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摘 要：本文从结构设计角度出发，根据地面室外机箱的工作模式和环境适应要求，通过分析机箱设计要素，给出机箱结构关于材料选择、通风口门板、缝隙处理等方面的热设计、三防设计、屏蔽设计的方法和相对措施，为室外机箱的相关设计和优化提供参考。
关键词：结构设计;防雨设计;三防设计
中图分类号：TN03 文献标识码：A
随着电子信息技术的迅速发展，越来越多的信号设备使用在复杂的电磁环境下，户外机柜是电子设备的重要使用载体。电磁脉冲，电子干扰会通过孔缝耦合处进入柜内，导致电子元器件的干扰，设备使用寿命也会缩短，由于散热，对外电气连接的需要，壳体常有缝隙，柜门的屏蔽效能也达不到要求，机柜的电磁屏蔽、三防设计已成为户外特种设计的重要问题。机柜内部包含多种电子设备，对外电磁脉冲也较为敏感，如何达到良好的屏蔽效能和三防效果是设计的重点。本机柜的设计主要解决柜体结构的合理布置的安装、箱门的密封设计、电子设备的合理布局和局部的三防处理等结构要素，并进行相应的技术控制，确保部件的电气连续性和良好的使用效能。
1 总体方案设计
户外空调机柜为室外机柜，同天线设备一同安装于平台上。该机柜内部为19英寸机架，为安装于内部的电子设备或器件提供安装、工作与维修的结构平台，并为该电子设备稳定、可靠工作提供合适的环境条件。
左侧安装电视风机、终端、交换机;中侧安装光端机与记录仪;右侧安装加固服务器，其中交换机安装在固定的托盘上，前部安装装饰面板，其余分机均采用带滑轨的托盘进行固定，空余处安装装饰面板。机柜通过减震器（型号为E60）安装在平台上。
主要内容：该一体化机柜设计主要有结构设计、屏蔽及防雨设计、热设计、三防设计等部分。
1.1 结构设计
机柜外形设计尺寸为1699±3mm×699±3mm×699.5±3mm（宽×高×深）（宽度不含转接板盒体、高度不含减震器与吊环、深度不含空调，铰链等凸出物）。
机柜为框架式双层结构，中间填充隔热棉，内层与框架焊接为一体，如图2所示。
所有焊缝为连续焊缝，外层与框架铆接，框架采用20×20×1.5方管拼焊成型，内外层采用钢板激光切割折弯成形，内外层板和方管均为304不锈钢材质，外层厚度为2mm，内层厚度为1.5mm，同时在机柜顶部设有4个M20吊环，安装孔为盲孔，不影响防水和屏蔽性能，额定承载1T，方便吊装，机柜底部四周设计有底座围框，围框与底盘平台通过螺钉进行固定，方便拆卸。
内部平均分隔为3个连通的腔室，每个腔室布置有标准的19英寸机架，总净高度大于14U。设备安装在网孔型安装托盘上，通过松不脱螺钉与机架主体骨架垂直面紧固，托盘静载能力不小于45Kg;托盘两侧安装滑动导轨，导轨能够水平推入和拉出，如图2所示，拉伸距离400mm，托盘位置能够在标准N*2U高度范圍（N为整数）随意调整安装位置。
前部为三个柜门，采用双层结构形式，外层与框架焊接为一体，所有焊缝为连续焊缝，内层与框架铆接，内部填充隔热棉，通过外露式铰链与户外防水锁与箱体构成一个紧密的整体，柜门为右门轴，向右开启，开启后通过限位气弹簧进行固定，内外层板和方管均为304不锈钢材质，外层厚度为2mm，内层厚度为1.5mm，锁与限位气弹簧为316不锈钢材质，密封元件为耐高低温材质，可以在41℃～+65℃环境下可靠工作，铰链为304不锈钢重型铰链，如图3所示。
