电子设备模块电液同步盲插技术研究.pdf

自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications电子设备模块电液同步盲插技术研究吕召会(南京电子技术研究所，江苏 南京 210039)摘要:为解决盲插电子设备模块插拔困难、可靠性低、冷却液泄漏危害严重等问题，设计一种新型的电子设备模块电液同步盲插技术。该技术通过引入盲插电连接器与液冷盲插水接头隔离防护、漏液监测、分级导向、电连接器浮动安装、不同品种电子设备模块防错插、插拔力分配、通电顺序逻辑控制技术，通过这些技术的综合应用提高电子设备模块盲插可靠性，并通过具体应用实例验证该技术的可行性和先进性。结果表明，所设计的电子设备模块电液同步盲插技术可以达到预期效果，具有较高的实际应用价值，优于同类型的设置。关键词:电子设备模块；同步盲插；电连接器；液冷水接头中图分类号：TP202;TB472文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)08-0145-04Research on Blind Plug Technology of Electronic EquipmentModule Electro-hydraulic SynchronizationLV Zhao-hui(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing 210039 China)Abstract:In order to solve the problems of plug-in difficulty,low reliability and serious coolant leakage,a new type of electronic equipmentmodule electro-hydraulic synchronous blind plug-in technology was designed.The technology introduced blind plug-in connectorand liquid-cooled blind plug-in water joint isolation protection,leakage monitoring,grading guidance,electrical connector float-ing installation,different types of electronic equipment module prevention Through the integrated application of these technolo-gies,the reliability of the blind insertion of electronic equipment modules is improved,and the feasibility and the advanced natureof the technology are illustrated through specific application examples.The results show that the design of electronic equipmentmodule electro-hydraulic synchronous blind insertion technology can achieve the desired effect,has high practical application val-ue,and is better than the same type of settings.Keywords:electronic equipment module;synchronous blind insertion;electrical connector;liquid-cooled water connector收稿日期:2021-07-21DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）08-0145-04.1引言盲插互联技术是现代电子行业互连组装普遍采用的技术，便于模块的快速插拔与更换，缩短设备维修时间，提高设备维护的工作效率，在军用、民用等领域得以了广泛的应用1-2。近年出现了可用于盲插互联的液冷水接头，安装在电子设备模块后部，随模块的插拔实现冷却管路的快速互联。