新型轨道几何状态测量仪硬件设计思路

2012-10-25刘毅

铁路技术创新 2012年5期

■ 刘毅

轨道平顺性是影响列车运行安全性和舒适度的重要前提。无砟轨道通过高精度的施工测量，确保线路的准确和几何形态的稳定，满足轨道高平顺性和强稳定性的要求。有砟轨道铺设比较简便，没有相对精密的测量，而运用无砟轨道的高精度施工测量方法又不利于施工成本的控制。

在南方无砟轨道几何状态测量仪的基础上，通过新的设计和新的测量方法，完成有砟轨道几何状态的控制。

1 轨道几何状态测量仪

轨道几何状态测量仪（见图1）是为无砟轨道精调而设计研发的，其主要特点是高精度。设备采用精度在1+1 ppm的瑞士徕卡全站仪，后方交会线路8个CPIII控制点，自由设站精度控制在0.7 mm以内。在小车车体上安装棱镜，通过测量棱镜的三维坐标信息与线路设计信息比较，软件自动计算出相应的轨道调整量。整个测量系统布控造价很高，不利于有砟轨道施工成本控制。

2 新型轨道几何状态测量仪

2.1 设计理念

南方新型轨道几何状态测量仪——南方新型轨检小车（简称小车）是基于CPⅣ基准的有砟轨道施工测量方案中的一个硬件组成部分。小车车体大体结构设计延用高速铁路采用的轨道几何状态测量仪，细部构造重新设计，然后融入新的测量系统中。

2.2 基座

将高速铁路用的轨道几何测量仪中部棱镜柱去掉，设计一个特殊基座（见图2）。基座能连接小车内部的倾斜传感器。基座与车体在螺栓连接基础上采用锚销加固，增强基座稳定性。

2.3 基座调平

基座本身设计有调平装置，且可以锁定。小车出厂前对基座进行调平，并锁紧。具体调平方法：（1）将小车放在平台上，确保小车3个车轮所在平面水平；（2）松开基座调平锁紧装置，用千分表分别对基座上控制全站仪水平的3个触点进行调整，使其在一个平面上；（3）将小车在平台上移动一定距离，用千分表再次对第（2）步的调整结果进行检测，看3个触点是否在一个平面上，若其在一个平面上，可认为3个触点所在平面与小车3个车轮所在平面平行；（4）在平台上反复移动小车，重复第（3）步的操作，直到小车在平台上任意移动位置基座上3个触点均在一个平面上，此时认为基座水平；（5）锁紧基座调平装置后，再次重复第（3）步的动作进行检测，若不合格则松开锁紧装置继续调整，直至合格为止，若合格，则调整完毕。小车车体效果见图3。

图1 轨道几何状态测量仪

图2 基座效果图

2.4 检校

将调平的小车放在平台上，在基座上安放全站仪（见图4），将全站仪转动到不同角度，分别检查全站仪水平角和竖直角。全站仪水平角在各个方向若偏差较大，则说明基座不平；全站仪竖直角在各个方向若偏差较大，则说明基座定位偏差较大，需要更换合格基座。

2.5 全站仪水平角置零

全站仪水平角置零是整个测量系统至关重要的一步。具体做法：（1）将小车放在平台上，全站仪安装在小车基座上；（2）在平台外5 m左右找一点A；（3）将小车推到B位置（见图5），用小车上的全站仪测量A点，记下水平距离AB和水平角Q1；再将小车推到C位置，用小车上的全站仪测量A点，记下水平距离AC和水平角Q2（BC=0.89 m）；（4）算出∠BAD，可以知道全站仪水平视线平行于基标点与线路法线的垂线位置的水平角度（即视线平行于AD时，全站仪的水平角），转动全站仪，使全站仪的水平角读数为∠BAD+Q1的值时，将全站仪的水平角置零，此时锁定全站仪横向转动旋钮，水平移动小车，直到全站仪十字丝对准A点棱镜中心，测量点A，记下平距L，将L与计算出的AD对比，若在0.3 mm以内则认为合格。

图3 小车车体效果图

图4 全站仪安放在基座上

图5 全站仪水平角置零示意图

2.6 设备优势

通过上述操作，基于CPⅣ基准的南方新型调轨小车的硬件部分（见图6）已经设计完成。整个系统工作效率显著提高，主要体现在全站仪不需要设站，不需要对中整平；设备采用国产2+2 ppm精度以上的自动照准全站仪，在保证测量精度的同时，有利于有砟轨道施工成本的控制；全站仪经过改装，目镜里的信息直接在软件上显示出来，能自动调焦；独立开发的RWS配套软件，完成数据的实时采集处理。