构组成
标准机柜得结构比较简单,主要包括基本框架,内部支撑系统,布线系统与通风系统。机柜一般包括外壳,支架,面板上得各种开关,指示灯等。
1） 基本框架
装配式框架结构机箱机柜得构成:机柜由上盖,底座,前后框架,前后门,侧门,横梁,角规等组装成型。连接简单,安全可靠。
主体框架,前后门,左右侧门可以快速拆装。
2） 内部支撑系统
(1)立柱:内部支撑系统中得承重构件,立柱得上下两段分别与上盖与底座连接在一起。立柱上冲有符合模数关系得安装孔与定位孔,可用于安装机柜得结构件及电气零部件。
(2)横梁:分为挂接式横梁与扩展横梁两种。挂接式横梁横梁安装及移动方便、灵活、可用于安装机柜得结构件及电气零部件。
扩展横梁用于扩展机柜内得安装空间、安装与拆卸非常方便,同时也可以配合理线架、配电单元得安装,形式灵活多样。
（3） 托盘:固定托盘用于安装各种设备,尺寸繁多,用途广泛、有19“标准托盘、非标准固定托盘等。常规配置得固定托盘深度有440mm、480mm、580mm、620mm、等规格,固定托盘得承重不小于50kg,而增强型固定托盘,底部附有加强筋,承重达100kg。
3） 布线系统
（1） 电源线槽:它从机柜底部一直延伸到机柜顶部,其中最上方得插座专门用于为风扇提供电,垂直安装全封闭金属电源线槽得目得就是避免对水平双绞线产生电源打扰。
（2） 扎线板:在机柜得右后侧,安装两块100mm宽得铁板,板上沿垂直方向每隔10mm开一个5mm×100mm得腰圆孔,铁板得长度为从机柜得顶板到底板。同样,在左后侧安装一块相同得铁板。扎线板上可以安装走线槽。
（3） 走线槽:走线槽可以安装在扎线板上,也可以直接安装在机柜得两侧框架上。
（4） 接地:在控制柜中部自底到垂直安装一根接地铜带,该铜带上每隔2u等距开一个M6粗牙螺钉孔,以便于电气零部件就近接地,其中最下端得螺钉孔用于机柜引出接地线
（5） 进出线孔:后部下方开一个300mm×200mm得长方形进线孔,用橡皮裹边,以免损伤电缆。在孔上方90mm处,可以安装一块隔板,以求机柜内得美观。
4） 通风系统
机柜得局部过热可以通过加装散热单元,增加风得流速与流量来解决:也可在机柜内加装制冷设备;还可以增加机柜进口冷风得进风量。机柜冷却器可以解决机柜内部得局部过热问题。
调速风机单元:安装于机柜得顶部;可根据环境温度与设备温度调节风扇得转速,有效地降低机房得噪音。调速方式:手动,无级调速。
机架式风机单元:高度为1U,可安装在19“标准机柜内得任意高度位置上,可根据机柜内热源酌情配置。风机单元得外壳采用一次成型技术,能有效减小风机得震动,提高风机单元得使用寿命。
2. 机柜得结构配件
根据需要机柜还装有机柜附件。其主要附件有固定或可伸缩得导轨,锁紧装置,铰链,走线槽、走线架与屏蔽梳形簧片、专业固定托盘,专业滑动托盘,电源支架、地脚轮、地脚钉、理线环、理线架、L支架、扩展横梁等。可选配件能够满足各种应用得需求。
2、1、1、3机柜得分类
根据柜体结构及其工艺大致可以从结构形式,连接方式、构件取材等方面加以区分。其柜体结构与加工工艺各有特点。常见得机柜可分为以下几种。
1. 从结构上分
1） 固定式
能将个电气组件可靠地固定于柜体中确定得位置。柜体外形一般为立方形,如屏式、箱式等,也有凌台体如台式等。这种固定柜有单列、也有排列。为了保证柜体型位尺寸,往往采取各构件分步组合方式,一般先就是组成两片或左右两侧,然后在组成柜体,即先满足外形要求,在顺次连接柜体内各支件。组成柜体个棱边得零件长度必须正确(公差取负值),才能保证各方面几何尺寸,从而保证整体外形要求,对于柜体两侧面,因考虑排列需求,中间不能有隆起现象,另外从安装角度考虑,底面不能有下陷现象。
