CN114364184A - 一种轻量化抗震机柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化抗震机柜。通过在第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一横梁、第二横梁和第三横梁均开设多个第一减轻孔，能够有效减少第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一横梁、第二横梁和第三横梁的自重，进而减轻机柜的整体重量；而通过在主框架的第一侧设置多个第一横梁、在主框架的第二侧设置多个第二横梁、以及在上封板和下封板均设有多个第三横梁，能够有效提升主框架的刚度和强度，进而实现抗震，并避免主框架出现变形。

Description

一种轻量化抗震机柜

技术领域

本发明涉及核电站仪控领域，具体为一种轻量化抗震机柜。

背景技术

在核工程项目中，为了保证核工程项目安全运行，需要采用具有抗震的机柜来安装仪控设备，由于地震是主要集中在低频的瞬态振动激励，一般在35秒以内，且地震的能量主要集中在低频部分，因此，需要采用大刚度法抗震，即系统的固有频率应落在避开地震反应谱的峰值区并留有一定固有频率的余量的区间内，使激振频率和固有频率岔开，而抗震机柜一般采用厚度3mm或以上的材料加工成型。

但是，机柜应用在舰船、车载、空运等行业时，由于舰船、车载、空运的载重有限，因此需要控制机柜质量，且还需要实现抗震Ⅰ类，而现有的抗震机柜均采用厚度3mm或以上的材料加工成型，使得机柜的质量过重，因此，急需设计一个轻量化的抗震机柜。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种轻量化抗震机柜，以达到舰船、车载、空运等行业的质量要求。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种轻量化抗震机柜，包括：主框架、底座、第一侧板、第二侧板、第一横梁和第二横梁；

主框架设置于底座；

主框架至少由上封板、下封板、第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱组成；

第一侧板位于主框架的第一侧，第二侧板位于主框架的第二侧；

第一立柱和第二立柱构成主框架的第一侧，第三立柱和第四立柱构成主框架的第二侧；

主框架的第一侧设有多个第一横梁，第一横梁的一端与第一立柱相连，另一端与第二立柱相连；

主框架的第二侧设有多个第二横梁，第二横梁的一端与第三立柱相连，另一端与第四立柱相连；

上封板位于框架上方，下封板位于框架下方；

上封板和下封板均设有多个第三横梁；

第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一横梁、第二横梁和第三横梁均开设有多个第一减轻孔。

优选的，第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱均为相同的腔型焊件；

腔型焊件采用第一U型钢和第二U型钢焊接而成；其中，第一U型钢的厚度大于第二U型钢的厚度。

优选的，第二U型钢设置于第一U型钢的U型槽内。

优选的，第一侧板与第一横梁、第一立柱和第二立柱所形成的第一框架通过断续焊相连；

第二侧板与第二横梁、第三立柱和第四立柱所形成的第二框架通过断续焊相连。

优选的，第一侧板和第二侧板均设有多个凸起的侧板加强筋。

优选的，多个第一横梁按预设距离设置于主框架的第一侧；

多个第二横梁按预设距离设置于主框架的第二侧。

优选的，上封板、下封板、第一侧板和第二侧板的端部焊接部位弯折后形成重叠区域。

优选的，第一横梁和第二横梁均具有第一安装面和第二安装面；

抗震机柜还包括：焊接在第一横梁的第一连接板和焊接在第二横梁的第二连接板。

优选的，第一连接板和第二连接板均开设有多个第二减轻孔。

优选的，主框架通过焊接或螺栓固定于底座。

由上述内容可知，本发明公开了一种轻量化抗震机柜。通过在第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一横梁、第二横梁和第三横梁均开设多个第一减轻孔，能够有效减少第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一横梁、第二横梁和第三横梁的自重，而通过在主框架的第一侧设置多个第一横梁、在主框架的第二侧设置多个第二横梁、以及在上封板和下封板均设有多个第三横梁，能够有效提升主框架的刚度和强度，进而实现抗震，并避免主框架出现变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种轻量化抗震机柜的正视图；

图2为本发明实施例提供的一种轻量化抗震机柜的侧视图；

图3为本发明实施例提供的主框架的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的主框架安装侧板的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第一横梁安装连接板的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的连接板的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的局部焊接示意图；

图9为本发明实施例提供的侧板加强筋的示意图；

图10为本发明实施例提供的另一局部焊接示意图；

图11为本发明实施例提供的上封板、下封板、第一侧板和第二侧板的端部焊接部位弯折后形成重叠区域的结构示意图。

其中，主框架1，上封板11、下封板12、第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15、第四立柱16；底座2；第一侧板31，第二侧板32；第一横梁41，第二横梁42，第三横梁43；第一减轻孔51，第二减轻孔52；第一U型钢61，第二U型钢62；侧板加强筋7；安装面81、连接板82。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种轻量化抗震机柜，参见图1至图11，图1为轻量化抗震机柜的结构示意图，该轻量化抗震机柜包括：主框架1、底座2、第一侧板31、第二侧板32、第一横梁41和第二横梁42；

