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教学用新型以太网交换机机柜的改造

石亮亮   张雪峰   

摘 要：新型以太网交换机融合了《防水型电气控制柜》（专利号：ZL 201420586700.9）和《一种以太网交换机》（专利号：ZL 201520059684.2）两个国家专利。新型以太网交换机是一种节能环保、结构简单、价格低廉、操作便捷，适用于计算机专业学生实训的设备。本交换机结构有两个特点：一通过防尘防水功能弥补了传统机箱防尘防水效果不理想的缺陷；二通过加装网孔保护装置有效防止拉动网线导致交换机上网孔变形损坏情况的发生。

关键词：以太网交换机  防水防尘  网孔保护

【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

随着科技的飞速发展，互联网已经成为我们学习和生活必不可少的组成部分，而以太网交换机又是网络中数据链路层的重要设备。以太网交换机起到接收、分配、转发数据广播帧的作用。笔者从事计算机专业教学10余年，发现以太网交换机在教学中存在防尘防水不理想和网孔容易损坏的缺陷，经过多年的研究，笔者完成了对设备升级和完善，两项技术获得国家专利，弥补了原有设备的不足，该设备已经在多家学校推广并使用。

一、   研制背景

    第一、我校专业教师每年会进行为期两个月的企业实践和调研，笔者在此过程中发现 很多企业的以太网交换机会出现布满灰尘，而放在位置较低的交换机还出现被水飞溅到等现象，影响网络的稳定和正常工作。

第二、计算机拆装课是职业院校计算机类专业学生的专业基础课，在网络连接环节由于学生要频繁地插拔网线而经常出现网孔损坏现象，严重影响了教学。为了学生操作方便计算机拆装实训室的以太网交换机均安装在较低位置，在打扫卫生过程中不同程度的出现灰尘和水滴进入交换机，影响了设备的正常使用。

二、研制目的

    新型以太网交换机的研制是想设计一种同时具备防尘防水功能、结构简单、拆装维护方便、结构合理、防尘防水效果明显、防护等级高的防尘防水器来解决企业和学校交换机防尘防水效果不理想的问题，把企业实际问题引入到教学中，实现职业教育服务于企业生产的理念；希望开发一种网孔保护装置减少经常插拔网线、各方向拉网线对网孔的损伤。

    三、研制分析

由企业专家、专业教师成立研发小组并进行集体论证和分析，我们采用先分组后合并的思路，成立了防尘防水小组和网孔保护小组。

（一）    防尘防水分析

传统交换机的防尘防水即在柜体上开设向柜体外下方45度的百叶窗（图1），无法阻挡较轻灰尘的进入，也无法阻挡飞溅水滴的进入，灰尘长时间的积累导致交换机的发热和工作不稳定。我们经过分析决定交换机柜体使用冷轧板构成一体化柜体，颠覆传统的铝型材搭建的典型控制柜形式，由于一体式设计，各柜面之间没有空隙，比起传统交换机柜具有更优秀的防尘功能，避免灰尘进入柜体内，减少发热等现象。防尘防水的思路是在柜壁上用铰链安装有防尘防水器（图2、图3）（已获得国家专利）。

图1   传统型以太网交换机防尘防水形式

图2  整体结构示意图

1柜壁、2防尘防水器

图3 防水防尘器安装结构示意图

1柜壁、2防尘防水器、3第一安装架、4第一百叶窗、5第二安装架、6第二百叶窗、7第一出风口、8第二出风口、9插槽、10灰尘过滤网、11斜角壁、12密封垫、13安装洞、14滤网插

如图3所示，在以太网交换机柜体的柜壁1上设有安装洞13，安装洞13的顶部通过铰链安装有防尘防水器2；防尘防水2为盒装结构，其盒体外侧壁下部设有第一出风口7，第一出风口7后方的第一安装架3上安装有第一百叶窗4，其盒体内侧壁上部设有第二出风口8，第二出风口8后方的第二安装架5上安装有第二百叶窗6，所述的盒体内壁的顶部及底部分别对应设有一插槽9，插槽9内装有灰尘过滤网10，盒体顶部中央开有滤网插口14；所述的安装洞13下方的柜壁1为斜角壁11，所述的斜角壁11上安装有密封垫12。

（1）防尘功能：当带有灰尘的气体进入交换机柜时要经过防水防尘器，气体要经过第一出风口的第一百叶窗，由于百叶窗叶片向下开口45°，所以大颗粒较重灰尘将无法进入第一百叶窗，带有较轻灰尘的气体进入第一出风口后遇到灰尘过滤网，将灰尘及物体过滤掉。通过的气体再经过第二百叶窗，第二百叶窗的叶片也是向下开口45°，通过第二出风口的气体经过这种错位的出风口被完全过滤，保证了防尘过滤率。

