1、 機柜設計2.1 影響機柜結構設計的因素 機柜是電氣控制設備不可缺少的組成部分，是電氣控制設備的載體。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,調整容易,符號規范,制造的適用性以及針對特殊場合的特殊設計等)。 機柜設計應在滿足成套電氣產品使用功能要求的前提下，同時滿足結構工藝性要求，即機柜的總體及其零部件制造的可行性及經濟性要求，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設計,人機工程學設計思想,重電氣設計而忽略結構設計,重主機而輕視附件,我國機柜在外觀,整體

2、布局,色彩,加工精度及互換性,配套性等方面與發達國家有一定的差距,尤其在專利技術方面,我們仍然受制于工業發達國家,以至于外商企業占有了我國高端機柜市場的較大份額， 機柜結構本身發展形成的各種形式，不同的組件，不同電壓等級，不同使用場合，加工設備的發展，不同生產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。由于機柜結構要求不一，以及各個企業加工手段不同，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鍵的工藝特點，現將這些特點結合柜體結構選擇與設計進行介紹。2.1.1機柜的結構及基本類型2.1.1.1機柜的基本結構模式1.基本結構模式通過長期的實踐，電氣控制設備的殼體逐步

3、形成了盒,箱,柜(包括屏)，臺四大基本結構模式，定義如下：1） 機柜 用于容納電氣或電子設備的獨立式或自支撐的機殼。機柜通常配置有門，可拆或不可拆的側板。機柜一般安裝在地面上或大型設備平臺上。機箱機箱的體積較小，一般安裝在臺面，桌面，墻壁上或設備壁龕中，是用于容納電氣或電子設備的小型機殼。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，信息和監控設備的機殼。4） 機盒用于容納電氣或電子設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）。機盒也可以作為部件安裝在機柜，機箱和控制臺內。2.機柜的典型結構由于電氣控制設備被廣泛應用于多個技術領域，并且由于其功能的

4、差異，使用場合的差異及人們對多樣化的需求，電子控制設備的式樣極其繁多。為降低費用并進行專業化批量生產，逐步形成了一些典型機柜結構，其中具有普遍意義的結構模式有：1) 嵌套式層次結構（內插式結構）主要是指由IEC297和IEC917系統標準所規定的模式，它是一種插件插箱機柜系統，是目前標準化程度最高，應用最廣的一種模塊化結構模式。2） 外插式結構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，從而構成一套新的裝置。3） 層疊式結構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成一套功能齊全的整機。4） 套裝式結構幾種模塊套裝于機箱模塊內構成整機，

5、主要用于箱式的儀器。5） 裝架（屏）式結構將各種具有規定尺寸的功能模塊集裝于標準的安裝架上構成控制設備。6） 拼裝式結構將若干種不同結構形式的模塊，按規定的模式組裝成一臺整機。通過巧妙地設計，幾種有限的模塊可組裝出多種形態各異的裝置，如各種形式的控制臺。7） 單元組合式結構由若干風格統一但結構各異，有獨立功能的單元組合成的成套裝置。上述各種典型結構又常互相兼容與統一，如屏柜的統一；儀器的插箱，插件化，臺型結構引入插箱，插件；機箱結構的臺式，上架兩用：固定式與移動式的統一（換用多種底腳結構）等。2.1.1.2機柜的典型結構組成 機柜是電氣控制設備不可缺少的組成部分，它為成套電器產品提供安裝，支撐

6、，連接，轉動，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. 型材機柜的結構組成標準機柜的結構比較簡單，主要包括基本框架，內部支撐系統，布線系統和通風系統。機柜一般包括外殼，支架，面板上的各種開關，指示燈等。1） 基本框架 裝配式框架結構機箱機柜的構成：機柜由上蓋，底座，前后框架，前后門，側門，橫梁，角規等組裝成型。連接簡單，安全可靠。 主體框架，前后門，左右側門可以快速拆裝。2） 內部支撐系統 （1）立柱：內部支撐系統中的承重構件，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關系的安裝孔和定位孔，可用于安裝機柜的

7、結構件及電氣零部件。 （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構件及電氣零部件。擴展橫梁用于擴展機柜內的安裝空間、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。常規配置的固定托盤深度有440mm、480mm、580mm、620mm、等規格，固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（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扇提供電

8、，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生電源打擾。（2） 扎線板：在機柜的右后側，安裝兩塊100mm寬的鐵板，板上沿垂直方向每隔10mm開一個5mm100mm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300mm200mm的長方形進線孔，用橡皮裹邊，以免損傷電纜

