某型科考船升降鰭安裝工藝研究及實(shí)施方案

戴雁航 白宏宇 王文芳 彭建文

摘 ? ?要：升降鰭作為可搭載聲納探測系統(tǒng)的重要設(shè)備，在各型科考船上普遍應(yīng)用。為確保聲學(xué)儀器測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，升降鰭自身的安裝精度備受關(guān)注。本文結(jié)合某型科考船實(shí)際建造過程對升降鰭的安裝要點(diǎn)進(jìn)行分析研究，提出了具體的實(shí)施方案，并在實(shí)船安裝中得到驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：科考船;升降鰭;精度控制;實(shí)施方案

中圖分類號：U671.91?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： As an important equipment that can be equipped with sonar detection system， the drop keel system is widely used in all kinds of research ships. In order to ensure the accuracy of the measurement data， the installation accuracy of the drop keel system has attracted much attention. Based on the actual construction process of a research ship， this paper analyzes and studies the key points of the installation of the drop keel system， and puts forward the specific implementation scheme according to the actual situation， which is verified in the actual ship installation.

Key words： Research ship; Drop keel system; accuracy control; Implementation scheme

1 ? ?前言

科考船為完成海洋科考研究任務(wù)，必須配備專業(yè)的科考設(shè)備。根據(jù)不同的科考任務(wù)，科考船會(huì)配備各種不同的聲學(xué)設(shè)備，如：單波束萬米測深儀、多頻聲吶探測系統(tǒng)、深水多波束系統(tǒng)、淺中水多波束系統(tǒng)、淺地層剖面儀系統(tǒng)、走航式ADCP系統(tǒng)等。其中，多頻聲納探測系統(tǒng)換能器的測量精度，受到外界因素的影響主要來自兩個(gè)方面：一是船體自身的噪聲干擾，這些噪聲源主要來自船上的機(jī)械（主機(jī)、輔機(jī)等）和螺旋槳的振動(dòng)，因此換能器必須盡量避開這些噪音源;另一個(gè)更大的影響因素是來自船底的氣泡水流。因此，科考船上配置的多頻聲納探測系統(tǒng)換能器多數(shù)會(huì)搭載在升降鰭上。

本文研究的某型科考船升降鰭系統(tǒng)，主要由鰭板結(jié)構(gòu)、液壓動(dòng)力單元、牽引絞車、鎖緊定位系統(tǒng)、導(dǎo)軌等組成。鰭板內(nèi)安裝有EK80 多頻聲納探測系統(tǒng)換能器，換能器可隨鰭板下降至船體基線下約2.0 m和2.8m處工作，在非工作狀態(tài)時(shí)鰭板上升至底部與船底外板平齊位置。升降鰭安裝在跨越5層甲板高度的深度超過13 m的圍井中，升降鰭導(dǎo)軌的總長度約11.8 m。本文通過對升降鰭安裝要求和實(shí)際條件的綜合分析，提出了升降鰭安裝的具體施工方案，并在建造過程中付諸實(shí)施，取得了預(yù)期的安裝效果。

2 ? ?安裝方式

本船升降鰭包括三種精確定位位置，分別是巡航位置、中間位置和工作位置：巡航位置是指在船舶正常航行狀態(tài)下，升降鰭需要固定在鰭板底部與船底外板平齊的位置;中間位置是指聲學(xué)設(shè)備工作時(shí)，需要將鰭板沿導(dǎo)軌下降至船體基線之下約2.0 m處的位置固定;工作位置是指聲學(xué)設(shè)備工作時(shí)，需要將鰭板沿導(dǎo)軌下降至船體基線之下約2.8 m處的位置固定。另外，還有一種不需要精確定位的位置，稱為維修位置。維修位置是指將鰭板沿導(dǎo)軌提升至水線之上，便于船員維修或更換鰭板內(nèi)部搭載的聲學(xué)換能器的位置。

2.1 ? ?安裝關(guān)鍵控制點(diǎn)

（1）由于運(yùn)輸條件的限制，總長度約11.8 m的導(dǎo)軌分成三段散供，船廠在船上安裝時(shí)將三段導(dǎo)軌拼接完整，并且整段導(dǎo)軌平面與升降鰭滑塊之間的間隙需控制在3～6 mm。因此，導(dǎo)軌安裝精度控制是整個(gè)升降鰭安裝的一個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)，必要時(shí)需制作工裝拉線，并用特制的調(diào)整工裝不斷調(diào)整導(dǎo)軌的位置來確保安裝精度;