（2）防水功能：当柜外有水溅射到防尘防水器上时，遇到第一出风口和第一百叶窗，由于百叶窗叶片向下开口45°，所以水滴无法通过第一百叶窗。当有水滴成45°溅入第一出风口，通过第一百叶窗，溅入的水滴会遇到过滤网，被过滤网过滤下的水滴将顺着过滤网流到防尘防水器底部，通过第一百叶窗和第一出风口而流出防尘防水器，由于防尘防水器底部安装在斜角壁上并安装有密封垫。所以水会直接流出柜体。当有水滴通过过滤网而到达第二出风口，则也会被第二百叶窗阻挡，而流回防尘防水器，最后流出柜体，最终实现防水功能。

本交换机柜改变以往将过滤网固定在柜体上的方式，将过滤网安装在百叶窗之间，可以随时打开，清洗灰尘过滤网方便快捷。

（二）    网孔保护分析

传统交换机是没有网孔保护装置的，在插拔水晶头和网线连接时均会出现不同程度的拉拔，对网孔有很大的损伤。新型以太网交换机为弥补传统交换机的缺陷，在原交换机基础上增加了网孔保护装置(图4、图5、图6)（已获国家专利）。

图4

1交换机、2网孔、3指示灯、4电源插孔、5左连接座、6右连接座、7左螺母、8右螺母、9左丝杠、10右丝杠、11左垫片、12右垫片、13左旋钮、14右旋钮、15左连接块、16右连接块、17左卡槽、18右卡槽、19左转轴、20右转轴、21左按条、22右按条、23滑板、24设备插孔、25通孔、31左卡子、32右卡子、34左滑槽、35右滑槽

图5

3指示灯、4电源插孔、5左连接座、6右连接座、21左按条、22右按条、23滑板、31左卡子、32右卡子

图6

1交换机、5左连接座、6右连接座、13左旋钮、14右旋钮、15左连接块、16右连接块、21左按条、22右按条、34左滑槽、35右滑槽

这种网孔保护装置通过以下途径实现的，一种交换机上设置有多个网孔2、指示灯3和电源插口4，还包括固定装置，所述固定装置包括左连接座5和右连接座6，所述左连接座和右连接座上端分别与左螺母7和右螺母8连接，所述左螺母和右螺母上旋接有吻合的左丝杆9和右丝杆10。所述左丝杠和右丝杠上端分别与左旋钮13和右旋钮14连接，左丝杠和右丝杠下端分别与左垫片11和右垫片12连接，所述左连接座和右连接座上还分别与做连接块15和右连接块16连接，所述左连接块和右连接块上分别设置有左滑槽34和右滑槽35，所述左滑槽和右滑槽上分别设置有左卡槽17和右卡槽18，所述做卡槽和右卡槽内设置有相互配合的滑板23，滑板23两端分别设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上设置有通孔25及设备插孔24；所述左连接座和右连接座外面设置有左转轴19和右转轴20，所述左转轴和右转轴上分别设置有左按条21和右按条22.通过左按条和右按条能将左卡子和右卡子从左卡槽和右卡槽内推出，方便卸下滑板。

通过在交换机上加保护装置来保护交换机的网孔，防止网孔的变形损坏而且不影响交换机的其他功能。交换机保护壳结构简单，安装方便。

四、问题解决方法

根据两个小组对各项的分析和研发，两个小组历时1年多的刻苦攻关，圆满完成任务，两个小组的成果先后获得国家专利。根据研发要求，为了控制成本，通过市场调查，对于市场上有的零部件，直接购买；对于市场产品无法达到要求的，与厂家联系，根据设备开发要求产品由厂家进行生产，最终完成新型以太网交换机的制作。

五、本以太网交换机的测试

设备研制完成后，进行了测试，结果如下：

（1）防尘防水测试，在特定的实验场地进行测试，根据IEC的标准本设计的以太网交换机的防护级别可以由过去的IP30提升到IP55。IP30中3表示防止大于2.5mm的固体物侵入，防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件；0表示无防水防护。IP55中第一个5表示防尘完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常工作；第二个5表示防止喷射的水侵入防止来自各方向喷嘴射出的水进入灯具内造成损害。

（2）网孔保护测试。经过6个月100多次的使用测试，计算机拆装实训室里安装了网孔保护装置的以太网交换机再没有出现网孔损坏问题，提高了太网交换机拆装练习中的利用率。

六、使用效果

该以太网交换机即考虑到企业实际情况，又兼顾学校设备易损坏情况。作为计算机专业学生对以太网交换机的使用和维护是基本技能。此以太网交换机将企业实际问题引入到教学理念中，是产教结合的产品。新型以太网交换机投入到计算机专业教学后，得到师生的一致好评，与此同时我们邀请4家生产此类设备的专业公司进行了评价，综合评价结果：“该设备外形美观、结构合理、功能齐全。从产品设计的先进性、实用性、利用率、节能环保等方面适合教学市场的推广。”

【参考文献】

[1]满昌勇. 计算机网络基础(第2版)[M].清华大学出版社出版社.2015

[2]卓文. 计算机网络基础[M]. 电子科技大学出版社.2009

[3]孟敬.  计算机网络基[M]. 清华大学出版社.2011

[4]陈勇 罗萍 向敏. 电力拖动与控制[M]. 人民邮电出版社.2011

[5]张雪峰. 期刊《职业》 -《防水型电气控制柜的设计》[M].2015.2