Luận án Nghiên cứu tính chất truyền động và điều khiển hệ thống truyền động vô cấp phân tầng trên máy kéo nhỏ 4 bánh

 lực vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ bốn bánh đáp ứng 
đặc điểm thay đổi tải trọng khi cánh tác và vận chuyển. 
 Hệ thống truyền lực trên hình 1.20 có thể sử dụng cho các máy kéo có công 
suất động cơ từ 9 kW đến 20 kW ( Bui, 2007). Công suất động cơ đƣợc truyền qua 
bộ biến tốc đai thang bản rộng điều khiển đƣợc tỷ số truyền (từ 0,4 đến 2,5), qua li 
hợp ma sát đơn đến hộp số bánh răng hai cấp. Hộp số có hai số tiến và một số lùi. 
Với hai tầng số máy kéo có thể chuyển động với vận tốc từ 1,5 đến 12,5 km/h khi 
làm việc trên đồng và 4 đến 22,75 km/h khi vận chuyển trên đƣờng. 
3.2. Xây dựng mô hình các hệ thống thành phần 
3.2.1. Mô hình động cơ máy kéo 
 Động cơ tạo ra nguồn năng lƣợng cơ học đặc trƣng bởi mô men quay Me 
và tốc độ góc ωe. Năng lƣợng đó đƣợc tạo ra từ quá trình cháy hỗn hợp nhiện liệu 
và đƣợc điều khiển bằng tay thƣớc nhiên liệu (đặc trƣng bởi hàm ga). 
 Luận án tập trung nghiên cứu tính chất hoạt động và điều khiển của máy 
kéo, do đó động cơ đƣợc nhìn theo ý nghĩa là một nguồn động lực đáp ứng yêu 
cầu năng lƣợng khi hoạt động với tải trọng khác nhau trong nông nghiệp. Trong 
nhiều nghiên cứu về động lực học và điều khiển máy, mô hình phần tử động cơ 
đƣợc xây dựng trên cơ sở đặc tính thực nghiệm. Đặc tính động cơ mô tả quan hệ 
tĩnh học giữa mô men quay và số vòng quay với các mức ga (vị trí tay thƣớc 
nhiện liệu) khác nhau hoặc chỉ mô tả quan hệ này tại mức ga cực đại, còn gọi là 
đặc tính ngoài. Khi máy kéo làm việc trên đồng ruộng, động cơ máy kéo thƣờng 
làm việc trên đƣờng đặc tính ngoài, nên đặc tính ngoài đƣợc sử dụng để mô tả 
hoạt động của động cơ đáp ứng yêu cầu về tải trọng của máy kéo. Hình 3.3 giới 
thiệu đƣờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ diesel D12, bao gồm các mối quan 
hệ công suất, mô men và chi phí nhiên liệu theo tốc độ quay của động cơ ứng với 
vị trí ga cực đại. Trên đƣờng đặc tính, quan hệ giữa mô men và tốc độ thể hiện 
qua hai nhánh: quá tải (đƣờng cong) và tự điều chỉnh (đƣờng thẳng). 
 Với mục đích nghiên cứu tính chất truyền động và điều khiển bộ truyền 
động đai vô cấp, trong mô hình nghiên cứu chỉ xem xét động cơ làm việc trên 
nhánh tự điều chỉnh. Việc mô tả quan hệ giữa mô men và tốc độ trong nhánh này 
thể hiện qua công thức: 
 49 
 M n n
 max
 M N nmax nN
 (3-1) 
 M N
 hoặc: M (nmax n) . (3-2) 
 nmax n N
 Me 
 45Nm 
kW 43 M
9,6 41 N 
8,8 
8,0 Ne 
7,2 
6,4 M 
5,6 
4,8 
4,0 
3,2 
 272g/kW.h 
 ge 
 245 
 8 10 12 14 16 18 20 (*100v/p) n
 N n nmax 
 Hình 3.2. Đặc tính ngoài động cơ D12 
3.2.2. Mô hình truyền lực vô cấp phân tầng 
 Truyền lực vô cấp phân tầng bao gồm: truyền lực vô cấp đai thang bản 
rộng điều khiển đƣợc tỷ số truyền, li hợp ma sát đơn, hộp số phân tầng (bánh 
răng ăn khớp ngoài có hai số tiến và một số lùi), truyền lực chính và truyền lực 
cuối cùng. Do mục tiêu nghiên cứu, trong mô hình mô phỏng li hợp luôn đóng và 
không có hiện tƣợng trƣợt, hộp số ở các vị trí số xác định, chỉ mô phỏng mô hình 
phần tử truyền động vô cấp. 
