基座式簡易觀測墩的固定連接桿加裝改造

（安徽省基礎(chǔ)測繪信息中心 安徽合肥 230031）

1 概述

在建造安徽省衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng) （簡稱AHCORS）觀測墩過程中，部分利用了其他原有觀測墩，這些觀測墩沒有使用強制對中固定連接桿（簡稱強制對中桿），僅僅是觀測墩頂部有一個螺絲，使用普通儀器基座擰上該螺絲進行固定GPS 接收天線。

作為一般臨時性的普通測量使用未嘗不可，但是作為CORS系統(tǒng)參考站觀測墩使用不合適。因為∶第一，由于使用基座固定，儀器高量取不是很方便和準確，同時，由于基座整平時腳螺旋調(diào)整的隨意性，使得架設(shè)儀器后量取的高度不是一個固定的數(shù)值。第二，由于基座僅僅是三個腳螺旋支撐，腳螺旋的接觸點非常小，極易偏離、移動，不適于長時間的儀器安裝承載，以我們改造的其中的阜陽機場參考站為例，在阜陽機場參考站改造之前，拆卸其GPS 接收天線時發(fā)現(xiàn)，該站接收天線放置的基座的氣泡約四分之三都偏出圓圈，偏離嚴重，天線傾斜角度非常大。第三，如果發(fā)生需要拆卸、更換接收天線的情況，再次安置基座時，理論上是還原不了原來的儀器高度的，而觀測墩的儀器高在控制中心系統(tǒng)程序中如果經(jīng)常變更，勢必造成混亂進而導(dǎo)致出錯。第四，更重要的，支承軸的傾斜會導(dǎo)致天線相位中心與觀測墩頂部螺絲中心二者投影不相重合，以阜陽機場為例，基座高度160毫米，傾斜值保守的按照1.5度計算，水平偏移大約4.2毫米。參見圖1、圖2。

圖1 原有墩頂螺絲，上套基座固定儀器

圖2 改造前墩頂螺絲有較大傾斜

所以，為了使觀測墩存在期間的儀器高和天線相位中心不發(fā)生變化(或者變化的值很小)，對其進行改造，使用我們參考站通用的強制對中桿十分必要。

2 改造思想

圖3 改造使用的器材與工具

1.強制對中桿改造的思路。制作一個特別的內(nèi)螺紋圓柱體，擰在觀測墩頂部螺絲上，該內(nèi)螺紋圓柱體的外表面尺寸與新建觀測墩鑲?cè)氲膹娭茖χ袌A柱體一致，外面套上需要通用的強制對中桿，再在強制對中桿腰部壓一塊特制的與強制對中桿緊配合的壓板，以便牽制住強制對中桿，使其更好地保持水平。（見圖3）

2.內(nèi)螺紋圓柱體。使用不銹鋼制作，內(nèi)螺紋進行貫通車削。由于其外表面是光滑的圓柱體，為了方便在觀測墩頂部螺絲上擰動，特別地，在內(nèi)螺紋圓柱體中間位置對稱地磨削出高度13毫米(柱體總高36)長度約2毫米的平面，兩個平面破壞的面積(每側(cè)235 平方毫米) 合起來僅占圓柱體側(cè)面總面積(3845平方毫米)的不到十六分之一，并且位于不影響受力結(jié)構(gòu)的中間部位，因而不會影響其外側(cè)與所套強制對中桿的緊密套合。（見圖4）

圖4 內(nèi)螺紋圓柱體（套在墩頂螺絲上）

將內(nèi)螺紋圓柱體套在觀測墩頂部螺絲上，使用一個套筒把手，配合觀測墩頂部強制對中校正氣泡，進行水平校正，逐步使內(nèi)螺紋圓柱體擰上觀測墩頂部螺絲后，保持內(nèi)螺紋圓柱體頂部水平和側(cè)面垂直。此為第一次強制對中整平處理措施。

3.壓板制作。我們參考站用的通用壓板僅僅起壓迫作用，其寬度為47毫米，中間開孔37毫米，兩側(cè)各只有5毫米的連接，兩端固定螺絲稍微吃一點力，中間的兩個5毫米連接就發(fā)生變形，并且壓板與強制對中桿是松配合，起不到牽制固定作用。（見圖5）

圖5 通用壓板，中間連接處僅5毫米

因為參考站使用的觀測墩頂心是一個預(yù)埋的圓柱體，直徑33毫米，牢固且與強制對中桿緊配合，所以其壓板只強制對中桿起壓迫作用，沒有與強制對中桿進行緊配合。氣象局原有觀測墩頂心螺絲根部直徑僅有10毫米，承力弱易扭曲變形，所以，需要制作壓板，讓壓板不同部位承受壓力或拉力，使強制對中桿以及前面所述內(nèi)螺紋圓柱體保持固定位置，進而避免因為頂心螺絲扭曲變形導(dǎo)致頂部安裝的儀器發(fā)生傾斜。

