教學用新型以太網交換機機柜的改造

石亮亮   張雪峰   

摘 要：新型以太網交換機融合了《防水型電氣控制柜》（專利號：ZL 201420586700.9）和《一種以太網交換機》（專利號：ZL 201520059684.2）兩個國家專利。新型以太網交換機是一種節(jié)能環(huán)保、結構簡單、價格低廉、操作便捷，適用于計算機專業(yè)學生實訓的設備。本交換機結構有兩個特點：一通過防塵防水功能彌補了傳統(tǒng)機箱防塵防水效果不理想的缺陷；二通過加裝網孔保護裝置有效防止拉動網線導致交換機上網孔變形損壞情況的發(fā)生。

關鍵詞：以太網交換機  防水防塵  網孔保護

【Abstract】 The new Ethernet switch incorporates two national patents, "waterproof electric control cabinet" (patent no. : ZL 201420586700.9) and "one Ethernet switch" (patent no. : ZL 201520059684.2). The new Ethernet switch is a kind of equipment which is energy-saving, environment-friendly, simple in structure, low in price and convenient in operation, which can be applied to the practical training of computer students. The structure of this switch has two characteristics: first, it makes up for the defects of the traditional case of dustproof and waterproof effect by means of dustproof and waterproof. It is effective to prevent the distortion of the network hole caused by the network wire by installing mesh protection device.

【Key  Words】 Ethernet switch, waterproof and dustproof mesh protection

隨著科技的飛速發(fā)展，互聯(lián)網已經成為我們學習和生活必不可少的組成部分，而以太網交換機又是網絡中數據鏈路層的重要設備。以太網交換機起到接收、分配、轉發(fā)數據廣播幀的作用。筆者從事計算機專業(yè)教學10余年，發(fā)現(xiàn)以太網交換機在教學中存在防塵防水不理想和網孔容易損壞的缺陷，經過多年的研究，筆者完成了對設備升級和完善，兩項技術獲得國家專利，彌補了原有設備的不足，該設備已經在多家學校推廣并使用。

一、   研制背景

    第一、我校專業(yè)教師每年會進行為期兩個月的企業(yè)實踐和調研，筆者在此過程中發(fā)現(xiàn) 很多企業(yè)的以太網交換機會出現(xiàn)布滿灰塵，而放在位置較低的交換機還出現(xiàn)被水飛濺到等現(xiàn)象，影響網絡的穩(wěn)定和正常工作。

第二、計算機拆裝課是職業(yè)院校計算機類專業(yè)學生的專業(yè)基礎課，在網絡連接環(huán)節(jié)由于學生要頻繁地插拔網線而經常出現(xiàn)網孔損壞現(xiàn)象，嚴重影響了教學。為了學生操作方便計算機拆裝實訓室的以太網交換機均安裝在較低位置，在打掃衛(wèi)生過程中不同程度的出現(xiàn)灰塵和水滴進入交換機，影響了設備的正常使用。

二、研制目的

    新型以太網交換機的研制是想設計一種同時具備防塵防水功能、結構簡單、拆裝維護方便、結構合理、防塵防水效果明顯、防護等級高的防塵防水器來解決企業(yè)和學校交換機防塵防水效果不理想的問題，把企業(yè)實際問題引入到教學中，實現(xiàn)職業(yè)教育服務于企業(yè)生產的理念；希望開發(fā)一種網孔保護裝置減少經常插拔網線、各方向拉網線對網孔的損傷。

    三、研制分析

由企業(yè)專家、專業(yè)教師成立研發(fā)小組并進行集體論證和分析，我們采用先分組后合并的思路，成立了防塵防水小組和網孔保護小組。

（一）    防塵防水分析

傳統(tǒng)交換機的防塵防水即在柜體上開設向柜體外下方45度的百葉窗（圖1），無法阻擋較輕灰塵的進入，也無法阻擋飛濺水滴的進入，灰塵長時間的積累導致交換機的發(fā)熱和工作不穩(wěn)定。我們經過分析決定交換機柜體使用冷軋板構成一體化柜體，顛覆傳統(tǒng)的鋁型材搭建的典型控制柜形式，由于一體式設計，各柜面之間沒有空隙，比起傳統(tǒng)交換機柜具有更優(yōu)秀的防塵功能，避免灰塵進入柜體內，減少發(fā)熱等現(xiàn)象。防塵防水的思路是在柜壁上用鉸鏈安裝有防塵防水器（圖2、圖3）（已獲得國家專利）。

