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 ser[r]
(1)J Sci & Devel., Vol 11, No 5: 745-750 Tạp chí Khoa học 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 CẤP Nguyễn Công Thuật1*, Bùi Việt Đức2*, Bùi Hải Triều2
1Trường Đại học Công nghiệp Việt-Hung; 2Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Email*: cthuatst@gmail.com; bvduc@hua.edu.vn
Ngày gửi bài: 31.05.2013 Ngày chấp nhận: 22.08.2013 TĨM TẮT
Trong truyền động vơ cấp, việc điều khiển xác tỷ số truyền đáp ứng kịp thời điều kiện tải trọng thay đổi nhiệm vụ quan trọng Có nhiều phương pháp điều khiển, điều khiển nhờ hệ thống thủy lực thủy tĩnh xem lựa chọn hợp lí Truyền động điện - thủy lực đặc trưng khả truyền lực lớn, điều khiển điều chỉnh vị trí xác khả tựđộng hóa cao Bài báo kết mơ hình hóa tính tốn mơ hệ thống điều khiển – truyền động điện – thủy lực sử dụng van tùy động cấp, với mục đích điều khiển, điều chỉnh vị trí xi lanh thủy lực, tác động làm thay đổi vô cấp tỷ số truyền truyền động đai biến tốc hệ thống truyền lực máy kéo
Từ khóa: Đai thang biến tốc hình V, truyền động vơ cấp, van tùy động
Control the Ratios of Continuously Variable Transmission by 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
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Tỉ số truyền truyền động đai vô cấp xác định qua vị trí tương đối dây đai bánh đai dẫn động di chuyển tác động lực ép Các giá trị tỷ số truyền thay đổi từ imin đến imaxđược xác lập thơng qua việc điều khiển xác mong muốn vị trí phần di động bánh đai chủđộng
Truyền động đai thang rộng vơ cấp có đặc điểm kết cấu quan hệ động lực học phức tạp liên quan đến trình thay đổi tỷ số truyền (Erxleben, 1984) Các kết nghiên cứu điều khiển tỉ số truyền truyền động đai vô cấp chủ yếu tập trung cho đai xích đai dây kim loại, việc nghiên cứu
ảnh hưởng yếu tố kết cấu, đặc tính hệ thống điều khiển – truyền động điện – thủy lực đến trình hoạt động truyền động đai rộng vô cấp hệ thống truyền lực máy kéo chưa quan tâm giải đầy đủ
(2)Điều khiển tỷ số truyền truyền động vô cấp nhờ van tùy động cấp
2 MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG
Một hệ thống điều khiển vị trí thủy lực điển hình bao gồm nguồn cung cấp lượng thủy lực, van điều khiển lưu lượng, xi lanh truyền động, cảm biến bộđiều khiển điện tử Bộ điều khiển sử dụng phương thức điều khiển theo sai lệch, tạo tín hiệu điều khiển van phân phối từ sai lệch giá trị mong muốn giá trịđo đại lượng cần điều khiển Van tùy động điều khiển đường dầu thủy lực – vào xi lanh đạt vị trí
mong muốn, xác định tín hiệu lỗi giảm xuống khơng
2.1 Mơ hình hóa hệ thống
Xi lanh: Sử dụng xi lanh vi sai tác động kép Phương trình gia tốc chuyển động piston:
m F F F F
a 1 2 LX ms (1.1)
1 1 A.p F
2 2 A .p F
Hình Sơđồ hệ thống thủy lực điều khiển vị trí
Hình Sơđồ nguyên lý hệ thống điều khiển truyền động điện – thủy lực
Ghi chú: p1, p1 F1, F1 A1, A1,- áp suất, áp lực, diện tích tác động hai buồng xi lanh; Q1,Q1- lưu lượng vào xi lanh; s- hành trình dịch chuyển trượt điều khiển; Q1a, Q2a, Q1z, Q2z,- lưu lượng vào van điều khiển; i- dòng điện điều khiển; T- thùng chứa; PDQ- nguồn dầu thủy lực; vk,sk- vận tốc hành trình piston; Flx- lực lò xo; Fms- lực ma sát
S1z+ S1a-S
S2a+S S2z-S
Q1z Q1a Q1a Q2z S
M vk, sk
FLX V
Q1
p1
F1
A1
p2
F2,A2
PDQ=const
T
Q2
i i
(3)Nguyễn Công Thuật, Bùi Việt Đức, Bùi Hải Triều
Flx – lực ép bánh đai bị động, thỏa mãn điều kiện đai không trượt dải tỉ số truyền ứng vị trí cân bánh đai Do hai bánh đai có kết cấu giống nhau, nên trạng thái chuyển động ổn định lực ép bánh đai chủđộng có giá trị lực ép lò xo (Flx) bánh đai bịđộng FLX F0C.x
Fms- lực ma sát: Fms = μFLX sign(v) Fms = k.vs
Cấp điều khiển trước van tỉ lệ: i
K
s VS. (1.2) Cấp điều khiển van tỉ lệ (Richard Poley, 2005):
+ Q1Z kDr.A1Z. PDQP1.sign(PDQ P1) (1.3) + Q1akDr.A1a. P1 (1.4) + Q2a kDr.A2a. P2 (1.5)
+ Q2Z kDr.A2Z. PDQP2.sign(PDQP2)(1.6) + Q1Q1Z Q1a (1.7) + Q2 Q2aQ2Z (1.8)
z z z Z s s khi s s khi s s d A 1 1 0 ) .( . a a a a s s khi s s khi s s d A 2 0 ) .( . a a a
a khi s s
s s khi s s d A 1 1 0 ) .( . z z z z s s khi s s khi s s d A 2 2 0 ) .( .