進行的改造制作如下∶使用邊長170毫米正方形，厚度比參考站壓板8毫米更厚的10毫米鐵板，中間按照強制對中桿腰部上面尺寸車出孔，使鐵板緊套上強制對中桿，做“緊配合”，在鐵板對稱垂直方向按照參考站壓板的距離開四個邊孔，配合固定螺絲，對強制對中桿進行調(diào)整和緊固。參見圖3中的壓板。

4.固定螺絲及固定螺母制作。為使固定螺母鑲?cè)脒M觀測墩能夠牢固，不因固定螺絲旋進旋出導(dǎo)致固定螺母伴隨旋轉(zhuǎn)，固定螺母做成外方內(nèi)圓形狀，外表面做成正方形。選用直徑等于固定螺母正方形對角線長度的鉆頭打出50毫米深的孔，掏出洞中的殘渣，安置固定螺母頂部與墩頂平面相平，最后使用云石膠粘接牢固。（見圖6）

圖6 固定螺母安置

確定固定螺絲長度的方法是∶因為固定螺母長度50毫米，設(shè)定調(diào)節(jié)范圍15毫米至40毫米之間，從而確定第一個長度為40毫米；固定螺母與觀測墩頂面是平齊的，在放置了內(nèi)螺紋圓柱體、強制對中桿及壓板后，壓板上部與固定螺絲的螺帽貼合，最終壓板上端高出觀測墩頂面的長度就是需要確定的第二個長度，兩項長度總和就是固定螺絲除螺帽外的長度，確定其長度值為70毫米，最終使用A2-70 不銹鋼六棱螺帽。

3 強制對中桿安裝

圖7 改造后連接桿垂度較理想

1.內(nèi)螺紋圓柱體調(diào)平與安裝。此為強制對中桿第一次調(diào)平。將內(nèi)螺紋圓柱體旋進觀測墩頂心螺絲，上面放置專用的強制對中校正氣泡，觀察是否水平，如果不水平，使用此次專門制作的觀測墩頂心螺絲校正桿，一端套在內(nèi)螺紋圓柱體上，小心輕微扳動，配合強制對中校正氣泡，多次調(diào)整，使內(nèi)螺紋圓柱體達到豎直從而達到頂端平面水平。

2.固定螺母安裝。在壓板四個邊孔下面的水泥墩上鉆眼，放置固定螺母，并用云石膠將固定螺母正方形外側(cè)與水泥墩眼內(nèi)的縫隙填充，使固定螺母固定牢固。

3.強制對中桿調(diào)平與安裝。這是強制對中桿再次調(diào)平，在內(nèi)螺紋圓柱體安裝整平的基礎(chǔ)上，使用壓板配合固定螺絲，再次對強制對中桿進行調(diào)整。將強制對中桿套在內(nèi)螺紋圓柱體上，再在其上套上正方形壓板，壓板四角固定螺絲進行調(diào)節(jié)，不僅起到支撐，在調(diào)節(jié)強制對中桿的平衡方面，更起到牽制調(diào)節(jié)作用。其作用原理就相當于自行車輻條，每根輻條拉動鋼圈，通過每一根輻條的調(diào)節(jié)，糾正鋼圈偏向保持正圓，并緊固鋼圈，使鋼圈牢固、承重、轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。調(diào)平時，在強制對中桿頂部套上強制對中校正氣泡，通過調(diào)節(jié)壓板上的四個螺絲的松緊，調(diào)整強制對中桿并牽動內(nèi)螺紋圓柱體和觀測墩頂心螺絲，使它們保持豎直，達到最終的調(diào)平目的。（見圖7）

4 高程測量標志安裝

1.鉆孔。在觀測墩地面平臺東南西北四個方向各居中位置，使用合適鉆頭對稱鉆取4個圓孔，深度以標志露出2～3厘米為宜。

2.調(diào)整標志。安裝標志最重要的是要求各標志頂端處于同一水平面，使用1米建筑水平尺多次量測、調(diào)整各標志高度，達到水平。

3.安置標志。為了保證標志與觀測墩基礎(chǔ)粘接的牢固性，使用磨光機在每個標志的沒于地面以下部分開2 道淺槽，并在標志的固定孔中插入長度與鉆孔直徑相同的鋼筋。將適量云石膠填入鉆孔，然后塞入標志，在云石膠凝固前再次使用1米建筑水平尺進行量測，調(diào)整各標志高度，達到水平。（見圖8）

圖8 高程測量標志安裝

5 總結(jié)

本文從機械設(shè)計和制造的角度，根據(jù)觀測墩儀器安裝的要求，對簡易觀測墩墩頂螺絲進行改造，加裝強制對中固定連接桿和相關(guān)配套設(shè)施，介紹其作業(yè)過程以及進行的技術(shù)處理要領(lǐng)，以滿足衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)參考站的長期而高精度使用要求。文中敘述的關(guān)于固定螺母外方內(nèi)圓的設(shè)計、正方形四角緊固壓板的設(shè)計與使用，以及進行的內(nèi)螺紋圓柱體和強制對中桿等多個環(huán)節(jié)的調(diào)平、緊固等多個環(huán)節(jié)技術(shù)處理，堪稱測繪與機械制造的完美結(jié)合。

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