机柜右侧布置转接板，转接板材料为防锈铝，并在转接板外部设置带门防水盒，防水盒材料为304不锈钢，防水盒外形尺寸为宽450mm×高300mm×厚204.5mm，通过螺钉与箱体连接，转接板内部与分机错位布置，空间开阔，大于200mm，防水盒底部开有走线孔，外形尺寸为300×80mm，开孔边沿镶嵌橡胶防护条。
机柜背部安装军用空调，靠下为进风口，靠上为回风口。机柜通过设置在底部的6个E60减震器与平台车底板连接，能够承受360kg静载荷。
1.2 屏蔽及防雨设计
机柜的屏蔽效果与材料的导电、导磁性能有关，导电导磁率越高，屏蔽效果越好，综合考虑材料的物理性能、加工性能以及经济性，选用304不锈钢板为机柜材料。同时，机柜的屏蔽效果在很大程度上取决于机柜上所有开孔的屏蔽处理，对于本机柜主要是门缝、空调通风口以及转接板的开孔屏蔽处理。
铰链与箱体的安装孔，顶部吊环的安装孔均为盲孔，内层所有焊缝均进行涂胶处理，外层铆接时，贴合面涂胶，铆钉带胶铆接，同时采取合理的铰链与门锁布局，保证密封条在全范围内都能达到设计压缩量，密封胶条采用微波硫化技术接为整体，选用防护等级为IP56的伸缩式门锁，配备防尘盖，锁头与门板安装面涂西卡252白色密封胶，在转接板处设计有防水盒，防水盒通过螺钉与箱体连接，连接面之间粘贴橡胶防水密封条，并在四周涂西卡密封胶，通过采取以上措施，可有效保证机柜的防水性能。
通过在门内侧内圈槽内布置铍铜黄片，实现门与箱体的连续导电接触，最终形成完整屏蔽体，外圈卡装橡胶密封条，密封条选用爱姆卡公司生产的101105型密封条，材质为黑色（EPDM），防护等级IP65，寿命为9年，通过微波硫化技术接为整体，通过卡簧卡装于门板四边，仅需轻轻一压即可安装到位，非常便于安装与更换，该密封条可同时提供对灰尘、雨水的密封，外观外形图见图4所示，同时在门缝上部设计有防雨沿，减少了雨水对门缝的直接冲刷，保证屏蔽效能同时满足机柜防雨要求。详见图4所示。
在转接板与转接器之间加装屏蔽橡胶衬垫、转接板与箱体间加装环境密封丝网组合衬垫，该衬垫外侧为镀锡包钢铜丝网，内侧为硅实心橡胶，可同时满足屏蔽及环境密封的要求。柜体后部安装空调，空调与机柜后侧的接触面之间压橡胶密封条，安装完成后在缝隙四周涂西卡密封胶加固，以保证连接的紧密性，从而达到防雨效果。 箱体内侧安装蜂窝截止波导板，蜂窝外接圆半径32mm，波导板厚度12.7mm，材质为不锈钢，通过丝网组合衬垫与箱体连接，以形成良好的连续导电体。根据开孔的尺寸情况，波导窗尺寸为定制。波导板屏蔽效能SE≥140dB（1GHz～10GHz）。满足60dB的屏蔽要求。
1.3 热设计
机柜采用空调加风机单元的方式进行强制风冷，通过设计合理的而风道，如图5所示。
内部为下进上出串行风道，从机柜背部空调下侧设置进风口，通过风道将风送至三组插件下方，再通过风机单元的作用，自下而上，经过各个风机，到达机柜顶部，然后从空调回风口排出，空调型号均为FKWD30C军用空调。
1.4 三防设计
潮气、雨水对电子设备的影响最大，会造成电子设备短路、打火、电性能下降、锈蚀等诸多故障。机柜内的电子设备的防潮和防水设计主要靠机柜的整体密封实现，在机柜需要开孔的地方采用涂密封胶、安装密封垫等形式进行密封，并配置除湿器，除湿器布置在机柜中部后侧，采用露点方式，直接捕捉水分并排出机柜。