3.2.2.1. Mô hình truyền động đai vô cấp bản rộng. 
 Cấu trúc truyền động đai thang: Cấu trúc cơ bản của bộ truyền biến tốc đai 
thang bản rộng có công suất 9 kW đến 20 kW và có phạm vi điều chỉnh tỷ số 
truyền 1:8 (hình 3.3) bao gồm bánh đai chủ động và bánh đai bị động. Mỗi bánh 
đai đƣợc tạo bởi hai đĩa hình nón (một đĩa cố định, đĩa kia di chuyển trên trục 
nhờ mối ghép then hoa). Xi lanh thủy lực điều khiển sự di chuyển nửa di động 
của bánh đai chủ động. Bánh đai bị động tự lựa nhờ lực lò xo. Dải điều chỉnh tỷ 
số truyền của CVT là khoảng di chuyển tối thiểu và tối đa của đĩa di động của 
các bánh đai trên trục. 
 Dây đai thang bản rộng sử dụng đƣợc cấu tạo từ hỗn hợp các vật liệu khác 
 50 
nhau và có kết cấu đặc biệt đảm bảo các tính chất: độ cứng ngang cao, độ giãn 
dài thấp và khả năng uốn trong tốt. 
 Đĩa di động 
 Trục chủ động 
 Xi lanh thủy lực 
 Đĩa di động 
 Trục bị động 
 Hình 3.3. Bộ truyền động vô cấp đai đai thang bản rộng 
 Tỷ số truyền: Trong quá trình hoạt động, giả thiết rằng phần của dây đai 
trên bánh đai là một phần của một vòng tròn, nghĩa là dây đai không bị trƣợt trên 
bánh đai. Chiều dài của dây đai đƣợc xác định qua công thức: 
 L R1 ( 2) R2 ( 2) 2e.cos (3-3) 
 Trong phƣơng trình này: L - chiều dài của vành đai, R1 - bán kính hoạt 
động của bánh đai chủ động, R2 - bán kính hoạt động của bánh đai bị động,  là 
góc hợp bởi dây đai với đƣờng tâm của hai bánh đai 
 Góc : xác định nhờ quan hệ: R1 R2 e.sin (3-4) 
 e: khoảng cách giữa hai trục sơ cấp và thứ cấp. 
Khoảng di chuyển đĩa di động của bánh đai chủ động và bị động đƣợc xác định: 
 x 2(R R )tan 
 1 1 m1 (3-5) 
 x 2(R R )tan 
 2 2 m2 (3-6) 
 Trong đó: Rm1 và Rm2 là bán kính hoạt động tối thiểu của bánh đai sơ cấp 
và thứ cấp tƣơng ứng, β- góc nghiêng bánh đai. Sự khác biệt khoảng di chuyển x1 
và x2 của đĩa di động bánh đai chủ động và bị động làm cho trục của dây đai bị 
lệch ở cả hai bánh đai. 
 51 
 Hai giá trị không thứ nguyên là ig và is thể hiện trạng thái của bộ biến tốc: 
 R1
 i – tỉ lệ hình học đƣợc xác định: ig (3-7) 
 R2
 1
 iS – tỉ lệ tốc độ đƣợc xác định: is (3-8) 
 2
 d d 
Trong đó:  1 tốc độ quay trục sơ cấp;  2 tốc độ quay trục thứ cấp; 
 1 dt 2 dt
 Trong quá trình hoạt động, dây đai luôn bị căng nhờ lực căng trƣớc. Các 
đĩa di động của bánh đai di chuyển đối xứng với nhau qua trục dây đai làm thay 
đổi đƣờng kính của các bánh đai tạo nên sự thay đổi tỷ số truyền của bộ truyền 
động. Trong thực tế, quá trình hoạt động của bộ truyền luôn xảy ra hiện tƣợng 
trƣợt nên tỷ số truyền iCVT đƣợc xác định theo công thức (3-9): 
 1
 icvt is ig (3-9) 
 2
 F1 
 F1 
 R1 
 R2 
 ω1 
 β1 β2 ω2 
 
  F2 
 F2 
 e .
