电子机柜的静载荷和动载荷的振动试验

1、ECHNOLOGY /技术前沿电子机柜11挣载荷和动载荷的振动试验.*.<*8.>曲力M T 级：1hJVX“T、: <1必专红、1 .丫"、! < >： 2T： " VC.；S七、文/北京四方继保自动化有限公司韩造林张开国田薔ffi要h本文介绍了电子机柜 的静载荷和动载荷振动试验的国际 （国家）标准及试验方法,并根据具体 机柜试验中出现的问题，提出今后机 柜设计和生产中的一些解决方法。【关键饲h电子机柜 静载荷 动载荷 振动试验1 标准概况1. 1机械载荷（静态）111机柜和机架的提吊试验要求试验条件（见图1）：试样应使用标准的螺栓固定座固定

2、在刚性的地面上，试验不加内部静载荷。试验过程:在P1处平稳加力，保底部固有设计的安装方式，固定在振动试验机上，以接近实际的安装情随着科技迅猛发展，工业类电II持静载荷至少lmin。重复提吊两次。工电子类产品已遍及社会的很多领 域，该类产品的可靠性也越来越受 到人们的重视。由于产品在振动、冲击条件下的可靠性要求，机柜的静、 动载荷试验逐步得到更多的关注。 这些试验的目的是，通过试验所获试验的合格评定：a）试验后不允许存在导致影响 配合或功能的零件变形或破坏；b）接地连续性检验按照1.3进行并应符合要求。1.1.2机柜和机架的刚度试得的数据，用来确定机柜设计中机验要求况。试验条件：试验过程按GB/

3、T2423.10规定 的程序进行。扫频速率：loct/min0试验轴：x-y-z （y轴作为最严 酷选择）。试验持续时间/轴：10次频率 循环。共振搜索：5Hz100Hz,加速 度 lm/s2o共振试验：用34的放大系数 使振幅增加至放大系数达到78, 保持此等级不低于10mino械方面的薄弱环节和（或）性能下降试验条件（见图2）：试样应使情况，作为设计改进的依据，同时结 合有关的标准和规范，决定机柜样用标准的螺栓固定座固定在刚性地品（机）是否可以接收。在某些情况",下，也可用来确定样品的结构完好性和（或）研究他们的动态特性。还可 依据试验数据确定机柜使用的严酷面上，试验不加内部静载

4、荷。试验过程：在试验机柜或机架 的每一面加一个稳态的力P2,均匀 分布在图2所示的阴影区内。保持静 载荷P2至少lmino合格评定：a）试验后，零部件不应有影响形状、配合或功能的变形或破坏；b）接地连续性检验按照13进行并应符合要求。1.3接地试验等级，保证机柜在贮存、安装和使用 中能够经受包括环境条件在内的各 种考验，最终满足产品的使用要求。为此,际电工委员会（IEC）制合格评定：a）按图2所示在机柜的每一侧 试验后，不允许产生影响有关机柜 技术规范中规定的配合的下降或功定了机柜、机架、插箱和机箱的气候、机械试验及安全要求的国际标准(IEC61587-1：1999),我国等同采用了该标准（G

5、B/T18663.1-2002） °为便于大家对标准以及相关的试验有所了解，现结合北京四方继保自动化有限公司的机柜设计和能部件的变形；b）接地连续性检验按照13进 行并应符合要求。12机械载荷（动态）机柜的振动和冲击试验应以图3和表2配置的机柜 进行。试验机柜包括框架、前门、后为防止电击危险，所有机柜、机 架或机箱的所有可能接触及到的金 属部分，都应实现电气互连并可靠 接地。经验表明，仅靠安装螺钉不能 保证有效、可靠的导电连接。用绝缘 材料制作并使用金属锁、较链等部 件的前面板，应采取附加的导电连 接措施并经测量合格。保护接地端 子或接地导体与需要接地的任一部 件之间的连接电阻，应小

6、于0.1 QoTV；Hr;机柜的机械试验情况作如下介绍:门、两个侧板和顶盖o试样通过机柜2 机柜试验2.1试验前的策划ECHNOLOGY /技术前沿ECHNOLOGY /技术前沿D/Q/G/Y 2004.7技术前沿 / TECHNOLOGY CEEIA技术前沿 / TECHNOLOGY CEEIA试验之前，应对试验进行策划, 根据试验目的规划试验程序。如果 是对机柜做摸底试验,试验应从低的 严酷等级到高的严酷等级进行,因为 摸底试验可能对机柜造成破坏。若 先进行高的严酷等级，机柜被破坏, 后面的试验将无法进行,也就达不到 摸底目的。如果由于市场要求，需出 示该机柜所适用的相应严酷等级的 报告，

