ĐIỀU KHIỂN TỶ SỐ TRUYỀN CỦA TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP NHỜ VAN TÙY ĐỘNG 2 CẤP

  • 6 trang
  • file .pdf
J. Sci. & Devel., Vol. 11, No. 5: 745-750 Tạp chí Khoa học và Phát triển 2013, tập 11, số 5: 745-750
www.hua.edu.vn
ĐIỀU KHIỂN TỶ SỐ TRUYỀN CỦA TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP NHỜ VAN TÙY ĐỘNG 2 CẤP
Nguyễn Công Thuật1*, Bùi Việt Đức2*, Bùi Hải Triều2
1
Trường Đại học Công nghiệp Việt-Hung; 2Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Email*: [email protected]; [email protected]
Ngày gửi bài: 31.05.2013 Ngày chấp nhận: 22.08.2013
TÓM TẮT
Trong truyền động vô cấp, việc điều khiển chính xác tỷ số truyền đáp ứng kịp thời các điều kiện tải trọng thay
đổi là nhiệm vụ hết sức quan trọng. Có nhiều phương pháp điều khiển, nhưng điều khiển nhờ hệ thống thủy lực thủy
tĩnh được xem như một lựa chọn hợp lí. Truyền động điện - thủy lực được đặc trưng bởi khả năng truyền lực lớn,
điều khiển điều chỉnh vị trí chính xác và khả năng tự động hóa cao. Bài báo là kết quả mô hình hóa và tính toán mô
phỏng hệ thống điều khiển – truyền động điện – thủy lực sử dụng van tùy động 2 cấp, với mục đích điều khiển, điều
chỉnh vị trí xi lanh thủy lực, tác động làm thay đổi vô cấp tỷ số truyền của bộ truyền động đai biến tốc trên hệ thống
truyền lực của máy kéo.
Từ khóa: Đai thang biến tốc hình V, truyền động vô cấp, van tùy động.
Control the Ratios of Continuously Variable Transmission by 2 Level Sevo Valve
ABSTRACT
In continuously variable transmission, accurate control of gear ratios matching well with loading conditions is of
crucial importantance. There are many methods of control, of which control by hydrostatic hydraulic system is
considered as a reasonable choice. Electricity – hydraulics transmission is characterized by the ability to transmit
large forces, adjust the position control accuracy and automation capabilities. This article reports the results of
modeling and simulation control systems, adjusting the position to control the ratio of V-belt variator using electricity –
hydraulics system by servo valve.
Keywords: CVT, servo valve, V-belt variator.
ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu, đặc tính hệ
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
thống điều khiển – truyền động điện – thủy lực
Tỉ số truyền của bộ truyền động đai vô cấp đến quá trình hoạt động của truyền động đai
được xác định qua vị trí tương đối của dây đai bản rộng vô cấp và hệ thống truyền lực máy kéo
khi các bánh đai dẫn động di chuyển dưới tác vẫn chưa được quan tâm và giải quyết đầy đủ.
động của lực ép. Các giá trị tỷ số truyền thay đổi Trên cơ sở tiếp nối các công trình nghiên
từ imin đến imax được xác lập thông qua việc điều cứu đã công bố (Bùi Việt Đức & cs., 2011; Bùi
khiển chính xác như mong muốn vị trí phần di Việt Đức và Nguyễn Công Thuật, 2013), nhằm
động của bánh đai chủ động. xây dựng cở sở lý thuyết cho việc điều khiển tự
Truyền động đai thang bản rộng vô cấp có động truyền lực vô cấp cho máy kéo nhỏ, bài báo
đặc điểm kết cấu và các quan hệ động lực học tập trung nghiên cứu, mô hình hóa và mô phỏng
khá phức tạp liên quan đến quá trình thay đổi phương án điều khiển vị trí piston xi lanh thủy
tỷ số truyền (Erxleben, 1984). Các kết quả lực thông qua van tùy động, khảo sát và phân
nghiên cứu về điều khiển tỉ số truyền của bộ tích đánh giá quá trình điều khiển sự thay đổi
truyền động đai vô cấp chủ yếu tập trung cho tỷ số truyền của bộ truyền động đai bản rộng vô
đai xích hoặc đai dây kim loại, việc nghiên cứu cấp lắp trên máy kéo công suất nhỏ.
745
Điều khiển tỷ số truyền của truyền động vô cấp nhờ van tùy động 2 cấp
2. MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG mong muốn, được xác định bởi các tín hiệu lỗi
giảm xuống bằng không.
Một hệ thống điều khiển vị trí thủy lực điển
hình bao gồm một nguồn cung cấp năng lượng
2.1. Mô hình hóa hệ thống
thủy lực, van điều khiển lưu lượng, xi lanh
Xi lanh: Sử dụng xi lanh vi sai tác động kép
truyền động, các cảm biến và bộ điều khiển điện
tử. Bộ điều khiển sử dụng phương thức điều Phương trình gia tốc chuyển động của
khiển theo sai lệch, tạo ra tín hiệu điều khiển F1  F2  FLX  Fms
piston: a  (1.1)
van phân phối từ sự sai lệch giữa giá trị mong m
muốn và giá trị đo được của đại lượng cần điều F1  A1 .p1
khiển. Van tùy động điều khiển đường dầu thủy
lực ra – vào xi lanh cho đến khi đạt được vị trí F2  A2 .p 2
Hình 1. Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển vị trí
M
i i p1 p2 vk, sk
F1
V A1 F2, A2
Fms
Q1 Q2
FLX
S1z+ S1a-S
S2a+S S2z-S
S
Q1zQ1a Q1aQ2z
PDQ=const
T
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển và truyền động điện – thủy lực
Ghi chú: p1, p1 F1, F1 A1, A1,- áp suất, áp lực, diện tích tác động của hai buồng xi lanh; Q1,Q1- lưu lượng vào và ra xi lanh; s-
hành trình dịch chuyển của con trượt điều khiển; Q1a, Q2a, Q1z, Q2z,- lưu lượng ra và vào van điều khiển; i- dòng điện điều
khiển; T- thùng chứa; PDQ- nguồn dầu thủy lực; vk,sk- vận tốc và hành trình piston; Flx- lực lò xo; Fms- lực ma sát.
