1、起重机械驾驶安全技术基础知识力学基础知识学习力学基础知识的目的在于了解吊索具的受力特点，掌握简单静力计算方法。第一节 力的性质一、力的概念力的概念是人们在长期的生活和生产实践中经过观察和分析，逐步形成和建立的。当人们用手握、拉、掷、举物体时，由于肌肉紧张而感受到力的作用。这种作用广泛地存在于人与物及物与物之间。例如用手推小车，小车受了“力”的作用，由静止开始运动，用锤子敲打会使烧红的铁块变形等。人们从大量的实践中，形成力的科学概念，即力是物体间相互的机械作用。这种作用一是使物体的机械运动状态发生变化，称为力的外效应；另一个是使物体产生变形，称为力的内效应。二、物体重力物体所受的重力是由于地球的
2、吸引而产生的。重力的方向总是竖直向下的，物体所受重力大小C和物体的质量m成正比，用关系式Gmg表示。通常，在地球表面附近，f取值为98Nkg，表示质量为lkg的物体受到的重力为98N。在已知物体的质量时，重力的大小可以根据上述的公式计算出来。例：起吊一质量为5103kg的物体，其重力为多少?解：根据公式：Gmg51039849103 (N)答：物体所受重力为49103N。在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称“牛”，符号是“N”。在工程中常冠以词头“kN”、“dan”，读作“千牛”、“十牛”。与以前工程单位制采用的“公斤力(kgf)”的换算关系：1公斤力(kgf)98牛(N)10牛(N)三、力的
3、三要素实践证明，力作用在物体上所产生的效果，不但与力的大小和方向有关，而且与力的作用点有关。我们把力的大小、方向和作用点称为力的三要素。改变三要素中任何一个时，力对物体的作用效果也随之改变。例如用手推一物体，如图1所示，若力的大小不同，或施力的作用点不同，或施力的方向不同都会对物体产生不同的作用效果。图1 力的作用在力学中，把具有大小和方向的量称为矢量。因而，力的三要素可以用矢量图(带箭头的线段)表示，如图2所示。图2 力的矢量图作矢量图时，从力的作用点A起，沿着力的方向画一条与力的大小成比例的线段AB(如用1cm长的线段表示100N的力，那么400N就用4cm长的线段)，再在线段末端月画出箭
4、头，表示力的方向，文字符号用黑体字F表示，并以同一字母非黑体字F表示力的大小，书写时则在表示力的字母F上加一横线表示矢量。四、作用力的反作用定律我们知道，力是一个物体对另一个物体的作用。一个物体受到力的作用，必定有另一个物体对它施加这种作用，那么施力物体是否也同时受到力的作用呢?用手拉弹簧，弹簧受力而伸长，同时手也受到一反方向的力，即弹簧拉手的弹力。船上的人用竹篙抵住河岸，竹篙给河岸一个力，同时河岸也给竹篙一个反向推力，把小船推离河岸。物体A在物体B的平面上运动，如果平面B对物体A有摩擦力，则物体A对平面B也有摩擦力。如图3中，绳索下端吊有一重物，绳索给重物的作用力为了，重力给绳索的反作用力为
5、T，T和T等值、相反、共线且分别作用在两个物体上。图3 力的作用力与反作用力以上事例说明：物体间的作用是相互的。这一对力叫做作用力和反作用力。我们把其中的一个力叫做作用力，另一个就叫做反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。五、支承反力和受力图1支承反力以起重机简图为例，如图4所示。图4 支承反力当起重机吊起重物后静止不动时，重物在重力作用下而不能下落，因为有起升绳拉住它。起升绳就是重物的支承，吊臂AB是由A处轴销和拉索DE支承的，起重机整体又是由地面支承的。一个构件由另一构件支承，另一构件给这个构件的反作用力叫做支承反力。支承是限制运动的，所以支承反力的方向就和支承所能限制的
6、运动方向相反。不同的支承对物体的作用不同，因此支承反力也不一样，这里只介绍柔索和光滑面支承反力。(1)柔索：起升绳阻止重物下落，它给重物一个支承反力(拉力)，此力沿绳子方向、大小和G的重力相等，如图5所示。图5 受力图(2)光面支承：图4中(起重机简图)整体起重机用轮子支承在地面上，由于地面支承，轮子不能向下移动，沿垂直方向有N1、N2支承反力，N1、N2的大小等于整个起重机和重物的重力。2受力图全面地分析结构的约束情况，包括外力、支承反力后，用一个简图清楚地表示出全部受力情况，这个图称为受力图。受力图有整体(见图4)和局部之分，一般可只画所需要的局部受力图。画受力图时，首先确定出研究对象，具
