吳海濤

(上海大型養(yǎng)路機械運用檢修段，上海 200439)

目前，既有的有砟線路維修整修工作均由大型養(yǎng)路機械完成。由于傳統(tǒng)的搗固車采用20m鋼弦指導(dǎo)線路維修作業(yè)，對于線路長波不平順的整治效果不很明顯。采用激光準直技術(shù)原理的全線路激光測量系統(tǒng)，對提高作業(yè)質(zhì)量以及線路的長波平順性具有非常重要的現(xiàn)實意義。

由奧地利普拉塞—陶依爾公司生產(chǎn)的 EMSAT120高精度測量車是目前世界上測量精度最高、綜合性能最好的測量車。該車可選擇固定點對軌道抄平撥道值進行高精度電子測量，同時該車還可以對線路撥道值、抄平值(水平值)、軌距、完成里程等數(shù)據(jù)進行測量和運算。該車的測量結(jié)果可以直接輸入裝有ALC(自動電平控制)的搗固車，并能滿足其作業(yè)需要。高精度線路測量車可以在雨天和夜間作業(yè)，并能在風沙和灰塵嚴重的條件下正常工作，連續(xù)作業(yè)時間超過10 h以上。目前，已由昆明中鐵大型養(yǎng)路機械集團有限公司著手進行高精度線路測量車的技術(shù)引進工作。

全路首臺高精度線路測量車去年中旬已在上海客專維修基地投入使用，并落戶上海客專維修基地。

1 測量系統(tǒng)

EM-SAT120高精度測量車，如圖1所示，用于測量和計算鐵路線路相對于固定點的起道量、撥道量、以及軌距、超高、里程等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠滿足線路新建、大修和維修時搗固作業(yè)需要。同時，這些數(shù)據(jù)能夠直接輸入配備有ALC的搗固車(09-3X Dynamic或D09-32)，作為搗固車的部分控制參數(shù)完成搗固車起道和撥道作業(yè)。由于線路起道量、撥道量測量的參考點是固定點——認為大地坐標系不變的點，所以其測量值是參考大地坐標系的絕對值。搗固車按照這些值進行起撥道、搗固作業(yè)后，線路不僅能夠達到平順并保持幾何形狀，同時還能保證相對于固定點的位置精度，使線路恢復(fù)到設(shè)計狀態(tài)。

圖1 EM-SAT120高精度線路測量車

1.1 衛(wèi)星小車

衛(wèi)星小車也稱為前導(dǎo)測量小車，如圖2所示，它由1個小型司機室、4個小車輪、以及電驅(qū)動走行系統(tǒng)組成。在司機室內(nèi)布置有蓄電池、走行操控裝置、激光發(fā)射裝置、激光對準裝置以及可供一個人使用的小座椅等。其中激光發(fā)射裝置為核心部件。

非作業(yè)時，衛(wèi)星小車置于主車架前端上部，隨主車運行，并由主車電源向蓄電池沖電。作業(yè)時，由收放裝置放下置于鋼軌上，操作人員進入司機室，操作相關(guān)裝置進行蓄電池供電走行?？傮w來說，衛(wèi)星小車提供了一個搬運、操作激光發(fā)射裝置的相對良好的工作環(huán)境。

圖2 衛(wèi)星小車

每個測量段測量步驟基本是:停止發(fā)射小車，主車向發(fā)射車開進的過程中，由主車實時測量線路的相關(guān)參數(shù)值，其測量速度約為5～7 km/h。主車與發(fā)射車間距離由主車上的非接觸距離測量單元測得。

1.2 測量小車

測量小車安裝于主車架前部下方，如圖3所示，由兩大兩小共4個車輪實現(xiàn)在軌上行走，通過左右兩鉸接桿與車架相連接。高速走行時，由提升氣缸提起并鎖定懸掛于主車架上;作業(yè)時，解鎖并下放于鋼軌上，并由提升氣缸施加一定下壓力。此外，按作業(yè)需要，由左右加載氣缸施加加載力，使其緊貼于一側(cè)鋼軌。

圖3 測量小車

在測量小車上安裝有各種線路測量傳感器，如里程測量輪、可左右上下兩維移動的激光接收器、軌距測量傳感器、超高測量傳感器(電子擺)、對準固定點的視頻相機、測量固定點的測量機器人等。