圖1   傳統(tǒng)型以太網交換機防塵防水形式

圖2  整體結構示意圖

1柜壁、2防塵防水器

圖3 防水防塵器安裝結構示意圖

1柜壁、2防塵防水器、3第一安裝架、4第一百葉窗、5第二安裝架、6第二百葉窗、7第一出風口、8第二出風口、9插槽、10灰塵過濾網、11斜角壁、12密封墊、13安裝洞、14濾網插

如圖3所示，在以太網交換機柜體的柜壁1上設有安裝洞13，安裝洞13的頂部通過鉸鏈安裝有防塵防水器2；防塵防水2為盒裝結構，其盒體外側壁下部設有第一出風口7，第一出風口7后方的第一安裝架3上安裝有第一百葉窗4，其盒體內側壁上部設有第二出風口8，第二出風口8后方的第二安裝架5上安裝有第二百葉窗6，所述的盒體內壁的頂部及底部分別對應設有一插槽9，插槽9內裝有灰塵過濾網10，盒體頂部中央開有濾網插口14；所述的安裝洞13下方的柜壁1為斜角壁11，所述的斜角壁11上安裝有密封墊12。

（1）防塵功能：當帶有灰塵的氣體進入交換機柜時要經過防水防塵器，氣體要經過第一出風口的第一百葉窗，由于百葉窗葉片向下開口45°，所以大顆粒較重灰塵將無法進入第一百葉窗，帶有較輕灰塵的氣體進入第一出風口后遇到灰塵過濾網，將灰塵及物體過濾掉。通過的氣體再經過第二百葉窗，第二百葉窗的葉片也是向下開口45°，通過第二出風口的氣體經過這種錯位的出風口被完全過濾，保證了防塵過濾率。

（2）防水功能：當柜外有水濺射到防塵防水器上時，遇到第一出風口和第一百葉窗，由于百葉窗葉片向下開口45°，所以水滴無法通過第一百葉窗。當有水滴成45°濺入第一出風口，通過第一百葉窗，濺入的水滴會遇到過濾網，被過濾網過濾下的水滴將順著過濾網流到防塵防水器底部，通過第一百葉窗和第一出風口而流出防塵防水器，由于防塵防水器底部安裝在斜角壁上并安裝有密封墊。所以水會直接流出柜體。當有水滴通過過濾網而到達第二出風口，則也會被第二百葉窗阻擋，而流回防塵防水器，最后流出柜體，最終實現(xiàn)防水功能。

本交換機柜改變以往將過濾網固定在柜體上的方式，將過濾網安裝在百葉窗之間，可以隨時打開，清洗灰塵過濾網方便快捷。

（二）    網孔保護分析

傳統(tǒng)交換機是沒有網孔保護裝置的，在插拔水晶頭和網線連接時均會出現(xiàn)不同程度的拉拔，對網孔有很大的損傷。新型以太網交換機為彌補傳統(tǒng)交換機的缺陷，在原交換機基礎上增加了網孔保護裝置(圖4、圖5、圖6)（已獲國家專利）。

圖4

1交換機、2網孔、3指示燈、4電源插孔、5左連接座、6右連接座、7左螺母、8右螺母、9左絲杠、10右絲杠、11左墊片、12右墊片、13左旋鈕、14右旋鈕、15左連接塊、16右連接塊、17左卡槽、18右卡槽、19左轉軸、20右轉軸、21左按條、22右按條、23滑板、24設備插孔、25通孔、31左卡子、32右卡子、34左滑槽、35右滑槽