7、那么试验应在经过国家试验室 认可委员会认可的试验机构试验,直 接按标准或用户所要求的严酷等级 试验。此外，试验前还应把受试机柜 的使用条件和外形尺寸与标准试验 条件进行对比分析，以确定试验的具a*；体配置。1机柜的提吊试验表1提吊试验和刚度试验的性能等级2.2静载荷试验考虑到行业的特点，提吊试验磁撼柴磁毘蚕豪菱齡處踽趣矗5001,0002,000和刚度试验性能等级按SL6,要求 的载荷能力为400kg （见表1）,完 全能够满足行业的使用要求。提吊试验前，先把受试机柜用标准的螺栓固定在刚性的地面上，不加内部载荷。按图1所示在P1处平稳施加P1为6000N的外力,保持此载荷lmin,并重复提吊两

8、次。该试验主要考察机柜是否达到所要求的强 度。试验中和试验后,机柜可能产生以下现象:螺纹脱扣，连接螺钉断裂。机柜为冷弯型材时，具有应力集中的冷弯折边会发生舒展变形，同时机柜外形尺寸发生变化。试验后，按本文13测量机柜前、后门及锁、左右侧板、上下盖板、机柜骨架对机柜接地点的电阻，电阻值均应小于0.1 Q。 对于提吊试验出现的问题，在 设计和装配过程中就应尽力去克服,如机柜框架的抗拉强度应大于试验 严酷等级所施加的P1,并应留有一定的裕度。框架角连接处应根据不同的连接方法进行分解。若是螺纹连接，螺钉的抗拉强度或横向螺钉SL5SL6SL72004008003,6,12,000000000注：额定载荷

9、是机柜或机架的规定载荷能力2机柜的刚度试验的抗剪强度和也应按一定裕度大于P1,同时预制螺纹应有足够的强度 作为保证，装配过程应有可靠的定位。若角连接处为焊接连接，应尽量加大焊口结合面，提高抗拉、抗剪强 度。另外，机柜的各活动部件和（或）可拆卸部件之间，应采用接地导线做可靠的电气连接，压线螺钉应使II用具有弹性和刺破绝缘层功能的接地弹垫，并采用防腐措施。刚度试验按图2的配置进行。受试机柜用标准螺栓固定座固定在刚性地面后，不加内部静载荷,在机柜 一侧面施加稳态力P2。我们的试验2004.7 D/Q/G/YECHNOLOGY /技术前沿ECHNOLOGY /技术前沿600按SL6等级(P2=1000

10、N)进行，保 持载荷至少lmin。然后观察机柜破 坏或变形情况，并测量机柜相应部件对地电阻值，以判定是否合格。为避免或减少相对面受力变形的相互影响，试验按前侧面一右侧面一2000后侧面左侧面交替进行。此./.J.8. I »t t,» ll£-?£ . «. v“«. 机柜冲击和振动试验的安装条件和载荷分布裹2机柜中的戟荷分布试验可能造成机柜角连接处螺栓连 接松动、焊口撕裂、垂直度或对角线 尺寸变化，以及其它变性。针对刚度试验出现的问题，在 设计和生产过程中，除了按提吊试 验的改进措施外，还应更多地考虑 增加整机的横向支撑连接，以更大

11、 地提高整机的刚度。23动载荷试验振动试验前，首先把机柜与标 准的试验要求进行对比分析。机柜 外形尺寸为2200 X 800 X 600 (高 X宽X深)，可确定受试机柜中载荷 分布按表2和图3进行。但我们受试 机柜的外形尺寸与标准要求不完全 一致，标准要求的机柜尺寸为2000 X 600 X 600,受试机柜外形尺寸比 标准要求大。当载荷分布仍然按图3?:-! v.:z 、/ 严:.>纟7 X - J s sx .3 ; » » * £ <": :八佥二匕"T:>s:3工炸 .:?.x:<:.:. .V.F;:-Y .