1.3 測量原理

EM-SAT120是作業(yè)前導(dǎo)測量車，其數(shù)據(jù)后續(xù)處理完成。在其絕對坐標測量原理上，由GPS系統(tǒng)獲取主車起始點位置的絕對坐標，然后將激光弦線測得的相對偏差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的絕對位置及其偏差。EMSAT120測量車的核心功能是將已知的線路幾何理論數(shù)據(jù)與本車實測數(shù)據(jù)按公里標位置進行逐點比較，計算出差值，作為搗固車前端撥道偏移量和前端起道修正量，控制搗固車作業(yè)。由于線路幾何理論數(shù)據(jù)是以絕對坐標系內(nèi)的固定點(布置在接觸網(wǎng)桿、擋墻上)為參考，因此所測得的修正量是絕對坐標系內(nèi)的修正量。搗固車按此修正量作業(yè)后，會使線路恢復(fù)到線路幾何理論形狀和位置。要實現(xiàn)絕對坐標系內(nèi)測量，EMSAT120測量車必須結(jié)合固定點才能完成測量工作。所謂固定點，是布設(shè)在相對穩(wěn)固基礎(chǔ)上的(如觸網(wǎng)桿、擋墻等)、人為認為較長時間內(nèi)坐標不會變化的點，這些點用來做EM-SAT120測量車的測量基準。

EM-SAT120測量車的工作原理如圖4所示。測量工作開始前，線路的理論幾何曲線要素和固定點處鋼軌上相應(yīng)點到固定點的理論水平距離和高程距離必須已知(這些數(shù)據(jù)由中央數(shù)據(jù)庫管理)，并已輸入主車計算機系統(tǒng)，這是EM-SAT120測量車工作的前提條件。測量工作時，將主車和衛(wèi)星小車分別開行到兩相鄰固定點處，對準固定點，測出主車和衛(wèi)星小車相對于固定點的實際距離，即以固定點為基準定位;在衛(wèi)星前導(dǎo)小車激光發(fā)射器和測量主車激光接收器之間建立一束激光(激光弦);測量主車按測量速度向前開行，里程測量傳感器測出主車位置，激光接收器跟蹤激光弦并測出撥道方向和起道高低的位置，實時輸入測量計算機系統(tǒng)，與計算機內(nèi)已經(jīng)存在的理論數(shù)據(jù)進行比較，最終得到線路各點實際線路與理論線路的偏差數(shù)據(jù)。當主車測量走行到衛(wèi)星小車所在位置時停止，完成本段兩固定點間測量，衛(wèi)星小車向下一固定點開行、對位，如此周而復(fù)始地進行大區(qū)段作業(yè)。由于整個測量工作是以固定點為基準，所以測得的偏差數(shù)據(jù)是線路相對于絕對坐標系的偏差。這些數(shù)據(jù)可供后序作業(yè)使用，如判定線路是否需要維修、計算線路最大允許通過速度等，最普遍的用途是輸入搗固車操作系統(tǒng)，引導(dǎo)搗固車作業(yè)。搗固車按此數(shù)據(jù)作業(yè)后，會使線路恢復(fù)到絕對坐標系下的形狀和位置。

圖4 測量原理示意

2 主要技術(shù)參數(shù)

EM-SAT120高精度線路測量車的主要技術(shù)參數(shù)如下。

2.1 運行與作業(yè)條件

符合中國鐵路機車車輛限界設(shè)計要求和鐵路線路使用要求。

2.2 作業(yè)性能

1)能在直線段、曲線段及道岔區(qū)進行作業(yè)。

2)一次作業(yè)，同時完成方向(正矢)、高低(縱平)、超高(橫平、水平)、軌距、里程位置的測量;作業(yè)速度不小于2.5 km/h。

3)測量作業(yè)范圍:方向最大測量范圍1 000mm;高低最大測量范圍400mm;超高最大測量范圍180mm;測量作業(yè)時運行速度2.5～7.0 km/h。

