堆垛机的降噪设计

　　堆垛机作为自动化立体仓库中主要的作业设备，结构尺寸大、传动系统复杂，是主要的噪声源之一，其对于生产环境的影响逐渐受到人们的关注。  　　  　　堆垛机噪声分布  　　  　　作为大型的机器设备，堆垛机噪声的发生过程一般分为两部分：在堆垛机启动和停止过程中，由于机械零件受到冲击，瞬间引起的加速度迅速变化而产生的加速度噪声；一部分能量转化为零件的振动，从而产生声辐射形成速度噪声，这部分噪声一直存在，直到振动完全停止，是堆垛机噪声的重要组成部分。  　　  　　堆垛机的结构主要有金属结构、运行机构、货又伸缩机构、载货台、司机房、电器控制柜等几大部分。驱动堆垛机沿运行轨道水平运动的运动机构，驱动载货台上升及下降的起升机构，实现货物存取功能的货又伸缩机构以及立柱和上下横梁都是产生和传播噪声的主要结构。而运动机构作为堆垛机和整个货架系统的重要接触部位，其运动过程中行走轮和导轨之间相互作用所产生的噪声，就成了系统运行中产生的主要声源。  　　  　　噪声实验结果分析  　　  　　为了获得准确的数据，选取堆垛机上下横梁和立柱以及货架处的测试点进行噪声测量。  　　轮轨噪声实验结果表明，下横梁处测量到的声强值出现高峰点，甚至达到80dB(A)以上。  　　由结构分析可知，堆垛机的噪声主要来自于轮轨。由于行走轮、轮轨之间连接部位水平方向的偏差过大引起行走轮与轨道踏面接触轨迹的横向偏移，造成短时的高频噪声；钢轨之间连接部位垂直方向的偏差以及钢轨表面质量也对堆垛机的噪声有很大影响，且在50～10kHz的频带内所辐射的声强均较高。  　　立柱中部测点的测量结果显示，120m/min堆垛机无筋板处的辐射声强达到70dB(A)以上，此处同样测到了声强的峰值点。结构分析表明，立柱的表面积很大，无筋板大截面声辐射较强，故其对噪声的产生和传播有很大影响。  　　货架上测点接收到的声强值也到达了70dB(A)以上。天轨与货架之间通过天轨吊梁以螺栓直接连接，由于天轨的制造安装质量较差以及连结部位在堆垛机运行中相互撞击，都会产生较大的噪声。  　　上横梁处的测点测量到的声强值接近70dB(A)。导向轮与天轨同为金属结构，在堆垛机运行中两者剧烈的撞击声是堆垛机一个主要的噪声源。  　　通过测量分析，明确了噪声源的位置及噪声强度的分布规律，因此，堆垛机的降噪问题可以从以下方面进行改进，如：提高天轨和地轨构件本身的质量及安装施工的质量，调整行走轮材质和结构，尽量缓解轮轨噪声的产生；调整天轨导向轮的结构，在满足使用要求的情况下采用其他材质，达到降噪目的；减小立柱表面积，设计结构尽量紧凑，尽量减少表面辐射，从而降低噪声；在主要构件连接部位加装胶质隔振垫，减少刚性接触而产生的噪声。  　　总体来看，行走轮和导向轮的结构改进设计是堆垛机降噪主要的研究方向。  　　  　　具体降噪措施  　　  　　根据堆垛机测试分析结果，可以采用减振和隔振两种措施来降低噪声。  　　1．天轨和地轨构件本身的质量以及安装施工质量对噪声的影响最大，是撞击声、轰鸣声和尖叫声的主要来源，有时甚至会造威严重故障，因此应提高其生产和安装质量。  　　2．对于高速重载堆垛机，或对噪声有特殊要求的场合，降低噪声最有效的方法是彻底改革行走机构：变轮轨式为胶轮式，并将所有的金属导向轮改为注胶轮。改进后，运行噪声可降低10dB以上。  　　3．在主要构件的连接部位如立柱的底部、中部和上部加装橡胶隔振垫。隔振垫可以有效隔离高频振动。  　　4．增加下横梁和上横梁的刚度。工作模态分析结果显示，以500Hz为中心频率的1/3倍频程范围内几阶模态振型，在结构某些部位的振动位移明显突出。从结构上加强这些部位的刚度，使其模态频率发生转移，振幅减小，从而达到降低噪声的目的。  　　5．消除由立柱通孔传播的由共鸣箱效应引起的空气噪声和立柱表面辐射噪声。立柱内腹板的结构及其焊接形式决定了必然有噪声的产生。其传播途径是表面辐射和通过孔外泄。解决的途径为周边连续焊接及尽可能密闭通孔。  　　6．改刚性导向轮为实心轮胎式导向轮，避免刚性撞击，从而降低噪声。  　　7．优化堆垛机整体结构，选用强度密度比高的结构材料，降低整机重量，从而降低驱动功率，提高有效载荷机重比，有效降低噪声。  　　  　　结构改进  　　  　　行走滚轮是堆垛机行走机构的主要承载结构，承受着巨大的重量和冲击力。现有的堆垛机导向轮多采用整体金属结构，虽然能够满足工作的需要，保证设备运行的稳定性，但其和天轨的强烈金属撞击，会产生很强的噪声，并通过堆垛机立柱造成噪声辐射，是堆垛机主要的噪声源之一。因此，可改进堆垛机导向轮的结构设计，从而达到降噪效果。  　　具体方法为：保留内部金属轮毂部分作为导向轮的支撑结构，在金属轮毂和金属外辕之间添加弹性注胶夹层，作为减振结构。这样，不但提高了导向轮和天轨的接触性，更能够避免金属的直接碰撞，减缓冲击力。其结构如图1所示。  　　实验证明，此结构可以有效地缓解堆垛机高速行走、启动及停止过程中所产生的巨大冲击力，使堆垛机的运行更加平稳，减小了堆垛机的噪声。