12、 .a:.?xx/ 匕二0.2¥八.宀誉nu" ,/:、it A-? A- tn t -r-.50005000IEC60297-2265.9IIEC60917-2-1250I载荷分布按图3配置是合理的。然后，选择受试机柜的试验等 级。继电保护机柜一般放在电站或 变电所的控制室内，根据表3和行业 要求，我们选择的试验等级为DL5。配置时，模拟载荷M4与模拟载荷M3 X 5的载荷集中点距离增大，在相同性能等级的试验条件下，对受试机柜的性能要求应比标准要求的更严酷。因此，我们选择受试机柜的»3机柜冲击和撮动婆求的性能暮级.，叫：女呑.纹"-.:.4嚐*.:!:

13、xyg > " J «'2.上>:¥.J:v:?.?l:l、&V5.c<c.?:.:. yvv:-!TAm/：.：.：.£：；Bio遽.；炉zr：.w：.：.：? -v-振动ilgw.? v. v 外匸:wd沁、： !/. zmx. :：#£. . IN *.:- - . -:. .恒定振幅:.?:.ulv*ftx.&T.v.j:v«v.-.-."Js.£>*>*.R.v'>. .i/-.*x<.A.«J,Li,：?.T.1 .5.

14、2:-fp-!?.v.r.r.A-Y.h-J.!4.-.O.AT.-V7-f-*?r“vi:?.% .”VTv.:i:<vA;.>!»K! 击数 3 3 3 冲次持续时间ms18峰值加速m/s230011500加速度 . Im/s2 ：.：； I - - I:2: :5?位移mm0.751-53.51150010频率范Hz9 100 i9 1009-100 ；:.：.5;«.>:.!-.Vl-Jm.w-Ivlv.'较比：审艺義久讶迢昭v-:*x:-:l<r¥.-x. .;l.tI:-.v?-.:fiw>.4u.-<:.“

15、.<:".<.总.工住小応.-玄 化屯!vnM-j".*Ll.-.A.vA3.H,i;.<s.17.,:.!l.xft:«rM-.A.w-A,.7*xw.r.«.«-v<:r»v.?- I 几. 隊i.鏗還®礙:»沁:s ;«:1莎¥ tBlM* :.二目号-.总2二liam.:;.%. 樺1鏗曇摻葺g專gg-ggr £ 窮算囂蟀舊專專 fj.v:;v.v-.:.:v. .：.r .； ；.- ».： 書專置矍舊泊專:：S發覚.Th !:DL4 经受低

16、强度冲击与振动的工?:厂和办公室! DL5 同DL4等级但经受较高强度I 的振动和冲击，如铁路和公!；路信号设备,经受气流吹袭| |又接近转动机械DL6 |同DL5等级但经受更高强度IIII的振动和冲击,如商用船舶-i 一一低等级军用要求I； ； : !D/Q/G/ Y 2004 .7ECHNOLOGY /技术前沿上述载荷分布和性能等级确定 后，振动试验就可以按试验条件进行了。将受试机柜通过地脚螺栓固N=21og2(f2/f i)=6 6441ogio (f2/fi)式中：仃-扫频的上限频率； 加速度为1 m/s2o搜索到共振点后, 继续进行共振试验。此试验是在共 振点上，用34的放大系数使振

17、幅ECHNOLOGY /技术前沿ECHNOLOGY /技术前沿定在振动台上，以模拟可能采用的f2-扫频的下限频率。增加至放大系数达到7 8,持续时ECHNOLOGY /技术前沿上述公式计算,倍频程数N = 9。的，机柜也往往在此时出现问题。底部有结构支撑的工作条件。试验 过程是按GB/T2423.10进行的。试 验是使受试机柜在三个互相垂直的 轴线X-Y-Z上依次经受振动，Y轴 作为最严酷的选择，即将Y轴作为 最可能暴露故障的方向选择。在某一轴向上如X轴，试验设备对受试机柜进行振动扫频，扫频 速率为1 oct/mino所谓扫频应是连 续的，频率应随时间按指数规律变 化。所谓倍频程（oct）就是

