车载电子设备机柜布线工艺设计

摘 要 :对电子机柜传统的走线方式进行了分析 、解剖 ,提出了新的走线方案模式 ,从工艺角度对机柜走线结构进行了改进设计 , 使之更适合于车载机柜的布线要求。

 

随着现代信息技术先进制造技术的发展 , 电子设备的体积逐步缩小 ,越来越多的用于通信 、测控等多功能地面电子设备全部或部分采用车载方式来装备 ,车载装备系统以其机动性 、灵活性 、隐蔽性和全天候的快速适应而显现出其强大的优越性 。指挥车 、通信车 、雷达测控车等车载站已成功装备应用 。但由此暴露出车载方舱内机柜布线方面的问题不得不引起我们的重视 。

1 机柜结构分析及布线原则

1 .1 机柜结构分析

测控电子设备机柜一般分为控制机柜和驱动机柜 。车载设备较小 , 集成度高 ,控制机柜和驱动机柜合二为一, 趋于采用标准的一体化控制机柜 。这种控制机柜通常采用抽屉推拉的结构 ,如图 1 所示 。

车载方舱空间有限 , 各机柜并列紧密排在一起 ,背靠厢体 ,侧面 、后面被封死 , 装配 、维修困难 。

车载方舱机柜由于厢体空间而限制了机柜的数量 ,车厢高度的限制又使得机柜高度变矮,为了不减少控制单元的功能数量 ,只有加长抽屉的长度 , 而抽屉容量的增大 , 使得机柜的纵深加长 , 如图 1 所示 ,H 尺寸变小 , L 尺寸变大 。

机柜数量的压缩使得单个机柜的电器单元容量增加 ,电器之间的互联性增多 , 导线数量随之加大 ;抽屉长度的加长 , 使得抽屉后面的线束随之加长,线束过长给抽屉的推拉增加了不小的困难 。

1 .2 机柜的布线原则

机柜布线最基本的原则是减少导线损耗、抑制相互交叉干扰, 避免导线损伤 ,力求布线合理、整齐美观 。针对车载机动 、方舱窄小的特点 ,对设备机柜的布线可靠性要求更高。除满足一般的布线要求外,要特别注重以下要求 。

(1)线束要有依托 ,要相对固定, 不能晃来荡去 ,避免车辆运动 、颠簸、振动、加速、制动时线束受力 、插头受力 ,影响接插件的电气性能 。

(2)受车箱方舱空间限制,布线要有利于抽屉的装卸、插头的插拔、查线 、维修方便, 保证故障的及时、快速排查。

(3)控制线 、信号线 、电源线(交 、直流)、大电流线尽可能分开走线 ,尽可能减少线束之间的相互干扰,满足电磁兼容设计方面的要求 。

(4)布线尽可能短 ,以减少导线损耗, 节约线材 。

(5)走线时应避开金属锐边、棱角, 以防导线绝缘层损坏 ,造成短路故障 。

2 传统机柜的走线方式及缺点

传统的机柜走线方式是 , 线束从机柜底部的转接板插座引出, 顺着机柜侧面或后面的走线槽往上走线 ,在抽屉后端分出各抽屉的分线束 ,抽屉后面的线束一般都是通过跟线装置从机柜走线槽送到抽屉后档板,并在跟线装置中间将各插头线束分开 ,在线束末端焊接插头 ,完成机柜到抽屉 、抽屉到抽屉的走线。这里线束一般都是悬空的 。

为了满足抽屉的拉出及翻转要求 , 线束往往要留出足够的余量。这里线束的余量都是垂掉在抽屉的后面的 。

跟线装置一般有与抽屉相连接的 , 如复杂的可回转的跟线架, 它可随抽屉的推拉而跟进跟出 ,线束捆扎在它的跟线槽内不用受力 ;也有不与抽屉相连接的,如跟线杆, 它只是起到一部分托线的作用, 线束大部分是自然下垂的状态, 抽屉的推进拉出 ,跟线杆也随线束被动地跟进跟出, 这种装置线束一直是受力的 ,插头插座也是一直受力的 。这种跟线装置也是悬空的。

这些装置对车载机动设备的机柜布线已很不实用,采用这种传统的走线方式 ,会带来很大的弊端 。

(1)机动车是一个运动的载体,加速、制动 、振动对设备的影响很大 ,线束与跟线装置的悬空状态是一个致命的弱点 ,线束的余量受重力下垂,并随车体的运动而晃来荡去 ,插头始终处于受力状态,无法满足设备整机性能要求。

(2)电气设计要求各种信号的导线尽可能的分开走线 ,避免信号互相干扰 ,可跟线装置这种方式只有一线把,各种信号的导线只能走在一起 ,无法满足电气性能方面的要求。

(3)考虑抽屉拉出或翻转 ,线束长度须留出比较大的余量 , 通常垂在抽屉后面 , 线束容易绞缠在一起 ,抽屉拉出时费力 ;同时抽屉拉出时, 线束在下面的抽屉边缘磨损, 时间一长, 导线容易破损 ,形成短路 ,烧毁设备 。