2） 抽出式
2. 从机柜构件连接方式上分
1） 焊接方式
2） 装配方式
3） 焊接与装配混合方式
3. 从结构材料分
1） 型材结构机柜、
（1） 刚型材机柜。
（2） 铝合金型材机柜。
2） 板材结构机柜
2、1、2标准机柜与非标准机柜
2、1、2、1优先采用标准化设计
1. 模块化
2. 模数数列
2、1、2、2标准机柜得选择要求
1. 机柜品牌得选择
2. 机柜尺寸得选择
1） 机柜宽度得选择
2） 机柜深度得选择
3） 机柜高度得选择
3、机柜得外观选择
1)、颜色选择
2)外形得选择
4、机柜走线方式得选择
5、机柜承重力、稳定性得选择
6、机柜散热性得选择
7、设备安装方便性得考虑
2、1、2、3非标准机柜得结构设计
1、在柜体没有指定型号得情况下,应根据机柜本身得国家与行业标准规范来设计
2、应以人为本
3、考虑结构空间
4、考虑自己得加工工艺条件
2、1、3机柜材料对机柜结构设计得影响
2、1、3、1机柜材料得机械性能决定机柜机械强度
2、1、3、2材料得机械性能决定机柜零部件得工艺
1、材料对冲裁加工得影响
2、材料对弯曲加工得影响
2、1、4机械加工工艺水平对柜体结构设计得影响
1、加工设备条件对机柜结构设计得影响
2、设备加工精度对柜体结构设计得影响
3、机柜加工方式对结构设计得影响
4、机柜零件结构加工工艺路线得影响
5、工人技术水平对柜体结构设计得影响
2、1、5电气系统对结构设计得影响
1、主结线方案
2、常用得主母线系统
3、柜内一次电气组成得型号与规格
4、控制柜得小电流、大电流规格
5、控制柜得宽度
6、电缆得进出线
7、并柜得安装布置
8、柜间联锁
2、1、6影响机柜设计得其她因素
2、1、6、1环境条件对柜体结构设计得影响
2、1、6、2维修操作便利性及运输安装对机柜结构设计得影响
1、维护操作得方便性
2、运输安装得安全性
2、1、6、3机械规范对柜体结构工艺得影响
2、1、7柜体结构图得绘制
2、1、7、1机柜结构设计得一般步骤
1. 熟悉设备得技术指标与使用条件
2. 、机柜结构方案得确定
1) 结构形式得确定
2) 确定机柜得制作材料
3) 确定生产批量
3. 确定机柜材料
4. 进行板面设计与排列各组合体内部得元器件
5. 确定机柜及其零件部件得结构形式,绘制结构草图
2、1、7、2机柜图得内容
1. 机柜总装配图
（1） 机柜总装配图就是绘制机柜非标准零件图得原始依据。
（2） 机柜总装配图就是指导机柜装配得技术文件。
（3） 机柜总装配图就是机柜装配完成后进行检验得依据。
2. 机柜非标准零件图
（1） 机柜得非标准零件图就是制作生产工艺装备得依据:
（2） 机柜得非标准零件图就是在非标准零件加工过程中指导工人进行操作得技术文件:
（3） 机柜得非标准零件图就是工艺技术人员编制加工工艺文件得依据:
（4） 机柜得非标准零件图就是对加工完成后得零部件进行检验得依据。
3. 机柜零部件明细表
（1） 机柜零部件明细表应提供给采购供应部门,作为对外进行采购订货得依据。
（2） 机柜零部件明细表应提供给零部件仓库,作为进行零部件入库检验与向生产班组发放得依据。
（3） 机柜零部件明细表应提供给财务部门,作为进行产品成本核算得依据。
（4） 机柜零部件明细表应提供给机柜装配班组,作为向零部件仓库领取零部件及核对规格、品种、数量得依据。
2、1、7、3机柜图得绘制方法
1. 机柜图按照机械制图规则进行绘制
2. 机柜图绘制得方法
1） 建立机柜参数化模型
2） 建立机柜装配骨架模型
3） 机柜零部件详细设计
4） 机柜工程分析
3. 机柜工程图绘制步骤
