新型测试机柜设计研究

新型测试机柜设计研究

冯晓阳 1 郭海青 2

凯迈（洛阳）测控有限公司 1 河南 洛阳 471000 第一拖拉机股份有限公司 2 河南 洛阳 471000

摘 要： 随着我国科技事业的快速发展，越来越多的用于通信、测试、试验等目的的测试设备需要一种新型测试机柜作为载体来满足其使用要求。文章根据各种测试、通信设备的结构和上架特点，详细论述了新型测试机柜的结构设计。

关键词： 机柜；结构；

Design research of new type test cabinet

Abstract:With the rapid development of China’s scientific cause,more and more test equipment used for communication、test、experiment need a new type test cabinet as the vector to meet the use requirement.According to many different kinds of devices’ feature ,the article discusses the structural design of the new type test cabinet.

Key words:Cabinet; structure;

该新型测试机柜是为满足不同用户需求而设计开发的机柜，能够满足不同客户生产、调试、测量使用。在符合国标对机柜机构设计的系列化、维修简便的要求下，进行测试机柜的设计工作。在设计过程中从机柜框架、布局、散热通风、接地装置、机柜供电、机柜承重等几方面进行阐述，对测试机柜的结构设计过程进行详细的介绍。根据不同场合需求需要对测试机柜进行适应性设计，将需要适应性设计的变量参数化，可针对不同需求进行参数化设计。

1 机构总体设计

根据GB/T15395、GJB100、JB/T10324的电子设备机柜通用技术条件和面板、机架和机柜的基本尺寸系列的规定，并结合调研常用测试机柜安装设备的数量需求，确定了测试机柜的高度、正面宽度、深度等基本尺寸和结构形式。测试机柜一般要求转运便捷、设备安装方便、可抗击一定范围的冲击震动、维修拆卸方便等，综合以上因素最终确定测试机柜基本尺寸为高度35U、正面宽度600mm、深度800mm。

1. 1. 机柜框架

机柜框架采用铝合金型材搭接，分为底框与立柱两部分。底框采用MD2铝型材配合角板、连接板铆接装配而成。立柱考虑面板、设备安装，采用MD1铝型材。装配时将底框的横梁、纵梁对接定位之后，采用角板、连接板将底框进行铆接连接。这样不仅保证了底框的机械强度，而且底框加工、装配方便快捷。立柱两端加工M8内螺纹，立柱与底框连接使用M8螺栓，将底框与立柱组合为一个整体。

1. 2. 机柜布局

机柜框架装配完成之后，机柜其余零部件通过铆接或螺钉连接装配在机柜框架之上。机柜其余部件由底板、顶板、风扇顶板、侧板、后门板及其他附件组成

机柜顶板、风扇顶板是集机柜散热、防尘组合式，采用1.5mm低碳钢板Q195钢板钣金折弯工艺加工成型，充分保证框架的结构强度、可靠性及美观。风扇顶板安装散热风扇并预留警示灯安装位置。顶板加工有相应过线孔，用于散热风扇和警示灯的电缆。

两侧侧板、底板采用1.5mm低碳钢板Q195钢板钣金折弯工艺加工成型，侧板顶部两侧装有两个门锁，侧板可快速进行拆卸，便于机柜内部设备的安装及调试。底板加工三个φ60过线孔。机柜后部的布局根据不同的客户的安装要求，可设计为单开门、双开门、单开门+面板布局三种形式。后两种形式的后门布局需要结合门板支撑板等附件进行安装。

图 1 机柜结构示意图

1.3 机柜散热通风

随着用户的要求越来越高，单台测试设备被要求能满足不同任务的需求或单台设备能满足不同型号产品的测试要求。单台测试机柜安装的各型设备也越来越多，例如：电源、显示器、示波器、频谱仪、各种测试通信模块等等。设备工作过程中产生的热量也随之愈来愈高，而各测试设备对其工作环境温度都有着严格的要求。因此为了保证测试机柜内各设备的正常工作，采用散热风扇来保证机柜内保持一定的温度是非常必要的。热空气较轻，机柜内空气流动应当是由下向上的。因此在机柜风扇顶板后部安装2台轴流风扇抽风，两侧板下部开多处3.5×30的通风孔，这样就形成自下而上的散热通道，以增加空气对流。如表1所示，满足设备的通风要求。

假设机柜内部安装空间为35U，设备总功率假设为2500W，根据经验，设备散热量为功率的20％～30％，以最大转换为准，总设备的发热量为750W。假设设备有效工作的最大温度环境为40°，设备使用的外部环境最大温度为25°，内外温度差为15°。通过计算风扇的排风量确定风扇的型号：

根据热转换方程式

H=Cp×W×ΔT

H — 热转换量；

Cp — 空气比热；

W— 流动空气重量；M3

ΔT— 设备上升的温度。

已知W =CFM×D 其中D— 空气密度

∴ Q(CFM)=

再由转换因子与代入海平面空气的比热与密度可得以下的散热方程式 Q(CFM)= ＝ 或Q(M³/Min)= ＝ ：

Q— 冷却所需的风量；

P— 设备内部散热量；

ΔTf— 允许内部温升差（华氏）；

ΔTc —允许内部温升差（摄氏）；

根据公式计算需要风扇排出的风量为

Q(CFM)= = ＝88CFM或

Q(M³/Min)= ＝ ＝2.5M³/Min

设计时风扇顶板后部安装两个轴流风扇，每个风扇的排风量需为45CFM或1.3M3/Min。选择风扇考虑余量增加10％，即为50CFM或1.4 M3/Min。所选风机为台湾三巨风扇SJ1238HA2，此风扇的最大风量为60CFM，满足设计要求。

1.4 机柜供电与接地

机柜的后下部安装1U电源总成（六孔PDU），提供220V电源。电源总成数量可根据用户需要添加。根据不同客户机柜内部安装设备的多少和布局的不同，配置2U或3U的开关面板。在开关面板上安装空气开关、防静电手环接入孔。

机柜内部装有接地铜排，供机柜内各设备接地使用。机柜下部预留有接地端子，以便机柜内各设备通过接地铜排有效接地。对于各类测试、通信设备类机柜接地时十分重要的，若机柜内安装的各设备接地不良，测试机柜内可能会产生静电，对机柜内设备信号造成干扰，严重时会烧毁设备内的电子元件。接地不正确也可能造成信号串联，严重的情况下会影响机柜内电子设备的性能指标。因此在机柜内部可根据安装设备的多少设置一根或多根接地铜排，用于连接信号底线和电源底线。从而有效避免机柜内设备静电的产生及电磁激励的发生。

当有防静电要求时，在进行设备操作之前将防静电手环带在左手腕上，将防静电夹接入机柜电源总开关面板上部开孔处，内部与接地铜排相连。

2 结语

新型测试机柜的设计不仅要考虑机柜的重量、强度等结构形式，还需要对机柜的实用性如接地、散热、通过性、可操作性等进行详细设计。本文从以上几个方面详细阐述了新型测试机柜的设计思路、材料、附件选型等。在具体设计的过程中还需要考虑到测试机柜的系列化，机柜内部设备与其他设备的连线问题，测试机柜的使用环境，适应国标、国军标等各项因素。
参考文献：
1.张忠兴《某户外机柜结构优化设计与验证》,上海交通大学,机

械工程,2009

2.罗浩文;丁云飞:《单元式数据机柜冷却系统性能研宠》,广州大

学土木工程学院:广州大学广东省建筑节能与应用技术重点实室

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