基座式简易观测墩的固定连接杆加装改造

（安徽省基础测绘信息中心 安徽合肥 230031）

1 概述

在建造安徽省卫星定位服务系统 （简称AHCORS）观测墩过程中，部分利用了其他原有观测墩，这些观测墩没有使用强制对中固定连接杆（简称强制对中杆），仅仅是观测墩顶部有一个螺丝，使用普通仪器基座拧上该螺丝进行固定GPS 接收天线。

作为一般临时性的普通测量使用未尝不可，但是作为CORS系统参考站观测墩使用不合适。因为∶第一，由于使用基座固定，仪器高量取不是很方便和准确，同时，由于基座整平时脚螺旋调整的随意性，使得架设仪器后量取的高度不是一个固定的数值。第二，由于基座仅仅是三个脚螺旋支撑，脚螺旋的接触点非常小，极易偏离、移动，不适于长时间的仪器安装承载，以我们改造的其中的阜阳机场参考站为例，在阜阳机场参考站改造之前，拆卸其GPS 接收天线时发现，该站接收天线放置的基座的气泡约四分之三都偏出圆圈，偏离严重，天线倾斜角度非常大。第三，如果发生需要拆卸、更换接收天线的情况，再次安置基座时，理论上是还原不了原来的仪器高度的，而观测墩的仪器高在控制中心系统程序中如果经常变更，势必造成混乱进而导致出错。第四，更重要的，支承轴的倾斜会导致天线相位中心与观测墩顶部螺丝中心二者投影不相重合，以阜阳机场为例，基座高度160毫米，倾斜值保守的按照1.5度计算，水平偏移大约4.2毫米。参见图1、图2。

图1 原有墩顶螺丝，上套基座固定仪器

图2 改造前墩顶螺丝有较大倾斜

所以，为了使观测墩存在期间的仪器高和天线相位中心不发生变化(或者变化的值很小)，对其进行改造，使用我们参考站通用的强制对中杆十分必要。

2 改造思想

图3 改造使用的器材与工具

1.强制对中杆改造的思路。制作一个特别的内螺纹圆柱体，拧在观测墩顶部螺丝上，该内螺纹圆柱体的外表面尺寸与新建观测墩镶入的强制对中圆柱体一致，外面套上需要通用的强制对中杆，再在强制对中杆腰部压一块特制的与强制对中杆紧配合的压板，以便牵制住强制对中杆，使其更好地保持水平。（见图3）

2.内螺纹圆柱体。使用不锈钢制作，内螺纹进行贯通车削。由于其外表面是光滑的圆柱体，为了方便在观测墩顶部螺丝上拧动，特别地，在内螺纹圆柱体中间位置对称地磨削出高度13毫米(柱体总高36)长度约2毫米的平面，两个平面破坏的面积(每侧235 平方毫米) 合起来仅占圆柱体侧面总面积(3845平方毫米)的不到十六分之一，并且位于不影响受力结构的中间部位，因而不会影响其外侧与所套强制对中杆的紧密套合。（见图4）

图4 内螺纹圆柱体（套在墩顶螺丝上）

将内螺纹圆柱体套在观测墩顶部螺丝上，使用一个套筒把手，配合观测墩顶部强制对中校正气泡，进行水平校正，逐步使内螺纹圆柱体拧上观测墩顶部螺丝后，保持内螺纹圆柱体顶部水平和侧面垂直。此为第一次强制对中整平处理措施。

3.压板制作。我们参考站用的通用压板仅仅起压迫作用，其宽度为47毫米，中间开孔37毫米，两侧各只有5毫米的连接，两端固定螺丝稍微吃一点力，中间的两个5毫米连接就发生变形，并且压板与强制对中杆是松配合，起不到牵制固定作用。（见图5）

图5 通用压板，中间连接处仅5毫米

因为参考站使用的观测墩顶心是一个预埋的圆柱体，直径33毫米，牢固且与强制对中杆紧配合，所以其压板只强制对中杆起压迫作用，没有与强制对中杆进行紧配合。气象局原有观测墩顶心螺丝根部直径仅有10毫米，承力弱易扭曲变形，所以，需要制作压板，让压板不同部位承受压力或拉力，使强制对中杆以及前面所述内螺纹圆柱体保持固定位置，进而避免因为顶心螺丝扭曲变形导致顶部安装的仪器发生倾斜。

