一種水平傾角儀在挖掘機設備上的應用

岳海峰， 張立睿

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

引言

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

1 影響安全的工況

影響挖掘機安全的工況包括在有坡度的水平面上挖掘作業和在有坡度的道路上停車或行走。水平傾角過大超出設計安全角度，使得設備運行存在安全隱患。

在傾斜工作面長期作業會導致挖掘機下部回轉滾珠受力不均，局部受力過大滾珠碎裂。正常挖掘時，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有效。

圖1 挖掘狀態

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，必須確保制動有效。

圖2 行走狀態

2 水平傾角儀

選用赫斯默一款型號為 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：標準雙軸模擬量傳感器，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℃（自動溫度補償）。

3 挖掘機設備上的應用

挖掘機采用西門子S7－300控制器，組態AI8X12Bit模擬量模塊6ES7 331－7KF02－0AB0接收傾角儀信號。在模塊屬性欄設置測量類型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）數據地址為PIW364，Y軸（前后方向）數據地址為PIW366。調用西門子STEP7功能FC 105，輸出表達式為：

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

傾角儀數據采集到PLC后，通過比較邏輯判斷實際位置傾角與安全傾角數據，超出時報警以及聯鎖停機保護。安全傾角數據通過編輯的上位機HMI指令界面輸入。上位機HMI采用西門子WINCC［2］軟件開發通過 PROFIBUS DP 總線與CPU進行數據讀寫交換。圖5是挖掘機上位機傾角控制行走模式界面，在任意一個軸上傾角絕對值大于設定值10°時報警，大于設定值13°時設備保護停機。同樣的挖掘模式下的傾角控制要求通過程序可以實現，同時不同的模式切換是同挖掘機實時的工作狀態自動實現。

圖4 X軸向數據讀取程序

圖5 行走模式下的傾角控制界面

4 結語

挖掘機設備傾角儀的應用，通過對工作面以及長時間走行坡面水平傾角的測量和監控，避免設備工作不允許的工作面，提高了設備使用的安全性。針對不同模式狀態下的傾角限制和保護，自動切換靈活方便，使用效果很好，對提高設備設用壽命、保障生命財產安全起到積極作用。

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

［2］ 甄立東.西門子 WinCC V7基礎與應用［M］.北京：機械工業出版社，2011.