戴雁航 白宏宇 王文芳 彭建文

摘    要：升降鳍作为可搭载声纳探测系统的重要设备，在各型科考船上普遍应用。为确保声学仪器测量数据准确，升降鳍自身的安装精度备受关注。本文结合某型科考船实际建造过程对升降鳍的安装要点进行分析研究，提出了具体的实施方案，并在实船安装中得到验证。

關键词：科考船;升降鳍;精度控制;实施方案

中图分类号：U671.91                            文献标识码：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

科考船为完成海洋科考研究任务，必须配备专业的科考设备。根据不同的科考任务，科考船会配备各种不同的声学设备，如：单波束万米测深仪、多频声呐探测系统、深水多波束系统、浅中水多波束系统、浅地层剖面仪系统、走航式ADCP系统等。其中，多频声纳探测系统换能器的测量精度，受到外界因素的影响主要来自两个方面：一是船体自身的噪声干扰，这些噪声源主要来自船上的机械（主机、辅机等）和螺旋桨的振动，因此换能器必须尽量避开这些噪音源;另一个更大的影响因素是来自船底的气泡水流。因此，科考船上配置的多频声纳探测系统换能器多数会搭载在升降鳍上。

本文研究的某型科考船升降鳍系统，主要由鳍板结构、液压动力单元、牵引绞车、锁紧定位系统、导轨等组成。鳍板内安装有EK80 多频声纳探测系统换能器，换能器可随鳍板下降至船体基线下约2.0 m和2.8m处工作，在非工作状态时鳍板上升至底部与船底外板平齐位置。升降鳍安装在跨越5层甲板高度的深度超过13 m的围井中，升降鳍导轨的总长度约11.8 m。本文通过对升降鳍安装要求和实际条件的综合分析，提出了升降鳍安装的具体施工方案，并在建造过程中付诸实施，取得了预期的安装效果。

2    安装方式

本船升降鳍包括三种精确定位位置，分别是巡航位置、中间位置和工作位置：巡航位置是指在船舶正常航行状态下，升降鳍需要固定在鳍板底部与船底外板平齐的位置;中间位置是指声学设备工作时，需要将鳍板沿导轨下降至船体基线之下约2.0 m处的位置固定;工作位置是指声学设备工作时，需要将鳍板沿导轨下降至船体基线之下约2.8 m处的位置固定。另外，还有一种不需要精确定位的位置，称为维修位置。维修位置是指将鳍板沿导轨提升至水线之上，便于船员维修或更换鳍板内部搭载的声学换能器的位置。

2.1    安装关键控制点

（1）由于运输条件的限制，总长度约11.8 m的导轨分成三段散供，船厂在船上安装时将三段导轨拼接完整，并且整段导轨平面与升降鳍滑块之间的间隙需控制在3～6 mm。因此，导轨安装精度控制是整个升降鳍安装的一个关键控制点，必要时需制作工装拉线，并用特制的调整工装不断调整导轨的位置来确保安装精度;

（2）三段导轨高度方向上自带20块安装肘板，船厂需在围井中对应位置设置20块支撑板用于导轨安装肘板的装焊。每一块支撑板的安装平面的水平度及定位高度偏差都不能超过允许值，否则会影响导轨的安装精度。因此，导轨支撑板的安装精度控制亦是升降鳍安装的一个关键控制点。基于这种情况，船厂考虑在支撑板定位时需预先校核围井自身的制造公差，且20块支撑板选择同一个定位基面，并在每两块支撑中间都设置保距工装，支撑板最终与围井焊接时应严格控制焊接变形;

（3）为了确保升降鳍可以准确且稳固的的保持在工作位置，稳定装置的定位及安装精度控制则是升降鳍安装的另一个关键控制点。为此，船厂决定在升降鳍导轨安装完工后，利用手拉葫芦将升降鳍在围井内不断从中间位置、工作位置和巡航位置三者之间运行，利用自制缸套工装校正稳定装置支架的位置，以确定稳定装置的最终定位。

2.2   安装流程

通过上述对升降鳍安装关键点的分析，结合船厂实际施工能力及技术经验，对升降鳍安装流程进行梳理，形成具体的实施过程流程图（见图1）。

3    实施方案

3.1  安装前准备

（1）升降鳍围井处船体结构的相关分段、总段应搭载完毕;围井内船体焊接工作大部分完成;主船体火工校正结束;围井内部密性试验结束;

