随着科技迅猛发展，工业类电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，通过试验所获得的数据，用来确定机柜设计中机械方面的薄弱环节和（或）性能下降情况，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，国际电工委员会(IEC)制定了机柜、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（GB/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机柜的机械试验情况作如下介绍：
1 标准概况
1．1 机械载荷（静态）
1.1.1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，保持静载荷至少1min。重复提吊两次。
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验要求
试验条件（见图2）：试样应使用标准的螺栓固定座固定在刚性地面上，试验不加内部静载荷。
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1min。
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能部件的变形；
b）接地连续性检验按照1.3进行并应符合要求。
1.2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、后门、两个侧板和顶盖。试样通过机柜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况。
试验条件：
试验过程按GB/T2423.10规定的程序进行。
扫频速率:1oct/min。
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：5Hz～100Hz,加速度1m/s2。
共振试验：用3～4的放大系数使振幅增加至放大系数达到7～8，保持此等级不低于10min。
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1.3进行并应符合要求。
1.3 接地试验
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、铰链等部件的前面板，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，应小于0.1Ω。
2.机柜试验
2.1 试验前的策划
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,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,以确定试验的具体配置。
2.2 静载荷试验
考虑到行业的特点，提吊试验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1min,并重复提吊两次。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1.3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0.1Ω。
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。我们的试验按SL6等级（P2=1000N）进行，保持载荷至少1min。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——右侧面——后侧面——左侧面交替进行。此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，以更大地提高整机的刚度。
2.3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2200×800×600（高×宽×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2000×600×600，受试机柜外形尺寸比标准要求大。当载荷分布仍然按图3配置时，模拟载荷M4与模拟载荷M3×5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。
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定在振动台上，以模拟可能采用的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1oct/min。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～100Hz～5Hz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：
N=2log2(f2/f1)=6.644log10(f2/f1)
式中：f1-扫频的上限频率；
f2-扫频的下限频率。
因此，在上述扫频循环内，通过上述公式计算，倍频程数N≈9。
振动试验分为两个阶段,分别规定了不同的振动幅值。在5Hz～9Hz频率范围振动幅值为位移1.5mm,9Hz～100Hz范围振动幅值为加速度5m/s2。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值。由图4中可以看出,标准GB/T18663.1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。共振搜索的频率范围为5Hz～100Hz，加速度为1m/s2。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3～4的放大系数使振幅增加至放大系数达到7～8,持续时间是10min。这种试验是相当严酷的,机柜也往往在此时出现问题。
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。
3.结论
经过上述试验和并采用软件进行简单分析后，得出以下结论：
1）机柜角连接处，焊口应牢靠、坚固，角连接件、螺钉、螺纹应有足够的强度，有定位系统。地脚孔处的材料应较厚，并有折弯边以提高刚度。
2）机柜所装器件、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。
3） 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。
4） 现行的一般机柜在装内部器件时，宜加装横撑连接，以提高机柜横向刚度。
5） 为确保接地系统的电气连续性以及符合标准要求的连接电阻,机柜各活动部件、绝缘的部件(例如喷漆件)之间,应采用接地线可靠连接。
采取上述措施后,现行常用机柜一般都可通过机械载荷试验的考验。