1.5 防腐蚀设计
机柜结构件直接暴露在户外环境下，受雨水、盐雾、潮气等恶劣环境的影响，很容易产生锈蚀。因此，选用不易生锈的304不锈钢为机柜材料，工艺上采取成熟可靠的钝化+静电喷涂工艺。这种工艺适用于结构件，防护效果好，防护寿命长。机柜钢件统一做不锈钢钝化，外表面T.军绿421·Ⅳ·E塑粉。铝件做拉丝及本色导电氧化处理。
1.6 防霉菌设计
霉菌的生长与营养物质、温度、湿度、氧气等因素密切相关，易生长在有机材料表面，例如插件面板、印制板、电缆表皮等部位，设计时应根据霉菌的生长特点采取针对性防护措施。本方案主要依靠合理的结构设计来防止霉菌的生成，户外的设备避免积水、积灰的结构设计，消除霉菌的生存环境。
1.7 接地设计
机柜内部左后侧设计有接地排，汇流后接到机柜右侧转接板接地螺栓上。
2 结语
户外电子设备电磁环境愈发恶劣，室外机柜的电磁屏蔽，三防设计愈发重要，进过优化设计后的机柜具有屏蔽效果好，三防力學性能良好的特点，在后期的实验及使用过程中，均能满足雷达各项技术指标要求，对同类机柜的设计提供一种有效的解决思路和方法。
参考文献：
[1]赖志豪.户外通讯机柜用空调热管一体机的设计[J].制冷与空调，20190628：6265.
[2]郭峰.通信用热交换型户外机柜节能降噪设计[J].价值工程，20120828：4446.
[3]周国锋.浅谈铁路信号户外机柜结构设计中应考虑的问题[J].铁路通信信号工程技术，20080825：5153.
[4]郭龙.通信用一体化户外机柜结构设计要点[J].科技风，20180610：65.
作者简介：胡松（1985— ），男，中国电子科技集团公司第三十八研究所，从事电子设备结构设计工作。
关键词：结构设计;防雨设计;三防设计
中图分类号：TN03 文献标识码：A
随着电子信息技术的迅速发展，越来越多的信号设备使用在复杂的电磁环境下，户外机柜是电子设备的重要使用载体。电磁脉冲，电子干扰会通过孔缝耦合处进入柜内，导致电子元器件的干扰，设备使用寿命也会缩短，由于散热，对外电气连接的需要，壳体常有缝隙，柜门的屏蔽效能也达不到要求，机柜的电磁屏蔽、三防设计已成为户外特种设计的重要问题。机柜内部包含多种电子设备，对外电磁脉冲也较为敏感，如何达到良好的屏蔽效能和三防效果是设计的重点。本机柜的设计主要解决柜体结构的合理布置的安装、箱门的密封设计、电子设备的合理布局和局部的三防处理等结构要素，并进行相应的技术控制，确保部件的电气连续性和良好的使用效能。
1 总体方案设计
户外空调机柜为室外机柜，同天线设备一同安装于平台上。该机柜内部为19英寸机架，为安装于内部的电子设备或器件提供安装、工作与维修的结构平台，并为该电子设备稳定、可靠工作提供合适的环境条件。
左侧安装电视风机、终端、交换机;中侧安装光端机与记录仪;右侧安装加固服务器，其中交换机安装在固定的托盘上，前部安装装饰面板，其余分机均采用带滑轨的托盘进行固定，空余处安装装饰面板。机柜通过减震器（型号为E60）安装在平台上。
主要内容：该一体化机柜设计主要有结构设计、屏蔽及防雨设计、热设计、三防设计等部分。
1.1 结构设计