（2）三段導(dǎo)軌高度方向上自帶20塊安裝肘板，船廠需在圍井中對應(yīng)位置設(shè)置20塊支撐板用于導(dǎo)軌安裝肘板的裝焊。每一塊支撐板的安裝平面的水平度及定位高度偏差都不能超過允許值，否則會(huì)影響導(dǎo)軌的安裝精度。因此，導(dǎo)軌支撐板的安裝精度控制亦是升降鰭安裝的一個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)?；谶@種情況，船廠考慮在支撐板定位時(shí)需預(yù)先校核圍井自身的制造公差，且20塊支撐板選擇同一個(gè)定位基面，并在每兩塊支撐中間都設(shè)置保距工裝，支撐板最終與圍井焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制焊接變形;

（3）為了確保升降鰭可以準(zhǔn)確且穩(wěn)固的的保持在工作位置，穩(wěn)定裝置的定位及安裝精度控制則是升降鰭安裝的另一個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)。為此，船廠決定在升降鰭導(dǎo)軌安裝完工后，利用手拉葫蘆將升降鰭在圍井內(nèi)不斷從中間位置、工作位置和巡航位置三者之間運(yùn)行，利用自制缸套工裝校正穩(wěn)定裝置支架的位置，以確定穩(wěn)定裝置的最終定位。

2.2 ? 安裝流程

通過上述對升降鰭安裝關(guān)鍵點(diǎn)的分析，結(jié)合船廠實(shí)際施工能力及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對升降鰭安裝流程進(jìn)行梳理，形成具體的實(shí)施過程流程圖（見圖1）。

3 ? ?實(shí)施方案

3.1 ?安裝前準(zhǔn)備

（1）升降鰭圍井處船體結(jié)構(gòu)的相關(guān)分段、總段應(yīng)搭載完畢;圍井內(nèi)船體焊接工作大部分完成;主船體火工校正結(jié)束;圍井內(nèi)部密性試驗(yàn)結(jié)束;

（2）船體處于水平位置，檢查調(diào)正船體基準(zhǔn)線;

（3）檢查零件尺寸公差是否符合圖紙要求;

（4）在圍井正下方挖一個(gè)長度4600mm（沿船長方向）、寬度1640mm（沿船寬方向）、深度（坑底至船體基線）2800mm的坑，要求沉坑四周面垂直于水平面，四周及底部均需平整;

（5）以圍井中心為基點(diǎn)，在B甲板開一個(gè)3500mm×1900mm、R=100mm的工藝孔;

（6）安裝用工裝：導(dǎo)軌支撐板保距工裝、導(dǎo)軌定位工裝、導(dǎo)軌測量專用工裝、手動(dòng)液壓泵及油壓液壓頂、夾具、水平管、全站儀、拉線架、劃線工具、直角尺、鋼尺或卷尺、鋼套、鋼絲等。

3.2 ? 導(dǎo)軌支撐板安裝

（1）船體結(jié)構(gòu)分段、總段搭載焊接完成后，對艙壁進(jìn)行火工校正，保證圍井長、寬凈空誤差在±8mm內(nèi)、穩(wěn)定裝置支撐區(qū)域艙壁垂直度在±5mm/6m內(nèi)、鎖緊支撐底座面（大約500 mm范圍）與船體縱向中心線不平行度不大于±2 mm;

（2）測量圍井尺寸并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，可以提前在內(nèi)場將支撐板余量割除;

（3）測量并對導(dǎo)軌支撐板位置劃線：首先以船底外板的上表面為基準(zhǔn)面對#2支撐板進(jìn)行精確定位;然后以#2支撐板上表面為基準(zhǔn)面對其他支撐板進(jìn)行定位劃線;#3～#20支撐板定位均以其上表面到#2支撐板上表面的距離定位;其他支撐板不得采取連續(xù)劃線方式，每一層同一高度的支撐板采用水平管方式或其他測量工具保證在圍井一圈處于同等高度;支撐板劃線高度精度為-1～0 mm，點(diǎn)焊導(dǎo)軌支撐板;在支撐板之間，使用保距工裝（鋼管或角鋼），工裝安裝時(shí)應(yīng)考慮不影響導(dǎo)軌裝配，同時(shí)能保證支撐板的相對距離，確保后續(xù)焊接時(shí)不會(huì)影響支撐板高度位置變化;#1導(dǎo)軌支撐板待導(dǎo)軌安裝結(jié)束后最后定位;

（4）經(jīng)精度部門確認(rèn)后進(jìn)行焊接，支撐板沿邊界連續(xù)角焊在圍井艙壁上，焊接允許偏差為-2～0 mm;采取小電流、慢速焊，控制焊接對艙壁、導(dǎo)軌支撐板的焊接變形。

