CN107966133A - 铁路人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铁路人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法，装置包括：激光发射设备和高程读取设备；激光发射设备包括：激光发射单元、电动轴座、升降架和激光发射设备固定架；高程读取设备包括：伸缩刻度尺、刻度线、水平连接架、连接架水准器、球形云台和高程读取设备固定架；还包括无线遥控设备。优点：在铁路线路高低不平顺整修过程中，该发明能够测量线路轨面高程，并在钢轨抬升过程中实时控制轨面高程，使整修过程实现数据化，钢轨起道高程能够严格按照设计值进行，有效提升了线路高低不平顺的整修效果，并且方便整修方案的留存和比对。本发明打破传统铁路人工起道时轨面高程无法实时控制，起道量无法数据化的局限性。

Description

铁路人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法

技术领域

本发明属于仪器仪表类分析及测量控制技术领域，具体涉及一种铁路人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法。

背景技术

铁路有砟线路经常由于道床和路基的局部下沉，导致线路高低不平顺，影响列车的正常运行，甚至危及行车安全。因此，需要铁路工务单位根据线路高低不平顺程度，将线路下沉地段进行起道捣固作业；其中，起道是对有砟轨道坑洼、下沉处所的轨面进行抬升，增加下部道床厚度；捣固是对增加的道床进行密实捣固，从而增加道床的支撑力；进而调整纵断面而进行恢复线路平顺性，保证高速列车按线路允许速度安全平稳的运行、确保旅客乘车的舒适度。

现有铁路有砟线路起道捣固方法主要有大型机械起道捣固和人工捣固。大型机械捣固适用于长距离、大范围的线路高低整修。对于线路日常的小范围高低不平顺病害，主要依靠人工起道捣固进行整修。但目前的人工起道方法主要具有以下问题：

(1)当前铁路工务部门对有砟线路进行人工起道作业时，线路的高低平顺性及起道量主要依靠有经验的师傅趴在钢轨上用眼睛估量，起道过程中没有专门的测量仪器来控制起道量，起道效果仅凭经验，起道高程无法数据化，缺少数据支撑和科学指引。因为单纯依靠人员估量受人为因素和环境因素影响较大，这种传统的起道控制方法导致起道量不准、整修效果不佳，有时甚至加重线路原有的高低病害。

(2)现有人工起道方法，由于视野范围有限，对于漫坑(线路长距离高低不平顺)病害无法整体把控，需多次分区段估量起道量，很难控制起道量的整体线形；如在夜间作业时，由于光线阴暗，会导致眼睛估量不准，整修质量往往达不到预期效果。

(3)现有有砟线路高程测量仪器主要为水准仪(电子、光学)，所配套的三脚架和塔尺笨重，不方便设备的架设与携带。此外，塔尺无法固定于轨面上，起道过程中依靠人工扶持很难保证其与水平面的实时垂直，影响测量精度；且扶尺人的站立位置影响压机手的正常作业。

由此可见，目前的人工起道方法主要依靠人眼估量，作业方法落后，其具有起道量无法量化、观测范围有限、夜间作业困难、观测费力等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种铁路人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种铁路人工起道高程激光控制装置，包括：激光发射设备(Ⅰ)和高程读取设备(Ⅱ)；

所述激光发射设备(Ⅰ)包括：激光发射单元、电动轴座(4)、升降架(6)和激光发射设备固定架(8)；所述激光发射单元的底部固定安装所述电动轴座(4)，当所述电动轴座(4)在水平面水平转动时，带动所述激光发射单元进行同步转动；所述电动轴座(4)的底部固定安装所述升降架(6)，当所述升降架(6)进行升降调节时，调节所述激光发射单元的高度；在所述升降架(6)的下方固定安装所述激光发射设备固定架(8)，所述激光发射设备固定架(8)用于与钢轨面固定，进而将所述激光发射单元固定到钢轨上面；

所述高程读取设备(Ⅱ)包括：伸缩刻度尺(12)、刻度线(13)、水平连接架(15)、连接架水准器(14)、球形云台(18)和高程读取设备固定架(23)；所述高程读取设备固定架(23)用于与钢轨固定连接；所述高程读取设备固定架(23)的上面可转动安装所述球形云台(18)，所述球形云台(18)的顶部与所述水平连接架(15)的一端固定连接，当所述球形云台(18)在水平面水平转动时，带动所述水平连接架(15)同步进行水平转动；所述水平连接架(15)的表面安装连接架水准器(14)；所述水平连接架(15)的另一端与垂直设置的伸缩刻度尺(12)卡固连接，使所述伸缩刻度尺(12)的底部置于钢轨顶面；所述伸缩刻度尺(12)的表面设有所述刻度线(13)。

优选的，所述激光发射单元包括激光发射器(2)、激光发射镜(1)、水平微调螺旋(3)和激光发射器水准器(11)；

所述激光发射器(2)的激光线出射光路上安装所述激光发射镜(1)；所述水平微调螺旋(3)用于使所述激光发射器(2)在水平面转动，进而微调激光发射器(2)的角度；所述激光发射器(2)的壳体上安装所述激光发射器水准器(11)；

所述激光发射单元还包括激光发射器电源开关(10)。

优选的，所述激光发射单元还包括微倾脚螺旋(5)；所述微倾脚螺旋(5)的数量为3个，环形均匀布于电动轴座(4)下部，用于调平激光发射单元。

优选的，所述升降架(6)配置有升降架调节螺旋(9)；通过所述升降架调节螺旋(9)，控制所述升降架(6)的高度；

所述激光发射设备固定架(8)配置有激光固定架锁紧螺栓(7)；通过所述激光固定架锁紧螺栓(7)，将所述激光发射设备固定架(8)紧固到钢轨面。

优选的，所述刻度线(13)为环形刻度线；其中，0刻度线位于伸缩刻度尺(12)的最下沿线，其余刻度线依次向顶部排列。

优选的，所述球形云台(18)包括：云台支撑壳、旋转球体(16)、云台锁定螺旋(19)、云台纵向微调螺旋(20)、云台横向微调螺旋(21)和水平旋转轴座(22)；

所述云台支撑壳的底部通过所述水平旋转轴座(22)与所述高程读取设备固定架(23)连接；在所述云台支撑壳的内部设置所述旋转球体(16)，使所述旋转球体(16)可在所述水平旋转轴座(22)的上面进行全方位水平旋转；所述旋转球体(16)的顶面与所述水平连接架(15)的一端固定，当所述旋转球体(16)进行全方位水平旋转时，带动所述水平连接架(15)进行全方位水平旋转，进而调节所述水平连接架(15)的位置；当所述旋转球体(16)旋转到位后，通过所述云台锁定螺旋(19)锁定；