 ϕ 
 Hình 3.4. Đặc trƣng hình học của CVT 
 Lực ma sát: Ma sát đóng một vai trò rất quan trọng trong truyền động của 
CVT. Lực ma sát là lực chống lại sự trƣợt tƣơng đối giữa một bề mặt tiếp xúc với 
một bề mặt, nhƣ thể hiện trong hình 3.5. 
 Vận tốc chuyển động tƣơng đối của các bề mặt là: v x . Lực ma sát 
đƣợc nghiên cứu từ rất lâu, các công trình quan trọng là: Leonardo da Vinci 
(1513-1514) đã tìm ra rằng lực ma sát không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và 
Amontons (1699) đã tìm ra mối quan hệ giữa áp lực tiếp xúc và lực ma 
sát. Coulomb (1785) tìm thấy rằng các lực ma sát không phụ thuộc vào vận 
tốc tƣơng đối. 
 52 
 Hình 3.5. Mô hình ma sát 
 Fw- lực ma sát, Fc -lực kẹp giữ khối trên bề mặt, F -lực kéo, 
 FN -phản lực của bề mặt 
 Trong các truyền động nhờ ma sát thƣờng sử dụng mô hình ma sát của 
Coulombt, đƣợc mô tả: 
 F c FN , nếu v =0. 
 F c FN sign(v), nếu v ≠ 0 (3-10) 
 Trong đó: µc là hệ số ma sát Coulomb 
 Mô hình ma sát Coulomb không xác định đƣợc lực ma sát ở quá trình 
chuyển tiếp và gây khó khăn trong mô phỏng số khi sự sai khác tốc độ bằng 
không do có sự thay đổi về số lƣợng của các trạng thái trong hệ thống gây ra sự 
gián đoạn trong một số trƣờng hợp. Trong trƣờng hợp vận tốc trƣợt bằng không 
thì lực ma sát không đƣợc xác định bởi hệ số ma sát vì vậy phải xác định bằng 
cách khác. 
 µ Coulomb 
 µ0 
 Liên tục hóa 
 v
 0 v 
 Hình 3.6. Đặc điểm ma sát 
 53 
 Vì vậy, phải xấp xỉ mô hình ma sát Coulomb để liên tục hóa, đƣợc thể 
hiện trong hình 3.6. 
 v
 v0
  0 (1 e ) (3- 11) 
 Động lực học CVT: Để xác định các thông số động lực học của bộ truyền 
đai CVT, giả thiết: dây đai có độ cứng uốn nhỏ nên bỏ qua lực cản uốn trong quá 
truyền động, coi bánh đai tuyệt đối cứng và bỏ qua lực quán tính. 
 Một số tác giả đã nghiên cứu về vấn đề này, trong số đó Gerbert (1984) và 
Rooij, Schärläckens (1993) đã công bố mô hình chi tiết mô tả một truyền động 
đai CVT. Xét phân tố dây đai, các lực tác dụng đƣợc thể hiện trong hình 3.7. 
 fR 
 F+dF F 
 γ 
 ft 
 R 
 dφ 
 fRcosγ fRcosγ 
 fn 
 fn fRsinγ fRsinγ 
 β 
 a/ chiếu cạnh b/ chiếu mặt 
 Hình 3.7. Lực tác dụng lên phân tố đai 
 Trong hình này: fn - lực kẹp tác dụng theo hƣớng pháp tuyến lên cạnh của 
phân tố đai. F -lực căng trong dây đai, ft - lực kẹp tác dụng theo hƣớng tiếp 
tuyến, fR - lực ma sát giữa dây đai và bánh đai, γ - góc giữa hƣớng tâm của dây 
đai và hƣớng của lực ma sát và β -góc nghiêng của dây đai. Xét phân tố đai trong 
trạng thái cân bằng, ta có: 
 Ft 0 (3-12) 
 Fn 0 (3-13) 
 Trong đó: Ft - các thành phần lực tiếp tuyến và Fn – các thành phần lực 
pháp tuyến. 