机柜外形设计尺寸为1699±3mm×699±3mm×699.5±3mm（宽×高×深）（宽度不含转接板盒体、高度不含减震器与吊环、深度不含空调，铰链等凸出物）。
机柜为框架式双层结构，中间填充隔热棉，内层与框架焊接为一体，如图2所示。
所有焊缝为连续焊缝，外层与框架铆接，框架采用20×20×1.5方管拼焊成型，内外层采用钢板激光切割折弯成形，内外层板和方管均为304不锈钢材质，外层厚度为2mm，内层厚度为1.5mm，同时在机柜顶部设有4个M20吊环，安装孔为盲孔，不影响防水和屏蔽性能，额定承载1T，方便吊装，机柜底部四周设计有底座围框，围框与底盘平台通过螺钉进行固定，方便拆卸。
内部平均分隔为3个连通的腔室，每个腔室布置有标准的19英寸机架，总净高度大于14U。设备安装在网孔型安装托盘上，通过松不脱螺钉与机架主体骨架垂直面紧固，托盘静载能力不小于45Kg;托盘两侧安装滑动导轨，导轨能够水平推入和拉出，如图2所示，拉伸距离400mm，托盘位置能够在标准N*2U高度范圍（N为整数）随意调整安装位置。
前部为三个柜门，采用双层结构形式，外层与框架焊接为一体，所有焊缝为连续焊缝，内层与框架铆接，内部填充隔热棉，通过外露式铰链与户外防水锁与箱体构成一个紧密的整体，柜门为右门轴，向右开启，开启后通过限位气弹簧进行固定，内外层板和方管均为304不锈钢材质，外层厚度为2mm，内层厚度为1.5mm，锁与限位气弹簧为316不锈钢材质，密封元件为耐高低温材质，可以在41℃～+65℃环境下可靠工作，铰链为304不锈钢重型铰链，如图3所示。
机柜右侧布置转接板，转接板材料为防锈铝，并在转接板外部设置带门防水盒，防水盒材料为304不锈钢，防水盒外形尺寸为宽450mm×高300mm×厚204.5mm，通过螺钉与箱体连接，转接板内部与分机错位布置，空间开阔，大于200mm，防水盒底部开有走线孔，外形尺寸为300×80mm，开孔边沿镶嵌橡胶防护条。
机柜背部安装军用空调，靠下为进风口，靠上为回风口。机柜通过设置在底部的6个E60减震器与平台车底板连接，能够承受360kg静载荷。
1.2 屏蔽及防雨设计
机柜的屏蔽效果与材料的导电、导磁性能有关，导电导磁率越高，屏蔽效果越好，综合考虑材料的物理性能、加工性能以及经济性，选用304不锈钢板为机柜材料。同时，机柜的屏蔽效果在很大程度上取决于机柜上所有开孔的屏蔽处理，对于本机柜主要是门缝、空调通风口以及转接板的开孔屏蔽处理。
铰链与箱体的安装孔，顶部吊环的安装孔均为盲孔，内层所有焊缝均进行涂胶处理，外层铆接时，贴合面涂胶，铆钉带胶铆接，同时采取合理的铰链与门锁布局，保证密封条在全范围内都能达到设计压缩量，密封胶条采用微波硫化技术接为整体，选用防护等级为IP56的伸缩式门锁，配备防尘盖，锁头与门板安装面涂西卡252白色密封胶，在转接板处设计有防水盒，防水盒通过螺钉与箱体连接，连接面之间粘贴橡胶防水密封条，并在四周涂西卡密封胶，通过采取以上措施，可有效保证机柜的防水性能。
通过在门内侧内圈槽内布置铍铜黄片，实现门与箱体的连续导电接触，最终形成完整屏蔽体，外圈卡装橡胶密封条，密封条选用爱姆卡公司生产的101105型密封条，材质为黑色（EPDM），防护等级IP65，寿命为9年，通过微波硫化技术接为整体，通过卡簧卡装于门板四边，仅需轻轻一压即可安装到位，非常便于安装与更换，该密封条可同时提供对灰尘、雨水的密封，外观外形图见图4所示，同时在门缝上部设计有防雨沿，减少了雨水对门缝的直接冲刷，保证屏蔽效能同时满足机柜防雨要求。详见图4所示。