（2）船体处于水平位置，檢查调正船体基准线;

（3）检查零件尺寸公差是否符合图纸要求;

（4）在围井正下方挖一个长度4600mm（沿船长方向）、宽度1640mm（沿船宽方向）、深度（坑底至船体基线）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）以围井中心为基点，在B甲板开一个3500mm×1900mm、R=100mm的工艺孔;

（6）安装用工装：导轨支撑板保距工装、导轨定位工装、导轨测量专用工装、手动液压泵及油压液压顶、夹具、水平管、全站仪、拉线架、划线工具、直角尺、钢尺或卷尺、钢套、钢丝等。

3.2   导轨支撑板安装

（1）船体结构分段、总段搭载焊接完成后，对舱壁进行火工校正，保证围井长、宽净空误差在±8mm内、稳定装置支撑区域舱壁垂直度在±5mm/6m内、锁紧支撑底座面（大约500 mm范围）与船体纵向中心线不平行度不大于±2 mm;

（2）测量围井尺寸并记录相关数据，经检验合格后，可以提前在内场将支撑板余量割除;

（3）测量并对导轨支撑板位置划线：首先以船底外板的上表面为基准面对#2支撑板进行精确定位;然后以#2支撑板上表面为基准面对其他支撑板进行定位划线;#3～#20支撑板定位均以其上表面到#2支撑板上表面的距离定位;其他支撑板不得采取连续划线方式，每一层同一高度的支撑板采用水平管方式或其他测量工具保证在围井一圈处于同等高度;支撑板划线高度精度为-1～0 mm，点焊导轨支撑板;在支撑板之间，使用保距工装（钢管或角钢），工装安装时应考虑不影响导轨装配，同时能保证支撑板的相对距离，确保后续焊接时不会影响支撑板高度位置变化;#1导轨支撑板待导轨安装结束后最后定位;

（4）经精度部门确认后进行焊接，支撑板沿边界连续角焊在围井舱壁上，焊接允许偏差为-2～0 mm;采取小电流、慢速焊，控制焊接对舱壁、导轨支撑板的焊接变形。

3.3   导轨安装

（1）导轨安装基准定位：在围井顶部B甲板设置拉线架并间断焊，在拉线架上准确画出四个标记点位置，钻Φ0.8 mm圆孔（见图2）;

（2）安装导轨定位工装：将定位工装按照图纸要求放置到鳍板位置（高度不超过导轨机械限位板，可选取基线位置），调整定位工装，保证工装纵向中心线与船体中心线保持平行，误差不得超过±0.5mm，调整到水平位置并点焊固定;

（3）采取拉线照光的方式，首部第一个孔纵向距离以船底开孔前舱壁为准。通过顶部拉线架四个标记点，调整工装标记点位置，固定好工装，使用0.5 mm钢丝连接上下相应的四对标记点;

（4）定位工装背面需有纵向和横向加强，此工装也可用槽钢制作成十字型，定位孔尺寸不变。

（5）导轨定位：将导轨吊入围井内，安放在支撑板上，检查导轨的垂直度与平面度;根据导轨长度，在导轨上、中、下合适位置（上下两端距端部～100 mm）取2～3处设置调整螺栓，螺栓焊在支架上;调整螺栓长度，使各拉线钢丝到导轨表面的垂直距离满足相关要求，首部左、右导轨与首部第一根定位线应在同一平面上;尾部导轨直角边到首部左、右导轨的直角边距离差小于3 mm;所有导轨至钢丝的垂直距离尽量调整为上差1 mm（即间距变大，导轨与鳍板上滑块间距允许值为3～6 mm），将导轨点焊或用夹具固定在导轨支撑板上;使用导轨专用测量工装，检查前后三根导轨的相对形位公差，如不满足须调整相应导轨直至满足为止;尾部可拆导轨定位时，除了考虑筋板与支撑板的间隙外，还应确保筋板与尾部舱壁的距离不得小于40 mm;导轨直线度应在±2 mm/3 m内;

（6）结构导轨、维修导轨焊接：焊接前需对导轨直角开口用T型材或重型角钢进行加强，避免焊接导致导轨变形;导轨与支撑板采用搭接焊方式，使用工装固定导轨;防止导轨在焊接过程中的扭曲变形，应采取小电流、慢速焊;