 Đối với phân tố đai thể hiện trong hình 3.7, có phƣơng trình cân bằng sau: 
 54 
 Fn R.d .qt Fd 2R.d .qw.sin  .cos  0 (3-14) 
 Ft dF 2d .R.qw.cos 0 (3-15) 
 Từ những phƣơng trình này xác định đƣợc lực căng trong dây đai: 
 F 2R. ft 2R. f R .sin  .cos  (3-16) 
 dF
 2Rf cos (3-17) 
 d R
 Trong đó: 
 ft fn .sin  (3-18) 
 f R fn.(v) (3-19) 
 Sử dụng những phƣơng trình này cùng với phƣơng trình (3-17) và (3-18) 
đƣợc phƣơng trình sau: 
 dF F cos
 (v) (3-20) 
 d (sin  (v) sin  cos )
 Để giải đƣợc phƣơng trình vi phân này phải xác định đƣợc các giá trị của γ 
và μ cho tất cả các giá trị của φ. Nếu giả thiết rằng dây đai chạy trong một đƣờng 
tròn trên bánh đai, tức là không xảy ra chạy xoắn ốc, khi đó γ là bằng 
không. Điều này giúp đơn giản hoá các phƣơng trình vi phân. 
 dF F
 (v) (3-21) 
 d (sin )
 Khả năng truyền công suất của bộ truyền động đai biến tốc phụ thuộc vào 
lực ma sát giữa dây đai và bánh đai, lực ma sát đƣợc tạo ra nhờ lực ép và hệ số 
ma sát. Lực ép trên bánh đai chủ động hình thành từ các xi lanh thủy lực điều 
khiển bằng tay hoặc tự động, trên bánh đai bị động lực ép đƣợc thực hiện tự động 
thông qua sự thay đổi tùy động của sức nén lò xo ép bánh đai. Giá trị của các lực 
ép có ảnh hƣởng quyết định tới sự truyền mô men giữa các trục truyền động. Để 
bộ truyền đai không bị trƣợt trơn, các lực ép đƣợc tính toán sao cho mô-men ma 
sát lớn hơn mô – men đƣợc truyền. Tỷ số truyền đƣợc giữ cố định nhờ một trạng 
thái ổn định của lực ép trên bánh đai chủ động. 
 55 
 Hình 3.8. Lực dụng lên bánh đai 
 Để xác định lực ép yêu cầu cho một trạng thái làm việc ổn định, cần phải 
tính toán thành phần lực tác động theo hƣớng dọc trục trên cung ôm giữa dây đai 
và bánh đai (hình 3.8). 
 F ( ) ( f cos f sin )d (3-22) 
 ax N R
 0
 Mô men truyền qua đai đƣợc xác định qua lực ma sát theo phƣơng tiếp 
tuyến của dây đai và bánh đai. 
 1
 M f r d (3-23) 
 1 T 1 1
 0
 2
 M 2 fT1 r2 d 2 (3-24) 
 0
 Lực ép trên các bánh đai đƣợc xác định nhƣ sau 
 Trên bánh đai chủ động 
 Fax1= Fxl0 + Fxl1 3-25) 
 Trong đó Fxl0 là lực ép ban đầu, Fxl1 là giá trị thay đổi của xi lanh 
 56 
 Fxl đƣợc xác định từ xi lanh thủy lực 
 Fxl = A1.p1 (3-26) 
 Trên bánh đai bị động 
 Fax2= Flx + Fxl1 (3-27) 
 Fxl và Fxl1 là lực ép và giá trị thay đổi của lò xo 
 Lực ép lò xo đƣợc xác định theo công thức 
 Flx = Flx0 + Clx xlx(i) (3-28) 
 Trong đó Flx0 là lực ép ban đầu Clx là độ cứng của lò xo 
 Các giá trị thay đổi của lực ép trên các bánh đai thƣờng không diễn ra đồng 
thời, một trong hai giá trị thay đổi này luôn bằng không (Bui, 2007). 
 Fax1> 0 Fax2= 0 
 Fax2> 0 Fax1= 0 
 Lực ép thay đổi không chỉ tạo ra sự thay đổi động lực học tỷ số truyền mà 
còn đƣa đến sự khác biệt của lực ép trên các bánh đai. Sự khác biệt này chính là 
tỷ số giữa lực ép trên bánh đai chủ động và lực ép trên bánh đai bị động 
 Fax1
  (3-29) 
 Fax2
 Tỷ số lực ép giữa các bánh đai phụ thuộc vào tỷ số truyền và mô men, 
các giá trị của thông số này thƣờng đƣợc xác định từ thực nghiệm (Viet Duc 
Bui, 2007). 
