一种新型碗臂偏移测量仪在哈大客运专线的应用

孔分生

(中铁电气化局集团第三工程有限公司，河南新乡 453000)

在以往普速铁路接触网施工中，测量腕臂偏移或吊弦位置通常有2种方法:(1)用经纬仪测量，这样能够保证每个腕臂的偏移量都能达到验标的要求。但是在使用过程中，仪器太过笨重，携带不方便，专业性较强，调整困难，而且测量时间较长;(2)常规线坠法进行测量，它具有快速测量，携带方便，操作步骤少等优点，但是由于风偏的影响和测量人的视觉误差，腕臂偏移和吊弦安装位置的误差较大。为了克服以前碗臂偏移测量不准确，速度慢，仪器携带不方便等缺点，设计了一种新型的碗臂偏移测量仪，它具有体积小，质量轻，快速测量到位，测量精度高等优点。而且在哈大铁路客运专线长春—哈尔滨段碗臂偏移测量施工中得到了很好的应用。

1 碗臂偏移测量仪方案分析

受接触网激光测量仪的启发，结合用经纬仪测量碗臂偏移量精准度高的优点。如果能在钢轨上安放用一束沿铁路顺线路方向水平移动和垂直面内自由旋转的激光束测量碗臂偏移值，将会取得很好的效果。碗臂偏移测量仪器由底座和激光发射器构成，根据铁路施工的特点，仪器需具有以下功能:(1)仪器能固定在钢轨上，质量轻便、携带方便。(2)激光束跟经纬仪的目镜一样，能够在垂直面内自由旋转;(3)发出的激光不能是一个点，应该是一条直线，便于在碗臂和承力索上找到，且必须和轨面垂直;(4)激光发射器能够沿铁路顺线路方向水平移动，移动距离能够直接读出。

2 参数选取

2.1 激光发射器选取

根据目前成熟的激光技术，在市场上就能找到适合碗臂偏移测量仪需要的激光发射器，但激光发射器的功率，工作电压，电池容量需满足使用要求。(1)功率要求:仪器通常在白天工作，为了满足白天强光下激光能够清晰可见，激光发射器的功率需要大于100 mW;(2)工作电压和电池容量要求:因满足使用功能的激光发射器的功率不是很大，考虑到仪器质量轻便，携带方便的工程要求，工作电压选3 V，电池容量大于400 mA，2节1.5 V，容量为400 mA的充电电池即可满足要求。图1为市面采购的激光发射器。激光发射器的主要参数见表1。

图1 激光发射器

表1 激光发射器的主要参数

该激光发射器发射出1条红色一字形激光源，白天强光下可视距离能达到20 m，并带有垂直旋转支架。经过现场试验，激光发射器白天在强光下能够满足方案的使用要求。

2.2 仪器底座设计

仪器底座的设计主要有底座材料的选取和底座的结构尺寸设计。

2.2.1 底座材料

考虑要满足腕臂偏移测量时对有绝缘轨缝的地方要求绝缘，仪器质量轻便的要求，仪器底座采用可选用工程塑料板加工，工程塑料板也便于加工成各种外形尺寸和功能要求的底座。

2.2.2 底座的结构尺寸设计

(1)腕臂偏移测量时仪器需扣在钢轨上，根据客运专线采用的60AT型钢轨尺寸，底座需加工成宽大于73 mm，高大于50 mm的槽钢形状。

(2)腕臂偏移量计算公式

式中 E——腕臂偏移值;

α——承力索膨胀系数;

L——定位点距离中心锚结的距离;

tx——腕臂偏移时测量实际温度;

tp——设计平均温度。

哈大铁路客运专线长春—哈尔滨段设计温度－40～80℃，平均温度tp=20℃，承力索线索膨胀系数1.7×10－5，半锚段700 mm，可计算得最大腕臂偏移量S=550 mm。为了满足在任何环境温度下腕臂偏移量的测量，激光发射器在仪器上有效水平移动距离应大于550 mm。

(3)激光发射器需要底座上水平移动，底座需要设计可调平的水平移动滑道。

(4)激光发射器能够在垂直面内垂直旋转。

根据以上功能条件要求，经过多次设计改进，设计出了如图2所示的腕臂偏移测距仪。

图2 腕臂偏移测量仪设计结构(单位:mm)

根据设计结构图，联系厂家用工程塑料板加工了如图3所示的腕臂偏移测量仪。

图3 腕臂偏移测量仪

该仪器由在钢轨上安放的可调平底座、刻度尺座、水准泡和三维可调激光发射器支座等部件组成。具有体积小，质量轻，快速测量到位，测量精度高等优点，是较理想的腕臂偏移测量仪。

2.3 腕臂偏移测量仪调试

由于材料都是根据现场应用进行特殊定制采购的，需要对组装的激光测量仪器进行精度的调整测试，采用复测法进行校核。

在试验厂房内设置调试平台，调整激光测量仪角度，保证激光发射器的轴线和测量点的轴线成一条直线。在底座上左右移动激光测量仪，复核激光发射器在测量点投影的偏移值。调整完毕，对底座和激光发射器进行编号，对应配套使用。经过调整后的17台激光测量仪在20、10 m和7 m处的精度见表2。

表2 仪器精度偏差数据 mm

哈大铁路客运专线承力索设计高度为6 900 mm，从以上仪器偏差数据表中可以看出，该仪器能够确保碗臂偏移的质量要求。

3 应用情况

本套装置在哈大铁路客运专线长春—哈尔滨段的腕臂偏移测量和吊弦位置测量施工中得到了广泛的应用。测量碗臂偏移时，首先找出支柱中心在钢轨上的大致位置，将仪器底座扣在钢轨上，拧紧固定螺栓，并调节水平调整螺栓，将激光发射器上的水平气泡调整到中间位置，打开激光发射器开关，移动激光发射器，使激光束对准腕臂底座中心，记下此时激光发射器在仪器底座上的刻度。根据腕臂偏移施工表中腕臂偏移方向和偏移量的大小，将激光发射器按照设计图纸腕臂偏移量水平移动到要求位置，旋转激光头，使激光束照在承力索上，此时，激光束在承力索上的位置就是腕臂中心的位置。可以快捷地测量碗臂偏移量，节约了劳动时间，提高了工作效率，为哈大线的施工质量提供有力保障。

4 结语

实践证明，施工中使用该碗臂偏移测量仪，可以辅助施工人员一次性将碗臂偏移量和吊弦安装位置测量准确，碗臂偏移的安装到位为以后的弹性吊索安装，吊弦安装准确提供了可靠的保证。吊弦的安装到位，确保了接触线的平直度。避免了在接触网精调过程当中碗臂偏移超标和吊弦安装不正造成而引起的接触线高度超标，减少了调整工作量，确保了施工质量。

［1］于万聚.高速电气化铁路接触网［M］.成都:西南交通大学出版社，2003(7):155-159.

［2］铁道第三勘察设计院集团有限公司.哈大铁路客运专线施网(通)—1002高速区段接触网中间柱安装图［Z］.天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2008.

［3］俞宽新，等.激光原理与激光技术［M］.北京:北京工业大学出版社，2003(1):77-79.

［4］中华人民共和国铁道部.TB10758—2010 J1154—2011 高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准［S］.北京:中国铁道出版社，2011.

［5］中华人民共和国铁道部.铁建设［2010］241 高速铁路电力牵引供电工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2010.