英文翻译与英文原文
猪脚汤-
翻译文献：
（
对组合
机床滑台动态性能的调查报告
）
文献作者：
Peter
Dransfield,
出处：
Peter
Dransfield,
Hydraulic
Control
System-Design
and
Analysis
of
TheirDynamics,
Springer-V
erlag, 1981
中文译文：
对组合机床滑台动态性能的调查报告
【摘要】这一张纸处理调查利用有束缚力的曲线图和状态空间分析法对组合机床滑
台的滑动影响和运动平稳性问题进行分析与研究，从而建立了滑台的液压驱动系统
一自调背压调速系统的动态数学模型。通过计算机数字仿真系统，分析了滑台产生
滑动影响和运动不平稳的原因及主要影响因素。从那些中可以得出那样的结论，如
果
能合理地设计液压缸和自调背压调压阀的结构尺寸
.
本文中所使用的符号如下：
s
1
-
流源，即调速阀出口流量；
S
el
—滑
台滑动摩擦力
R
一滑台等效粘性摩擦系数：
I
1
—滑台与油缸的质量
< br>
1
2
—自调
背压阀阀心质量
C
1
、
c
2
—油缸无杆
腔及有杆腔的液容；
C
2
—自调背压阀弹簧柔度；
R
1
,
R
2
自调背压阀阻尼孔液阻，
R
9
—自调背压阀阀口液阻
S
e2
—自
调背压阀弹簧的初始预紧力；
I
4
,
I
5
—管路的等效液感
C
5
、
C
6
—管路的等效液容：
R
5
, R
7
-
管路的等效液阻；
V
3
,
V
4
—油缸无杆腔及有杆腔内容积；
P
3
,
P
4
—油缸无杆腔及有杆腔的压力
F
—滑台承受负载，
V
—滑台运动速度。
本文采用功率键合图和
状态空间分折法建立系统的运动
数学模型，滑台的动态特性可以能得到显著改善。
一、引言
在组合
机床正常工作中，滑台运动速度的大小和它的方向以及所承受负载的变
化都将以程度不同
地影响其工作性能。特别是在工进过程中。滑台上负载的突然消
失引起的前进以及负载的
周期性变化而引起的运动不平稳性，都将影响被加工件的
表面质量，在严重的情况下会使
刀具折断掉。根据大连机床厂要求，作者采用有束
缚力的曲线图和状态空间分析法建立组
合机床滑台的新型液压驱动系统一自调背压
调速系统的动态数学模型。为了改善滑台的动
态特性，有必要去分析找出滑台产生
前冲和运动不平稳的原因以及主要的影响因素，但那
必须通过计算机数字仿真和研
究得出最后的结果。
二、动态数学模型
组合机
床滑台的液压驱动系统一自调背压调速系统的工作原理图如图
I
所示。
这个系统是用来完成
工进一停止
一快退”的工作循环。当滑台在工进时，三位四通
换向阀处于图示右位，
油泵的供油压力在滥流阀的有效作用下近似地几乎保持恒定，
该油液流经过换向
阀和调速阀后进入油缸的无杆腔，以推动滑台向前移动；与此同
时，
从油缸有杆腔排出的压力油经自调背压阀和换向阀流回油箱了。
在这个过程中，
两个单向阀和溢流阀的工作状态始终都没有任何变化。对与象组合机床滑台的液压
驱动系统一自调背压调速系统这样的复杂非线性的系统，为了便于研究它的动态特
< br>性，建立一个仅着重考虑主要影响因素的合理简单的动态数学模型是尤其重要的
[
1][2]
。
从理论分析和试验研究的列举中可以得知：
该系统的过程时间是远大于调速
阀的过程时间的，当油缸无杆腔有效承
压面积很大时，调速阀出口流量的瞬时的超
调反映为滑台运动速度的变化是很小的
[2]
。为了更加拓宽和深入研究系统的动态特
性，使研究工作能在微型计算机上有效地进行，本文章对原模型
[2]
做进一步简化处
理，
假定调速阀在系统的整个通过过程
中输出时候恒定的流量，
这被看作其为流源。
这样，系统的动态
模型的结构简图如图
2
所示，它是由油缸、滑台，自凋背压阀和
联接管路等组成。
。
功率键合图是一功效流图，
它是按着系统的能量传递方式，
以实际结构为基础，
用集中参数把子系统之间的作用关系抽象地表示为阻
性元
R
、容性元
C
和感性元
I
的三种作用元。采用这种方法建模物理概念清晰
，结合状态空间分析法可以较准确
地描述和分析线性系统，该方法在时域中研究复杂非线
性系统动态特性的一种有效
的方法。