2.2 Sơđồ mô
Khối van tùy động
) (
.A1 P P1signP P
kDr Z DQ DQ
2 A P kDr a
1 .A P kDr a
) (
.A2 P P2sign P P2
kDr Z DQ DQ
z
A1
KVS Q1z
DQ p S p p a A1 a A2 z A2 DQ p z Q2 a Q1 a Q2 Q Q z S1 a S1 z S2 a S2 i
Khối điều khiển
1 s
T K R PR WS K V K
Sk Uist
Usoll
i
(4)Điều khiển tỷ số truyền truyền động vô cấp nhờ van tùy động cấp
Hình Mơ hình hệ thống điều khiển điện – thủy lực
3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT
Kết khảo sát đặc tính biểu diễn thay đổi thông sốđặc trưng cho hệ thống điều khiển điện - thủy lực, dựa tính tốn điều khiển tỷ số truyền truyền động đai vô cấp rộng phạm vi thay đổi tỷ số truyền từ
0.4 đến 2.5 thông số thiết bị thủy lực lấy từ Catalog hãng Yuken - Hàn Quốc (Yuken Kogyo)
Nhận xét:
Tín hiệu điều khiển xung dạng bậc có biên độ 20mm Tác động tăng từ lên 20mm tương ứng với trình mở van cấp dầu vào khoang 1, xả dầu từ khoang xi lanh, hành trình piston đáp ứng xác theo yêu cầu tín hiệu vào, với thời gian đáp ứng nhỏ, biên độ dao động cực đại không lớn (độ lệch cực đại trước ổn định 4,5mm) Sau 0,2 giây thời
gian điều chỉnh hệ thống 0,15 giây, hành trình piston đạt giá trị ổn định Vận tốc cực đại piston 460 mm/s, dao động áp suất trình chuyển tiếp nằm phạm vi cho phép Dưới tác động giá trị tỷ số truyền truyền động đai vô cấp thay đổi ổn định từ đến thời gian 0,2 giây
Tác động giảm hành trình từ 20mm xuống tương ứng với trình mở van cấp dầu cho khoang 2, xả dầu từ khoang xi lanh thủy lực, hành trình trả piston có hỗ trợ lực lò xo, nhiên nhờ tác động liên quan đến đặc tính van thủy lực tác động kép, nên tốc độ dịch chuyển piston khơng thay đổi nhiều, q trình đáp ứng chuyển tiếp hệ thống tương tự hành trình tác động tăng Tỷ số truyền truyền động đai vô cấp tăng ổn định từ giá trị đến
Khối xi lanh
M
1
V Qg
s
1
A1
s m
1
k (-) (+)
(-)
sK
vK
(-) (+) Q1
Q2
V10
p1
1
K
S
1
K
S
FAN
G A1
Qg1
QV1
V1
A1
2
V
Qg A
2
(-) (+)
F2
Qg2
V2
QV2 A
2
A2
V20
p2 s
1
s
(5)Nguyễn Công Thuật, Bùi Việt Đức, Bùi Hải Triều
Hình Hành trình piston (1 Xung điều khiển; Hành trình)
Hình Lưu lượng cấp xả dầu (1 Lưu lượng vào xi lanh; Lưu lượng xi lanh)
Hình Vận tốc hành trình piston
Hình Áp suất dầu hai khoang piston
(1- Áp suất khoang xi lanh; 2- Áp suất khoang xi lanh)
2
1
(6)Điều khiển tỷ số truyền truyền động vô cấp nhờ van tùy động cấp
Hình Tỷ số truyền truyền động đai rộng vô cấp
4 KẾT LUẬN
Bài báo xây dựng mơ hình mơ q trình điều khiển tỉ số truyền cho truyền động đai vơ cấp có kết cấu đơn giản phạm vi thay đổi tỷ số truyền lớn Các kết tính tốn mơ cho thấy hệ thống điều khiển hoạt động linh hoạt kịp thời (thời gian trễ cho hành trình 20mm 0,2 giây, vận tốc cực đại cho hành trình tiến 480mm/s), đáp ứng yêu cầu điều khiển xác vị trí piston, tỉ số truyền truyền động đai vô cấp thay đổi ổn định, phù hợp với tác động điều khiển Như vậy, việc sử dụng van tùy động hệ thống điều khiển phương án hợp lý Tuy nhiên loại van tùy động có kết cấu phức tạp, giá thành chế tạo cao, nên điều kiện sử dụng cụ thể, tính tốn lựa chọn số loại van có giá thành thấp mà đáp ứng yêu cầu làm việc hệ thống truyền động
Q trình khảo sát chưa tính tác động phát sinh hệ thống thủy lực nhưđặc tính dịng
chảy phức tạp van ma sát nội truyền động
Kết mô sử dụng để lựa chọn thiết bị, xây dựng thiết kế mạch điều khiển, hiệu chỉnh đánh giá hệ thống thực
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bùi Việt Đức, Nguyễn Công Thuật, Bùi Hải Triều (2011) Ứng dụng truyền vô cấp cho máy kéo cơng suất nhỏ sản suất Việt Nam Tạp chí Cơ khí Việt Nam 2011 sốđặc biệt, tr 48-52
Bùi Việt Đức, Nguyễn Công Thuật (2013) Khảo sát trình thay đổi tỷ số truyền truyền động đai rộng vô cấp máy kéo công suất nhỏ Tạp chí Cơ
khí Việt Nam 2013 sốđặc biệt, tr 195-198
Erxleben, S (1984) Untersuchungen zum Betriebsverhalten von Riemengetrieben unter Berücksichtigung des elastischen Materialverhaltens RWTH Aachen, Dissertation Richard Poley (January 2005) DSP Control of
Electro-Hydraulic Servo Actuators, SPRAA76 Yuken Kogyo CO., LTD, Hydraulic Equipment