9、。在孔上方90mm處，可以安裝一塊隔板，以求機柜內的美觀。4） 通風系統機柜的局部過熱可以通過加裝散熱單元，增加風的流速和流量來解決：也可在機柜內加裝制冷設備；還可以增加機柜進口冷風的進風量。機柜冷卻器可以解決機柜內部的局部過熱問題。調速風機單元：安裝于機柜的頂部；可根據環境溫度和設備溫度調節風扇的轉速，有效地降低機房的噪音。調速方式：手動，無級調速。機架式風機單元：高度為1U，可安裝在19“標準機柜內的任意高度位置上，可根據機柜內熱源酌情配置。風機單元的外殼采用一次成型技術，能有效減小風機的震動，提高風機單元的使用壽命。2. 機柜的結構配件根據需要機柜還裝有機柜附件。其主要附件有固定或可伸縮

10、的導軌，鎖緊裝置，鉸鏈，走線槽、走線架和屏蔽梳形簧片、專業固定托盤，專業滑動托盤，電源支架、地腳輪、地腳釘、理線環、理線架、L支架、擴展橫梁等。可選配件能夠滿足各種應用的需求。2.1.1.3機柜的分類 根據柜體結構及其工藝大致可以從結構形式，連接方式、構件取材等方面加以區分。其柜體結構和加工工藝各有特點。常見的機柜可分為以下幾種。1. 從結構上分1） 固定式能將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，往往采取各構件分步組合方式，一般先是組成兩片或左右兩側，然后在組成柜體，即先滿足外形要求

11、，在順次連接柜體內各支件。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，對于柜體兩側面，因考慮排列需求，中間不能有隆起現象，另外從安裝角度考慮，底面不能有下陷現象。2） 抽出式2. 從機柜構件連接方式上分1） 焊接方式2） 裝配方式3） 焊接與裝配混合方式3. 從結構材料分1） 型材結構機柜、（1） 剛型材機柜。（2） 鋁合金型材機柜。2） 板材結構機柜2.1.2標準機柜與非標準機柜2.1.2.1優先采用標準化設計1. 模塊化2. 模數數列2.1.2.2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

12、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、穩定性的選擇6.機柜散熱性的選擇7.設備安裝方便性的考慮2.1.2.3非標準機柜的結構設計 1.在柜體沒有指定型號的情況下，應根據機柜本身的國家和行業標準規范來設計 2.應以人為本 3.考慮結構空間 4.考慮自己的加工工藝條件2.1.3機柜材料對機柜結構設計的影響2.1.3.1機柜材料的機械性能決定機柜機械強度2.1.3.2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構設計的影響 1.加工設備條件對機柜結構設計的

13、影響 2.設備加工精度對柜體結構設計的影響 3.機柜加工方式對結構設計的影響 4.機柜零件結構加工工藝路線的影響 5.工人技術水平對柜體結構設計的影響2.1.5電氣系統對結構設計的影響 1.主結線方案 2.常用的主母線系統 3.柜內一次電氣組成的型號和規格 4.控制柜的小電流、大電流規格 5.控制柜的寬度 6.電纜的進出線 7.并柜的安裝布置 8.柜間聯鎖2.1.6影響機柜設計的其他因素2.1.6.1環境條件對柜體結構設計的影響2.1.6.2維修操作便利性及運輸安裝對機柜結構設計的影響 1.維護操作的方便性 2.運輸安裝的安全性2.1.6.3機械規范對柜體結構工藝的影響2.1.7柜體結構圖的繪

14、制2.1.7.1機柜結構設計的一般步驟1. 熟悉設備的技術指標和使用條件2. 、機柜結構方案的確定1) 結構形式的確定2) 確定機柜的制作材料3) 確定生產批量3. 確定機柜材料4. 進行板面設計與排列各組合體內部的元器件5. 確定機柜及其零件部件的結構形式，繪制結構草圖2.1.7.2機柜圖的內容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。（2） 機柜總裝配圖是指導機柜裝配的技術文件。（3） 機柜總裝配圖是機柜裝配完成后進行檢驗的依據。2. 機柜非標準零件圖（1） 機柜的非標準零件圖是制作生產工藝裝備的依據：（2） 機柜的非標準零件圖是在非標準零件加工過程中指導工人

15、進行操作的技術文件：（3） 機柜的非標準零件圖是工藝技術人員編制加工工藝文件的依據：（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。3. 機柜零部件明細表（1） 機柜零部件明細表應提供給采購供應部門，作為對外進行采購訂貨的依據。（2） 機柜零部件明細表應提供給零部件倉庫，作為進行零部件入庫檢驗和向生產班組發放的依據。（3） 機柜零部件明細表應提供給財務部門，作為進行產品成本核算的依據。（4） 機柜零部件明細表應提供給機柜裝配班組，作為向零部件倉庫領取零部件及核對規格、品種、數量的依據。2.1.7.3機柜圖的繪制方法1. 機柜圖按照機械制圖規則進行繪制2. 機柜圖繪制的方法1）

16、建立機柜參數化模型2） 建立機柜裝配骨架模型3） 機柜零部件詳細設計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機柜設計的要求2.2.1機柜結構設計要求2.2.1功能要求 1.結構要求 2.強度和剛度要求 3.機柜的安全防護要求 4.通風散熱方面的要求 5.配線布線的要求 6.人機工程學的要求 7.電磁兼容方面的要求1） 接地2） 屏蔽3） 電磁場屏蔽2.2.1.2工藝要求1. 機柜結構件的基礎要求2. 盡量減少加工零、部件的數量3. 簡化零件結構，考慮加工方便性4. 采用標準尺寸和適宜的公差5. 零件設計時應考慮相應的加工手段6.

