一、产品概述与应用背景

Heracell 150i是赛默飞（Thermo Fisher）系列高端CO₂培养箱之一，广泛应用于细胞培养、组织工程、干细胞研究等生命科学实验领域。为了满足不同实验对培养容器种类、体积及重量的多样化需求，150i机型在搁架设计上不仅追求灵活的高度调节，也强调必须具备足够的承载能力，保证在满载情况下仍然稳定可靠，不发生变形或位移，从而确保培养过程中的环境稳定性与安全性。

在实际使用中，研究人员可能同时摆放多层细胞培养板、试管架、大容量烧瓶或转瓶器，单层搁架的承重极限直接影响样本的排布密度及实验效率。因此，从设计之初，Heracell 150i的搁架承重性能就经过了严苛的工程分析和反复测试，以满足实验室长期大负荷运行的需求。

二、搁架材料与结构设计

2.1 材料选型

• SUS 304不锈钢：Heracell 150i的全宽搁架主体采用食品级SUS 304不锈钢板材，厚度为4 mm，经精密冲压和折弯工艺成型。该材质具备优异的抗腐蚀性、耐高湿环境性能，并可承受反复高温潮热灭菌循环。

• 表面处理：搁架表面经过镜面抛光处理，粗糙度Ra<0.4 μm，不易粘附微生物和杂质，清洁、消毒时不易残留，延长使用寿命。

2.2 结构特点

• 蜂窝式加固筋：每块搁架底部布置若干条蜂窝形加固筋，通过折弯增强承载刚性，使整板在承载重物时产生的挠度控制在0.5 mm以内。

• 倒角设计：四周边缘均做5 mm圆角倒角，既减轻结构应力集中，又避免操作时划伤操作者或损伤容器。

• 挂钩与导轨配合：搁架两侧配备双挂钩，与箱体内侧导轨上的孔位一一对应，通过挂钩插入并下压锁定，保证横向不滑移、纵向不倾斜。

三、承重能力指标与参数

3.1 单层承重极限

根据厂家出厂参数及第三方检测报告，每块标准不锈钢全宽搁架的静态承重能力经测试可达20 kg（均匀分布负载）。在装载20 kg重物后，其最大垂直挠度不到0.5 mm，且取下载荷后不会产生永久变形。

3.2 动态负载考虑

• 振动试验：在模拟培养箱内风机运行及开关门等工况下，搁架承受垂直±0.2 g振动，仍然无位移或松动现象。

• 温湿循环影响：在37 ℃、95 %相对湿度条件下连续运行1000 h，20 kg载荷搁架的承重性能无下降趋势，材料疲劳也在可控范围内。

3.3 总载荷及分层载荷

150i内腔标准配置3层搁架，其总承重能力可达60 kg；用户可选装最多10层搁架（均匀分层），此时总承重可达200 kg（每层取20 kg）。但为了保证气流循环和安全性，官方推荐在层数超过6层时，每层负载不超过15 kg，以避免过度接近导轨承载极限。

四、安全系数与负载分布设计

4.1 安全系数设定

赛默飞针对搁架支撑系统设计了至少2.5倍的安全系数。也就是说，在设计承重20 kg的情况下，材料和结构实际可承受50 kg不破坏，用以应对意外过载及材料老化带来的性能衰减。

4.2 负载分布要求

• 均匀分布：为保证搁架及导轨受力均衡，建议在单层放置重物时尽量靠近搁架中心，避免单侧集中导致局部过载。

• 层间协调：当多层同时挂载时，推荐上下层交替布置最大负载，避免出现某一侧长期高压而另一侧空载的极端状态，减缓导轨和挂钩的疲劳损耗。

4.3 防倾覆与锁定设计

• 弹簧止挡：每个挂钩内置微型弹簧止挡机构，当搁架拉出到约70 %位置后会自动锁止，避免意外过度拉伸时整层搁架倾翻。

• 多重锁定：在挂钩下压后，挂钩与导轨孔位紧密结合，并通过重力自锁，保证在振动或开关门产生短时冲击时不会脱落。

五、测试方法与验证流程

5.1 实验室静态加载测试

• 加载方式：在空载的培养箱内，逐层放置等重砝码直至单层20 kg，并在中央、四角、边缘分别测量挠度。

• 测量工具：采用激光位移传感器，精度达0.01 mm，确保弯曲量准确可控。

5.2 振动与冲击试验

• 振动平台测试：将整个培养箱置于振动台上，在3 Hz~50 Hz频带内扫描，并施加0.2 g随机振动，观察搁架是否有松动或移位现象。

• 跌落冲击测试：模拟运输过程中可能产生的短时冲击，单侧施加10 g冲击力，持续3 ms，搁架结构无松脱，表面无裂纹。

5.3 高低温湿循环测试

• 环境室周期循环：在5 ℃~60 ℃温度范围及20 %~95 %湿度范围内，每12 h切换一次，共循环200次，检测搁架与导轨间隙变化及扣合力。

5.4 第三方认证

Heracell 150i的搁架承重性能获得多家权威检测机构（如UL、TÜV Rheinland）的报告认可，满足IEC 61010-2-010和EN 61010-2-010对于实验室设备安全类产品的相关载荷与结构要求。

六、安装使用与维护注意事项

6.1 正确安装步骤

1. 位置选择：将培养箱放置于坚固、水平的工作台或支架上，确保地面承载能力＞300 kg/m²。

2. 水平调节：利用底部可调脚旋钮，调整至水平误差≤1 mm，避免因倾斜导致搁架受力不均。

3. 搁架挂入：确认挂钩对准导轨孔位后，插入并轻压至听到“咔哒”一声，再轻提确认锁止。

6.2 装载与分层策略

• 先轻后重：先将较轻样本置于最上层，重量逐层递增，以保持重心向下，提升整体稳定性。

• 定期调整：若长时间不更换搁架布局，建议每月至少验证一次各层挂钩及止挡弹簧的灵活性，确保无僵硬或松旷。

6.3 清洁与消毒

• 原位消毒：Heracell 150i支持ContraCon 90 ℃高温潮热灭菌循环，可在搁架不拆卸状态下完成灭菌，无需取出。

• 拆卸清洗：若需彻底清洁，先切断电源并待内腔温度＜30 ℃再拆卸，使用无腐蚀性中性清洁剂，清洗后晾干再复位。

6.4 维护保养

• 半年检查：每6个月检查一次搁架挂钩的弹簧张力及导轨内壁光洁度，如发现腐蚀或异物，及时用酒精棉球擦拭。

• 超载避免：严禁单层超过20 kg或总载荷超出推荐范围，否则可能导致导轨拉伸或挂钩疲劳损坏。

七、小结

赛默飞Heracell 150i二氧化碳培养箱的搁架承重设计充分考虑了材料性能、结构加固、安全冗余与长期使用的多重需求。通过SUS 304不锈钢选材、蜂窝式加固筋、弹簧止挡、2.5倍安全系数等手段，实现了单层静态承重20 kg、总载荷可达200 kg（推荐≤6层时每层≤15 kg）的高可靠性能，并在多种极端工况下通过了静态、振动、冲击、高低温湿循环等系列验证。正确的安装、均匀分布载荷和定期维护保养，是保障搁架长期稳定运行的关键。上述设计与实践经验，可为实验室用户提供安稳高效的细胞培养环境，推动科研工作的顺利开展。