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【摘要】本文介绍了导向滑轮的初步设计、生产及其在“畅通”轮艉段打捞工程中的应用，分析工程实际应用的一些不合理性，提出了改进措施并且提出了其替代方案，最后利用ANSIS软件进行了有限元强度计算校核。
【关键词】导向滑轮；有限元分析；ANSYS
Abstract：This article describes the preliminary design of the guide pulley，production and the application in the salvage of the aft part of ChangTong，analyzes some of the irrational aspect of the practical application，demeonstrates some improvement and figure out its alternative plan，and finally utilizes ANSIS software to finish its strength calculation.
Keywords：guiding pulley；FEM；ANSYS
1.滑轮的设计方案
1.1 导向滑轮用途及基本要求
（450吨*2）导向滑轮是为了实现烟台打捞局打捞沉船作业与450吨提升千斤顶的系统配套而设计制造的。（450吨*2）导向滑轮共计14台套，安置在打捞抬浮驳船或作业场地上。为提升千斤顶的钢绞线与连接的打捞沉船（或组块）钢丝绳起导向作用，在沉船起浮过程中能够作为可靠的承力支点。
450吨*2导向滑轮根据海上绞车的使用工况独立设计，烟台打捞局要求整套450吨*2导向滑轮采用双（宽槽）导向滑轮、固定式滑轮轴、钢结构支架式，由宽槽导向轮、钢轴、轴座和钢结构支架等部分组成。
在450吨*2导向滑轮上需有安装固定用的镙栓孔和基座联接。要求运输、吊装和安装使用操作方便，适应复杂的海上使用工况，能适应长期的船甲板上的作业使用。
1.2 技术参数及技术要求
1.2.1 设计和制造标准
根据450吨*2导向滑轮的使用工况，其设计应参照船用设备的相关标准和规范进行设计和制造，满足海上工况的结构强度要求。
1.2.2 450吨*2导向滑轮主要性能参数
单台450吨*2导向滑轮的抗拉载荷：不小于900吨
单（宽槽）导向滑轮的载荷：不小于450吨
额定工作状态下的速度要求：30转/小时
图1 导向滑轮安装示意图
1.2.3 主要部件
（宽槽）导向滑轮：采用45#铸钢材料。满足450T载荷，内孔配装锡青铜铜套，与轴加工为动配合，并有能给其注油油槽及油咀。轮两侧面各加装6MM不锈钢垫圈。
固定式滑轮轴：采用45#钢材料。满足双（宽槽）导向滑轮载荷要求，与滑轮配合加工为动配合。
轴支座：采用35-45#铸钢材料。满足双（宽槽）导向滑轮载荷要求，座分上下两半，罗栓紧固，便于轮轴拆装。孔与轴配合加工为静配合。
钢结构支架式：采用Q345钢板结构焊制。单台满足450吨*2导向轮支架的载荷不小于900吨，支架底板需配有满足相应载荷的安装固定用的罗栓和基座联接。
1.2.4 在打捞驳船上的安裝固定
导向滑轮下设工字钢底座，焊固在甲板的加强结构之上，在打捞驳船上的安装示意图和现场图如图1和图2所示。
图2 导向滑轮现场安装图
2.通”艉段工程中的导向滑轮
由于是初次使用而且准备时间比较仓促，所设计生产的导向滑轮存在一些不合理性。
2.1 向滑轮高度过高导致挂千斤钢丝绳难度增加，经由工字钢底座固定于甲板的导向滑轮总高度达到了1590mm，无形中给打捞人员加大了作业难度，如图3所示。
图3 “畅通”艉段工程中的挂千斤现场图
2.2 导向滑轮探出舷外的距离不够，导致难船容易挤到驳船，如图4所示。原本设计的滑轮轮槽内沿距离舷侧为200mm；但是由于其工字钢底座安装尺寸的问题，现场千斤绳到船舷的理想距离为130mm，在实际中受沉船挤压等作用大大缩小。
图4 难船挤压打捞驳船现场图
2.3 导向滑轮轮槽过深；在提升大吨位、高干舷难船时，难船主甲板上升到一定高度后易卡在滑轮上，限制了打捞工程对难船的提升高度。
3.滑轮改进方案