4)作業(yè)時激光束最少有效距離250m。

5)作業(yè)精度:軌道方向和高低測量精度±1 mm;橫向水平(超高)±1 mm;軌距測量精度±1 mm;距離誤差0.1 m/100m。

2.3 整機主要性能與參數(shù)

外形尺寸(長×寬×高)為16 052 mm×3 020mm×3 970mm;整機質(zhì)量50 t;發(fā)動機額定功率370 kW;雙向最高自行速度120 km/h;作業(yè)速度為5～7 km/h。

3 施工作業(yè)及使用

在EM-SAT120高精度線路測量車到達上海客專維修基地后，基地各部門首先進行了試車工作，在作業(yè)性能試驗滿足要求后投入現(xiàn)場使用，取得了較好的效果。

3.1 作業(yè)性能試驗

1)大機編組:滬端GC01+DG+WD京端

EM-SAT120高精度線路測量車1臺+帶ALC功能的搗固車1臺+穩(wěn)定車1臺。

2)試驗工作內(nèi)容

第一階段在黃渡基地開展，由機組人員完成黃渡基地1道500m距離的固定點的建立及測量工作，將數(shù)據(jù)輸入GC01計算機。

第二階段在黃渡基地開展，由外方技術(shù)專家和機組人員完成測量車的故障處理，恢復(fù)作業(yè)狀態(tài)，并對測量數(shù)據(jù)進行評估和優(yōu)化，期間同時對測量車的機械性能進行測試。

第三階段在京滬線K820—K840區(qū)試驗段開展，完成試驗線路固定點系統(tǒng)的安裝，使用搗固車進行配合。完成測量并將固定點數(shù)據(jù)輸入EM-SAT120，確認固定點精確度和優(yōu)化，同時結(jié)合線路幾何參數(shù)，產(chǎn)生外部轉(zhuǎn)換和抄平數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入搗固車的ALC系統(tǒng)。通過搗固車的儀表觀察測量數(shù)值的真?zhèn)危_認需要起撥道數(shù)值的正確性。測量固定點和優(yōu)化測量的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)提供給搗固車進行起撥道搗固作業(yè)。

在整個試驗區(qū)段進行測試作業(yè)，全面考核EMSAT120高精度測量車的作業(yè)參數(shù)和作業(yè)效率，測量項目包括:參考長距離激光弦的線路正矢值;參考長距離激光弦的線路相對橫向水平、縱向水平、完成的里程和軌距。

3)試驗結(jié)論

經(jīng)過3個階段的性能試驗，EM-SAT120高精度線路測量車各項性能指標符合出廠標準，滿足線路測量要求，具備軌道使用條件。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

EM-SAT120高精度線路測量車在建立了固定樁系統(tǒng)的線路上經(jīng)過半年多的使用表明，其測量數(shù)據(jù)準確，能夠真實反映線路真實狀況，指導(dǎo)搗固車進行作業(yè)，使線路恢復(fù)到初始設(shè)計標準，可消除長波不平順。同時，使用中也存在固定樁系統(tǒng)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式不匹配、信息數(shù)據(jù)庫標準不相同等問題。這就需要技術(shù)研發(fā)部門和使用單位進行協(xié)作解決，以利于今后推廣使用。

4 結(jié)束語

1)經(jīng)過現(xiàn)場使用表明，EM-SAT120高精度測量車能夠測量和計算鐵路線路相對于固定點的起道量、撥道量、軌距、超高、里程等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠滿足線路新建、大修和維修時搗固作業(yè)需要。同時，這些數(shù)據(jù)能夠直接輸入配備有ALC的搗固車，指導(dǎo)搗固車進行作業(yè)，使線路恢復(fù)到初始設(shè)計標準，消除長波不平順。

2)既有線固定樁系統(tǒng)的不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式不匹配、信息數(shù)據(jù)庫標準不相同等問題對將來高精度測量車的大規(guī)模應(yīng)用有較大影響，需要解決。

3)工務(wù)部門應(yīng)該深入研究施工組織，進一步提高使用效率。

［1］高春雷，王發(fā)燈.利用激光準直技術(shù)檢測線路的長波不平順［J］.鐵道建筑，2009(1):81-83.

［2］韓志青，唐定全.抄平起撥道搗固車［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.