所述云台纵向微调螺旋(20)用于：当所述旋转球体(16)锁定的状态下，使所述旋转球体(16)绕y轴转动，进而实现所述水平连接架(15)纵向微调；

所述云台横向微调螺旋(21)用于：当所述旋转球体(16)锁定的状态下，使所述旋转球体(16)绕x轴转动，进而实现所述水平连接架(15)横向微调。

优选的，所述高程读取设备固定架(23)配置有高程固定架锁紧螺栓(24)，通过所述高程固定架锁紧螺栓(24)，将所述高程读取设备固定架(23)固定于钢轨上面。

优选的，还包括无线遥控设备(Ⅲ)；所述无线遥控设备(Ⅲ)包括遥控锁定开关(25)、指示灯(26)、顺时针快速转动按钮(27)、顺时针慢速转动按钮(28)、逆时针快速转动按钮(29)、逆时针慢速转动按钮(30)、激光调亮按钮(31)、激光调暗按钮(32)和无线遥控天线(33)；

所述遥控锁定开关(25)用于：当所述遥控锁定开关(25)处于打开状态时，将无线遥控设备其他功能按键锁定，防止其他功能按键误触；当所述遥控锁定开关(25)处于关闭状态时，将无线遥控设备其他功能按键激活；

所述顺时针快速转动按钮(27)用于：控制电动轴座(4)顺时针快速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的粗调；

所述顺时针慢速转动按钮(28)用于：控制电动轴座(4)顺时针慢速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的精调；

所述逆时针快速转动按钮(29)用于：控制电动轴座(4)逆时针快速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的粗调；

所述逆时针慢速转动按钮(30)用于：控制电动轴座(4)逆时针慢速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的精调；

所述激光调亮按钮(31)用于：调节激光发射单元发射的激光线的亮度；

激光调暗按钮(32)用于：调暗激光发射单元发射的激光线的亮度。

本发明还提供一种基于铁路人工起道高程激光控制装置的高程控制方法，包括以下步骤：

步骤1，起道前，测量钢轨初始高程，包括：

步骤1.1，标定测量点：确定铁路线路高低不平顺区段的测量区段，从而确定观测范围，选定基准轨，在基准轨轨面及轨腰位置等间距标定若干个测量点，并将各个测量点依次编号，设共有n个测量点，按从一端到另一端范围，分别记为：第1测量点，第2测量点，…，第n测量点；

步骤1.2，安装激光发射设备(Ⅰ)，包括：

在距离第1测量点前方≥5m位置安装并调节激光发射设备(Ⅰ)，使激光发射设备(Ⅰ)发射出平行于水平面的激光线；

步骤1.3，在第1测量点位置安装并调节高程读取设备(Ⅱ)，使伸缩刻度尺(12)的底部位于第1测量点钢轨面上且垂直于水平面；

步骤1.4，调整激光发射器在水平面的角度，使激光线的光斑对准伸缩刻度尺(12)的刻度线(13)；

步骤1.5，读取第1测量点位置的高程，即：根据刻度尺上的光斑位置，读取第1测量点位置的初始轨面高程；

然后，将高程读取设备(Ⅱ)移到第2测量点位置，读取第2测量点位置的初始轨面高程；以此类推，直到读取到第n测量点位置的初始轨面高程；

步骤2，拟定起道设计高程，包括：将步骤1测量到的各个测量点位置的初始轨面高程数据输入电脑excel表格中，生成高程纵断面曲线；调整高程纵断面的高低平顺性，生成铁路预计起道后的轨面高程线形；根据轨面高程线形，得到各个测量点位置对应的设计高程；其中，各个测量点位置即为起道位置；

步骤3，根据各个测量点位置对应的设计高程，在起道作业影响范围之外的轨面上架设并调试激光发射设备(Ⅰ)，将高程读取设备(Ⅱ)固定于需要起道的测点位置上，利用起道机对该测点位置的钢轨进行起道作业，在刻度尺随轨面上升的过程中，时刻关注光斑在刻度尺上的位置，当光斑对应的刻度与设计高程一致时，停止起道作业，完成对该起道位置轨面的起道高程控制；

按照同样方法对需要起道的其他测点进行起道高程控制。

优选的，步骤1.2中，在距离第1测量点前方≥5m位置安装并调节激光发射设备(Ⅰ)，使激光发射设备(Ⅰ)发射出平行于水平面的激光线，具体为：

自下而上依次连接激光发射设备固定架(8)、升降架(6)和激光发射单元；然后，将激光发射设备固定架(8)放置在目标位置的钢轨上，拧紧锁紧激光固定架锁紧螺栓(7)，进而将激光发射单元固定于目标位置的钢轨上；

然后，打开激光发射器电源开关(10)，使激光发射器(2)发射出激光线(Ⅳ)，根据激光线(Ⅳ)的位置，通过调节升降架调节螺栓(9)调节升降架(6)高度，进而调节激光发射器(2)的高度，确保激光面在观测范围内能够照射到刻度尺；最后通过调节激光发射器底部的三个微倾脚螺旋(5)，使激光发射器水准器(11)的水准气泡居中，激光发射器调平；

