Điều khiển tỷ số truyền của truyền động vô cấp nhờ van tùy động 2 cấp

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 
745 
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 
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 
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. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
 Tỉ số truyền của bộ truyền động đai vô cấp 
được xác định qua vị trí tương đối của dây đai 
khi các bánh đai dẫn động di chuyển dưới tác 
động của lực ép. Các giá trị tỷ số truyền thay đổi 
từ imin đến imax được xác lập thông qua việc điều 
khiển chính xác như mong muốn vị trí phần di 
động của bánh đai chủ động. 
 Truyền động đai thang bản rộng vô cấp có 
đặc điểm kết cấu và các quan hệ động lực học 
khá phức tạp liên quan đến quá trình thay đổi 
tỷ số truyền (Erxleben, 1984). Các kết quả 
nghiên cứu về điều khiển tỉ số truyền của bộ 
truyền động đai vô cấp chủ yếu tập trung cho 
đai xích hoặc đai dây kim loại, việc nghiên cứu 
ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu, đặc tính hệ 
thống điều khiển – truyền động điện – thủy lực 
đến quá trình hoạt động của truyền động đai 
bản rộng vô cấp và hệ thống truyền lực máy kéo 
vẫn chưa được quan tâm và giải quyết đầy đủ. 
Trên cơ sở tiếp nối các công trình nghiên 
cứu đã công bố (Bùi Việt Đức & cs., 2011; Bùi 
Việt Đức và Nguyễn Công Thuật, 2013), nhằm 
xây dựng cở sở lý thuyết cho việc điều khiển tự 
động truyền lực vô cấp cho máy kéo nhỏ, bài báo 
tập trung nghiên cứu, mô hình hóa và mô phỏng 
phương án điều khiển vị trí piston xi lanh thủy 
lực thông qua van tùy động, khảo sát và phân 
tích đánh giá quá trình điều khiển sự thay đổi 
tỷ số truyền của bộ truyền động đai bản rộng vô 
cấp lắp trên máy kéo công suất nhỏ. 
Điều khiển tỷ số truyền của truyền động vô cấp nhờ van tùy động 2 cấp 
746 
2. MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG 
Một hệ thống điều khiển vị trí thủy lực điển 
hình bao gồm một nguồn cung cấp năng lượng 
thủy lực, van điều khiển lưu lượng, xi lanh 
truyền động, các cảm biến và bộ điều khiển điện 
tử. Bộ điều khiển sử dụng phương thức điều 
khiển theo sai lệch, tạo ra tín hiệu điều khiển 
van phân phối từ sự sai lệch giữa giá trị mong 
muốn và giá trị đo được của đại lượng cần điều 
khiển. Van tùy động điều khiển đường dầu thủy 
lực ra – vào xi lanh cho đến khi đạt được vị trí 
mong muốn, được xác định bởi các tín hiệu lỗi 
giảm xuống bằng không. 
2.1. Mô hình hóa hệ thống 
Xi lanh: Sử dụng xi lanh vi sai tác động kép 
Phương trình gia tốc chuyển động của 
piston: 
m
FFFFa msLX  21 (1.1) 
111 .pAF  
222 .pAF 
Hình 1. Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển vị trí 
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. 
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 
Fms
Nguyễn Công Thuật, Bùi Việt Đức, Bùi Hải Triều 
747 
Flx – là lực ép của bánh đai bị động, thỏa 
mãn điều kiện đai không trượt trong dải tỉ số 
truyền ứng các vị trí cân bằng của bánh đai. Do 
hai bánh đai có kết cấu giống nhau, nên ở trạng 
thái chuyển động ổn định lực ép trên bánh đai 
chủ động có giá trị bằng lực ép lò xo (Flx) trên 
bánh đai bị động. xCFFLX .0  
Fms- lực ma sát: Fms = μFLX sign(v) 
Fms = k.vs 
Cấp điều khiển trước của van tỉ lệ: 
iKs VS . (1.2) 
Cấp điều khiển chính của van tỉ lệ (Richard 
Poley, 2005): 
+ )1(... 111 PPsignPPAkQ DQDQZDrZ  (1.3) 
+ 111 .. PAkQ aDra  (1.4) 
+ 222 .. PAkQ aDra  (1.5) 
+ )(... 2222 PPsignPPAkQ DQDQZDrZ  (1.6) 
+ aZ QQQ 111  (1.7) 
+ Za QQQ 222  (1.8) 




z
zz
Z sskhi
sskhissd
A
1
11
1 0
).(.




a
aa
a sskhi
sskhissd
A
1
22
2 0
).(.




a
aa
a sskhi
sskhissd
A
1
11
1 0
).(.