主框架1设置于底座2；

主框架1至少由上封板11、下封板12、第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15和第四立柱16组成；

第一侧板31位于主框架1的第一侧，第二侧板32位于主框架1的第二侧；

第一立柱13和第二立柱14构成主框架1的第一侧，第三立柱15和第四立柱16构成主框架1的第二侧；

主框架1的第一侧设有多个第一横梁41，第一横梁41的一端与第一立柱13相连，另一端与第二立柱14相连；

主框架1的第二侧设有多个第二横梁42，第二横梁42的一端与第三立柱15相连，另一端与第四立柱16相连；

上封板11位于框架上方，下封板12位于框架下方；

上封板11和下封板12均设有多个第三横梁43；

第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15、第四立柱16、第一横梁41、第二横梁42和第三横梁43均开设有多个第一减轻孔51。

需要说明的是，通过在第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15、第四立柱16、第一横梁41、第二横梁42和第三横梁43均开设多个第一减轻孔51，能够有效减少第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15、第四立柱16、第一横梁41、第二横梁42和第三横梁43的自重，进而减轻机柜的整体重量；而通过在主框架1的第一侧设置多个第一横梁41、在主框架1的第二侧设置多个第二横梁42、以及在上封板11和下封板12均设有多个第三横梁43，能够有效提升主框架1的刚度和强度，进而实现抗震，并避免主框架1出现变形。

值得注意的是，第一减轻孔51可以为圆形孔，也可以为其他形状的孔，并不仅限于圆形孔。

具体的，第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15和第四立柱16均为相同的腔型焊件；

腔型焊件采用第一U型钢61和第二U型钢62焊接而成；其中，第一U型钢61的厚度大于第二U型钢62的厚度。

需要说明的是，将第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15和第四立柱16设置为相同的腔型焊件，并将腔型焊件采用第一U型钢61和第二U型钢62焊接而成，由于主框架1在公开下因受力的部分不一致，因此，将第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15和第四立柱16设置为相同的腔型焊件，并通过设置第一U型钢61的厚度大于第二U型钢62的厚度，使得第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15和第四立柱16能够满足所需刚度和强度。

具体的，第一U型钢61的开口朝第二U型钢62的开口设置。

进一步，第二U型钢62设置于第一U型钢61的U型槽内。

需要说明的是，由于第一U型钢61的厚度大于第二U型钢62的厚度，因此，第一U型钢61的整体刚度和强度会比第二U型钢62的刚度和强度都大，因此，将第二U型钢62设置于第一U型钢61的U型槽内，能够最大化提升第一立柱13、第二立柱14、第三立柱15和第四立柱16的刚度和强度。

进一步，第一侧板31与第一横梁41、第一立柱13和第二立柱14所形成的第一框架通过断续焊相连；

第二侧板32与第二横梁42、第三立柱15和第四立柱16所形成的第二框架通过断续焊相连。

需要说明的是，断续焊是焊接时焊缝不连续，用于焊缝很长不需要满焊焊接死的非重要的连接件焊接，或是为了减少焊接变形以及预留焊接变形空间(焊接件上开剖口)采用的焊接方式。焊接件两侧均要焊接时，一般采用交错断续焊接方式(参考图8，图8中①处为焊接位置)。因此，第一侧板31与第一横梁41、第一立柱13和第二立柱14所形成的第一框架通过断续焊相连；以及第二侧板32与第二横梁42、第三立柱15和第四立柱16所形成的第二框架通过断续焊相连，能够避免第一侧板31和第二侧板32在焊接时出现变形。

进一步，第一侧板31和第二侧板32均设有多个凸起的侧板加强筋7。

需要说明的是，通过在第一侧板31和第二侧板32都设置多个凸起的侧板加强筋7，能够有效提升第一侧板31和第二侧板32的强度，进而能够有效避免第一侧板31和第二侧板32在焊接时出现变形，进而解决焊接加工中尺寸和形位偏差控制问题。

优选的，侧板加强筋7位于主框架1的第一立柱13、第二立柱14与第一横梁41所形成的框架与第一侧板31需要焊接的周边，以及第三立柱15、第四立柱16与第二横梁42所形成的框架与第二侧板32需要焊接的周边。

具体的，多个第一横梁41按预设距离设置于主框架1的第一侧；

多个第二横梁42按预设距离设置于主框架1的第二侧。

需要说明的是，将多个第一横梁41按预设距离设置于主框架1的第一侧；以及将多个第二横梁42按预设距离设置于主框架1的第二侧，能够最大化提升主框架1的整体刚度和强度。