进行的改造制作如下∶使用边长170毫米正方形，厚度比参考站压板8毫米更厚的10毫米铁板，中间按照强制对中杆腰部上面尺寸车出孔，使铁板紧套上强制对中杆，做“紧配合”，在铁板对称垂直方向按照参考站压板的距离开四个边孔，配合固定螺丝，对强制对中杆进行调整和紧固。参见图3中的压板。

4.固定螺丝及固定螺母制作。为使固定螺母镶入进观测墩能够牢固，不因固定螺丝旋进旋出导致固定螺母伴随旋转，固定螺母做成外方内圆形状，外表面做成正方形。选用直径等于固定螺母正方形对角线长度的钻头打出50毫米深的孔，掏出洞中的残渣，安置固定螺母顶部与墩顶平面相平，最后使用云石胶粘接牢固。（见图6）

图6 固定螺母安置

确定固定螺丝长度的方法是∶因为固定螺母长度50毫米，设定调节范围15毫米至40毫米之间，从而确定第一个长度为40毫米；固定螺母与观测墩顶面是平齐的，在放置了内螺纹圆柱体、强制对中杆及压板后，压板上部与固定螺丝的螺帽贴合，最终压板上端高出观测墩顶面的长度就是需要确定的第二个长度，两项长度总和就是固定螺丝除螺帽外的长度，确定其长度值为70毫米，最终使用A2-70 不锈钢六棱螺帽。

3 强制对中杆安装

图7 改造后连接杆垂度较理想

1.内螺纹圆柱体调平与安装。此为强制对中杆第一次调平。将内螺纹圆柱体旋进观测墩顶心螺丝，上面放置专用的强制对中校正气泡，观察是否水平，如果不水平，使用此次专门制作的观测墩顶心螺丝校正杆，一端套在内螺纹圆柱体上，小心轻微扳动，配合强制对中校正气泡，多次调整，使内螺纹圆柱体达到竖直从而达到顶端平面水平。

2.固定螺母安装。在压板四个边孔下面的水泥墩上钻眼，放置固定螺母，并用云石胶将固定螺母正方形外侧与水泥墩眼内的缝隙填充，使固定螺母固定牢固。

3.强制对中杆调平与安装。这是强制对中杆再次调平，在内螺纹圆柱体安装整平的基础上，使用压板配合固定螺丝，再次对强制对中杆进行调整。将强制对中杆套在内螺纹圆柱体上，再在其上套上正方形压板，压板四角固定螺丝进行调节，不仅起到支撑，在调节强制对中杆的平衡方面，更起到牵制调节作用。其作用原理就相当于自行车辐条，每根辐条拉动钢圈，通过每一根辐条的调节，纠正钢圈偏向保持正圆，并紧固钢圈，使钢圈牢固、承重、转动平稳。调平时，在强制对中杆顶部套上强制对中校正气泡，通过调节压板上的四个螺丝的松紧，调整强制对中杆并牵动内螺纹圆柱体和观测墩顶心螺丝，使它们保持竖直，达到最终的调平目的。（见图7）

4 高程测量标志安装

1.钻孔。在观测墩地面平台东南西北四个方向各居中位置，使用合适钻头对称钻取4个圆孔，深度以标志露出2～3厘米为宜。

2.调整标志。安装标志最重要的是要求各标志顶端处于同一水平面，使用1米建筑水平尺多次量测、调整各标志高度，达到水平。

3.安置标志。为了保证标志与观测墩基础粘接的牢固性，使用磨光机在每个标志的没于地面以下部分开2 道浅槽，并在标志的固定孔中插入长度与钻孔直径相同的钢筋。将适量云石胶填入钻孔，然后塞入标志，在云石胶凝固前再次使用1米建筑水平尺进行量测，调整各标志高度，达到水平。（见图8）

图8 高程测量标志安装

5 总结

本文从机械设计和制造的角度，根据观测墩仪器安装的要求，对简易观测墩墩顶螺丝进行改造，加装强制对中固定连接杆和相关配套设施，介绍其作业过程以及进行的技术处理要领，以满足卫星定位服务系统参考站的长期而高精度使用要求。文中叙述的关于固定螺母外方内圆的设计、正方形四角紧固压板的设计与使用，以及进行的内螺纹圆柱体和强制对中杆等多个环节的调平、紧固等多个环节技术处理，堪称测绘与机械制造的完美结合。

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[6]方子良，等.机械制造技术基础[M].上海交通大学出版社，2004.

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