步骤1.3中，在第1测量点位置安装并调节高程读取设备(Ⅱ)，使伸缩刻度尺(12)的底部位于第1测量点钢轨面上且垂直于水平面，具体为：

自下而上依次连接高程读取设备固定架(23)、球形云台(18)、水平连接架(15)和伸缩刻度尺(12)；然后，将高程读取设备固定架(23)放置在第1测量点，拧紧高程固定架锁紧螺栓(24)，进而将高程读取设备固定架(23)固定于第1测量点的钢轨上；然后，手动旋转球形云台(18)，使其通过水平旋转轴座(22)进行水平转动，将伸缩刻度尺(12)置于靠近轨面中心线位置；在云台锁定螺旋(19)为松开的状态下，手动调整水平连接架(15)使其大致水平，然后锁死云台锁定螺旋(19)，通过转动云台纵向微调螺旋(20)和云台横向微调螺旋(21)对旋转球体(16)进行微小转动，通过观测连接架水准器(14)对水平连接架(15)进行精准调平；最后调整伸缩刻度尺(12)在竖向固定槽(17)的位置，使伸缩刻度尺(12)底部与钢轨轨面接触，并调节伸缩刻度尺(12)的长度；

步骤1.4中，调整激光发射器在水平面的角度，使激光线的光斑对准伸缩刻度尺(12)的刻度线(13)，具体方法包括两种：

第一种方法：人工水平转动激光发射器，使激光线的方向在伸缩刻度尺(12)附近；然后，通过旋转水平微调螺旋(3)对激光发射器在水平面的角度进行微调，使激光光斑完全照射在伸缩刻度尺的刻度线(13)上；

第二种方法：无线遥控控制；观测人员在高程读取设备(Ⅱ)位置，通过无线遥控设备(Ⅲ)控制激光发射器下部的电动轴座(4)进行水平转动，使激光线对准刻度尺上的刻度线；

具体操作为：打开遥控锁定开关(25)，将无线遥控天线(33)朝向激光发射设备，通过无线遥控设备上的顺时针快速转动按钮(27)、顺时针慢速转动按钮(28)、逆时针快速转动按钮(29)和逆时针慢速转动按钮(30)操控电动轴座(4)的转动方向和速度，直至激光线对准刻度尺上的准刻度线。

本发明提供的铁路人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法具有以下优点：

本发明提出的一种用于铁路有砟线路人工起道作业的高程激光控制装置及其高程控制方法。在铁路线路高低不平顺整修过程中，该发明能够测量线路轨面高程，并在钢轨抬升过程中实时控制轨面高程，使整修过程实现数据化，钢轨起道高程能够严格按照设计值进行，有效提升了线路高低不平顺的整修效果，并且方便整修方案的留存和比对。本发明打破传统铁路人工起道时轨面高程无法实时控制，起道量无法数据化的局限性。

附图说明

图1为本发明提供的铁路人工起道高程激光控制装置的应用效果图；

图2为本发明提供的铁路人工起道高程激光控制装置的整体结构图；

图3为本发明提供的铁路人工起道高程激光控制装置带有详细标记的整体结构图；

图4为本发明提供的激光发射设备的结构示意图；

图5为本发明提供的高程读取设备的结构示意图；

图6为本发明提供的无线遥控设备的结构示意图；

其中：Ⅰ-激光发射设备，Ⅱ-高程读取设备，Ⅲ-无线遥控设备，Ⅳ-激光线；

1-激光发射镜，2-激光发射器，3-水平微调螺旋，4-电动轴座，5-微倾脚螺旋，6-升降架，7-激光固定架锁紧螺栓，8-激光发射设备固定架，9-升降架调节螺栓，10-激光发射器电源开关，11-激光发射器水准器，12-伸缩刻度尺，13-刻度线，14-连接架水准器，15-水平连接架，16-旋转球体，17-竖向固定槽，18-球形云台，19-云台锁定螺旋，20-云台纵向微调螺旋，21-云台横向微调螺旋，22-水平旋转轴座，23-高程读取设备固定架，24-高程固定架锁紧螺栓，25-遥控锁定开关，26-指示灯，27-顺时针快速转动按钮，28-顺时针慢速转动按钮，29-逆时针快速转动按钮，30-逆时针慢速转动按钮，31-激光调亮按钮，32-激光调暗按钮，33-无线遥控天线。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对当前铁路工务单位在有砟线路人工起道作业过程中，起道量无法量化，轨面升高时其高程无法实时监控，从而导致线路高低不平顺整修效果差的问题，本发明提出了一种用于铁路有砟线路人工起道作业的高程激光控制装置及其高程控制方法。在铁路线路高低不平顺整修过程中，该发明能够测量线路轨面高程，并在钢轨抬升过程中实时控制轨面高程，使整修过程实现数据化，钢轨起道高程能够严格按照设计值进行，有效提升了线路高低不平顺的整修效果，并且方便整修方案的留存和比对。

具体的，本发明提供的一种铁路人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法，应用于铁路工务线路维修行业，主要用于整修线路高低不平顺时轨面高程的实时控制，依靠本发明技术，可精准控制铁路人工起道过程中钢轨起道的高程，使人工起道作业时的起道量有数据作为依托，打破传统铁路人工起道时轨面高程无法实时控制，起道量无法数据化的局限性。

铁路人工起道高程激光控制装置，包括：激光发射设备Ⅰ和高程读取设备Ⅱ；还可选包括无线遥控设备Ⅲ，参考图1、图2和图3，为激光发射设备Ⅰ、高程读取设备Ⅱ和无线遥控设备的组装状态图；下面对这三个部分详细介绍：

(一)激光发射设备

参考图4，激光发射设备Ⅰ包括：激光发射单元、电动轴座4、升降架6和激光发射设备固定架8；

激光发射单元的底部固定安装电动轴座4，当电动轴座4在水平面水平转动时，带动激光发射单元进行同步转动；电动轴座4的底部固定安装升降架6，升降架6配置有升降架调节螺旋9；通过升降架调节螺旋9，控制升降架6的高度；当升降架6进行升降调节时，调节激光发射单元的高度；在升降架6的下方固定安装激光发射设备固定架8，激光发射设备固定架8配置有激光固定架锁紧螺栓7；通过激光固定架锁紧螺栓7，将激光发射设备固定架8紧固到钢轨面。