3.1 救捞工程处技术人员根据“畅通”艉段工程中的经验，在原有导向滑轮上进行了设计改动，在不影响强度的前提下，一是最大可能地降低了其高度；二是减少了轮槽深度，使之与千斤钢丝绳相符合。改动后的导向滑轮不仅仅降低了打捞作业中的挂钢丝绳难度，而且加大了打捞驳船和难船之间的间隙，为沉船的顺利抬浮减少阻碍。改动设计后的导向滑轮示意图如图5所示。
图5 改动后的导向滑轮
3.2 改动后有限元计算：
图6 改动后有限元计算
图7 未来打捞驳船的舷侧结构设想图
图8 ANSYS对其的有限元分析
4.滑轮替代方案
为了满足未来抬浮力打捞沉船的需求，烟台打捞局拟建造大型打捞工程甲板驳船，使之抢险打捞时可以将救捞设备安装于主甲板上进行打捞工程作业；考虑到导向滑轮在未来的打捞驳船安装的不便，鉴于“畅通”艉段工程中的经验，技术人员提出了在打捞驳船舷侧焊固圆弧形加强板代替导向滑轮；一是为了取消导向滑轮安装的工程量，节约费用；二是便于千斤钢丝绳的挂装，减少打捞人员工作量和施工风险。驳船船舷结构如图7所示，图8所示为ANSYS对其的有限元分析。
5.结束语
2009年10月10日“畅通”艉段的起浮成功，在我国打捞史上有着划时代的意义。烟台打捞局首次将用于垂直提升的千斤顶转用与海上救捞的水平牵引提拉，新技术的成功应用不仅大大减少了沉船打捞的作业量、提高了打捞效率缩短了工期，而且进一步成熟运用后，将有望彻底改变传统浮筒和浮吊打捞，更易于完成大型和复杂的沉船沉物打捞任务。
450T*2导向滑轮在“畅通”艉段工程中发挥了重要作用，作为千斤钢丝绳的承力支点，在起浮过程中14台导向滑轮经受了沉船挤压、局部过载等重重考验，证明了初步设计可行，生产质量可靠。但由于为本次工程专门设计并且没有任何案例可循，所设计的导向滑轮不可避免存在一些不合理性，随着后期技术人员针对实际应用的不断改进完善，相信导向滑轮会给以后的打捞工程提供坚强保证。
参考文献
[1]姚根福.海上救助与打捞[M].大连海运学院出版社， 1994.
[2]龚曙光.ANSYS基础应用及范例分析[M].机械工业出版社，2004.
[3]秦宇.ANSYS 11.0基础与实例教程[M].化学工业出版社，2009.
[4]张朝晖.ANSYS 11.0结构分析工程应用实例解析[M].机械工业出版社（第2版），2009.
【关键词】导向滑轮；有限元分析；ANSYS
Abstract：This article describes the preliminary design of the guide pulley，production and the application in the salvage of the aft part of ChangTong，analyzes some of the irrational aspect of the practical application，demeonstrates some improvement and figure out its alternative plan，and finally utilizes ANSIS software to finish its strength calculation.
Keywords：guiding pulley；FEM；ANSYS
1.滑轮的设计方案
1.1 导向滑轮用途及基本要求
（450吨*2）导向滑轮是为了实现烟台打捞局打捞沉船作业与450吨提升千斤顶的系统配套而设计制造的。（450吨*2）导向滑轮共计14台套，安置在打捞抬浮驳船或作业场地上。为提升千斤顶的钢绞线与连接的打捞沉船（或组块）钢丝绳起导向作用，在沉船起浮过程中能够作为可靠的承力支点。
450吨*2导向滑轮根据海上绞车的使用工况独立设计，烟台打捞局要求整套450吨*2导向滑轮采用双（宽槽）导向滑轮、固定式滑轮轴、钢结构支架式，由宽槽导向轮、钢轴、轴座和钢结构支架等部分组成。
在450吨*2导向滑轮上需有安装固定用的镙栓孔和基座联接。要求运输、吊装和安装使用操作方便，适应复杂的海上使用工况，能适应长期的船甲板上的作业使用。
1.2 技术参数及技术要求
1.2.1 设计和制造标准
根据450吨*2导向滑轮的使用工况，其设计应参照船用设备的相关标准和规范进行设计和制造，满足海上工况的结构强度要求。