3.3 ? 導(dǎo)軌安裝

（1）導(dǎo)軌安裝基準(zhǔn)定位：在圍井頂部B甲板設(shè)置拉線架并間斷焊，在拉線架上準(zhǔn)確畫出四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)位置，鉆Φ0.8 mm圓孔（見圖2）;

（2）安裝導(dǎo)軌定位工裝：將定位工裝按照圖紙要求放置到鰭板位置（高度不超過導(dǎo)軌機(jī)械限位板，可選取基線位置），調(diào)整定位工裝，保證工裝縱向中心線與船體中心線保持平行，誤差不得超過±0.5mm，調(diào)整到水平位置并點(diǎn)焊固定;

（3）采取拉線照光的方式，首部第一個(gè)孔縱向距離以船底開孔前艙壁為準(zhǔn)。通過頂部拉線架四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，調(diào)整工裝標(biāo)記點(diǎn)位置，固定好工裝，使用0.5 mm鋼絲連接上下相應(yīng)的四對標(biāo)記點(diǎn);

（4）定位工裝背面需有縱向和橫向加強(qiáng)，此工裝也可用槽鋼制作成十字型，定位孔尺寸不變。

（5）導(dǎo)軌定位：將導(dǎo)軌吊入圍井內(nèi)，安放在支撐板上，檢查導(dǎo)軌的垂直度與平面度;根據(jù)導(dǎo)軌長度，在導(dǎo)軌上、中、下合適位置（上下兩端距端部～100 mm）取2～3處設(shè)置調(diào)整螺栓，螺栓焊在支架上;調(diào)整螺栓長度，使各拉線鋼絲到導(dǎo)軌表面的垂直距離滿足相關(guān)要求，首部左、右導(dǎo)軌與首部第一根定位線應(yīng)在同一平面上;尾部導(dǎo)軌直角邊到首部左、右導(dǎo)軌的直角邊距離差小于3 mm;所有導(dǎo)軌至鋼絲的垂直距離盡量調(diào)整為上差1 mm（即間距變大，導(dǎo)軌與鰭板上滑塊間距允許值為3～6 mm），將導(dǎo)軌點(diǎn)焊或用夾具固定在導(dǎo)軌支撐板上;使用導(dǎo)軌專用測量工裝，檢查前后三根導(dǎo)軌的相對形位公差，如不滿足須調(diào)整相應(yīng)導(dǎo)軌直至滿足為止;尾部可拆導(dǎo)軌定位時(shí)，除了考慮筋板與支撐板的間隙外，還應(yīng)確保筋板與尾部艙壁的距離不得小于40 mm;導(dǎo)軌直線度應(yīng)在±2 mm/3 m內(nèi);

（6）結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌、維修導(dǎo)軌焊接：焊接前需對導(dǎo)軌直角開口用T型材或重型角鋼進(jìn)行加強(qiáng)，避免焊接導(dǎo)致導(dǎo)軌變形;導(dǎo)軌與支撐板采用搭接焊方式，使用工裝固定導(dǎo)軌;防止導(dǎo)軌在焊接過程中的扭曲變形，應(yīng)采取小電流、慢速焊;

（7）焊接完成后使用工裝進(jìn)行復(fù)查，確保導(dǎo)軌安裝的正確性;

（8）三段式導(dǎo)軌從下到上分別為結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌、維修導(dǎo)軌、可拆導(dǎo)軌。其中，結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌和維修導(dǎo)軌需要焊接成一體，可拆導(dǎo)軌與維修導(dǎo)軌定位間隙為0，導(dǎo)軌焊接處應(yīng)連續(xù)、打磨平順;

（9）焊接完成后將所有工裝拆除，完成打磨工作;計(jì)算滑塊墊片需要的厚度值，在機(jī)床上機(jī)加工完成后將滑塊、墊片擰緊至鰭板上，檢查鰭板滑塊間隙，若間隙不符合要求重新加工調(diào)整墊片;將鰭板吊入圍井內(nèi)，鰭板上下走動(dòng)后將鰭板下放到伸出船底位置，檢查鰭板與船底外板開孔余量的干涉情況，如有干涉需割除余量，保證鰭板與船體間隙不小于40 mm;

（10）可拆導(dǎo)軌與支撐板采用螺栓、螺母連接;可拆導(dǎo)軌的筋板與支撐板間隙大于3 mm時(shí)，可以使用調(diào)整墊片去調(diào)整間隙，配鉆螺栓孔時(shí)一起配鉆;可拆導(dǎo)軌與維修導(dǎo)軌接口處，根據(jù)實(shí)際情況在背面做相應(yīng)加強(qiáng);