还需要说明的是，在对多个第一横梁41和多个第二横梁42设置时，由于预设距离越小，其主框架1的刚度和强度越好，但由于机柜质量限制，不能过多设置第一横梁41和第二横梁42数量，因此，本发明不对预设距离进行限定，本领域技术人员需根据机柜设计的质量要求设定多个第一横梁41和多个第二横梁42的预设距离大小。

进一步，上封板11、下封板12、第一侧板31和第二侧板32的端部焊接部位弯折后形成重叠区域。

需要说明的是，将上封板11、下封板12、第一侧板31和第二侧板32的端部焊接部位弯折后形成重叠区域，能够提升上封板11、下封板12、第一侧板31和第二侧板32的端部的刚度和强度，而在第一侧板31和第二侧板32焊接在主框架1后，能够进一步提升主框架1的刚度和强度。参考图11，图11中示出上封板11、下封板12、第一侧板31和第二侧板32的端部焊接部位弯折后形成重叠区域的参考参数。

进一步，第一横梁41和第二横梁42均具有安装面；

抗震机柜还包括：焊接在第一横梁41的第一连接板和焊接在第二横梁42的第二连接板。

需要说明的是，由于第一横梁41和第二横梁42需要安装设备或附件，受力主要在第一横梁41和第二横梁42的安装面，而通过在第一横梁41焊接第一连接板和在第二横梁42焊接第二连接板，能够有效减少第一横梁41和第二横梁42的安装面的受力。

具体的，第一连接板和第二连接板均开设有多个第二减轻孔52。

需要说明的是，通过在第一连接板和第二连接板均开设有多个第二减轻孔52，能够在减少第一横梁41和第二横梁42的安装面的受力同时，有效减少第一连接板和第二连接板的自重。

具体的，主框架1通过焊接或螺栓固定于底座2。

需要说明的是，主框架1通过焊接或螺栓固定于底座2，能够保证主框架1牢固固定在底座2，进而实现抗震。

为了便于理解上述方案，结合图1至图11，下面对本方案作进一步介绍。

机柜主要采用焊接或螺装两种方式安装在底座或基础框架上。

机柜实现抗震要求的主体是机柜的主框架，主框架是承载安装设备器件、电缆线、门和安装附件等的主体，主框架的强度和刚度是确定能否实现机柜抗震要求的关键。

主框架主要由底座、立柱、横梁、上封板、下封板、侧板等组成。

框架中的上封板、下封板、侧板对整体强度和刚度贡献占比较低，底座、立柱和横梁是形成整体强度和刚度的主体。

主框架中的立柱和横梁都在不影响或影响比较小的部位增加了减轻孔。

主框架在工况下因受力的部分不一致，故在立柱和横梁封闭型腔设计时，根据受力的主和次进行了不同厚度的材料应用。

封闭型腔的两个工件是采用焊接方式形成的。

本发明中的侧部横梁采用了厚度较薄的材料。侧部横梁因安装设备或附件，受力主要在安装面上。为减少安装面的受力，增加受力区域在侧部横梁增加前、后面的连接板。

为满足机柜总质量控制要求，除前描述的增加减轻孔和根据受力的主和次应用厚度薄的材料加工受力较小的工件外。框架中的上封板、下封板、侧板对整体强度和刚度贡献占比较低，质量占比高的零、部也采用厚度薄的材料加工。

在具体应用中，本发明中立柱、底座和横梁主承力部分采用的是3mm和4mm厚度的材料，其余采用的是2.5～1.5mm的材料。框架中的上封板、下封板、侧板则采用了0.8mm的材料。

上封板、下封板、侧板主要与立柱、底座和横梁3mm和4mm厚度的材料相焊接，因厚度相差太大，在焊接加工过程中极易造成上封板、下封板、侧板变形无法修复。

为解决以上问题，采用了在侧板加工加强筋，加强筋位于侧板与框架主体的立柱和横梁形成的框中需焊接的周边。如图8所示。

上述焊接为断续焊，能解决侧板面变形。

上封板、下封板、侧板与框架主体内侧焊接形成前、后门框和顶部开口，焊接位置如图10所示，图10中②为焊接位置。

上封板、下封板、侧板与框架主体内侧焊接部位进行了材料重叠处理(折弯后压平，使局部变为两层材料)。如图11所示。

焊接为断续焊。采用上述方式能解决上封板、下封板、侧板形成前、后门框和顶部开口尺寸和变形问题。

采用本发明实现了机柜外形尺寸：宽度方向1100mm，深度方向600mm，高度方向2300mm加附件和安装设备总体质量小于500Kg，同时满足设备满配(总质量500Kg)情况下，增加40Kg外部电缆(配重40Kg)实现抗震Ⅰ类。