其中，激光发射单元包括激光发射器2、激光发射镜1、水平微调螺旋3和激光发射器水准器11；激光发射器2的激光线出射光路上安装激光发射镜1；水平微调螺旋3用于使激光发射器2在水平面转动，进而微调激光发射器2的角度；激光发射器2的壳体上安装激光发射器水准器11；激光发射单元还包括激光发射器电源开关10。激光发射单元还包括微倾脚螺旋5；微倾脚螺旋5的数量为3个，环形均匀布于电动轴座4下部，用于调平激光发射单元。

下面对主要部件进一步详细介绍：

1)、激光发射镜1：激光线从该处发出；

2)、激光发射器2。通过内部的光学元件发射平直的激光线；激光发射器位于升降架上部，用于发射水平的激光线，使激光线照射到高程读取设备。为了保证激光面的水平，使用过程中需要将激光发射器调平。

3)、水平微调螺旋3：使激光发射器在水平面小幅度转动，方便激光对准刻度尺。

4)、电动轴座4：电动轴座用于连接激光发射器和升降架，用于调整激光发射器在水平面的旋转角度，该轴座内部有电动马达，可以通过无线遥控器对旋转角度控制。当关闭遥控功能时，也可通过手动旋转激光发器带动电动轴座旋转，完成激光发射器水平角度的调整。

5)、微倾脚螺旋5：总共设有3个，环形均匀布于水平旋转罗盘下部，通过调整仪器底部的三个微倾脚螺旋，使激光发射器顶部的水准气泡居中，即可实现仪器调平。

6)、升降架6：用于调节激光发射器的高度。具体的，升降架位于激光发射设备固定架8上部，用于调节激光发射单元的高度。当刻度尺所在轨面位置太高时，激光发射单元所发射的激光线照射不到刻度尺，需将激光发射单元抬升到刻度尺可读取的范围内。

7)、激光固定架锁紧螺栓7：通过调节螺栓来固定和拆除激光发射器固定架。

8)、激光发射设备固定架8：用于将激光发射单元固定在钢轨面上，增强使用过程中仪器的稳定性。

9)、升降架调节螺旋9：通过调节该螺旋，控制升降架的高度。

10)、激光发射器电源开关。

11)、激光发射器水准器：用于观测激光发射器的平整度，当水准器内部的水准气泡居中时，表明激光发射器已经调平。

(二)高程读取设备

参考图5，高程读取设备Ⅱ包括：伸缩刻度尺12、刻度线13、水平连接架15、连接架水准器14、球形云台18和高程读取设备固定架23；

高程读取设备固定架23用于与钢轨固定连接；高程读取设备固定架23的上面可转动安装球形云台18，球形云台18的顶部与水平连接架15的一端固定连接，当球形云台18在水平面水平转动时，带动水平连接架15同步进行水平转动；水平连接架15的表面安装连接架水准器14；水平连接架15的另一端与垂直设置的伸缩刻度尺12卡固连接，使伸缩刻度尺12的底部置于钢轨顶面；伸缩刻度尺12的表面设有刻度线13。

球形云台18包括：云台支撑壳、旋转球体16、云台锁定螺旋19、云台纵向微调螺旋20、云台横向微调螺旋21和水平旋转轴座22；云台支撑壳的底部通过水平旋转轴座22与高程读取设备固定架23连接；在云台支撑壳的内部设置旋转球体16，使旋转球体16可在水平旋转轴座22的上面进行全方位水平旋转；旋转球体16的顶面与水平连接架15的一端固定，当旋转球体16进行全方位水平旋转时，带动水平连接架15进行全方位水平旋转，进而调节水平连接架15的位置；当旋转球体16旋转到位后，通过云台锁定螺旋19锁定；高程读取设备固定架23配置有高程固定架锁紧螺栓24，通过高程固定架锁紧螺栓24，将高程读取设备固定架23固定于钢轨上面。

下面对主要部件进一步详细介绍：

1)、伸缩刻度尺12：伸缩刻度尺为圆柱体构造，可自由伸缩，上面设有环形刻度，用于读取轨面高程。使用时，伸缩刻度尺底部放置于钢轨顶面，侧面通过竖向固定槽固定，保证其实时垂直于水平面，激光发射器的水平激光线照射到刻度尺上，可精确读取轨面高程。刻度尺测量单位为mm；刻度尺可以伸缩，当测量位置太低时，需拉长刻度尺以获取更大的高程测量范围。

2)、刻度线13：刻度线13为环形刻度线；刻度线精确到mm，0刻度线位于刻度尺下沿线，其余刻度线依次向顶部排列。

3)、连接架水准器14：用于观测连接架平面的平整度。

4)、水平连接架15：用于连接刻度尺与云台，通过调节球形云台，使水平连接架处于水平位置，进而使刻度尺始终垂直于水平连接架平面。

5)、旋转球体16：位于球形云台内部，通过旋转球体的全方位旋转实现水平连接架的位置调整，当该球体被锁死后，水平连接架的位置也被固定。

6)、竖向固定槽17：竖向固定槽17与水平连接架垂直，用于固定伸缩刻度尺，从而保持刻度尺与水平连接架的垂直。

7)、球形云台18：球形云台位于高程读取设备固定架上部，球形云台通过水平连接架与刻度尺连接。用于调整刻度尺的位置，通过观测云台顶部连接架的水准气泡确定球形云台是否水平(刻度尺垂直于球形云台，球形云台水平，则刻度尺与水平面垂直)。