但是当电气盲插连接器与液冷盲插水接头同时安装在电子设备模块上时，经常出现电气盲插连接器插拔困难，接触不良、水接头漏液等问题，限制了电液同步盲插技术的推广应用。有学者提出了箱类电子设备主流盲插互联结构，在实际工作过程中，经常因连接器位置偏差过大造成无法对插的情况3；有学者设计了有源相控阵雷达中模块间盲插互联采用的技术方法，在连接器选型时提出通过改变连接器外壳的形状来防插错，对于安装多个盲插电连接器的电子设备模块，往往需要对各零部件加工精度提出较高的公差控制要求，加工经济性存在不足4；有学者设计了一种射频同轴连接器盲插机构结构形式，多个盲插射频连接器安装在一个转接板上，对于结构尺寸较大的转接板其整体重量往往较重，同时因为电连接器背部较多的电缆对转接板拖拽作用，往往会造成转接板浮动困难5。有学者设计了电液一体化盲插技术，按最大极限偏差分配各零部件的定位尺寸公差，工艺上采取专用工装的方法控制加工精度。对于连接器数量较多的场合，按最大极限偏差分配原则，各零件加工精度要求过高，存在一定的局限性6。为解决盲插电子设备模块插拔困难、可靠性低、冷却液泄漏危害严重等问题，设计了一种新型的电子设备模块电液同步盲插技术，并对其性能进行分析。2电液同步盲插技术方案145行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期Techniques ofAutomation&Applications本技术方案是多项技术的集合，主要包括电气盲插连接器与液冷盲插水接头隔离防护、漏液监测、分级导向技术、电连接器浮动安装技术、不同品种电子设备模块防错插技术、插拔力分配技术、电连接器通电顺序逻辑控制技术几个方面，下面详细介绍。2.1电连接器与盲插水接头隔离防护图1盲插电子设备模块结构示意图(1)将电连接器与盲插水接头分区布局，所有电连接器布置在一个区域内，盲插水接头布置在另一个区域内，除了在安装平面范围内将这两类接头分开布局，在深度方向上可以将其分别安装在两个不同平面上。在盲插水接头发生严重泄漏的情况下起到分区隔离的目的。对于水平安装的盲插电子设备模块，将电连接器集中安装在一侧，盲插水接头安装在另一侧；垂直安装的盲插电子设备模块，电连接器安装在上方，盲插水接头安装在下方。对于多层布局的设备，底部采用结构防护罩进行防护，防止上层泄漏的液体滴落到带电部位引发故障。结合图1进行说明，其中：1-盲插电子设备模块，2-导轨条，3-盲插水接头(头)，4-密封圈，5-导向销 A，6-盲插水接头(座)，7-漏液收集流道，8-导轨槽，9-漏液收集孔，10-电连接器 A，11-电连接器 B，12-导轨槽，13-盲插背板，14-导向销B，15-导轨条。从图1可以看出，盲插电子设备模块(位号1)后板上安装2只盲插水接头(头)(位号3)，盲插电连接器A(位号10)和B(位号11)各1只。将两只盲插水接头(头)安装在左侧，两只电连接器安装在右侧。深度方向，两只盲插液冷水接头安装在后部，两只电连接器安装在前部。将液冷水接头和电连接器分区布局，进行物理隔离防护，避免冷却液泄漏对电连接器的影响。(2)在盲插水接头周边设计防泄漏密封圈。两只盲插水接头周边使用密封圈包围，当盲插电子设备模块推入机箱后，密封圈与盲插背板接触并被压缩，起到密封作用。盲插水接头插合状态，将泄漏的冷却液限制在密封圈之内，防止其流到带电部位引起严重后果。(3)在盲插水接头与防泄漏密封圈之间设计漏液收集流道。在水接头漏液情况下，泄漏的冷却液被限制在密封圈内，从漏液收集孔中流入漏液收集流道，被引流至指定部位，防止冷却液流到带电部位引起严重后果。2.2盲插水接头漏液监测技术在漏液收集流道内设置传感器用于实时检测流道内状况7。一旦有冷却液泄漏进入漏液收集流道，即触发传感器触点，通过配套电路检测传感器触点的状态变化或传感器阻值变化，完成漏液检测并将检测结果上报。图2所示漏液检测带主体为两根导电金属丝，使用绝缘体进行定位。将漏液检测带放入图1中盲插背板的漏液收集流内，一旦冷却液泄漏流经漏液检测带，两根导电金属丝之间的电阻值将发生变化，原开路状态变为导通。即可通过检测电路进行检测并上报，完成漏液监测。图2漏液检测带结构示意图2.3电子设备模块分级导向技术为了满足盲插电连接器及盲插水接头较高的安装精度要求，采用多级导向技术。在电子设备模块与机架上设置导轨副，作为第一级粗导向。该导轨副可以采用标准商用导轨，也可以采用机加工形式导轨，对电子设备模块起基础支撑及初步导向作用，对导向精度无过高要求。结合图1，盲插电子设备模块左右两侧各加工出一个导轨条，装入机箱时，导轨条插入机箱上的导轨槽，导轨条和导轨槽配合，完成第一级导向。在电子设备模块后部设置台阶式导向销，如图3所示。