 Các giá trị của lực căng đai cũng liên quan đến lực ép trên các bánh đai 
 2Fax1 tan 
 F1 (3-30) 
 k1
 2Fax2 tan 
 F2 (3-31) 
 k2
 k1, k2 là các hệ số phụ thuộc vào mô men và tỷ số truyền. Trong trƣờng 
hợp tỷ số truyền không đổi (f1 = f2), có thể xác định 
 k1 Fax1
  (3-32) 
 k2 Fax2
 Sự thay đổi tỷ số truyền: Để biểu diễn sự thay đổi tỷ số truyền của bộ 
 57 
truyền động đai biến tốc, có thể dựa vào các mô hình của Ide (1996), Guebeli 
(1993) hoặc Shafai (1995) dƣới đây. 
 Mô hình của Ide (1996), đƣa ra một mối liên hệ giữa sự thay đổi trạng thái 
vào tỷ số truyền. Đó là sự phụ thuộc tuyến tính vào sự thay đổi lực ép ở trạng thái 
tĩnh và trạng thái động. 
 dicvt 1
 ki (i) [Fax1  Fax2 ] (3.33) 
 dt icvt
 ki và ξ phụ thuộc vào tỷ số truyền, giá trị của chúng xác định từ thực 
nghiệm 
 Mô hình của Guebeli (1993) xây dựng từ phƣơng pháp biến dạng trƣợt 
nhớt 
 *
 dicvt 2 kh icvt  1 Fax1 Fax1
 cos  sin  2 (3-34) 
 dt öl r2 Fax1  Fax2
 k
 Φ – hệ số Guebeli; h là thông số thực nghiệm 
 öl
 k
 h c c r
  v0 v1 1
 öl (3-35) 
 Trong đó cv0 2.7[m / s] và cv1 29[1/ s] 
 Shafai (1995) mô hình hóa sự thay đổi tỷ số truyền nhƣ một hệ thống khối 
lƣợng – giảm chấn 
 *
 m x1 bs x1 Fax1 Fax1 (3-36) 
 Vì m x1 b x1 nên có thể bỏ qua thành phần lực quán tính 
 1 *
 x1 (Fax1 Fax1) (3-37) 
 bx
 Mô hình Shafai có thể biểu diễn gần đúng nhƣ sau 
 2 *
 dicvt (icvt 1) (Fax1 Fax1)
 (3-38) 
 dt 2 tan (lk 2.e)bx
 *
 Fax1 xác định theo quan hệ 
 * *
 Fax1 f (M1,i0 , Fax2 ) (3-39) 
 58 
 *
 Fax1 Fax1 
  (3-40) 
 * 
 F di F
 ax2 0 0 ax2 
 dt
 *
 Fax2 - Lực ép tức thời của lò xo; bx- hệ số giảm chấn Shafai 
 Để tính toán mô phỏng tỷ số truyền của CVT, giá trị của ξ đƣợc xác định 
bằng thực nghiệm (hình 3.9). 
 Giá trị đo 
 Tỷ số truyền CVT (iCVT) 
 Hình 3.9. Quan hệ của ξ với tỷ số truyền 
 Nguồn: Bui, 2007 
 Để sử dụng đƣờng cong ξ cho các mô phỏng, quan hệ của ξ với tỷ số 
truyền trong thực nghiệm đƣợc hồi quy bằng đa thức bậc hai (3-41). 
 2
 (i) 0.0215i 0.1172i 1.0481 (4-41) 
 Sự trƣợt của truyền động đai: Sự trƣợt của truyền động đai xảy ra rất phức 
tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đặc tính quan trọng nhất là quan hệ giữa độ 
trƣợt và mô men truyền, s = f(M). 
 Độ trƣợt đƣợc xác định theo biểu thức: 
 vs1 vs2
 s (3-42) 
 vs1
 Trong đó: vs1,vs2 - vận tốc vòng của bánh đai chủ động và bị động. 
 Đã có nhiều công trình (Алферов, 1973; То, 1970; Gerbert, 1972; 
Erxleben, 1984) nghiên cứu, phân biệt và giải thích hiện tƣợng trƣợt đàn hồi và 
trƣợt trơn. Tùy theo giá trị mô men truyền chỉ có thể xuất hiện trƣợt đàn hồi hoặc 
đồng thời trƣợt đàn hồi và trƣợt trơn từng phần. Khi mô men truyền động đạt tới 
một giá trị tới hạn thì sẽ xẩy ra trƣợt trơn hoàn toàn, bánh đai bị động sẽ không 
quay nữa. 