其中，云台内部的球体与连接架相连，通过调整球体角度来调整连接架的平面位置。

8)、云台锁定螺旋19：用于锁定云台内部的球体，从而固定连接架的平面位置。

9)、云台纵向微调螺旋20：在云台内部旋转球体16锁定的状态下，通过调节该螺旋使旋转球体16绕y轴小幅度转动，参考图5中的三维坐标系，实现水平连接架15纵向微调。

10)、云台横向微调螺旋21：在云台内部旋转球体锁定的状态下，通过调节该螺旋，使旋转球体绕x轴小幅度转动，参考图5中的三维坐标系，实现旋转横向微调。

11)、水平旋转轴座22：实现云台的水平转动。

12)、高程读取设备固定架23：用于将刻度尺和云台固定在轨面上。因为刻度尺会随轨面向上移动，在抬升的动态过程中需要利用高程读取设备固定架固定刻度尺。

13)、锁紧螺栓24：通过调节螺栓来固定和拆除刻度尺固定架。

(三)无线遥控设备

还包括无线遥控设备Ⅲ；参考图6，该无线遥控设备的控制范围为50m，通过远程控制电动轴座，实现激光发射器的水平转动，并且可以控制激光线的亮度，方便高程数据的读取，该遥控功能使原本需2人完成的操作节约为1人。

无线遥控设备Ⅲ包括遥控锁定开关25、指示灯26、顺时针快速转动按钮27、顺时针慢速转动按钮28、逆时针快速转动按钮29、逆时针慢速转动按钮30、激光调亮按钮31、激光调暗按钮32和无线遥控天线33；

下面对主要部件进一步详细介绍：

1)、遥控锁定开关25：当遥控锁定开关25处于打开状态时，，将无线遥控设备其他功能按键锁定，防止其他功能键误触。当遥控锁定开关25处于关闭状态时，将无线遥控设备其他功能按键激活；

2)、指示灯26。

3)、顺时针快速转动按钮27：控制电动轴座4顺时针快速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的粗调；

4)、顺时针慢速转动按钮28：控制电动轴座4顺时针慢速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的精调；

5)、逆时针快速转动按钮29：控制电动轴座4逆时针快速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的粗调；

6)、逆时针慢速转动按钮30：控制电动轴座4逆时针慢速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的精调；

7)、激光调亮按钮31：调节激光发射单元发射的激光线的亮度；

8)、激光调暗按钮32：调暗激光发射单元发射的激光线的亮度。

9)、无线遥控天线33。

本发明提供的一种铁路人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法，主要工作原理为：

激光发射设备通过底部的固定架安置于钢轨轨面上，为了调整激光发射设备的高度，在激光发射器与固定座间通过升降架连接；激光发射器置于升降架上部通过三个微倾脚螺旋连接，用以调平激光发射器；激光发射器下部设有电动轴座，实现激光发射器的水平转动，以便激光发射器发射的激光线对准高程读取设备。

高程读取设备通过底部的固定座安置于钢轨轨面上，球形云台安置于固定座上，用于调整与云台顶部连接的水平连接架的位置，伸缩刻度尺通过垂直于水平连接架的竖向固定槽固定于钢轨面上，测量过程中只要保证云台顶部水平连接架水平，便可使伸缩刻度尺始终处于垂直状态。

无线遥控设备用于遥控激光发射器的水平转动角度和激光仪发出激光线的亮度调节，使激光线对准神缩刻度尺，并根据距离远近调节激光线亮度方便刻度的读取。在不用无线遥控设备的情况下，操作人员直接在激光发射器上也可实现上述调节，但测量时，激光发射设备位置不动，高程读取设备会不断移动，需要1人在激光发射设备位置调整激光发射器，1人在高程读取设备位置调整高程读取设备。利用无线遥控设备，仅需1人固定好激光发射设备后，跟随高程读取设备的移动远程控制激光发射器，实现上述调节功能，可省去1人作业。

起道高程控制时，将激光发射装置固定于轨面上，调整升降架调整激光发射器的高度，调整激光发射器下部的微倾脚螺旋将激光发射器调平，将高程读取装置固定在测量点的轨面位置上，使刻度尺垂直于水平面，以激光发射器发射的激光线为基准线对准刻度尺，读取照射到刻度尺上激光光斑对应的刻度即为轨面相对高程，在刻度尺位置的钢轨下方用起道机对钢轨进行抬升，通过观测光斑在刻度尺上的位置控制起道时轨面的高程。

本发明还提供一种基于铁路人工起道高程激光控制装置的高程控制方法，用于解决目前的人工起道方法具有的以下问题：人工走道方法主要依靠人眼估量，作业方法落后，其具有起道量无法量化、观测范围有限、夜间作业困难、观测费力等缺点。本发明提出适用于铁路有砟线路的人工起道高程激光控制装置及其高程控制方法。起道高程主要过程为：激光发射器将激光水平照射到固定于钢轨顶面且垂直于激光线的刻度尺上，根据刻度尺上的光斑的位置，人工读取线路轨面高程。通过分析高程数据，在电脑上对线路高低不良处所进行优化，计算出优化后线路各点的设计高程。起道作业中，对照设计高程，对钢轨指定位置进行起道，起道过程中，起道位置的刻度尺会随钢轨顶面升高，通过观察刻度尺上激光光斑的位置精准控制起道量。

详细包括以下步骤：

步骤1，起道前，测量钢轨初始高程，包括：

步骤1.1，标定测量点：对照病害资料，确定铁路线路高低不平顺区段的测量区段，从而确定观测范围，选定基准轨，在基准轨轨面及轨腰位置等间距(例如，可以为2m)标定若干个测量点，并将各个测量点依次编号，设共有n个测量点，按从一端到另一端范围，分别记为：第1测量点，第2测量点，…，第n测量点；

步骤1.2，安装激光发射设备Ⅰ，包括：

在距离第1测量点前方≥5m位置安装并调节激光发射设备Ⅰ，使激光发射设备Ⅰ发射出平行于水平面的激光线；此处，如果激光发射设备距离测点太近，当测点位置的钢轨进行起道时会影响激光发射设备处轨面高程，影响测量精度，需要一般需要满足≥5m位置。