746
Nguyễn Công Thuật, Bùi Việt Đức, Bùi Hải Triều
Flx – là lực ép của bánh đai bị động, thỏa + Q2Z  kDr.A2Z . PDQ  P2 .sign(PDQ  P2 ) (1.6)
mãn điều kiện đai không trượt trong dải tỉ số
truyền ứng các vị trí cân bằng của bánh đai. Do + Q1  Q1Z  Q1a (1.7)
hai bánh đai có kết cấu giống nhau, nên ở trạng + Q2  Q2 a  Q2 Z (1.8)
thái chuyển động ổn định lực ép trên bánh đai
chủ động có giá trị bằng lực ép lò xo (Flx) trên d . .( s1z  s ) khi s   s1z
A1Z  
bánh đai bị động. FLX  F0  C.x 0 khi s   s1z
Fms- lực ma sát: Fms = μFLX sign(v) d . .( s2 a  s ) khi s   s2 a
Fms = k.vs A2 a  
0 khi s   s1a
Cấp điều khiển trước của van tỉ lệ:
s  KVS .i (1.2)
d . .( s1a  s ) khi s  s1a
A1a  
Cấp điều khiển chính của van tỉ lệ (Richard
0 khi s  s1a
Poley, 2005): d . .( s2 z  s ) khi s  s2 z
A2 z  
+ Q1Z  k Dr . A1Z . PDQ  P1 .sign ( PDQ  P1) (1.3) 0 khi s  s2 z
+ Q1a  k Dr . A1a . P1 (1.4)
2.2. Sơ đồ mô phỏng
+ Q2 a  k Dr . A2 a . P2 (1.5)
Khối điều khiển
Sk Uist Ustell i*
KWS K PR
KV
Usoll
TR .s  1 i
Khối van tùy động
S p DQ
A1z
KVS Q1z
i
S1 z k Dr . A1Z . PDQ  P1 .sign( PDQ  P1)
p1
Q1a Q1
A1a k Dr . A1a . P1
S1a
A2 a
Q2 a Q2
S2a k Dr . A2 a . P2
p2
A2 z k Dr . A2 Z . PDQ  P2 .sign( PDQ  P2 )
Q2 z
S2z
p DQ
747
Điều khiển tỷ số truyền của truyền động vô cấp nhờ van tùy động 2 cấp
Khối xi lanh
A1
V10
p1
G FAN  S K1
S K1
V1 M
(-)
Qg1 1 1 vK 1
(+) A1
Qg1 V . s
1 (+) m.s s sK
Q1 (-)
(-)
F2 k
QV1 A1
QV2 A2
Q2 Qg2
(+) Qg 2 1
V20 V2 V . A2
2 s
(-)
p2
A2
Hình 3. Mô hình hệ thống điều khiển điện – thủy lực
3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT gian điều chỉnh của hệ thống là 0,15 giây, hành
trình của piston đạt giá trị ổn định. Vận tốc cực
Kết quả khảo sát là các đặc tính biểu diễn
đại của piston là 460 mm/s, dao động áp suất của
sự thay đổi các thông số đặc trưng cho hệ thống
quá trình chuyển tiếp nằm trong phạm vi cho
điều khiển điện - thủy lực, dựa trên các tính
phép. Dưới tác động này giá trị tỷ số truyền của
toán điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền động
đai vô cấp bản rộng phạm vi thay đổi tỷ số truyền từ truyền động đai vô cấp thay đổi khá ổn định từ 2
0.4 đến 2.5 và các thông số của thiết bị thủy lực đến 1 trong thời gian 0,2 giây.
lấy từ Catalog của hãng Yuken - Hàn Quốc Tác động giảm hành trình từ 20mm xuống
(Yuken Kogyo). 0 tương ứng với quá trình mở van cấp dầu cho
khoang 2, xả dầu từ khoang 1 của xi lanh thủy
Nhận xét: lực, hành trình trả về của piston có sự hỗ trợ
Tín hiệu điều khiển là xung dạng bậc có biên của lực lò xo, tuy nhiên nhờ các tác động liên
độ 20mm. Tác động tăng từ 0 lên 20mm tương quan đến đặc tính của van thủy lực tác động
ứng với quá trình mở van cấp dầu vào khoang 1,
kép, nên tốc độ dịch chuyển của piston không
xả dầu từ khoang 2 của xi lanh, hành trình của
thay đổi nhiều, quá trình đáp ứng và chuyển
piston đáp ứng chính xác theo yêu cầu của tín
tiếp của hệ thống tương tự như hành trình tác
hiệu vào, với thời gian đáp ứng nhỏ, biên độ dao
động cực đại không lớn (độ lệch cực đại trước khi động tăng. Tỷ số truyền của truyền động đai vô
ổn định là 4,5mm). Sau 0,2 giây trong đó thời cấp tăng ổn định từ giá trị 1 đến 2.
748