 59 
 Trong truyền động đai thang, độ trƣợt là tổng các độ trƣợt tiếp tuyến và độ 
trƣợt hƣớng kính (То, 1970; Gerbert, 1972; Erxleben, 1984). Do dịch chuyển 
hƣớng kính phụ thuộc vào tải trọng, nên bán kính tác động thực của bánh đai 
thay đổi, độ trƣợt đƣợc viết lại nhƣ sau: 
 1 i.2
 s (3-43) 
 1
 Trong đó: ω1, ω2 – vận tốc góc bánh đai chủ động và bị động. 
 Việc xây dựng đặc tính trƣợt của truyền động có có ý nghĩa rất quan trọng 
và có thể thực hiện bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết. Bằng thực nghiệm có thể 
mô tả đầy đủ nhất các tính chất trƣợt của bộ truyền trong các vùng tải trọng, song 
tính khái quát của kết quả không cao. Tác giả Viet Duc Bui (2007) đã xây dựng 
đƣờng đặc tính trƣợt cho bộ truyền động đai bản rộng thể hiện trên hình 3.10. 
 s% 
 5 
 4 
 3 
 Thuc nghiem 
 2 Tinh toan 
 1 
 0 10 20 30 40 50 M(Nm) 
 Hình 3.10. Đồ thị đƣờng cong trƣợt thực nghiệm đai thang 
 Để thuận tiện cho quá trình tính toán, đƣờng cong trƣợt đƣợc mô tả dƣới 
dạng hàm hồi quy: 
 M M
 s s d s d
 1 M 1 A.(M M )
 d max d max d (3-44) 
 Trong đó: Md - mô men truyền động; Mdmax, s1, A- các hệ số hồi quy (s1= 
0,008, Mdmax= 52,424 Nm, A=10,3622). 
3.2.2.2. Mô hình điều khiển tỷ số truyền động đai 
 * Mô hình điều khiển thủy lực bằng tay: Để khảo sát sự thay đổi tỷ số 
truyền CVT với hệ thống thủy lực xi lanh tác động một chiều, trƣớc hết sử dụng 
van đóng ngắt 3/3 tác động bằng tay để điều khiển dòng dầu ra-vào xi lanh. Mô 
hình sử dụng van đóng ngắt điện từ đảm bảo tác động nhanh và ngăn ngừa nhiễu 
 60 
cơ học trong quá trình điều khiển cơ học. Mặt khác tạo cơ sở cho điều khiển tỷ số 
truyền CVT tự động bằng van điện từ 3/3. Sơ đồ điều khiển khiển đƣợc thể hiện 
trên hình 3.11. 
 Điều khi ển 
 Van điện từ p Xi lanh F 
 CVT i 
 3/3 Q thủy lực 
 Nguồn 
 T. lực 
 Hình 3.11. Sơ đồ điều khiển iCVT bằng tay 
 Khi có tín hiệu điều khiển, van đóng ngắt 3/3 đƣa dòng dầu thủy lực có áp 
suất p và lƣu lƣợng Q đến xi lanh thủy lực. Áp lực từ piston làm di chuyển đĩa di 
động của bánh đai chủ động CVT tạo ra sự thay đổi tỷ số truyền. Hình 3.12 là mô 
hình các phần tử của hệ thống. 
 Đĩa di động 
 Xi lanh thủy lực 
 Trục chủ động 
 p vk 
 V 
 F 
 sk M 
 Q 
 PDQ=const Trục bị động 
 Flx 
 T 
 Đĩa di động 
 Hình 3.12. Mô hình CVT với hệ thống điều khiển bằng van đóng 
 ngắt điện – thủy lực 
 + Mô hình toán học các phần tử cơ bản 
 Nguồn cấp dầu thủy lực: Tất cả các hệ thống thủy lực đều đòi hỏi nguồn 
cung cấp chất lỏng áp lực. Việc lựa chọn áp suất dầu phụ thuộc vào kết cấu của 
xi lanh và yêu cầu của phụ tải. Chọn áp suất nguồn cung cấp lớn sẽ truyền đƣợc 
lực lớn, giảm diện tích piston nhƣng tăng lọt dầu và chi phí dầu tƣ cho bơm dầu 
cao. Ngƣợc lại, chọn áp suất dầu thấp sẽ giảm lọt dầu nhƣng để truyền lực lớn 
cần xi lanh có diện tích tác động lớn. Trong mô hình sử dụng nguồn thủy lực có 
áp suất pDQ không đổi. 
