[科普中国]-观察孔

又称监测井，是地浸系统中用于监测地下流体动态的钻孔。主要用来观察地下流体的水位和铀的浸出情况，监测溶浸范围，监视地下水的污染状况等。对于一个采用地浸法浸出的井场，一般应在浸出区、井场边界和沿地下水流方向布置一定数量的监测孔。

刮板输送机垫架观察孔尺寸对其强度的影响刮板输送机是煤矿井下综采工作的重要设备，刮板输送机机头架和传动装置间安装有联接垫架，为了便于对联接垫架内联轴器的安装、观察与维修，联接垫架上需要开有观察孔，较大的观察孔可提高对垫架内设备的检修与维护的便捷性，但观察孔过大会影响整体联接垫架的强度。针对这一问题，以SGZ800/800型刮板输送机联接垫架为例，采用有限元分析方法对垫架的观察孔进行参数化建模，对观察孔的长、宽尺寸对垫架的极限变形与应力的影响进行分析，从而为联接垫架观察孔尺寸的选择与优化提供参考。1

有限元模型采用ANSYS自带的三维建模软件DesignModel，根据SGZ800/800型刮板输送机联接架的实际参数，对联接垫架进行三维建模，所述模型忽略掉一些不重要的细节，如倒角和螺栓孔，主要特征包括机头架端与传动装置端，联接平键槽和定位止口等特征。其中观察孔沿z向的尺寸为h2，沿x向的尺寸为v1，分别以此尺寸进行参数化设置。1

边界条件利用有限元软件ANSYS对联接垫架进行有限元分析，采用二者间的接口，将Design Model中建立的模型直接进入ANSYS分析模块，网格采用Meshing进行高精度网格自动划分，划分网格后采用以下的边界条件：给联接垫架机头架端施加固定约束Fixed Support传动装置端施加转矩M，联接垫架受力分析，得到联接垫架分别沿x、z 向的转矩分别为25000N·m、50000N·m，得到边界条件施加结果。1

观察孔尺寸对极限应力与变形的影响观察孔沿z向的尺寸h2、x向的尺寸v1对联接垫架整体极限变形与极限应力的影响可以看到，沿z向的尺寸h2 对整体强度的影响远大于沿x向的尺寸v1，观察孔对整体联接垫架变形的影响大于对应力的影响及观察孔主要影响联接垫架的变形。

观察孔尺寸对极限应力的影响可以看出，联接垫架的应力随着观察孔尺寸h2的增大而增大，但增加幅度较小；联接垫架的应力随着观察孔尺寸v1的增大而增大，增加幅度较大，在h2、v1尺寸范围为200～400mm、100～200mm内，联接垫架的极限应力最大为70MPa。

观察孔尺寸对极限变形的影响可以看出，联接垫架的变形随着观察孔尺寸h2的增大而迅速增大，联接垫架的变形随着观察孔尺寸v1的增大而增大，但增加幅度较小，在h2、v1尺寸范围为200～400mm、100～200mm，联接垫架的极限变形最大为0.26mm。1

导向叶片观察孔位置度测具的改进设计测具通过利用UG软件，设计了全新的三维导向叶片观察孔位置度测具，新的位置度测具不仅可以用于测量导向叶片观察孔位置度，而且解决了被测孔的公差比较大的问题，由于该孔位置度没有最大实体标志，必须将孔径进行分组检测，该测具解决了孔径分组问题，同时解决了两同轴孔进行同时检测的问题。该测具结构简单，测量快速准确，且能直接读出位置度偏差的实际值。2

孔位置度测量为了有效的解决导向叶片上的观察孔位置度的测量问题，设计是基于新的设计理念，设计了全新的孔位置度测具。该位置度测具包括：用于叶片上、下缘板排气边端面定位的三个定位销；用于外圆弧定位的两个圆柱销；角向定位块，以及基座内安装衬套，杠杆和转轴连接形成一体在衬套内旋转，以便对孔的位置度进行测量的测量装置。2

三维设计方法的应用传统的测具一直采用AUTOCAD的平面设计方法，这种方法不直观，不利于解决观察和检测测具的运动性、合理性等问题，利用UG三维设计方法，改善了传统设计方法中存在的缺陷，从设计伊始就给于最直观的视觉效果，并能够确定测具设计的合理性和良好的应用性。2

先进的数显测量方式的应用传统的插销分组测量方法，人为因素影响比较大，测量精度与工人的操作熟练程度以及工人的认真度都有直接的联系，测具采用了先进的数显测量方式，测具更多的依靠定位方法以及数显显示来对孔的位置度进行直接读取，人为因素影响较小，测具使用简单，降低了工人的操作要求，也降低了工人的劳动强度，值得推广应用。2

多自由度运动手段的灵活应用传统的测具在测量中需要工人先对叶片上缘板的两同轴孔孔径分别进行测量，然后再根据孔径尺寸选择对应尺寸的插销进行孔位置度的检测，操作比较繁琐，新的位置度测具则采用了多自由度运动机构的方法，利用转轴带动杠杆在衬套内直线推进，来实现两同轴孔轴向方向位置度的检测，利用转轴带动杠杆在衬套内旋转，来实现两同轴孔周向位置度的检测，完成叶片孔位置度的精确测量，减少了工人的操作步骤，提高了测量效率和测量精度。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学