本发明的关键点和预保护点：

本发明的关键点主要是侧部横梁因安装设备或附件，受力主要在安装面上。为减少安装面的受力，增加受力区域在侧部横梁增加前、后面的连接板和采用了在侧板加工加强筋，加强筋位于侧板与框架主体的立柱和横梁形成的框中需焊接的周边。

1.在横梁的前、后面增加连接板，增加横梁受力区域的设计方式。

2.根据受力的主和次进行了不同厚度的材料设计封闭型腔的方式。

3.立柱和横梁在不影响或影响比较小的部位增加减轻孔的设计方式。

4.在侧板与框架主体的立柱和横梁形成的框中需焊接的周边加工加强筋的设计方式。

5.上封板、下封板、侧板与框架主体内侧焊接部位进行了材料重叠处理(折弯后压平，使局部变为两层材料)的设计方式。

6.本发明的描述是以实际应用项目中的机柜进行说明的，相关技术可应用于有严格限制总质量的盘台、箱、柜和框架等结构中。也可用于相关要求下，实现抗冲击、振动、摇摆和碰撞等机械性能要求的产品。

本发明满足机柜承载安装设备器件120Kg、内部电缆线30Kg，总体质量小于500Kg，外加40Kg外部电缆进入的情况下的抗震Ⅰ类要求。

本发明已应用于DCS仪控产品中，并通过了相关试验验证。

本发明中在横梁的前、后面增加连接板。连接板与横梁采用焊接连接的方式相连，也可以采用螺装、铆接或粘接等方式使横梁的前、后面与连接板形成整体。

本发明中的连接板可采用任意形状的工件代替，只要能实现横梁的前、后面连接即可。

本发明中封闭型腔的两个工件可采用螺装、铆接或粘接等使两个工件形成整体的方式代替。

本发明中侧板上的加强筋可以是其它形状的代替本发明中的半圆状。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种轻量化抗震机柜，其特征在于，包括：主框架、底座、第一侧板、第二侧板、第一横梁和第二横梁；

所述主框架设置于所述底座；

所述主框架至少由上封板、下封板、第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱组成；

所述第一侧板位于所述主框架的第一侧，所述第二侧板位于所述主框架的第二侧；

所述第一立柱和所述第二立柱构成所述主框架的第一侧，所述第三立柱和所述第四立柱构成所述主框架的第二侧；

所述主框架的第一侧设有多个所述第一横梁，所述第一横梁的一端与所述第一立柱相连，另一端与所述第二立柱相连；

所述主框架的第二侧设有多个所述第二横梁，所述第二横梁的一端与所述第三立柱相连，另一端与所述第四立柱相连；

所述上封板位于所述框架上方，所述下封板位于所述框架下方；

所述上封板和所述下封板均设有多个第三横梁；

所述第一立柱、所述第二立柱、所述第三立柱、所述第四立柱、所述第一横梁、所述第二横梁和所述第三横梁均开设有多个第一减轻孔。

2.根据权利要求1所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，所述第一立柱、所述第二立柱、所述第三立柱和所述第四立柱均为相同的腔型焊件；

所述腔型焊件采用第一U型钢和第二U型钢焊接而成；其中，所述第一U型钢的厚度大于所述第二U型钢的厚度。

3.根据权利要求2所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，所述第二U型钢设置于所述第一U型钢的U型槽内。

4.根据权利要求1所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，所述第一侧板与所述第一横梁、所述第一立柱和所述第二立柱所形成的第一框架通过断续焊相连；

所述第二侧板与所述第二横梁、所述第三立柱和所述第四立柱所形成的第二框架通过断续焊相连。

5.根据权利要求4所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，所述第一侧板和所述第二侧板均设有多个凸起的侧板加强筋。

6.根据权利要求1所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，多个所述第一横梁按预设距离设置于所述主框架的第一侧；

多个所述第二横梁按所述预设距离设置于所述主框架的第二侧。

7.根据权利要求1所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，所述上封板、所述下封板、所述第一侧板和所述第二侧板的端部焊接部位弯折后形成重叠区域。

8.根据权利要求1所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，所述第一横梁和所述第二横梁均具有安装面；

所述抗震机柜还包括：焊接在所述第一横梁的第一连接板和焊接在所述第二横梁的第二连接板。

9.根据权利要求8所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，所述第一连接板和所述第二连接板均开设有多个第二减轻孔。

10.根据权利要求1所述的轻量化抗震机柜，其特征在于，所述主框架通过焊接或螺栓固定于所述底座。

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