在转接板与转接器之间加装屏蔽橡胶衬垫、转接板与箱体间加装环境密封丝网组合衬垫，该衬垫外侧为镀锡包钢铜丝网，内侧为硅实心橡胶，可同时满足屏蔽及环境密封的要求。柜体后部安装空调，空调与机柜后侧的接触面之间压橡胶密封条，安装完成后在缝隙四周涂西卡密封胶加固，以保证连接的紧密性，从而达到防雨效果。 箱体内侧安装蜂窝截止波导板，蜂窝外接圆半径32mm，波导板厚度12.7mm，材质为不锈钢，通过丝网组合衬垫与箱体连接，以形成良好的连续导电体。根据开孔的尺寸情况，波导窗尺寸为定制。波导板屏蔽效能SE≥140dB（1GHz～10GHz）。满足60dB的屏蔽要求。
1.3 热设计
机柜采用空调加风机单元的方式进行强制风冷，通过设计合理的而风道，如图5所示。
内部为下进上出串行风道，从机柜背部空调下侧设置进风口，通过风道将风送至三组插件下方，再通过风机单元的作用，自下而上，经过各个风机，到达机柜顶部，然后从空调回风口排出，空调型号均为FKWD30C军用空调。
1.4 三防设计
潮气、雨水对电子设备的影响最大，会造成电子设备短路、打火、电性能下降、锈蚀等诸多故障。机柜内的电子设备的防潮和防水设计主要靠机柜的整体密封实现，在机柜需要开孔的地方采用涂密封胶、安装密封垫等形式进行密封，并配置除湿器，除湿器布置在机柜中部后侧，采用露点方式，直接捕捉水分并排出机柜。
1.5 防腐蚀设计
机柜结构件直接暴露在户外环境下，受雨水、盐雾、潮气等恶劣环境的影响，很容易产生锈蚀。因此，选用不易生锈的304不锈钢为机柜材料，工艺上采取成熟可靠的钝化+静电喷涂工艺。这种工艺适用于结构件，防护效果好，防护寿命长。机柜钢件统一做不锈钢钝化，外表面T.军绿421·Ⅳ·E塑粉。铝件做拉丝及本色导电氧化处理。
1.6 防霉菌设计
霉菌的生长与营养物质、温度、湿度、氧气等因素密切相关，易生长在有机材料表面，例如插件面板、印制板、电缆表皮等部位，设计时应根据霉菌的生长特点采取针对性防护措施。本方案主要依靠合理的结构设计来防止霉菌的生成，户外的设备避免积水、积灰的结构设计，消除霉菌的生存环境。
1.7 接地设计
机柜内部左后侧设计有接地排，汇流后接到机柜右侧转接板接地螺栓上。
2 结语
户外电子设备电磁环境愈发恶劣，室外机柜的电磁屏蔽，三防设计愈发重要，进过优化设计后的机柜具有屏蔽效果好，三防力學性能良好的特点，在后期的实验及使用过程中，均能满足雷达各项技术指标要求，对同类机柜的设计提供一种有效的解决思路和方法。
参考文献：
[1]赖志豪.户外通讯机柜用空调热管一体机的设计[J].制冷与空调，20190628：6265.
[2]郭峰.通信用热交换型户外机柜节能降噪设计[J].价值工程，20120828：4446.
[3]周国锋.浅谈铁路信号户外机柜结构设计中应考虑的问题[J].铁路通信信号工程技术，20080825：5153.
[4]郭龙.通信用一体化户外机柜结构设计要点[J].科技风，20180610：65.
作者简介：胡松（1985— ），男，中国电子科技集团公司第三十八研究所，从事电子设备结构设计工作。