根据自
调背压调速系统各元件的主要特性和建模规则
[1]
，得出了图
3
所示的系
统的功率键合图。图中每根
键上的半箭头表示功率流向，构成功率的两个变量是力
变量（油压
P
或作用力
F
）和流变量（流量
q
或速度
v
）
。
O
结点表示在系统中属于
并联连接，各键上的力变量相等而流变量之和为零；
1
结点表示在系统中属于串联
连接，
各键上流变量相等而力变量之
和为零。
TF
表示不同能量形式间的变换器，
< br>TF
下标注的字母表示力变量或流变量的转换比值。键上的短横杠表示该键上两变
量间
的因果关系。全箭头表示控制关系。在三种作用元中容性元和感性元的力变量与流<
/p>
变量之间具有积分或微分关系，因此，根据图
3
< br>可推导出具有九个状态变量的复杂
非线性状态方程。本文对滑台动态特性的研究是
从滑台的前冲和运动平稳性两方面
入手，用四阶定步长
Rung
e-Kutta
法在
IBM-PC
微型
计算机上进行数字仿真
,
仿真结
果分别
如图
4
和图
5
所示。
三、滑台前冲
滑台前冲现象是作用在滑台上的负载突然消失
（如钻削工作的情况<
/p>
)
引起的。
在
此
过程中，滑台的负载
F
、运动速度
V<
/p>
、油缸两腔压力
P3
和
< br>P4
的变化可从图
4
仿
真结果看出。当滑台在负载的作用下匀速运动时，油缸无杆腔油液压力较高．油液
中聚集了大量的能量。当负载突然消失时，该腔油压随之迅速降低，油液从高压态
转入低压态的过程中向系统释放很多能量，致使滑台高速向前冲击。然而，滑台的
前冲
使油缸有杆腔油液受压引起背压升高，从而消耗掉系统中的一部分能量，对滑
台的前冲起
到一定的抑制作用。应当看到，在所研究的系统中，自调背压阀的入口
压力要受到油缸两
腔油压的综合性作用。在负载消失的瞬间，自调背压阀的压力将
会迅速地上升，并稳定地
处在高于初始背压的数值以上。从图中可见，自调背压调
速系统在负载消失瞬间油缸背压
力升高的幅度大于传统的调速系统，所以，其油缸
有杆腔中油液吸收的能量就多；
结果，
滑台的前冲量比传统调速系统要小大约
20%
。
可见采用自调背庄调速系统作为驱动系统的滑台在抑制
前冲方面具有良好的特性，
其中自调背压阀起了很大作用。
四、滑台的运动平稳性
当作用
于滑台上的负载作周期变化时
（比如说铣削加工的情况）
，
滑台的运动速
度将要产生一定的波动。为于保证加工质量的要求，必
须尽可能地减小其速度波动
的范围。而从讨论问题的方便性出发来说，假设负载按正弦波
的规律变化，从而得
到的数字仿真结果如图
5
< br>所示。由此可见这个系统与传统的调速系统有着相同的变
化规律以及非常接近的数
值数字。其中的原因是负载的变化幅度不大，油缸两腔的
压力也就没有较大变化，从而最
终导致自调背压阀的作用不够明显显示。
五、改善措施
通过研
究的结果表明，以自调背压调速系统作为驱动系统的滑台，其动态特性
要比传统的调速系
统好的。要减少滑台的前冲量，就必需在负载消失的瞬间时候迅
速提高油缸有杆腔的背压
力；要提高滑台的运动平稳性就需增加系统的刚性，主要
措施在于减小油液的体积。从系
统的结构得知，油缸有杆腔与排油管之间有一很大
的容积，
如图
6a
所示。
它的存在方面延迟和衰减了
自调背压阀的作用，
另一方面也
降低了系统的刚性，它会限制了
前冲特性和运动平稳性的进一步改善。因此，改善
滑台动态特性可从两个方法进行处理：
即改变油缸容积和改变自调背压阀结构尺寸。
通过一系统结构性
参数的仿真计算以及结果的比较可以得出这样的结果：当把油缸
有杆腔与排油管间容积<
/p>
V4
同无杆腔与进油管间容积
V3
之比由原来的
5.5
改为
1
时，
如图
6b
< br>所示，
同时，
把自调背压阀阀芯底端直径由原来的
10mm
增加为
13mm,
< br>阻尼
三角槽边长从原来的
lmm
减小到
0.7mm
时，可使滑台的前冲量减小
< br>30%,
过渡过程
时间明显缩短了，滑台的运动平稳性也
将会得到很大的改善。
六、结论
通过理论上的分析和计算机仿真研究实验
,
很明显的是自调背压调速系统作为
组合机床滑台的驱动系统是很有推广使用价值的。影响