本步骤具体为，参考图4：

自下而上依次连接激光发射设备固定架8、升降架6和激光发射单元；然后，将激光发射设备固定架8按图1所示放置在目标位置的钢轨上，拧紧锁紧激光固定架锁紧螺栓7，进而将激光发射单元固定于目标位置的钢轨上；

然后，打开激光发射器电源开关10，使激光发射器2发射出激光线Ⅳ，根据激光线Ⅳ的位置，通过调节升降架调节螺栓9调节升降架6高度，进而调节激光发射器2的高度，确保激光面在观测范围内能够照射到刻度尺；最后通过调节激光发射器底部的三个微倾脚螺旋5，使激光发射器水准器11的水准气泡居中，激光发射器调平；

步骤1.3，在第1测量点位置安装并调节高程读取设备Ⅱ，使伸缩刻度尺12的底部位于第1测量点钢轨面上且垂直于水平面；

本步骤具体为：

根据图5，自下而上依次连接高程读取设备固定架23、球形云台18、水平连接架15和伸缩刻度尺12；然后，将高程读取设备固定架23放置在第1测量点，拧紧高程固定架锁紧螺栓24，进而将高程读取设备固定架23固定于第1测量点的钢轨上；然后，手动旋转球形云台18，使其通过水平旋转轴座22进行水平转动，将伸缩刻度尺12置于靠近轨面中心线位置；在云台锁定螺旋19为松开的状态下，手动调整水平连接架15使其大致水平，然后锁死云台锁定螺旋19，通过转动云台纵向微调螺旋20和云台横向微调螺旋21对旋转球体16进行微小转动，通过观测连接架水准器14对水平连接架15进行精准调平；最后调整伸缩刻度尺12在竖向固定槽17的位置，使伸缩刻度尺12底部与钢轨轨面接触，并调节伸缩刻度尺12的长度；

步骤1.4，调整激光发射器在水平面的角度，使激光线的光斑对准伸缩刻度尺12的刻度线13；

为了使激光线的光斑对准刻度尺的刻度线，需要水平旋转激光发射器，调节激光线的照射方向。该激光发射装置的旋转可通过两种方法实现：

第一种方法：人工水平转动激光发射器，使激光线的方向在伸缩刻度尺12附近；然后，通过旋转水平微调螺旋3对激光发射器在水平面的角度进行微调，使激光光斑完全照射在伸缩刻度尺的刻度线13上；

第二种方法：无线遥控控制；观测人员在高程读取设备Ⅱ位置，通过无线遥控设备Ⅲ控制激光发射器下部的电动轴座4进行水平转动，使激光线对准刻度尺上的刻度线；

具体操作为：打开遥控锁定开关25，将无线遥控天线33朝向激光发射设备，通过无线遥控设备上的顺时针快速转动按钮27、顺时针慢速转动按钮28、逆时针快速转动按钮29和逆时针慢速转动按钮30操控电动轴座4的转动方向和速度，直至激光线对准刻度尺上的准刻度线。

步骤1.5，读取第1测量点位置的高程，即：根据刻度尺上的光斑位置，读取第1测量点位置的初始轨面高程；读取过程中，可根据外界光线通过遥控设备上的激光调亮按钮31和激光调暗按钮32调节光斑亮度。

然后，将高程读取设备Ⅱ移到第2测量点位置，读取第2测量点位置的初始轨面高程；以此类推，通过移动高程读取设备，直到读取到第n测量点位置的初始轨面高程；

由于激光线的散射，激光光斑会随测量距离的增加而增大，现有激光技术中，当激光发射器距离目标50m时，其光斑的直径在2.5mm-3mm间。为了保证高程读取精度，测量距离应控制在50m范围内。当超出测量范围时，需要设定转点，向前移动激光发射设备，重新固定调平，继续接下来的测量工作。

步骤2，拟定起道设计高程，包括：将步骤1测量到的各个测量点位置的初始轨面高程数据输入电脑excel表格中，对初始轨面高程数据进行处理，生成高程纵断面曲线；调整高程纵断面的高低平顺性，生成铁路预计起道后的轨面高程线形(通常为一次线形函数)；根据轨面高程线形，得到各个测量点位置对应的设计高程；其中，各个测量点位置即为起道位置；

步骤3，利用设计高程指导起道作业：根据各个测量点位置对应的设计高程，在起道作业影响范围之外的轨面上架设并调试激光发射设备Ⅰ，将高程读取设备Ⅱ固定于需要起道的测点位置上，利用起道机对该测点位置的钢轨进行起道作业，在刻度尺随轨面上升的过程中，时刻关注光斑在刻度尺上的位置，当光斑对应的刻度与设计高程一致时，停止起道作业，完成对该起道位置轨面的起道高程控制；

按照同样方法对需要起道的其他测点进行起道高程控制。

当需要整治的高低病害距离较短时，可以直接根据起道前的初始测量高程在现场给出各测点位置钢轨的起道量，通过观测刻度尺和光斑的相对移动距离，通过控制起道量指导起道作业。

本发明还提供的一种基于铁路人工起道高程激光控制装置的高程控制方法，具有以下优点：

(1)提高作业精准度：

a.该高程激光控制装置可实现钢轨起道过程中轨面高程的数据化，作业人员能够精准确定起道量，使起道作业更科学合理。

b.该高程激光控制装置在钢轨抬升过程中，能够实时控制刻度尺与水平激光线的垂直，有效降低测量误差。

(2)提高作业效率。

a.该高程激光控制装置可以精准控制起道量，使起道量一步到位，保证起道质量。而传统人工起道方法没有数据作为参考，经常导致起道量不合适，需要反复起道，费时费力且整修效果不佳。

b.高程读取方便，夜间更占优势：该高程激光控制装置依靠激光线的照射来读取刻度，其读取效果不受光线和距离的限制。传统人工起道方法在夜间作业时，受光线影响，往往导致眼睛估量不准，线路整修效果不佳。

