舰载电子设备机柜布线工艺设计
时间：2020-04-03 05:19:08 来源：千叶帆 本文已影响人
摘要： 对舰载电子设备机柜传统的走线方式进行分析、解剖，提出新的走线方案模式，从工艺角度对机柜走线结构进行改进设计，使之更适合于舰载机柜的布线要求。
关键词： 舰载电子设备机柜；布线板；跟线装置；线束
中图分类号：TN205 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0520072－01
1 概述
随着新时期海军装备信息化、网络化、一体化的快速发展，海军平台信息系统和海军电子信息系统等在信息收集、处理、显示能力和操控手段等方面对军用电子设备提出了更高、更新要求，越来越多的用于通信、测控等多功能的地面电子设备全部或部分采用安装在舰载电子设备机柜内的方式来装备舰艇。电子设备机柜内的线缆所传送的信号越来越多，功率越来越大，频率也越来越高，导致机柜内各模块之间的通信变得越来越复杂，而设备内部的通信需要敷设大量的导线。由此给机柜内部布线方面带来的一系列问题不得不引起我们的重视。
2 机柜结构分析及布线原则
2.1 机柜结构分析
舰载电子设备机柜通常采用抽屉推拉的结构。由于舰艇舱室空间有限，各机柜并列紧密排在一起，背靠舱体，侧面、后面被封死，装配、维修困难。抽屉后面的线束由于要考虑抽屉的推拉，线束也需要预留较长。
2.2 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。针对舰艇舱室窄小的特点，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，避免舰艇颠簸、加速、制动时线束受力，插头受力，影响接插件的电气性能；装卸、插头的插拔，查线、维修方便，保证故障的及时、快速排查。
2）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。
3）布线尽可能短，以减少导线损耗，节约线材。
4）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。
3 传统机柜的走线方式及缺点
传统的机柜走线方式是，线束从机柜顶部的转接板插座引出，顺着机柜侧面或后面的走线槽往下走线，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后面的。
跟线装置一般是与抽屉相连接的，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的跟进跟出。这种装置下，线束是悬空的，处于一直受力状态，插头插座也随着受力。
这些装置对舰载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）舰艇是一个运动的载体， 随波逐动、加速、制动、振动等对设备的影响很大，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，并随舰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地分开走线，避免信号互相干扰，可跟线装置这种方式只有一个线把，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，线束长度必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。
4 舰载机柜的布线设计
4.1 布线工艺设计
针对舰艇装备系统中舱室内空间窄小、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30mm，与抽屉上部原有10mm高度合在一起，在两抽屉之间留出40mm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
① 保留传统走线中从机柜两侧分开走线的路径。
② 去掉用跟线装置送线的方式。
③ 走线位置放在每个抽屉的下方，走线路径在布线板上。
线束从机柜顶部转接板引出，从机柜侧面的走线槽顺延向下，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，线束随抽屉带出，因各插头线束是分开的，不会绞在一起；抽屉推进时，线把会因自身重量而下沉平躺在拖线板上。
4.2 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30mm，这不会影响抽屉里面的电器元件；
3）布线板长度尺寸比抽屉长度长50mm，宽度尺寸与机柜机架内侧尺寸一致，厚度尺寸3～5mm，材料选用金属板材，布线板纵向做6～10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。
4.3 机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，不会随舰艇的颠簸、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、绞缠的现象。
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，并减轻重量。
4.4 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。
5 结束语
舰载电子设备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，使之更适合舰载机柜的布线要求。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舰载设备中，并取得了满意的效果。
参考文献：
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[4]许小明等，舰载电子设备电缆零部件的设计方法及制造，指挥控制与仿真，2009（6）:114-118.
作者简介：
王建平（1978-），男，湖北孝感人，工程师，主要从事电子设备结构设计。
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