(4)抽屉推进时 ,线束掉进下面的抽屉里面, 容易损伤抽屉里面的元器件并引起短路, 往往需要人工干预 。如果抽屉加装盖板 ,一是影响抽屉散热 ,二是影响调试维修, 三是并不能解决导线磨损的问题。

(5)导线数量多 ,线束粗, 跟线装置负担过重 ,受力大 ,易变形, 导线因此受力 ,而这些力会转嫁到插头座上 ,使得接插件的电气性能受影响。

(6)抽屉后挡板的插座、插头插拔困难 ,没有插拔空间 ,容易引起误插 。

3 车载机柜的布线设计

3 .1 布线工艺设计

针对车载装备系统中方舱空间窄小、机柜结构复杂、导线数量较多的具体情况 ,克服传统走线的缺点 ,从工艺角度考虑设计了一种新的机柜走线方案。

(1)增大机柜抽屉之间的空间 —用于布线抽屉面板尺寸不动 ,抽屉高度缩小,抽屉底板向上抬高 30 mm, 与抽屉上部原有 10 mm 高度合在一起 ,在两抽屉之间留出 40 mm 的空间 ,用于布线 。

(2)去掉跟线装置, 加装布线板去掉抽屉后面的跟线装置, 改变走线路径, 在抽屉之间留出的布线空间内加装金属布线板;在布线板上走线、布线。

(3)走线路径(a)保留传统走线中从机柜两侧分开走线的路径 。

 (b)去掉用跟线装置送线的方式。

(c)走线位置放在每个抽屉的下方,走线路径在布线板上。

线束从机柜底部转接板引出 , 顺机柜侧面的走线槽爬上来,到每个抽屉下端分出各抽屉线束, 从布线板后端爬上布线板 , 并从布线板两侧引到最前部一排, 然后按抽屉后面板的插座位置分开各插头的线束 ,将线束捋顺后绑扎平放在布线板上 ,在线束的末端焊接插头 , 并留出半圆形弧度余量 。总线束用线卡压在布线板 ,固定不移动 ,有插头的分线束不固定 。抽屉拉出时 ,线把随抽屉带出 ,因各插头线束是分开的 ,不会绞在一起 ;抽屉推进时 ,线把会因自身质量而下沉平躺在拖线板上。

3 .2 结构设计改动

(1)去掉跟线装置设计 。

(2)按照新的布线工艺要求改动抽屉设计 ,即抽屉高度缩小 ,抽屉底板向上抬高 30 mm , 这不会影响抽屉里面的电器元件 。

(3)布线板设计如图 2 所示 , 长度尺寸比抽屉长度长 50 mm , 宽度尺寸与机柜机架内侧尺寸一致 , 厚度尺寸 3 mm ～5 mm , 材料选用金属板材 , 布线板纵向做 6 列 ～10 列长条孔 , 四角留出弯转的耳朵 , 并打好安装孔 ,孔为长条孔 ,用于装调 。

3 .3 车载方舱机柜新的布线设计优点

(1)布线板上线束固定有依托 ,不会随车辆的运动 、颠簸 、振动 、加速 、制动而晃荡 , 始终不受力 ,插头也不受力 ,保证整机设备的电气性能 。

(2)可满足电气方面的要求 。每个抽屉内有强 、弱信号控制线 , 有电源线 、有大电流线 , 信号线与电源线 ,可从机柜两侧分开分别走线,在布线板上可分开一定距离布线 , 避免电源线干扰信号线 。而跟线架是无法满足这一电气要求的。

(3)抽屉后面的线束不需要留过多的余量 ,缩短了导线长度 ,降低了信号损耗 ,节约了线材 , 且不会再有线束下垂和交缠的现象。

(4)各抽屉之间线束互不影响 , 彻底分离 , 上面抽屉的线束不会影响下面抽屉 。

(5)布线板上各插头线束各自分开 , 条理分明 ,不会绞在一起 , 装卸抽屉 , 人为操作都在机柜前面 ,能看见 ,易操作 ,各插头 、插座不易插乱 ,减少人为误插 。

(6)布线板上开有许多长条孔 , 可用于固定线束 ,同时利于机柜通风 ,并减轻质量 。

3.3 机柜布线安装过程中应注意的问题

(1)金属布线板一定要把毛刺打磨掉,并对所有棱边打磨 ,避免毛刺 、棱边划伤导线 。

(2)线束拐弯不能打死弯 ,弯曲半径要比线束直径大两倍以上 。

(3)插头线束较多可编成辫子形状 ,以减轻线束弯曲张力 。

4结束语

电子机柜新的布线设计解决了机柜传统的布线弊端 ,有效地改善了机柜电气设备的电气性能 , 使之更适合车载机柜的布线要求。同时 , 也使机柜的走线从外观上条理清晰,整齐美观 。便于装联 、调试和日后的维护 、维修 。此布线设计已成功应用于某工程车载天线系统中 ,取得满意的效果 。

 

参考文献 :

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