（11）導(dǎo)軌安裝結(jié)束后，定位安裝#1導(dǎo)軌支撐板。

3.4 ? 穩(wěn)定裝置安裝

（1）穩(wěn)定裝置分為孔式和板式，巡航位置、中間位置及工作位置均需一個(gè)孔式和一個(gè)板式共同作用;穩(wěn)定裝置包括液壓鎖緊銷底座、支架;

（2）穩(wěn)定裝置底座與支架采用螺栓、自鎖螺母、墊片連接;

（3）機(jī)加工一個(gè)鋼套工裝，外徑1 080 -0.1、內(nèi)徑92+0.10、長度100 mm，套在鎖緊油缸前端銷軸上用于孔式穩(wěn)定裝置定位;檢查孔式穩(wěn)定裝置和鋼套之間的間隙;

（4）用手拉葫蘆將鰭板分別定位到工作位置、中間位置和巡航位置，利用液壓泵配合調(diào)整鰭板;利用手動(dòng)泵給鎖緊油缸供油，伸出鎖緊銷軸把孔式底座和板式底座壓在艙壁上，調(diào)整底座位置，點(diǎn)焊穩(wěn)定裝置底座;

（5）反復(fù)在巡航位置、中間位置和工作位置運(yùn)行鰭板，檢查孔式穩(wěn)定裝置支架和鋼套之間的間隙;銷軸中心應(yīng)正對板式穩(wěn)定裝置支架中心，誤差控制在1 mm以內(nèi);定位確認(rèn)后進(jìn)行焊接，采用小電流對稱焊，確保焊接過程中導(dǎo)軌無變形，鰭板滑塊在導(dǎo)軌內(nèi)運(yùn)行順暢。

3.5 ? ?其它部件安裝

（1）位置傳感器組件定位安裝：將鰭板調(diào)整到巡航位置，定位位置傳感器組件，位置傳感器支架點(diǎn)焊固定;將鰭板調(diào)整到中間位置，檢查傳感器組件;將鰭板調(diào)整到工作位置，檢查傳感器組件;反復(fù)在巡航位置、中間位置和工作位置運(yùn)行鰭板，檢查位置傳感器組件定位的正確性，正確無誤后采用小電流對稱焊，確保焊接過程中導(dǎo)軌無變形;

（2）電纜托鏈支架安裝：鰭板在巡航位置時(shí)，定位電纜托鏈支架，點(diǎn)焊固定;反復(fù)在巡航位置、中間位置和工作位置運(yùn)行鰭板，檢查支架定位的正確性，正確無誤后采用小電流對稱焊，確保焊接過程中導(dǎo)軌無變形;

（3）止動(dòng)板組件安裝：先點(diǎn)焊固定，反復(fù)在巡航位置、中間位置和工作位置運(yùn)行鰭板，檢查止動(dòng)板組件是否與鰭板及位置傳感器組件發(fā)生干涉，正確無誤后焊接;

（4）直梯、維修平臺(tái)的安裝;

（5）將B甲板工藝孔補(bǔ)回;

（6）維修傳感器安裝：使用角鋼連接固定;

（7）液壓絞車、吊耳安裝：采用螺栓螺母固定在圍井頂部基座上，螺栓孔配鉆;

（8）圍井內(nèi)液壓管路安裝;

（9）圍井打磨油漆結(jié)束后，再進(jìn)行電纜托鏈、鋼絲繩等的安裝;

（10）液壓單元安裝。

4 ? ?結(jié)束語

升降鰭的安裝難點(diǎn)在于其分段式導(dǎo)軌、穩(wěn)定裝置的精確定位，特別是其導(dǎo)軌的總長度較長、導(dǎo)軌支撐板數(shù)量多，再加上導(dǎo)軌安裝跨越區(qū)間大，因而對建造精度要求很高。本文通過結(jié)合升降鰭工作特點(diǎn)，深入研究探討出升降鰭安裝關(guān)鍵點(diǎn)，繼而規(guī)劃出合理的安裝流程，最終制定出一套切實(shí)可行的施工方案，并在某型科考船上付諸實(shí)施，取得了令人滿意的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]趙振華，楊宇超，童代俊等.海洋科考船特種設(shè)備裝船要素研究[J].? ? ? 船舶，2017（S1）.

[2]陳銳.多波束換能器安裝方式性能比較[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2014（S1）.