岳海峰， 張立睿

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

引言

所有大型機(jī)械移動(dòng)設(shè)備都對(duì)工作地面水平有著嚴(yán)格的要求，地面水平傾角的大小影響到設(shè)備整體重心的變化。除了對(duì)設(shè)備安全使用造成影響外，還可能導(dǎo)致部件局部受力集中造成損壞，大大縮短使用壽命，更為嚴(yán)重的會(huì)造成人員生命、設(shè)備資產(chǎn)的重大損失。因此對(duì)大型移動(dòng)設(shè)備工作面水平傾角的限制和保護(hù)是設(shè)備使用安全性的必要措施。大型露天礦用挖掘機(jī)是千萬噸級(jí)以上大型露天開采礦選用最多的產(chǎn)品。露天礦采場地形復(fù)雜，坡多、坡陡，物料爆破不徹底，形成的工作地面凹凸不平。在這種特殊環(huán)境條件下工作的挖掘機(jī)設(shè)備，同樣需要對(duì)工作地面水平傾角的檢測和保護(hù)。

1 影響安全的工況

影響挖掘機(jī)安全的工況包括在有坡度的水平面上挖掘作業(yè)和在有坡度的道路上停車或行走。水平傾角過大超出設(shè)計(jì)安全角度，使得設(shè)備運(yùn)行存在安全隱患。

在傾斜工作面長期作業(yè)會(huì)導(dǎo)致挖掘機(jī)下部回轉(zhuǎn)滾珠受力不均，局部受力過大滾珠碎裂。正常挖掘時(shí)，地面允許的最大坡度為5°（見圖1），在有坡度的地面上挖掘，必須保證行走抱閘制動(dòng)有效。

圖1 挖掘狀態(tài)

在陡坡上停車或行走可能使電鏟翻車，失控或溜車，損壞電鏟某些設(shè)備。若電鏟在坡上停車或行走，最大坡度不得大于13°，若電鏟在坡上橫向停車或行走，允許的最大坡度不得超過9°（見圖2）。在坡上停車或行走，必須確保制動(dòng)有效。

圖2 行走狀態(tài)

2 水平傾角儀

選用赫斯默一款型號(hào)為 HS－XY－15－S－AOC－66的傾角儀，外形如圖3所示。

圖3 赫斯默水平傾角儀

電氣參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)雙軸模擬量傳感器，測量范圍：±15°；分辨率：0.001°；

精度：0.2°；工作電壓：11～30VDC；模擬量輸出：4～20mA；工作溫度：－40℃…85℃（自動(dòng)溫度補(bǔ)償）。

3 挖掘機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用

挖掘機(jī)采用西門子S7－300控制器，組態(tài)AI8X12Bit模擬量模塊6ES7 331－7KF02－0AB0接收傾角儀信號(hào)。在模塊屬性欄設(shè)置測量類型2DMU（電流、2線制接線方式）、4…20mA，然后保存、編譯［1］。

分配X軸（左右方向）數(shù)據(jù)地址為PIW364，Y軸（前后方向）數(shù)據(jù)地址為PIW366。調(diào)用西門子STEP7功能FC 105，輸出表達(dá)式為：

兩個(gè)軸向輸入信號(hào)均為單極性（K1＝0，K2＝27 648），輸出范圍均為±15°。圖4為X軸向數(shù)據(jù)讀取程序，Y軸方向數(shù)據(jù)方式相同。

傾角儀數(shù)據(jù)采集到PLC后，通過比較邏輯判斷實(shí)際位置傾角與安全傾角數(shù)據(jù)，超出時(shí)報(bào)警以及聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)。安全傾角數(shù)據(jù)通過編輯的上位機(jī)HMI指令界面輸入。上位機(jī)HMI采用西門子WINCC［2］軟件開發(fā)通過 PROFIBUS DP 總線與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫交換。圖5是挖掘機(jī)上位機(jī)傾角控制行走模式界面，在任意一個(gè)軸上傾角絕對(duì)值大于設(shè)定值10°時(shí)報(bào)警，大于設(shè)定值13°時(shí)設(shè)備保護(hù)停機(jī)。同樣的挖掘模式下的傾角控制要求通過程序可以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)不同的模式切換是同挖掘機(jī)實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

圖4 X軸向數(shù)據(jù)讀取程序

圖5 行走模式下的傾角控制界面

4 結(jié)語

挖掘機(jī)設(shè)備傾角儀的應(yīng)用，通過對(duì)工作面以及長時(shí)間走行坡面水平傾角的測量和監(jiān)控，避免設(shè)備工作不允許的工作面，提高了設(shè)備使用的安全性。針對(duì)不同模式狀態(tài)下的傾角限制和保護(hù)，自動(dòng)切換靈活方便，使用效果很好，對(duì)提高設(shè)備設(shè)用壽命、保障生命財(cái)產(chǎn)安全起到積極作用。

［1］ 柴瑞娟.西門子PLC高級(jí)培訓(xùn)教程［M］.北京：人民郵電出版社，2009：248－253.

［2］ 甄立東.西門子 WinCC V7基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.