圖5

3指示燈、4電源插孔、5左連接座、6右連接座、21左按條、22右按條、23滑板、31左卡子、32右卡子

圖6

1交換機、5左連接座、6右連接座、13左旋鈕、14右旋鈕、15左連接塊、16右連接塊、21左按條、22右按條、34左滑槽、35右滑槽

這種網孔保護裝置通過以下途徑實現(xiàn)的，一種交換機上設置有多個網孔2、指示燈3和電源插口4，還包括固定裝置，所述固定裝置包括左連接座5和右連接座6，所述左連接座和右連接座上端分別與左螺母7和右螺母8連接，所述左螺母和右螺母上旋接有吻合的左絲桿9和右絲桿10。所述左絲杠和右絲杠上端分別與左旋鈕13和右旋鈕14連接，左絲杠和右絲杠下端分別與左墊片11和右墊片12連接，所述左連接座和右連接座上還分別與做連接塊15和右連接塊16連接，所述左連接塊和右連接塊上分別設置有左滑槽34和右滑槽35，所述左滑槽和右滑槽上分別設置有左卡槽17和右卡槽18，所述做卡槽和右卡槽內設置有相互配合的滑板23，滑板23兩端分別設置有和左卡槽和右卡槽相互配合的左卡子31和右卡子32，所述滑板23上設置有通孔25及設備插孔24；所述左連接座和右連接座外面設置有左轉軸19和右轉軸20，所述左轉軸和右轉軸上分別設置有左按條21和右按條22.通過左按條和右按條能將左卡子和右卡子從左卡槽和右卡槽內推出，方便卸下滑板。

通過在交換機上加保護裝置來保護交換機的網孔，防止網孔的變形損壞而且不影響交換機的其他功能。交換機保護殼結構簡單，安裝方便。

四、問題解決方法

根據兩個小組對各項的分析和研發(fā)，兩個小組歷時1年多的刻苦攻關，圓滿完成任務，兩個小組的成果先后獲得國家專利。根據研發(fā)要求，為了控制成本，通過市場調查，對于市場上有的零部件，直接購買；對于市場產品無法達到要求的，與廠家聯(lián)系，根據設備開發(fā)要求產品由廠家進行生產，最終完成新型以太網交換機的制作。

五、本以太網交換機的測試

設備研制完成后，進行了測試，結果如下：

（1）防塵防水測試，在特定的實驗場地進行測試，根據IEC的標準本設計的以太網交換機的防護級別可以由過去的IP30提升到IP55。IP30中3表示防止大于2.5mm的固體物侵入，防止直徑或厚度大于2.5mm的工具、電線或類似的細節(jié)小外物侵入而接觸到燈具內部的零件；0表示無防水防護。IP55中第一個5表示防塵完全防止外物侵入，雖不能完全防止灰塵進入，但侵入的灰塵量并不會影響燈具的正常工作；第二個5表示防止噴射的水侵入防止來自各方向噴嘴射出的水進入燈具內造成損害。

（2）網孔保護測試。經過6個月100多次的使用測試，計算機拆裝實訓室里安裝了網孔保護裝置的以太網交換機再沒有出現(xiàn)網孔損壞問題，提高了太網交換機拆裝練習中的利用率。

六、使用效果

該以太網交換機即考慮到企業(yè)實際情況，又兼顧學校設備易損壞情況。作為計算機專業(yè)學生對以太網交換機的使用和維護是基本技能。此以太網交換機將企業(yè)實際問題引入到教學理念中，是產教結合的產品。新型以太網交換機投入到計算機專業(yè)教學后，得到師生的一致好評，與此同時我們邀請4家生產此類設備的專業(yè)公司進行了評價，綜合評價結果：“該設備外形美觀、結構合理、功能齊全。從產品設計的先進性、實用性、利用率、節(jié)能環(huán)保等方面適合教學市場的推廣。”

【參考文獻】

[1]滿昌勇. 計算機網絡基礎(第2版)[M].清華大學出版社出版社.2015

[2]卓文. 計算機網絡基礎[M]. 電子科技大學出版社.2009

[3]孟敬.  計算機網絡基[M]. 清華大學出版社.2011

[4]陳勇 羅萍 向敏. 電力拖動與控制[M]. 人民郵電出版社.2011

[5]張雪峰. 期刊《職業(yè)》 -《防水型電氣控制柜的設計》[M].2015.2