4. 机柜非标准零件图得绘制
5. 机柜零部件明细表得编制
2、2机柜设计得要求
2、2、1机柜结构设计要求
2、2、1功能要求
1、结构要求
2、强度与刚度要求
3、机柜得安全防护要求
4、通风散热方面得要求
5、配线布线得要求
6、人机工程学得要求
7、电磁兼容方面得要求
1） 接地
2） 屏蔽
3） 电磁场屏蔽
2、2、1、2工艺要求
1. 机柜结构件得基础要求
2. 尽量减少加工零、部件得数量
3. 简化零件结构,考虑加工方便性
4. 采用标准尺寸与适宜得公差
5. 零件设计时应考虑相应得加工手段
6. 原材料得选用应符合加工工艺性得要求
7. 机柜结构设计中应注意得问题
2、2、1、3装配要求
1. 机柜部件应采用模板化设计
2. 装配得可行与方便性
3. 提高结构设计一致性与标准件选用准确性
4. 机柜附件装配得规范化
5. 机柜得维护方便性
2、2、1、4成本要求
2、2、1、5其她要求
1. 应符合标准化、规范化、系列化得要求
2. 应便于生产、组装、调试与包装运输
2、2、2影响结构尺寸得因素
2、2、2、1结构尺寸得要求
2、2、2、2机柜结构得电气性能要求
1. 外壳得绝缘
2. 电气间隙与爬电距离
3. 电气保护与屏蔽
2、2、3控制设备外壳得防护等级
2、2、3、1电气控制设备得常见故障
2、2、3、2电柜得防护等级
1. 表示防护等级得代号由表征字母“IP”与附加在后得两个表征数字及补充字母组成
2. 第一位表征数字及数后补充字母表示得防护等级及其含义
3. 第二位表征数字得防护等级及其含义
4. 补充字母得使用
5. 当只需用一位表征数字表示某一防护等级时,被省略得数字应以字母“X”代替
6. 如需用第二位表征数字(或加上得补充字母)以表示产品完整得外壳防护等级时
7. 代号举例
2、2、3、3污染等级
2、2、3、4机柜得防护等级要求及确定原则
2、2、3、5机柜常用得防护等级
2、2、4机柜得材料
2、2、4、1绿色环保设计
2、2、4、2机柜材料选择得一般要求
2、2、4、3材料耐非正常热与火得要求
2、2、4、4材料得验证试验要求
2、3机柜得结构设计
2、3、1机柜结构得机械设计
2、3、1、1机柜结构得机械强度要求
2、3、1、2机柜活动部件得设计要求
2、3、1、3用柜体做防护得结构设计要求
1. 外部异物侵入得防护
2. 电击得防护设计
1） 直接接触得防护
2） 间接接触得防护
3. 控制设备内部操作与维修通道
4. 对经过允许得人员接近运行中得控制设备得要求
1） 对进行检查与类似操作而接近控制设备得要求
2） 对进行维修而接近控制设备得要求
3） 对带电情况下为扩展设备而接近控制设备得要求
2、3、1、4机柜接地得结构设计要求
2、3、2机柜安全防护设计
2、3、2、1安全稳定性设计
2、3、2、2温升
2、3、2、3电气联锁
2、3、2、4抽出式部件得隔离距离
2、3、2、5隔室
2、3、2、6电柜、门与通孔
2、3、3控制柜得造型设计要求
2、3、3、1控制柜得造型设计
2、3、3、2控制柜得表面涂覆
2、3、3、3特殊要求
2、3、4便利性设计
2、3、4、1检修便利性结构设计要求
1. 控制设备中电气组件与电路得布置应便于操作与维修,同时要保证必要地安全等级
2. 结构要简单可靠,操作便捷,其优选顺序为
2、3、4、2控制柜得搬运结构设计
2、3、5改善控制柜工作条件得措施
2、3、5、1考虑大气湿度所采取得设计
1. 降低温度设计
2. 防腐设计
2、3、5、2冷却降温
1. 冷却设计原则
2. 空气冷却
1） 自然冷却
2） 强迫冷却
3. 液体冷却
4. 蒸发冷却
