新型軌道幾何狀態測量儀硬件設計思路

■ 劉毅

軌道平順性是影響列車運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，確保線路的準確和幾何形態的穩定，滿足軌道高平順性和強穩定性的要求。有砟軌道鋪設比較簡便，沒有相對精密的測量，而運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測量儀的基礎上，通過新的設計和新的測量方法，完成有砟軌道幾何狀態的控制。

1 軌道幾何狀態測量儀

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

2 新型軌道幾何狀態測量儀

2.1 設計理念

南方新型軌道幾何狀態測量儀——南方新型軌檢小車（簡稱小車）是基于CPⅣ基準的有砟軌道施工測量方案中的一個硬件組成部分。小車車體大體結構設計延用高速鐵路采用的軌道幾何狀態測量儀，細部構造重新設計，然后融入新的測量系統中。

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，設計一個特殊基座（見圖2）。基座能連接小車內部的傾斜傳感器。基座與車體在螺栓連接基礎上采用錨銷加固，增強基座穩定性。

2.3 基座調平

基座本身設計有調平裝置，且可以鎖定。小車出廠前對基座進行調平，并鎖緊。具體調平方法：（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個觸點進行調整，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）步的調整結果進行檢測，看3個觸點是否在一個平面上，若其在一個平面上，可認為3個觸點所在平面與小車3個車輪所在平面平行；（4）在平臺上反復移動小車，重復第（3）步的操作，直到小車在平臺上任意移動位置基座上3個觸點均在一個平面上，此時認為基座水平；（5）鎖緊基座調平裝置后，再次重復第（3）步的動作進行檢測，若不合格則松開鎖緊裝置繼續調整，直至合格為止，若合格，則調整完畢。小車車體效果見圖3。

圖1 軌道幾何狀態測量儀

圖2 基座效果圖

2.4 檢校

將調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至關重要的一步。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，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，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點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），轉動全站儀，使全站儀的水平角讀數為∠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動旋鈕，水平移動小車，直到全站儀十字絲對準A點棱鏡中心，測量點A，記下平距L，將L與計算出的AD對比，若在0.3 mm以內則認為合格。

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 設備優勢

通過上述操作，基于CPⅣ基準的南方新型調軌小車的硬件部分（見圖6）已經設計完成。整個系統工作效率顯著提高，主要體現在全站儀不需要設站，不需要對中整平；設備采用國產2+2 ppm精度以上的自動照準全站儀，在保證測量精度的同時，有利于有砟軌道施工成本的控制；全站儀經過改裝，目鏡里的信息直接在軟件上顯示出來，能自動調焦；獨立開發的RWS配套軟件，完成數據的實時采集處理。

圖6 硬件效果圖

3 結束語

新型軌道幾何狀態測量儀硬件設計與南方自己設計的有砟軌道測量方案相結合，其硬件設備延用無砟軌道幾何狀態測量儀的結構部分，根據有砟軌道測量的需要加以創新，有效保證其精度和穩定性。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 鐵路工程測量規范[S]