博尔森磁致伸缩位移传感器助力装载机实现“立体化作业”

举升、下降和倾翻通常就是传统轮式装载机的全部功能，多年来，轮式装载机制造商为改进整机的操作灵活性，不断开发新设备，研究工作装置的三维可控性。

并联机构由于具有特殊的运动学性能，因而在许多领域都得到了应用，而六脚架结构也常用于工业领域中普通机床和专用机床的试验台和模拟器，以及驾驶与飞行模拟器中，但由于六脚架并联机构控制过程复杂，迄今为止并未用于行走机械中。

国内某高校在一项研究项目中开发了一款具有6个自由度(3个平移自由度，3个旋转自由度)的六脚架型工作装置。该装置可以进行额外和特殊的操作动作，将倾翻机构与底盘分离，可使总倾翻角度增加约180°,此外，该装置还能产生空间轨迹，以适应具体的工作过程。

该六脚架并联机构是一种特殊的并联机构，由基座和工作平台组成，两者之间通过周向分布安装的6个差动液压缸连接，每个差动液压缸可单独控制，能够实现普遍意义下的空间移动性。

项目选用柳工的LW300轮式装载机作为技术实施的试验机型。LW300包括两个总成：提升机构(即“六脚架并联机构”)和倾翻机构(即“操作装置”),其中，提升机构通过位于底部的2个差动液压缸控制，灵活性增加；倾翻机构与底盘分离，作为反转连杆机构(Z-kinematics),主要由位于端部的倾翻液压缸、换向杆和牵引杆组成，而附属装置通过快换液压系统安装。

该项目负责人刘教授表示，LW300针对行走机械而开发，能够实现在一台主机上完成工作装置的多个空间移动，性能稳健，结构紧凑，并且在排序、控制、定位和自动操作等方面有很大的潜在优势。

基于CAN协议的控制结构的实现

为精确地测量和控制LW300工作装置的位置和速度，LW300驱动器上配备了博尔森科技有限公司提供的MH系列磁致伸缩位移传感器，传感器、驱动器和控制系统之间采用CANBus协议进行数据通信。因此，除了结构设计，LW300的开发还包括基于新CAN协议的控制结构的实现。

关于位置传感器的特殊要求刘教授解释，为满足复杂控制任务的要求，所选用的位置传感器应具备以下前提条件：提供直接的CANopen支持，提供高精度的位置和速度测量，并且可与差动液压缸充分集成。博尔森科技有限公司针对行走机械设计了磁致伸缩位移传感器，具有CANopen功能的MH传感器可作为从属器件直接连接现场总线，除了测量位移，还可测量位置变化过程中的速度以及液压缸的运动状况，因此通过对多个独立液压缸的监控可以实现各个液压缸的移动保持同步。但其中液压泵最大体积流量限值和随轨迹变化体积流量要求的设计是一个棘手问题。由于集成的MH传感器可以随时精确地测量液压缸的位置和轴向速度，并传输到控制系统，控制系统是一个具有位移和速度串级控制及定位点引导控制功能的单轴控制器，通过一个共同的内插器实现监控和同步，因此系统微机能够根据这些数值确定打开相关伺服阀的定位点。

具有六脚架并联机构的轮式装载机，可以使操作人员通过一根操纵杆实现LW300的多脚联动，但须考虑负荷条件的变化，还须平稳操作，在恶劣环境条件下更是如此。博尔森MH系列传感器专门为行走机械而设计，可满足上述要求。该传感器体积小巧，易于安装在液压缸中，完全免维护，且非常耐用。此外，该传感器还能够连续输出位置信号，允许连续控制液压缸和机器功能。

博尔森磁致伸缩位置传感器安全性高

博尔森MH系列传感器配有CANBus接口，符合IEC61508安全完整性等级2(SIL2)和ISO13849-1性能等级d的要求，位置检测系统可在行走机械使用，其安全性能已经得到认可。该传感器可用测量长度为50~2500mm,所提供的最佳测量结果线性度<±0.02%F.S.,重复性<±0.002%F.S.。

M系列位置传感器内置诊断功能，保证了其操作的高度安全性。传感器的传感头检查信号，并及时检测信号的变化，位置数值只有在诊断测试后才被传输至控制系统，传感器在硬件容错率(HFT)为0的情况下安全失效系数(SFF)可达95%,能够满足严苛的工作要求。该传感器由于已达到SIL2等级，因此其每小时平均失效概率(PFH)在10-⁷~10-6范围内。

所有博尔森位置传感器根据磁致伸缩测量原理工作，基于磁力学效应使用无触点、无磨损位置测量。传感器完全集成到液压缸中，传感头粘附于液压缸底部，传感器杆埋入活塞杆中，在传感器整个使用周期内无需维护或再校准。在传感器杆上滑动的环形定位磁铁安装于活塞内，用于标定活塞杆的位置。

博尔森位移传感器易于安装且测量稳定

博尔森开发的连接器系统采用简易的弹性插座，无需工具即可实现磁致伸缩位置传感器的快速安装。在安装过程中，通过钻孔取出触头支架，从外部轻松将凸缘外壳卡到位。将已集成传感器的液压缸安装到行走机械上时，可以使用通用的M12×1连接器以任意角度连接博尔森传感器，无需焊接，也不用导线螺旋端子连接，避免了极性误差或焊料选择等问题。此外，传感器集成在液压缸中，无需安装昂贵的防护装置；连接到控制系统时安装也很方便，只需保存量程(绝对传感器),无需成本高昂的机械调整。

磁致伸缩位移传感器传输高信噪比的测量信号，出色的信号质量和液压缸集成使其对外部影响不敏感，能够在高达200V/m的电磁干扰下可靠工作，抗冲击力高达100g,抗振达25g。

关于LW300的应用前景，刘教授表示，该装置主要用于轮式装载机，此外也可应用于平地机的操作装置、行走机械驾驶室的悬架系统或其他特殊应用如采矿机等。

LW300不仅具有非常高的工作效率和定位精度，还具有减振、搬运简单安全和自动化程度高等特点，计划未来将在更多项目中与博尔森科技有限公司合作。