 61 
 Xi lanh: Sử dụng xi lanh tác động một chiều. 
 Phƣơng trình gia tốc chuyển động của piston: 
 F F F
 a LX ms (3-45) 
 m
 Trong đó: F A.p - lực đẩy của piston; 
 FLX – là lực ép của bánh đai bị động, thỏa mãn điều kiện đai không trƣợt 
trong dải tỷ 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. 
 FLX F0 C.x (3-46) 
 Fms- lực ma sát: Fms = μFLXsign(v) (3-47) 
 Van đóng ngắt 3/3 điều khiển điện: Cấu trúc điển hình của van đóng ngắt 
3/3 (hình 3.13). 
 A 
 P T 
 1 2 3 
 Hình 3.13. Cấu trúc van đóng ngắt điện từ 3/3 
 1-lò xo; 2- cuộn dây; 3- con trượt điều khiển 
 Van thực hiện việc đóng ngắt dòng dầu thủy lực bằng tín hiệu điện từ điều 
khiển con trƣợt di chuyển, tác động trả về nhờ lực lò xo. 
 Phƣơng trình dòng chảy thủy lực qua van: 
 Khi cấp dầu: 
 Q kDr .Av . pDQ p .sign pDQ p 
 (3-48) 
 Khi xả dầu: Q kDr .Av. p (3-49) 
 Trong đó: Q- lƣu lƣợng qua van; pDQ- áp suất nguồn cung cấp; p- áp suất 
làm việc; Av- diện tích lƣu thông qua van; kDr- hệ số lƣu lƣợng của van. 
 Phần tử tác động điện từ điều khiển các vị trí con trƣợt điều khiển của van 
 62 
theo yêu cầu điều khiển. Sự dịch chuyển của con trƣợt điều khiển sẽ đóng, mở 
đƣờng dầu thủy lực tới xi lanh. Đặc tính chuyển động của con trƣợt điều khiển 
của van là đƣờng cong thể hiện trong hình 3.14. 
 x 
 xmax 
 t t2 t3 
 1 t 
 tmở 
 Hình 3.14. Đặc tính chuyển động của con trựơt van 
 Nguồn: Yuken, 2011 
 Chuyển động này đƣợc chia thành ba giai đoạn bằng nhau về thời gian: t1 - 
thời gian trễ tác động của con trƣợt do quán tính, trễ của tín hiệu điều khiển, t2 - 
thời gian chuyển động với gia tốc không đổi, và t3- chuyển động với vận tốc 
không đổi, chuyển động trả về của con trƣợt đƣợc xem nhƣ tuyến tính. 
 pDQ 
 k A p p.sign( p p)
 KVA Dr v DQ DQ + 
 p Q 
 +
 k A p 
 KV KVA Dr v
 Van 
 Khuếch đại và chuyển đổi 
 + A Lực lò xo
 V0 
 C(x x )
 + p 0 K
 vk 
 Qg 1 1 1
 Q A 
 + V s m s xK 
 + Xi lanh
 k 
 Lực ma sát 
 A 
 Truyền động vô cấp 
 xK 
 C(x0+xK
 (i 1)2 (F .F * ) 1 i
 p ) CVT ax1 ax2 CVT 
 A 
 2 tan (lk 2ebx ) s
 Hình 3.15. Mô hình mô phỏng điều khiển tỷ số truyền CVT bằng tay 
 63 
 + Mô hình hệ thống: Trên cơ sở mô hình toán học của các phần tử, hệ 
thống điều khiển tỷ số truyền bằng tay đƣợc mô phỏng trên hình 3.15, các thông 
số của mô hình ở bảng 3.1. 
 Bảng 3.1. Thông số mô phỏng mô hình điều khiển tỷ số truyền CVT bằng tay 
 Thông số Giá trị Đơn vị Thông số Giá trị Đơn vị 
 2
 KAV 0.3 mm /V C 20 N/mm 
 4 2
 kDr 4.10 mm /(s N ) S0 100 mm 
 KV 4.8 [ ] m 3 kg 
 2 
 pDQ 10 N/mm k 10 Ns/mm 
 4 2
 υ 8