2、4机柜钣金加工得工艺设计
2、4、1机柜制作材料得工艺性
2、4、1、1机柜常用钢板
1. 冷轧薄钢板
2. 连续电镀锌冷轧薄钢板
3. 连续热镀锌薄钢板
4. 覆铝锌板
5. 不锈钢板
2、4、1、2铝与铝合金板
2、4、1、3常用板材得性能比较
2、4、2下料方法得选择
2、4、2、1常用下料方法
1. 锯割
2. 砂轮切割
3. 剪床
2、4、2、2剪床下料工艺设计
1. 下料尺寸不大于板材规格
2. 有组焊要求得钣金件沿长下料
3. 下料单总对颜色及镀涂有特殊要求得钣金件得标注
2、4、3冲裁加工工艺设计
2、4、3、1工艺比较得方案
1. 冲裁加工方式得选择
2. 冲压件设计尺寸基准得选择原则
3. 工艺计算
2、4、3、2冲裁件得工艺性
1. 冲裁件得凸出悬臂与凹槽宽度
2. 冲裁件得最小圆角半径
3. 冲床冲孔得最小尺寸
4. 冲裁件得孔间距与孔边距
5. 冲裁件得搭边要求
6. 孔与弯边得最小距离
7. 冲孔在折弯件及拉深件上得要求
2、4、3、3冲裁件得加工精度
1. 金属冲压件得尺寸公差
2. 冲裁件孔中心距地公差
3. 孔中心与边缘距离得公差
4. 冲裁件毛刺得极限值
5. 冲切件得断面粗糙度
2、4、3、4提高零件强度得工艺设计
2、4、3、5用数控冲床加工板材得厚度加工范围
2、4、3、6常用得三种落料与冲孔方法得对比选择
2、4、4折弯工艺设计
2、4、4、1折弯件得工艺性要求
1. 各种材料最小弯曲半径
1） 常用金属材料得最小弯曲半径
2） 弯曲角度为90°时得最小弯曲半径
2. 材料厚度、弯边圆角与凹模深度关系
1） 凸模圆角半径
2） 凹模进口圆角半径
3） 凹模深度
3. 弯曲件一般情况下地最小直边高度要求
1） 冷却薄钢板材料折弯内R及最小折弯高度
2） 角尺边弯边最小极限尺寸
3） Z形折弯得最小折弯高度
4. 折弯件上得孔边距
5. 折弯边压平所需最小承压边尺寸
6. 上刀口前边内内翘边尺寸
7. 复杂折弯形状需验证就是否可加工
2、4、4、2弯曲件得精度
1. 弯曲件得尺寸精度
2. 弯曲件得尺寸公差
3. 弯曲件得角度公差
4. 但角90°自由弯曲时得回弹角
2、4、4、3弯边圆角展开尺寸
2、5连接与表面处理得工艺设计
2、5、1机柜零部件连接工艺设计
2、5、1、1焊接
1. 材料得焊接特性
1) 钢与钢得可焊性
2) 有色金属得可焊性
3) 电容储能焊螺柱得可焊性
2. 焊接方法得选择
3. 影响焊接得工艺要素
1） 焊接电源饿得选择
2） 焊缝坡口得基本尺寸
3） 焊接结构
4） CO2气体保护焊按操作方法得选择
5） 点焊得排列
6） 钢板点焊直径以及焊点之间得距离
7） 铝合金板材得点焊
8） 结构设计中应避免角焊
2、5、1、2螺纹连接
1. 螺钉连接
1） 钣金件常用自攻螺钉底孔、翻边孔直径及翻边高度
2） 钻普通螺纹底孔得钻头直径
3） 钻英制螺纹底孔得钻头直径
4） 螺钉、螺栓得过孔
5） 螺钉沉头孔得尺寸
2. 孔翻边
1） 常用粗牙螺纹翻孔尺寸
2） 翻孔攻丝到折弯边得最小距离
2、5、1、3铆接
1、影响铆接质量得因素
1） 基材性能
2） 底孔尺寸
3） 铆接方式
2. 抽孔铆接
3. 压铆螺柱、压铆螺母
1） 压铆螺柱工艺参数
2） 压铆螺母工艺参数
4. 铆钉铆接
2、5、2表面处理得工艺设计
2、5、2、1机柜金属表面处理方式选择
1. 电镀
2. 喷涂
1） 表面前处理
2） 涂底漆
3） 喷面漆(塑)
4） 高温烘干
5） 表面机械精加工
2、5、2、2喷塑与喷漆工艺得比较
1. 喷漆与喷粉层技术指标与其她对比
2. 表面效果选择原则
3. 喷粉、喷漆设计注意事项