z
zz
z sskhi
sskhissd
A
2
22
2 0
).(.
2.2. Sơ đồ mô phỏng 
Khối van tùy động 
)1(... 11 PPsignPPAk DQDQZDr 
22 .. PAk aDr
11 .. PAk aDr
)(... 222 PPsignPPAk DQDQZDr 
zA1KVS zQ1
DQpS
1p
2p
aA1
aA2
zA2
DQp
zQ2
aQ1
aQ2
1Q
2Q
zS1
aS1
zS2
aS2
i 
Khối điều khiển 
1. sT
K
R
PRWSK VK
Sk Uist 
Usoll 
i 
Ustell i*
Điều khiển tỷ số truyền của truyền động vô cấp nhờ van tùy động 2 cấp 
748 
Hình 3. Mô hình hệ thống điều khiển điện – thủy lực 
3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT 
Kết quả khảo sát là các đặc tính biểu diễn 
sự thay đổi các thông số đặc trưng cho hệ thống 
điều khiển điện - thủy lực, dựa trên các tính 
toán điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền động 
đai vô cấp bản rộng phạm vi thay đổi tỷ số truyền từ 
0.4 đến 2.5 và các thông số của thiết bị thủy lực 
lấy từ Catalog của hãng Yuken - Hàn Quốc 
(Yuken Kogyo). 
Nhận xét: 
Tín hiệu điều khiển là xung dạng bậc có biên 
độ 20mm. Tác động tăng từ 0 lên 20mm tương 
ứng với quá trình mở van cấp dầu vào khoang 1, 
xả dầu từ khoang 2 của xi lanh, hành trình của 
piston đáp ứng chính xác theo yêu cầu của tín 
hiệu vào, với thời gian đáp ứng nhỏ, biên độ dao 
động cực đại không lớn (độ lệch cực đại trước khi 
ổn định là 4,5mm). Sau 0,2 giây trong đó thời 
gian điều chỉnh của hệ thống là 0,15 giây, hành 
trình của piston đạt giá trị ổn định. Vận tốc cực 
đại của piston là 460 mm/s, dao động áp suất của 
quá trình chuyển tiếp nằm trong phạm vi cho 
phép. Dưới tác động này giá trị tỷ số truyền của 
truyền động đai vô cấp thay đổi khá ổn định từ 2 
đến 1 trong thời gian 0,2 giây. 
Tác động giảm hành trình từ 20mm xuống 
0 tương ứng với quá trình mở van cấp dầu cho 
khoang 2, xả dầu từ khoang 1 của xi lanh thủy 
lực, hành trình trả về của piston có sự hỗ trợ 
của lực lò xo, tuy nhiên nhờ các tác động liên 
quan đến đặc tính của van thủy lực tác động 
kép, nên tốc độ dịch chuyển của piston không 
thay đổi nhiều, quá trình đáp ứng và chuyển 
tiếp của hệ thống tương tự như hành trình tác 
động tăng. Tỷ số truyền của truyền động đai vô 
cấp tăng ổn định từ giá trị 1 đến 2. 
Khối xi lanh 
M
.1
1
V
Qg 
s
1
A1 sm.
1
k
(-)
(+)
(-)
sK
vK
(-) 
(+) 
Q1 
Q2 
V10 
p1 
1KS
1KSFANG
 A1
Qg1 
QV1 
V1 
 A1
.2
2
V
Qg A2
(-) 
(+) 
F2
Qg2 
V2 
QV2 A2
 A2 
V20 
p2
s
1
s
1
Nguyễn Công Thuật, Bùi Việt Đức, Bùi Hải Triều 
749 
Hình 4. Hành trình piston (1. Xung điều khiển; 2. Hành trình) 
Hình 5. Lưu lượng cấp và xả dầu (1. Lưu lượng vào xi lanh; 2. Lưu lượng ra xi lanh) 
Hình 7. Vận tốc hành trình piston 
Hình 6. Áp suất dầu hai khoang của piston 
(1- Áp suất khoang 1 của xi lanh; 2- Áp suất khoang 2 của xi lanh) 
1
2
1 
2 
1 
2 
Điều khiển tỷ số truyền của truyền động vô cấp nhờ van tùy động 2 cấp 
750 
Hình 8. Tỷ số truyền của truyền động đai bản rộng vô cấp 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo đã xây dựng mô hình mô phỏng 
quá trình điều khiển tỉ số truyền cho truyền 
động đai vô cấp có kết cấu đơn giản và phạm vi 
thay đổi tỷ số truyền lớn. Các kết quả tính toán 
mô phỏng cho thấy hệ thống điều khiển hoạt 
động khá linh hoạt và kịp thời (thời gian trễ cho 
hành trình 20mm là 0,2 giây, vận tốc cực đại 
cho hành trình tiến là 480mm/s), đáp ứng được 
yêu cầu điều khiển chính xác vị trí của piston, tỉ 
số truyền của truyền động đai vô cấp thay đổi 
ổn định, phù hợp với các tác động điều khiển. 
Như vậy, việc sử dụng van tùy động trong hệ 
thống điều khiển là phương án hợp lý. Tuy nhiên 
loại van tùy động có kết cấu phức tạp, giá thành 
chế tạo cao, nên trong các điều kiện sử dụng cụ 
thể, có thể tính toán lựa chọn một số loại van có 
giá thành thấp hơn mà vẫn đáp ứng được các yêu 
cầu làm việc của hệ thống truyền động. 
Quá trình khảo sát chưa tính tác động phát 
sinh trong hệ thống thủy lực như đặc tính dòng 
chảy phức tạp của van và ma sát nội bộ trong bộ 
truyền động. 
Kết quả mô phỏng có thể được sử dụng để 
lựa chọn thiết bị, xây dựng và thiết kế mạch 
điều khiển, hiệu chỉnh và 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 công 
suất nhỏ sản suất tại Việt Nam. Tạp chí Cơ khí 
Việt Nam 2011 số đặc biệt, tr. 48-52. 
 Bùi Việt Đức, Nguyễn Công Thuật (2013). Khảo sát quá 
trình thay đổi tỷ số truyền của bộ truyền động đai bản 
rộng vô cấp trên máy kéo công suất nhỏ. Tạp chí Cơ 
khí Việt Nam 2013 số đặc 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 
Engineering Information Catalogue, Edit.11