滑台动态特性的主要因素是
油缸内部结构性和自调节背压阀的尺寸。假如能对其进行合理
设计，可使滑台的动
态特性得到显著地改善。同时，也说明了采用有束缚力的曲线图和状
态空间分析法
研究复杂非线性液压系统的动态特性是既方便又有效的方法。
英文原文
翻译文献：
INVESTIGA
TION ON DYNAMIC
PERFORMANCE OF SLIDE
UNIT IN
MODULAR MACHINE TOOL
（
对组合机床滑台动态性能的调查报告
）
文献作者：
Peter
Dransfield,
出处：
Peter
Dransfield,
Hydraulic
Control
System-Design
and
Analysis
of
TheirDynamics,
Springer-V
erlag, 1981
INVESTIGA
TION
ON
DYNAMIC
PERFORMANCE
OF
SLIDE
UNIT IN
MODULAR MACHINE TOOL
Peter
Dransfield
This
paper deals
with
the
investigation
for
slide
unit's
impact and
motion
stabil-
ity
in
modular
machine tool
fay
means
of the
method
of power bond
graph
and state
space
analysis.
The
dynamic
mathematical
model
of
self-adjusting
back
pressure
speed control system
used
to drive slide
unit
is established.
Main
reasons and affect-
ing
factors
for
slide
unit
impact
and
motion
unstability
are
analysed
through
compu-
ter
digital
simulation,
It
is
concluded
from
those
that,
if
the
structural
dimensions
of
hydraulic
cylinder
and
back
pressure
valve
are
designed
rationally,
the
slide
unit's
dynamics will markedly be
improved.
NOMENCLATURE
Sf
Sei
R
Ii
h
Ci,C
2
C3
R
]r
R
2
R9
Se
2
I4J5
C^Cg
flow
source
sliding
fric
tion force
in slide
unit
equivale
nt
visc
ous friction c
oe
< br>ffic
ie
nt in slide
unit
ma
ss of
slide unit a
nd
c
ylinde
r
ma
ss of SA
BP
va
lve spool
hydra
ulic
c
a
pa
c
ita
nce
s of rod
c
ha
mbe
r
a
nd
non-rod
c
ha
mbe
r in
c
ylinde
r
re
-
spec
-tively
spring c
omplia
nce
of SAB
P va
lve
hydra
ulic
re
sista
nce
s of
da
mping holes
hydra
ulic
re
sista
nce of
orifice
of SAB
P
va
lve
pre
se
tting
force
of spring in
SA
B
P
va
lve
equivale
nt liquid
ine
rtia
in pipe
line
s
e
quiva
le
nt
hydra
ulic
c
a
pac
ita
nce
s
in pipe lines
e<
/p>
quiva
le
nt
hydra
ulic
resista
nc
es in
pipe
lines