（7）焊接完成后使用工装进行复查，确保导轨安装的正确性;

（8）三段式导轨从下到上分别为结构导轨、维修导轨、可拆导轨。其中，结构导轨和维修导轨需要焊接成一体，可拆导轨与维修导轨定位间隙为0，导轨焊接处应连续、打磨平顺;

（9）焊接完成后将所有工装拆除，完成打磨工作;计算滑块垫片需要的厚度值，在机床上机加工完成后将滑块、垫片拧紧至鳍板上，检查鳍板滑块间隙，若间隙不符合要求重新加工调整垫片;将鳍板吊入围井内，鳍板上下走动后将鳍板下放到伸出船底位置，检查鳍板与船底外板开孔余量的干涉情况，如有干涉需割除余量，保证鳍板与船体间隙不小于40 mm;

（10）可拆导轨与支撑板采用螺栓、螺母连接;可拆导轨的筋板与支撑板间隙大于3 mm时，可以使用调整垫片去调整间隙，配钻螺栓孔时一起配钻;可拆导轨与维修导轨接口处，根据实际情况在背面做相应加强;

（11）导轨安装结束后，定位安装#1导轨支撑板。

3.4   稳定装置安装

（1）稳定装置分为孔式和板式，巡航位置、中间位置及工作位置均需一个孔式和一个板式共同作用;稳定装置包括液压锁紧销底座、支架;

（2）稳定装置底座与支架采用螺栓、自锁螺母、垫片连接;

（3）机加工一个钢套工装，外径1 080 -0.1、内径92+0.10、长度100 mm，套在锁紧油缸前端销轴上用于孔式稳定装置定位;检查孔式稳定装置和钢套之间的间隙;

（4）用手拉葫芦将鳍板分别定位到工作位置、中间位置和巡航位置，利用液压泵配合调整鳍板;利用手动泵给锁紧油缸供油，伸出锁紧销轴把孔式底座和板式底座压在舱壁上，调整底座位置，点焊稳定装置底座;

（5）反复在巡航位置、中间位置和工作位置运行鳍板，检查孔式稳定装置支架和钢套之间的间隙;销轴中心应正对板式稳定装置支架中心，误差控制在1 mm以内;定位确认后进行焊接，采用小电流对称焊，确保焊接过程中导轨无变形，鳍板滑块在导轨内运行顺畅。

3.5    其它部件安装

（1）位置传感器组件定位安装：将鳍板调整到巡航位置，定位位置传感器组件，位置传感器支架点焊固定;将鳍板调整到中间位置，检查传感器组件;将鳍板调整到工作位置，检查传感器组件;反复在巡航位置、中间位置和工作位置运行鳍板，检查位置传感器组件定位的正确性，正确无误后采用小电流对称焊，确保焊接过程中导轨无变形;

（2）电缆托链支架安装：鳍板在巡航位置时，定位电缆托链支架，点焊固定;反复在巡航位置、中间位置和工作位置运行鳍板，检查支架定位的正确性，正确无误后采用小电流对称焊，确保焊接过程中导轨无变形;

（3）止动板组件安装：先点焊固定，反复在巡航位置、中间位置和工作位置运行鳍板，检查止动板组件是否与鳍板及位置传感器组件发生干涉，正确无误后焊接;

（4）直梯、维修平台的安装;

（5）将B甲板工艺孔补回;

（6）维修传感器安装：使用角钢连接固定;

（7）液压绞车、吊耳安装：采用螺栓螺母固定在围井顶部基座上，螺栓孔配钻;

（8）围井内液压管路安装;

（9）围井打磨油漆结束后，再进行电缆托链、钢丝绳等的安装;

（10）液压單元安装。

4    结束语

升降鳍的安装难点在于其分段式导轨、稳定装置的精确定位，特别是其导轨的总长度较长、导轨支撑板数量多，再加上导轨安装跨越区间大，因而对建造精度要求很高。本文通过结合升降鳍工作特点，深入研究探讨出升降鳍安装关键点，继而规划出合理的安装流程，最终制定出一套切实可行的施工方案，并在某型科考船上付诸实施，取得了令人满意的效果。

参考文献

[1]赵振华，杨宇超，童代俊等.海洋科考船特种设备装船要素研究[J].      船舶，2017（S1）.

[2]陈锐.多波束换能器安装方式性能比较[J].舰船科学技术，2014（S1）.