新型軌道幾何狀態(tài)測量儀硬件設(shè)計思路

■ 劉毅

軌道平順性是影響列車運(yùn)行安全性和舒適度的重要前提。無砟軌道通過高精度的施工測量，確保線路的準(zhǔn)確和幾何形態(tài)的穩(wěn)定，滿足軌道高平順性和強(qiáng)穩(wěn)定性的要求。有砟軌道鋪設(shè)比較簡便，沒有相對精密的測量，而運(yùn)用無砟軌道的高精度施工測量方法又不利于施工成本的控制。

在南方無砟軌道幾何狀態(tài)測量儀的基礎(chǔ)上，通過新的設(shè)計和新的測量方法，完成有砟軌道幾何狀態(tài)的控制。

1 軌道幾何狀態(tài)測量儀

軌道幾何狀態(tài)測量儀（見圖1）是為無砟軌道精調(diào)而設(shè)計研發(fā)的，其主要特點(diǎn)是高精度。設(shè)備采用精度在1+1 ppm的瑞士徠卡全站儀，后方交會線路8個CPIII控制點(diǎn)，自由設(shè)站精度控制在0.7 mm以內(nèi)。在小車車體上安裝棱鏡，通過測量棱鏡的三維坐標(biāo)信息與線路設(shè)計信息比較，軟件自動計算出相應(yīng)的軌道調(diào)整量。整個測量系統(tǒng)布控造價很高，不利于有砟軌道施工成本控制。

2 新型軌道幾何狀態(tài)測量儀

2.1 設(shè)計理念

南方新型軌道幾何狀態(tài)測量儀——南方新型軌檢小車（簡稱小車）是基于CPⅣ基準(zhǔn)的有砟軌道施工測量方案中的一個硬件組成部分。小車車體大體結(jié)構(gòu)設(shè)計延用高速鐵路采用的軌道幾何狀態(tài)測量儀，細(xì)部構(gòu)造重新設(shè)計，然后融入新的測量系統(tǒng)中。

2.2 基座

將高速鐵路用的軌道幾何測量儀中部棱鏡柱去掉，設(shè)計一個特殊基座（見圖2）?；苓B接小車內(nèi)部的傾斜傳感器?；c車體在螺栓連接基礎(chǔ)上采用錨銷加固，增強(qiáng)基座穩(wěn)定性。

2.3 基座調(diào)平

基座本身設(shè)計有調(diào)平裝置，且可以鎖定。小車出廠前對基座進(jìn)行調(diào)平，并鎖緊。具體調(diào)平方法：（1）將小車放在平臺上，確保小車3個車輪所在平面水平；（2）松開基座調(diào)平鎖緊裝置，用千分表分別對基座上控制全站儀水平的3個觸點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，使其在一個平面上；（3）將小車在平臺上移動一定距離，用千分表再次對第（2）步的調(diào)整結(jié)果進(jìn)行檢測，看3個觸點(diǎn)是否在一個平面上，若其在一個平面上，可認(rèn)為3個觸點(diǎn)所在平面與小車3個車輪所在平面平行；（4）在平臺上反復(fù)移動小車，重復(fù)第（3）步的操作，直到小車在平臺上任意移動位置基座上3個觸點(diǎn)均在一個平面上，此時認(rèn)為基座水平；（5）鎖緊基座調(diào)平裝置后，再次重復(fù)第（3）步的動作進(jìn)行檢測，若不合格則松開鎖緊裝置繼續(xù)調(diào)整，直至合格為止，若合格，則調(diào)整完畢。小車車體效果見圖3。

圖1 軌道幾何狀態(tài)測量儀

圖2 基座效果圖

2.4 檢校

將調(diào)平的小車放在平臺上，在基座上安放全站儀（見圖4），將全站儀轉(zhuǎn)動到不同角度，分別檢查全站儀水平角和豎直角。全站儀水平角在各個方向若偏差較大，則說明基座不平；全站儀豎直角在各個方向若偏差較大，則說明基座定位偏差較大，需要更換合格基座。

2.5 全站儀水平角置零

全站儀水平角置零是整個測量系統(tǒng)至關(guān)重要的一步。具體做法：（1）將小車放在平臺上，全站儀安裝在小車基座上；（2）在平臺外5 m左右找一點(diǎn)A；（3）將小車推到B位置（見圖5），用小車上的全站儀測量A點(diǎn)，記下水平距離AB和水平角Q1；再將小車推到C位置，用小車上的全站儀測量A點(diǎn)，記下水平距離AC和水平角Q2（BC=0.89 m）；（4）算出∠BAD，可以知道全站儀水平視線平行于基標(biāo)點(diǎn)與線路法線的垂線位置的水平角度（即視線平行于AD時，全站儀的水平角），轉(zhuǎn)動全站儀，使全站儀的水平角讀數(shù)為∠BAD+Q1的值時，將全站儀的水平角置零，此時鎖定全站儀橫向轉(zhuǎn)動旋鈕，水平移動小車，直到全站儀十字絲對準(zhǔn)A點(diǎn)棱鏡中心，測量點(diǎn)A，記下平距L，將L與計算出的AD對比，若在0.3 mm以內(nèi)則認(rèn)為合格。

圖3 小車車體效果圖

圖4 全站儀安放在基座上

圖5 全站儀水平角置零示意圖

2.6 設(shè)備優(yōu)勢

通過上述操作，基于CPⅣ基準(zhǔn)的南方新型調(diào)軌小車的硬件部分（見圖6）已經(jīng)設(shè)計完成。整個系統(tǒng)工作效率顯著提高，主要體現(xiàn)在全站儀不需要設(shè)站，不需要對中整平；設(shè)備采用國產(chǎn)2+2 ppm精度以上的自動照準(zhǔn)全站儀，在保證測量精度的同時，有利于有砟軌道施工成本的控制；全站儀經(jīng)過改裝，目鏡里的信息直接在軟件上顯示出來，能自動調(diào)焦；獨(dú)立開發(fā)的RWS配套軟件，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時采集處理。

圖6 硬件效果圖

3 結(jié)束語

新型軌道幾何狀態(tài)測量儀硬件設(shè)計與南方自己設(shè)計的有砟軌道測量方案相結(jié)合，其硬件設(shè)備延用無砟軌道幾何狀態(tài)測量儀的結(jié)構(gòu)部分，根據(jù)有砟軌道測量的需要加以創(chuàng)新，有效保證其精度和穩(wěn)定性。在很好保證有砟軌道幾何平順性、提高列車安全性和舒適度的同時有利于施工測量成本的控制。

[1] 鐵建設(shè)函［2007］76號．時速200～250公里有砟軌道鐵路工程測量指南[S]

[2] TB 10101—2009 鐵路工程測量規(guī)范[S]