18、频率比 为2的两频率之间的间隔。所谓扫频 循环就是在规定的振动频率范围内 从头扫到尾再往回扫到头。针对我 们的试验，表3中规定频率范围是5Hz 9Hz、9Hz 100Hz,从 5Hz 100Hz5Hz为1个扫频循环。那么 一个扫频循环内应有N个倍频程 数，可用下列公式计算：因此，在上述扫频循环内，通过 振动试验分为两个阶段,分别规定了不同的振动幅值。在5Hz9Hz 频率范围振动幅值为位移15nun,9Hz100Hz范围振动幅值为加速度5m/s2o在此范围中9Hz为交越 频率。GB/T2423.10规定交越频率 以下为定位移,交越频率以上为定加 速度，同时给出了交越频率时位移和 加速度幅值的推荐

19、值。由图4中可以 看出，标准GB/T186631交越频率 是符合GB/T2423.10的规定的。按着上述规定要求,在每一轴向上进行振动试验，持续时间为10次 频率循环，由此可以算出在每一轴向 振动所需时间约为90min。另外，在 振动试验中还要进行共振搜索。共 振捜索的频率范围为5Hz100Hz, 间是10mino这种试验是相当严酷机柜在进行上述振动试验后,机柜中的应力集中点往往因振动时效 即应力释放而变形,角连接处螺钉松 动，焊口开裂,机柜内部安装螺钉脱 落。机柜的这些缺陷极有可能导致 机柜内电器装置的损坏，开关、端子 等器件散落,这是电器产品运行中所 不允许的。针对试验中出现的问题,在设计

20、和生产中，除上述两种试验所采取的 措施外,机柜所装器件或装置出现悬 臂状态时，悬臂端应加约束固定，以 避免共振状态下造成严厉变形和破 坏。所有安装及连接用螺钉必须有 防松措施并紧定，以防振松脱落。（下转第44页）ECHNOLOGY /技术前沿ECHNOLOGY /技术前沿MS4M0.510310410110°io-1m/82MM#e ssgilissI!.m/s220aio-245251020005000频率，Hz采用较低交越频率（«8HZ9缶）时的振动|值ECHNOLOGY /技术前沿ECHNOLOGY /技术前沿2tMJ D/QZG/YECHNOLOGY /技术前沿EC

21、HNOLOGY /技术前沿*%. My®：空UK文/唐易生编译ECHNOLOGY /技术前沿ECHNOLOGY /技术前沿X1r>ei上海磁悬浮已于2004年1月以 430km/h的速度正式运行，一条30 公里长的双轨线路连接着上海浦东 国际机场和市区的地铁龙阳路车站, 这是高速磁悬浮技术的首次商业应 用。上海磁悬浮成功的商业运行有 助于推动世界各地的磁悬浮项目， 这些项目迄今为止一直处于试验阶 段。磁悬浮电缆是一种全新的电缆, 目前实际运行的经验还很少，但随 着磁悬浮交通的发展，磁悬浮电缆 也会不断得到完善。产品规范上海磁悬浮推进系统由一个高 达20 kV冲击电压电源供电，电

22、流 负载为0521 kA ,频率为 50Hz250Hz。一个电机区的通电 时间为最大2秒。虽然这样的电力负 载远远低于中压电缆通常的负载, 但长定子电缆还是按20kV中压电 缆设计的。除了该项基本要求外,非 常特殊的自动化机器人敷设技术提 出了前所未有的特殊的系统要求： 20kV中压电缆的基本要求；使用机 器人的自动化作业；各相线电缆自 动弯曲和压接，定子槽中自承式安 装原理；通过外护套接地。从上述系统的基本要求产生了 下述电缆要求：外护套具有严密的 上、下限公差'高径向弹性性能$光 滑的表面；稳定一致的机械性餡高 弯曲和成型特性（最小1.5D弯曲半 径）成型的长期稳定性；自动敷设 后长期稳定的电气性能；独特的屏 蔽和护套结构。电缰结构电缆应是自承式的，因为电缆 压入定子槽狭窄的入口后造成的变 形，必须在就位后恢复。为了满足这 种安装原理的要求，电缆基本上设 计成20kV铝芯中压橡皮绝缘电力 电缆，导体尺寸300mm2是根据国际 标准规定值内推的。1. 导体电缆采用专门设计的300mm2 铝导体，导体的机械性能补偿了电 气性能的不足。导体应提供优良一 致的弯曲性能，还必须保持由敷设 机器人的弯曲和压接装置加工成的 形状而不降低电气性能。在内克森公