一、引言
 

　　废钢龙门剪切机广泛应用于钢铁回收行业，其工作原理是通过液压驱动剪切刀对废钢进行高压破碎。然而，设备在运行过程中产生的强烈振动和噪声不仅危害操作人员健康，还可能加速部件磨损，缩短设备寿命。研究表明，剪切机的振动频率通常集中在 ​​50-200 Hz​​(液压系统主导)和 ​​200-1000 Hz​​(刀具碰撞产生)，而噪声峰值可达 ​​90-110 dB(A)​​，远超工业安全标准(ISO 11690)。因此，开展振动与噪声控制技术研究具有重要工程价值。
 

　　二、振动与噪声产生机理分析
 

　　(一)液压系统引起的振动
 

　　​​压力脉动​​
 

　　液压泵的非线性流量输出导致系统压力波动，形成周期性冲击载荷。例如，柱塞泵的排量脉动率通常为 ​​5%-15%​​，直接传递至剪切刀架，引发低频振动(<200 Hz)。
 

　　​​阀口节流噪声​​
 

　　溢流阀、换向阀等元件在流量切换时产生湍流，高频噪声可达 ​​10 kHz​​。实验数据显示，阀口开度变化率超过 ​​10%/ms​​ 时，噪声增幅超过 ​​15 dB(A)​​。
 

　　(二)机械结构共振
 

　　​​刀架-机身耦合振动​​
 

　　剪切刀在闭合瞬间产生的冲击力(峰值达 ​​50-80 kN​​)易激发机身框架的固有频率(通常为 ​​8-15 Hz​​)，形成共振放大效应。
 

　　​​刀具磨损不均​​
 

　　刀刃磨损导致切削力分布失衡，局部应力集中引发异常振动，振动频谱中出现 ​​非线性谐波成分​​(如倍频、分频)。
 

　　(三)气动元件噪声
 

　　液压油箱呼吸阀、气缸排气口等部位的气流湍动产生高频啸叫(​​500-5000 Hz​​)，尤其在快速换向时噪声峰值可达 ​​95 dB(A)​​。
  

　　三、振动与噪声控制技术
 

　　(一)机械结构优化设计
 

　　​​阻尼减振技术​​
 

　　在刀架与机身连接处安装 ​​高分子聚合物阻尼垫片​​(如丁腈橡胶)，可衰减 ​​30%-50%​​ 的振动能量。
 

　　采用 ​​蜂窝夹层结构​​ 设计剪切刀座，利用内部空腔形成阻尼耗能机制。
 

　　​​模态匹配设计​​
 

　　通过有限元分析(FEA)识别机身前五阶固有频率(如表1)，调整液压系统激励频率避开共振区间(图1)。

模态阶数	固有频率 (Hz)	振型特征
1	12.7	整体水平摆动
2	28.3	刀架垂向弯曲
3	45.6	机身扭转振动
4	67.2	局部框架扭曲
5	91.4	支撑腿纵向振动

 

　　(二)液压系统动态优化
 

　　​​主动压力补偿技术​​
 

　　在主油路中串联 ​​伺服比例阀+蓄能器​​ 组合单元，实时调节系统压力波动幅度至 ±2% 以内，降低低频振动源强度。
 

　　​​高频噪声抑制​​
 

　　更换高精度先导阀芯(阀口锐边半径 <0.05 mm)，减少节流噪声。
 

　　在液压管路中增设 ​​亥姆霍兹共振器​​，针对特定频率(如500 Hz)进行消声处理。
 

　　(三)主动降噪技术应用
 

　　​​有源噪声控制(ANC)​​
 

　　在剪切机操作区域布置麦克风阵列，实时采集噪声信号并驱动相位相反的次级声源，实现宽带噪声衰减 ​​8-12 dB(A)​​。
 

　　​​振动能量回收​​
 

　　利用压电材料将刀具冲击振动转化为电能，既降低振动幅度又实现能源再利用(试验装置可回收 ​​5%-8%​​ 的振动能量)。
 

　　(四)隔声与吸声综合措施
 

　　​​隔声罩设计​​
 

　　采用双层钢板夹层结构(外层1.5 mm钢板+内层0.5 mm穿孔板)，填充玻璃棉(密度 ​​48 kg/m³​​)，隔声量达 ​​30 dB(A)​​。
 

　　​​局部吸声处理​​
 

　　在液压站顶部安装微穿孔板吸声体(孔径 ​​0.3 mm​​，穿孔率 ​​20%​​)，降低高频噪声反射。
 

　　四、工程应用案例
 

　　某钢铁厂对一台额定剪切力 ​​2000 kN​​ 的龙门剪切机实施改造：
 

　　​​振动控制​​：更换阻尼垫片后刀架振动幅值从 ​​1.2 mm/s​​ 降至 ​​0.6 mm/s​​；
 

　　​​噪声治理​​：加装ANC系统后操作位噪声降至 ​​78 dB(A)​​，满足GB 12348-2008标准；
 

　　​​能效提升​​：振动能量回收装置年节电约 ​​12,000 kWh​​。
 

　　五、结论与展望
 

　　废钢龙门剪切机的振动与噪声控制需综合运用机械减振、液压优化、主动降噪及隔声技术。未来发展方向包括：
 

　　​​智能监测系统​​：集成振动/噪声传感器实现预测性维护；
 

　　​​新型材料应用​​：开发轻量化高阻尼复合材料替代传统钢材；
 

　　​​数字孪生仿真​​：通过虚拟调试优化设备动态性能。
 

　　通过技术创新，可推动废钢处理装备向绿色化、智能化方向持续发展。