(3)方便日后病害分析：起道作业中用该高程激光控制装置控制起道量，因为每次的起道量均有据可依，方便病害“一处一档”的管理，可以给重复性病害的整治提供参考依据。

(4)设备结构精巧，便于携带，操作简单，方便易学。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铁路人工起道高程激光控制装置，其特征在于，包括：激光发射设备(Ⅰ)和高程读取设备(Ⅱ)；

所述激光发射设备(Ⅰ)包括：激光发射单元、电动轴座(4)、升降架(6)和激光发射设备固定架(8)；所述激光发射单元的底部固定安装所述电动轴座(4)，当所述电动轴座(4)在水平面水平转动时，带动所述激光发射单元进行同步转动；所述电动轴座(4)的底部固定安装所述升降架(6)，当所述升降架(6)进行升降调节时，调节所述激光发射单元的高度；在所述升降架(6)的下方固定安装所述激光发射设备固定架(8)，所述激光发射设备固定架(8)用于与钢轨面固定，进而将所述激光发射单元固定到钢轨上面；

所述高程读取设备(Ⅱ)包括：伸缩刻度尺(12)、刻度线(13)、水平连接架(15)、连接架水准器(14)、球形云台(18)和高程读取设备固定架(23)；所述高程读取设备固定架(23)用于与钢轨固定连接；所述高程读取设备固定架(23)的上面可转动安装所述球形云台(18)，所述球形云台(18)的顶部与所述水平连接架(15)的一端固定连接，当所述球形云台(18)在水平面水平转动时，带动所述水平连接架(15)同步进行水平转动；所述水平连接架(15)的表面安装连接架水准器(14)；所述水平连接架(15)的另一端与垂直设置的伸缩刻度尺(12)卡固连接，使所述伸缩刻度尺(12)的底部置于钢轨顶面；所述伸缩刻度尺(12)的表面设有所述刻度线(13)。

2.根据权利要求1所述的铁路人工起道高程激光控制装置，其特征在于，所述激光发射单元包括激光发射器(2)、激光发射镜(1)、水平微调螺旋(3)和激光发射器水准器(11)；

所述激光发射器(2)的激光线出射光路上安装所述激光发射镜(1)；所述水平微调螺旋(3)用于使所述激光发射器(2)在水平面转动，进而微调激光发射器(2)的角度；所述激光发射器(2)的壳体上安装所述激光发射器水准器(11)；

所述激光发射单元还包括激光发射器电源开关(10)。

3.根据权利要求1所述的铁路人工起道高程激光控制装置，其特征在于，所述激光发射单元还包括微倾脚螺旋(5)；所述微倾脚螺旋(5)的数量为3个，环形均匀布于电动轴座(4)下部，用于调平激光发射单元。

4.根据权利要求1所述的铁路人工起道高程激光控制装置，其特征在于，所述升降架(6)配置有升降架调节螺旋(9)；通过所述升降架调节螺旋(9)，控制所述升降架(6)的高度；

所述激光发射设备固定架(8)配置有激光固定架锁紧螺栓(7)；通过所述激光固定架锁紧螺栓(7)，将所述激光发射设备固定架(8)紧固到钢轨面。

5.根据权利要求1所述的铁路人工起道高程激光控制装置，其特征在于，所述刻度线(13)为环形刻度线；其中，0刻度线位于伸缩刻度尺(12)的最下沿线，其余刻度线依次向顶部排列。

6.根据权利要求1所述的铁路人工起道高程激光控制装置，其特征在于，所述球形云台(18)包括：云台支撑壳、旋转球体(16)、云台锁定螺旋(19)、云台纵向微调螺旋(20)、云台横向微调螺旋(21)和水平旋转轴座(22)；

所述云台支撑壳的底部通过所述水平旋转轴座(22)与所述高程读取设备固定架(23)连接；在所述云台支撑壳的内部设置所述旋转球体(16)，使所述旋转球体(16)可在所述水平旋转轴座(22)的上面进行全方位水平旋转；所述旋转球体(16)的顶面与所述水平连接架(15)的一端固定，当所述旋转球体(16)进行全方位水平旋转时，带动所述水平连接架(15)进行全方位水平旋转，进而调节所述水平连接架(15)的位置；当所述旋转球体(16)旋转到位后，通过所述云台锁定螺旋(19)锁定；

所述云台纵向微调螺旋(20)用于：当所述旋转球体(16)锁定的状态下，使所述旋转球体(16)绕y轴转动，进而实现所述水平连接架(15)纵向微调；

所述云台横向微调螺旋(21)用于：当所述旋转球体(16)锁定的状态下，使所述旋转球体(16)绕x轴转动，进而实现所述水平连接架(15)横向微调。

7.根据权利要求1所述的铁路人工起道高程激光控制装置，其特征在于，所述高程读取设备固定架(23)配置有高程固定架锁紧螺栓(24)，通过所述高程固定架锁紧螺栓(24)，将所述高程读取设备固定架(23)固定于钢轨上面。

8.根据权利要求1所述的铁路人工起道高程激光控制装置，其特征在于，还包括无线遥控设备(Ⅲ)；所述无线遥控设备(Ⅲ)包括遥控锁定开关(25)、指示灯(26)、顺时针快速转动按钮(27)、顺时针慢速转动按钮(28)、逆时针快速转动按钮(29)、逆时针慢速转动按钮(30)、激光调亮按钮(31)、激光调暗按钮(32)和无线遥控天线(33)；

所述遥控锁定开关(25)用于：当所述遥控锁定开关(25)处于打开状态时，将无线遥控设备其他功能按键锁定，防止其他功能按键误触；当所述遥控锁定开关(25)处于关闭状态时，将无线遥控设备其他功能按键激活；

所述顺时针快速转动按钮(27)用于：控制电动轴座(4)顺时针快速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的粗调；

所述顺时针慢速转动按钮(28)用于：控制电动轴座(4)顺时针慢速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的精调；