1.2.2 450吨*2导向滑轮主要性能参数
单台450吨*2导向滑轮的抗拉载荷：不小于900吨
单（宽槽）导向滑轮的载荷：不小于450吨
额定工作状态下的速度要求：30转/小时
图1 导向滑轮安装示意图
1.2.3 主要部件
（宽槽）导向滑轮：采用45#铸钢材料。满足450T载荷，内孔配装锡青铜铜套，与轴加工为动配合，并有能给其注油油槽及油咀。轮两侧面各加装6MM不锈钢垫圈。
固定式滑轮轴：采用45#钢材料。满足双（宽槽）导向滑轮载荷要求，与滑轮配合加工为动配合。
轴支座：采用35-45#铸钢材料。满足双（宽槽）导向滑轮载荷要求，座分上下两半，罗栓紧固，便于轮轴拆装。孔与轴配合加工为静配合。
钢结构支架式：采用Q345钢板结构焊制。单台满足450吨*2导向轮支架的载荷不小于900吨，支架底板需配有满足相应载荷的安装固定用的罗栓和基座联接。
1.2.4 在打捞驳船上的安裝固定
导向滑轮下设工字钢底座，焊固在甲板的加强结构之上，在打捞驳船上的安装示意图和现场图如图1和图2所示。
图2 导向滑轮现场安装图
2.通”艉段工程中的导向滑轮
由于是初次使用而且准备时间比较仓促，所设计生产的导向滑轮存在一些不合理性。
2.1 向滑轮高度过高导致挂千斤钢丝绳难度增加，经由工字钢底座固定于甲板的导向滑轮总高度达到了1590mm，无形中给打捞人员加大了作业难度，如图3所示。
图3 “畅通”艉段工程中的挂千斤现场图
2.2 导向滑轮探出舷外的距离不够，导致难船容易挤到驳船，如图4所示。原本设计的滑轮轮槽内沿距离舷侧为200mm；但是由于其工字钢底座安装尺寸的问题，现场千斤绳到船舷的理想距离为130mm，在实际中受沉船挤压等作用大大缩小。
图4 难船挤压打捞驳船现场图
2.3 导向滑轮轮槽过深；在提升大吨位、高干舷难船时，难船主甲板上升到一定高度后易卡在滑轮上，限制了打捞工程对难船的提升高度。
3.滑轮改进方案
3.1 救捞工程处技术人员根据“畅通”艉段工程中的经验，在原有导向滑轮上进行了设计改动，在不影响强度的前提下，一是最大可能地降低了其高度；二是减少了轮槽深度，使之与千斤钢丝绳相符合。改动后的导向滑轮不仅仅降低了打捞作业中的挂钢丝绳难度，而且加大了打捞驳船和难船之间的间隙，为沉船的顺利抬浮减少阻碍。改动设计后的导向滑轮示意图如图5所示。
图5 改动后的导向滑轮
3.2 改动后有限元计算：
图6 改动后有限元计算
图7 未来打捞驳船的舷侧结构设想图
图8 ANSYS对其的有限元分析
4.滑轮替代方案
为了满足未来抬浮力打捞沉船的需求，烟台打捞局拟建造大型打捞工程甲板驳船，使之抢险打捞时可以将救捞设备安装于主甲板上进行打捞工程作业；考虑到导向滑轮在未来的打捞驳船安装的不便，鉴于“畅通”艉段工程中的经验，技术人员提出了在打捞驳船舷侧焊固圆弧形加强板代替导向滑轮；一是为了取消导向滑轮安装的工程量，节约费用；二是便于千斤钢丝绳的挂装，减少打捞人员工作量和施工风险。驳船船舷结构如图7所示，图8所示为ANSYS对其的有限元分析。
5.结束语
2009年10月10日“畅通”艉段的起浮成功，在我国打捞史上有着划时代的意义。烟台打捞局首次将用于垂直提升的千斤顶转用与海上救捞的水平牵引提拉，新技术的成功应用不仅大大减少了沉船打捞的作业量、提高了打捞效率缩短了工期，而且进一步成熟运用后，将有望彻底改变传统浮筒和浮吊打捞，更易于完成大型和复杂的沉船沉物打捞任务。
450T*2导向滑轮在“畅通”艉段工程中发挥了重要作用，作为千斤钢丝绳的承力支点，在起浮过程中14台导向滑轮经受了沉船挤压、局部过载等重重考验，证明了初步设计可行，生产质量可靠。但由于为本次工程专门设计并且没有任何案例可循，所设计的导向滑轮不可避免存在一些不合理性，随着后期技术人员针对实际应用的不断改进完善，相信导向滑轮会给以后的打捞工程提供坚强保证。
参考文献
[1]姚根福.海上救助与打捞[M].大连海运学院出版社， 1994.
[2]龚曙光.ANSYS基础应用及范例分析[M].机械工业出版社，2004.
[3]秦宇.ANSYS 11.0基础与实例教程[M].化学工业出版社，2009.
[4]张朝晖.ANSYS 11.0结构分析工程应用实例解析[M].机械工业出版社（第2版），2009.