在机架背板上设置导向销孔，导向销与销孔配合作为第二级导向。该导向销采用台阶式分为两段，销前部直径细，顶端加工尖角利于对准销孔；销后部直径粗，与销孔按小间隙配合公差设计。导向销有效长度大于任意一对电连接器和盲插水接头的插头和插座沿插入深度方向长度之和，确保盲插电子设备模块插入机箱时导向销先插入销孔一段距离。台阶式导向销与销孔配合完成中精度等级导向。图3台阶式导向销结构示意图146自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications结合图1，导向销后端较粗部位(d1、d2)与盲插背板(位号13)销孔直径(D1、D2)间隙小于盲插水接头径向浮动量和任意一对盲插电连接器径向浮动量。导向销有效长度C1、C2大于任意一对电连接器和盲插水接头的插头和插座沿插入深度方向长度之和，即：C1(C2)max(A1+B1,A2+B2,A3+B3)(1)盲插电连接器的插头和插座一般自带导向销和导向孔，连接器壳体周边一般加工出导向倾角帮助导向。利用电连接器自带导向销或壳体作为第三级精确导向。以上三级导向，导向精度逐级提高。2.4电连接器浮动安装技术对于单个盲插电子设备模块安装多个电连接器，或者电连接器径向安装精度很高，使用多级导向技术也难以满足盲插电子设备模块盲插导向定位精度要求时，可以采用电连接器浮动安装技术。电连接器的插头或插座上至少一端采用浮动安装设计，用以吸收零部件加工及装配误差造成的不利影响，在浮动端可以采用如下两种方法：方法1：在电连接器法兰上安装浮动衬套。通常浮动衬套铆接在电连接器安装法兰上，安装孔与衬套之间在径向及轴向之间留有间隙，衬套可以在壳体安装孔内沿径向及轴向自由浮动。安装螺钉穿过浮动衬套固定电连接器，电连接器壳体可以在浮动间隙范围内自由浮动，如图4所示。1-电连接器安装法兰，2-浮动衬套，3-固定螺钉。图4浮动衬套结构示意图方法2：使用台阶螺钉与浮动安装板结合，实现电连接器的浮动。台阶螺钉主体部分直径小于浮动安装板固定孔直径，长度略大于浮动安装板厚度。使用普通螺钉将电连接器固定在浮动安装板上，使用台阶螺钉将浮动安装板和电连接器固定到结构安装件上，实现电连接器的自由浮动。浮动间隙由台阶螺钉的主体部分直径与浮动板安装孔径之间的间隙决定，如图5所示，其中，1-台阶螺钉，2-动安装板，3-连接器，4-通螺钉。图5台阶螺钉与浮动板结合结构示意图2.5不同品种盲插电子设备模块防错插技术在包含多个不同品种盲插电子设备模块的系统中，为了避免电子设备模块插错位置带来的不利影响，通常需采用防错插措施，可采用如下两种不同的防错插方法：方法1：尺寸区分法：不同的盲插电子设备模块及插座背板上设计不同直径的导向销d1和d2和对应的销孔D1和D2，销与销孔配合公差一般按H7/g6。两个导向销直径不同时小于其余品种盲插电子设备模块相同位置导向销直径。每个盲插电子设备模块对应的插座背板上设计与其导向销相对应的销孔，使每种盲插电子设备模块在机箱中仅能插入相同类型的槽位。方法2：位置区分法：不同品种盲插电子设备模块两个导向销的定位尺L5和L6取不同的数值，盲插背板上相应导向销孔位置与其一一对应。这两种方法根据具体结构布局选用，可以单独选用其中一种，也可以两种方法结合使用。2.6盲插电子设备模块插拔力分配技术查阅电连接器及盲插水接头插拔力，布局电连接器和盲插水接头位置时计算插拔力对模块中心的力矩。使得各种插拔力对模块中心正反力矩趋于平衡，模块后部及插座背板承受均匀的插拔力，避免出现插拔力偏心。结合图1，盲插水接头插拔力为 F1，盲插电连接器插拔力分别为F2、F3。计算各插拔力对盲插电子设备模块中心O点的力矩，取逆时针为正值，顺时针为负值，正负力矩值代数和趋于零。即：F1L1+F1L2+F2L3-F3L40(2)布局电连接器和盲插水接头位置时，调整各尺寸(L1L4),计算各插拔力对模块中心的力矩。使得各种插拔力对模块中心正反力矩趋于平衡，模块后部及插座背板承受均匀的插拔力，避免出现插拔力偏心。2.7盲插电连接器通电顺序逻辑控制技术电连接器型号不同，其插头和对应插座插入啮合的行程长度不尽相同。以盲插电子设备模块插入到位后为基准，接插件插入行程长的接插件导电体先开始接触；反之，接插件插入行程短的导电体后接触。对于盲插电子设备电连接器有先后通电顺序要求的场合，根据通电顺序要求，先通电的选择插入行程长的接插件，后通电则选择插入行程短的接插件。图1中电连接器A(位号10)啮合行程大于电连接器B，先通电的选择电连接器A，后通电则选择插入行程短的电连接器B。对于单个多芯导电体电连接器，可根据以上原理，先通电选择导电体长度长，后通电选择导电体长度短，实现通电顺序逻辑控制功能。