所述逆时针快速转动按钮(29)用于：控制电动轴座(4)逆时针快速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的粗调；

所述逆时针慢速转动按钮(30)用于：控制电动轴座(4)逆时针慢速转动，进而实现激光发射单元水平旋转角度的精调；

所述激光调亮按钮(31)用于：调节激光发射单元发射的激光线的亮度；

激光调暗按钮(32)用于：调暗激光发射单元发射的激光线的亮度。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的铁路人工起道高程激光控制装置的高程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，起道前，测量钢轨初始高程，包括：

步骤1.1，标定测量点：确定铁路线路高低不平顺区段的测量区段，从而确定观测范围，选定基准轨，在基准轨轨面及轨腰位置等间距标定若干个测量点，并将各个测量点依次编号，设共有n个测量点，按从一端到另一端范围，分别记为：第1测量点，第2测量点，…，第n测量点；

步骤1.2，安装激光发射设备(Ⅰ)，包括：

在距离第1测量点前方≥5m位置安装并调节激光发射设备(Ⅰ)，使激光发射设备(Ⅰ)发射出平行于水平面的激光线；

步骤1.3，在第1测量点位置安装并调节高程读取设备(Ⅱ)，使伸缩刻度尺(12)的底部位于第1测量点钢轨面上且垂直于水平面；

步骤1.4，调整激光发射器在水平面的角度，使激光线的光斑对准伸缩刻度尺(12)的刻度线(13)；

步骤1.5，读取第1测量点位置的高程，即：根据刻度尺上的光斑位置，读取第1测量点位置的初始轨面高程；

然后，将高程读取设备(Ⅱ)移到第2测量点位置，读取第2测量点位置的初始轨面高程；以此类推，直到读取到第n测量点位置的初始轨面高程；

步骤2，拟定起道设计高程，包括：将步骤1测量到的各个测量点位置的初始轨面高程数据输入电脑excel表格中，生成高程纵断面曲线；调整高程纵断面的高低平顺性，生成铁路预计起道后的轨面高程线形；根据轨面高程线形，得到各个测量点位置对应的设计高程；其中，各个测量点位置即为起道位置；

步骤3，根据各个测量点位置对应的设计高程，在起道作业影响范围之外的轨面上架设并调试激光发射设备(Ⅰ)，将高程读取设备(Ⅱ)固定于需要起道的测点位置上，利用起道机对该测点位置的钢轨进行起道作业，在刻度尺随轨面上升的过程中，时刻关注光斑在刻度尺上的位置，当光斑对应的刻度与设计高程一致时，停止起道作业，完成对该起道位置轨面的起道高程控制；

按照同样方法对需要起道的其他测点进行起道高程控制。

10.根据权利要求9所述的高程控制方法，其特征在于，步骤1.2中，在距离第1测量点前方≥5m位置安装并调节激光发射设备(Ⅰ)，使激光发射设备(Ⅰ)发射出平行于水平面的激光线，具体为：

自下而上依次连接激光发射设备固定架(8)、升降架(6)和激光发射单元；然后，将激光发射设备固定架(8)放置在目标位置的钢轨上，拧紧锁紧激光固定架锁紧螺栓(7)，进而将激光发射单元固定于目标位置的钢轨上；

然后，打开激光发射器电源开关(10)，使激光发射器(2)发射出激光线(Ⅳ)，根据激光线(Ⅳ)的位置，通过调节升降架调节螺栓(9)调节升降架(6)高度，进而调节激光发射器(2)的高度，确保激光面在观测范围内能够照射到刻度尺；最后通过调节激光发射器底部的三个微倾脚螺旋(5)，使激光发射器水准器(11)的水准气泡居中，激光发射器调平；

步骤1.3中，在第1测量点位置安装并调节高程读取设备(Ⅱ)，使伸缩刻度尺(12)的底部位于第1测量点钢轨面上且垂直于水平面，具体为：

自下而上依次连接高程读取设备固定架(23)、球形云台(18)、水平连接架(15)和伸缩刻度尺(12)；然后，将高程读取设备固定架(23)放置在第1测量点，拧紧高程固定架锁紧螺栓(24)，进而将高程读取设备固定架(23)固定于第1测量点的钢轨上；然后，手动旋转球形云台(18)，使其通过水平旋转轴座(22)进行水平转动，将伸缩刻度尺(12)置于靠近轨面中心线位置；在云台锁定螺旋(19)为松开的状态下，手动调整水平连接架(15)使其大致水平，然后锁死云台锁定螺旋(19)，通过转动云台纵向微调螺旋(20)和云台横向微调螺旋(21)对旋转球体(16)进行微小转动，通过观测连接架水准器(14)对水平连接架(15)进行精准调平；最后调整伸缩刻度尺(12)在竖向固定槽(17)的位置，使伸缩刻度尺(12)底部与钢轨轨面接触，并调节伸缩刻度尺(12)的长度；

步骤1.4中，调整激光发射器在水平面的角度，使激光线的光斑对准伸缩刻度尺(12)的刻度线(13)，具体方法包括两种：

第一种方法：人工水平转动激光发射器，使激光线的方向在伸缩刻度尺(12)附近；然后，通过旋转水平微调螺旋(3)对激光发射器在水平面的角度进行微调，使激光光斑完全照射在伸缩刻度尺的刻度线(13)上；

第二种方法：无线遥控控制；观测人员在高程读取设备(Ⅱ)位置，通过无线遥控设备(Ⅲ)控制激光发射器下部的电动轴座(4)进行水平转动，使激光线对准刻度尺上的刻度线；

具体操作为：打开遥控锁定开关(25)，将无线遥控天线(33)朝向激光发射设备，通过无线遥控设备上的顺时针快速转动按钮(27)、顺时针慢速转动按钮(28)、逆时针快速转动按钮(29)和逆时针慢速转动按钮(30)操控电动轴座(4)的转动方向和速度，直至激光线对准刻度尺上的准刻度线。