17、原材料的選用應符合加工工藝性的要求7. 機柜結構設計中應注意的問題2.2.1.3裝配要求1. 機柜部件應采用模板化設計2. 裝配的可行和方便性3. 提高結構設計一致性和標準件選用準確性4. 機柜附件裝配的規范化5. 機柜的維護方便性2.2.1.4成本要求2.2.1.5其他要求1. 應符合標準化、規范化、系列化的要求2. 應便于生產、組裝、調試和包裝運輸2.2.2影響結構尺寸的因素2.2.2.1結構尺寸的要求2.2.2.2機柜結構的電氣性能要求1. 外殼的絕緣2. 電氣間隙和爬電距離3. 電氣保護與屏蔽2.2.3控制設備外殼的防護等級2.2.3.1電氣控制設備的常見故障2.2.3.2電柜的防護等

18、級1. 表示防護等級的代號由表征字母“IP”和附加在后的兩個表征數字及補充字母組成2. 第一位表征數字及數后補充字母表示的防護等級及其含義3. 第二位表征數字的防護等級及其含義4. 補充字母的使用5. 當只需用一位表征數字表示某一防護等級時，被省略的數字應以字母“X”代替6. 如需用第二位表征數字（或加上的補充字母）以表示產品完整的外殼防護等級時7. 代號舉例2.2.3.3污染等級2.2.3.4機柜的防護等級要求及確定原則2.2.3.5機柜常用的防護等級2.2.4機柜的材料2.2.4.1綠色環保設計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2.2.4.4材料的驗

19、證試驗要求2.3機柜的結構設計2.3.1機柜結構的機械設計2.3.1.1機柜結構的機械強度要求2.3.1.2機柜活動部件的設計要求2.3.1.3用柜體做防護的結構設計要求1. 外部異物侵入的防護2. 電擊的防護設計1） 直接接觸的防護2） 間接接觸的防護3. 控制設備內部操作與維修通道4. 對經過允許的人員接近運行中的控制設備的要求1） 對進行檢查和類似操作而接近控制設備的要求2） 對進行維修而接近控制設備的要求3） 對帶電情況下為擴展設備而接近控制設備的要求2.3.1.4機柜接地的結構設計要求2.3.2機柜安全防護設計2.3.2.1安全穩定性設計2.3.2.2溫升2.3.2.3電氣聯鎖2.3

20、.2.4抽出式部件的隔離距離2.3.2.5隔室2.3.2.6電柜、門和通孔2.3.3控制柜的造型設計要求2.3.3.1控制柜的造型設計2.3.3.2控制柜的表面涂覆2.3.3.3特殊要求 2.3.4便利性設計2.3.4.1檢修便利性結構設計要求1. 控制設備中電氣組件和電路的布置應便于操作和維修，同時要保證必要地安全等級2. 結構要簡單可靠，操作便捷，其優選順序為2.3.4.2控制柜的搬運結構設計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計1. 降低溫度設計2. 防腐設計2.3.5.2冷卻降溫1. 冷卻設計原則2. 空氣冷卻1） 自然冷卻2） 強迫冷卻3. 液體冷卻

21、4. 蒸發冷卻2.4機柜鈑金加工的工藝設計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. 連續電鍍鋅冷軋薄鋼板3. 連續熱鍍鋅薄鋼板4. 覆鋁鋅板5. 不銹鋼板2.4.1.2鋁和鋁合金板2.4.1.3常用板材的性能比較2.4.2下料方法的選擇2.4.2.1常用下料方法1. 鋸割2. 砂輪切割3. 剪床2.4.2.2剪床下料工藝設計1. 下料尺寸不大于板材規格2. 有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沖裁加工工藝設計2.4.3.1工藝比較的方案1. 沖裁加工方式的選擇2. 沖壓件設計尺寸基準的選擇原則3. 工藝計算2

22、.4.3.2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2.4.3.3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2.4.3.4提高零件強度的工藝設計2.4.3.5用數控沖床加工板材的厚度加工范圍2.4.3.6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系1） 凸模圓角半徑2） 凹模進口圓角半徑3） 凹模深度3. 彎曲件一般情況下地最小直邊高度要求1） 冷卻薄鋼板材