147行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期Techniques ofAutomation&Applications3应用案例为了测试本文设计的技术有效性和优越性，实验以四核八线程CPU为实验平台，Matlab7作为仿真软件，其实验环境具体参数如表1所示。表1实验环境具体参数名称计算机名称操作系统处理器开发工具内存运行界面参数Mac miniWindows Server 20203.2 GHz Intel Core i5E-clipse 6.58 GB控制台输入输出采用本文技术和传统技术设计的电液同步盲插产品进行对比分析，它们均使用于某电源机柜中，单台机柜中安装两个品种共计几十台电源模块。测试结果如表2所示。从表2可以看出，本文技术电源插拔灵活，水接头与电连接器分区布局，电液隔离及监测功能可以有效降低冷却液泄漏对电讯性能的影响。由于采用了多级导向、台阶式导向销、电连接器浮动设计，模块插拔灵活、操作方便，同时降低了对结构零部件苛刻的高精度加工要求。通过改变导向销的直径可以有效防止不同品种模块之间的错插，本文技术可以有效解决了传统技术存在的弊端，性能更可靠、更方便操作。表2本文技术和传统技术的性能对比测试指标电源插拔操作方便对结构零部件苛刻的高精度加工要求错插概率可靠性抗干扰能力本文技术很灵活是低极低高强传统技术一般灵活是高低一般弱4结束语针对目前军用、民用电子行业盲插互联技术存在的问题进行了深入分析，通过采用电液隔离防护、漏液监测、分级导向、浮动安装等技术的综合应用，解决了电子设备模块盲插时插拔困难、可靠性低的问题，有效避免了液冷接头漏液对设备的不利影响，对于电液同步盲插技术的推广应用进行了积极探索。目前盲插液冷水接头与液冷背板均为刚性连接，下一步将进一步探索可浮动的盲插水接头，提高其工作可靠性。参考文献:1 谢旻.电连接器及其在雷达和电子设备中的应用J.应用科技,2011,38(3):20-23.2 ERNI的MiniMez盲插型夹层连接器首次亮相J.电信科学,2010,26(S2):48.3 赵文生,叶正浩,朱学凯,韩延宁,董智鼎.一种盲插流体连接器的研究及设计J.流体机械,2019,47(9):7-11.4 吕建路,顾叶青,姚晔.有源相控阵雷达模块盲插设计方法研究J.电子机械工程2017(6):5-11,19.5 陈竹梅.有源相控阵雷达射频同轴连接器盲插机构的设计与分析J.电子机械工程2002(5):11-15.6 李玉峰,徐红莲,吕慎刚,赵春林,娄开胜.电液一体化盲插技术及实现方法C.2014年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集,2014.7 李甫迅,谷岩峰,张永红.尺寸链公差分配原理在盲插互联结构电子设备中的应用J.科技创新与应用,2016(30):62-64.作者简介:吕召会（1977-），男，高级工程师，研究方向：雷达电子设备结构设计。信的调度方法应用效果好。研究的调度方法能够减少调度工作人员的工作强度和压力，还能够减少人为干预，保证了调度过程中的公平，提高了调度决策水平。参考文献:1 乐健,周谦,赵联港,等.基于一致性算法的电力系统分布式经济调度方法综述J.电力自动化设备,2020,40(3):44-54.2 于卓智,张叶峰,韩冰洋,等.基于量子通信的电力业务调度算法J.电信科学,2019,35(11):108-116.3 孙洪波,梁文举,陶凛,杜代华.一种新的电力系统优化任务调度算法研究J.科技通报,2019,35(3):90-94.4 杜进桥,李艳,随权,等.基于相变储能系统主动响应能力挖掘的配电网经济调度J.电力自动化设备,2020,40(4):210-217.5 彭春华,张金克,陈露,等.计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度J.电力自动化设备,2020,40(3):1-7.6 郭语,鞠全勇.基于PWM信号的主从通信方法J.机械制造与自动化,2020,271(6):172-174,187.7 仲美稣，杨勇生，周亚民，等.基于群智能算法的自动化码头协同调度研究J.计算机应用研究,2019,36(12):3756-3759.8 谷海彤,崔卓,吴晓强,等.一种计量自动化系统的无线传感器网络路由优化算法研究J.能源与环保,2018,40(3):189-193.作者简介:王磊（1975-），男，本科，高级工程师，研究方向：营销大数据分析研究。(上接第102页)148