7、体分析已知条件和要求的未知量，把它隔离出来，去粗取精画出受力图。例如我们要分析吊钩和吊索钢丝绳的受力情况，就可以只画出所需部分。如图6所示。 图6 吊钩和吊索钢丝绳的受力六、力的合成分解1两个共点力的合成作用于同一点并互成角度的力称为共点力，两力的合力作用效果我们可以下例演示来证明。如图37所示，弹簧长度l0，一端挂在O点，另一端在A点，各沿AB和AD方向加力F1和F2，力的大小按比例尺画出。在F1、F2两力作用下，弹簧由l0沿OA伸长为l，然后去掉F1、F2两力。在AC方向施加力R(利用法码逐渐加力)，使弹簧同样沿OA由l0伸长为l，按比例尺画上R。弹簧变形相等，受力相等，可知F1、F2两力
8、的合成效果和只一个力的作用效果相等，R是F1、F2两力的合力。图7 力的合成如果以F1、F2作为两邻边，画平行四边形，我们发现合力R正好是它的对角线，这就证明了力的平行四边形法则，即：两个互成角度的共点力，它们合力的大小和方向，可以用表示这两个力的线段作邻边所画出的平行四边形的对角线来表示。两个力的合力不能用算术的法则把力的大小简单相加，而必须按矢量运算法则，即平行四边形法则几何相加，可用图解法和三角函数计算法。(1)图解法例：已知F1、F2两个力，其夹角为70，F1即AB为800N，F2即AD为400N，求合力R(AC)为多少?方法：取比例线段1cm代表200N，并沿力的方向将AB和AD二力
9、按比例画出，取AB长4cm代表800N，取AD长2cm代表400N，经B点及0点分别作AD与AB的平分线交于C点，连接AC、量取AC的长为5cm，则合力为200N51000N。如图38所示。图8 力的合成图解法(2)三角函数法根据三角形正弦定理和余弦定理计算出合力R：如上例：从力平行四边形法则可以看出，F1、F2力的夹角越小，合力R就越大，当夹角为零时，二分力方向相同，作用在同一直线上，合力R最大。反之，夹角越大，合力R就越小，当夹角为180时，二分力方向相反，作用在同一直线上，合力最小。作用在同一直线上各力的合力，其大小等于各力数值的代数和，其方向与计算结果的符号方向一致，通常以x坐标轴方向
10、为正(+)，反方向为负(-)。如下例，求图9所示合力。图9 合力的大小解：RF1+F240+3010(N)合力大小为10N，方向为逆x轴方向。2力的分解力的分解是力的合成的逆运算，同样可以用平行四边形法则，将已知力作为平行四边形的对角线，两个邻边就是这个已知力的两个分力。显然如果没有方向角度的条件限制，对于同一条对角线可以作出很多组不同的平行四边形。邻边(分力)的大小变化很大，因此应有方向、角度条件。使用吊索时，限制吊索分肢夹角过大是防止吊索超过最大安全工作载荷，而发生断裂。图10为两根吊索悬吊1000N载荷，当两根吊索处于不同夹角时，吊索受力变化如图所示。图310 不同夹角吊索受力情况(1)
11、分力图解法已知合力R和两个分力的方向，求两个分力的大小，可通过已知力R作用点A沿分力的方向(或合力与分力夹角)分别作直线AI、A，再经过已知合力R终点C做两个分力F1、F2作用线的平行线，与AI、A一直线交于B、D两点，得平行四边形ABCD。其两邻边AB、AD就是要求的两个分力，分力的大小可用比例尺量出。如图311：所示。图311 分力图解法(2)三角函数法计算时也可利用三角函数公式。求力的分解，如图311。捆绑知识对起重机司机来说，了解各种捆绑方法是十分重要的。捆绑即绳索的打结，捆绑的好坏主要是结是否牢固、是否会滑脱。如果每一个司机都熟悉捆绑知识的话，那么，在起吊前或起吊物体刚离地时，就可以
12、作出判断。因此，这对起重作业的生产安全是十分重要的。以下就是我们常用的几种打结方法。平结平结就用于连结同样粗细、同样质材的绳索；但是不适用在较粗、表面光滑的绳索上。打平结时，缠绕方法一旦发生错误，结果可能会变成外行平结。外行平结是个不完全的活结，用力一拉结目就会散开，缺少实用价值。、 、将绳索两端缠绕后拉拢； 、 、在交叉的上方再缠绕一次。此时如果缠绕方向错误，结果会变成外行平结，请特别小心； 、握住两端绳头用力拉紧。杠杆结杠杆结是将绳索绑在附紧物上的绳结，它和双半结、系木结等绳结一样，可以用在树木之间连起绳索，或在搭帐蓬绑帐蓬绳时。此外，当绳索易滑或绳头太短难以使力时，杠杆结可以在绳索上打一
13、个结目当成把手；通常是结目完成后再加上一个棒状把手。杠杆结的缺点是如果结目没有用力拉紧的话，它会有自动松开的危险。不过由于打法和拆解都十分容易，所以即使有那么一些小缺点，它的就用范围仍然相当广泛，堪称在露营活动时不可缺少的绳结。打法：把绳索直接在柱子上的方法。、把绳索卷在柱子上后，将绳头缠绕在绳索上； 、把绳圈扭转，作成小绳环； 、将绳头穿过绳环，拉紧结目。 打法：在绳索上作把手的打法，如图所示，先在绳索上打个结目，然后再将棒状的物体插入拉紧即可。 背牵结背牵结是利用绳索的中间部位作为绳圈而广为人知，它原本是用来驯服野马的道具。在使用绳索拉重物时，人们常用此结作成好几个绳圈，然后再把绳圈套在手
14、腕或肩膀上作业；因此背牵结又称为人力结。、在绳索的中部份作成绳圈，然后把部份往下拉移； 、使绳索成为如图一般的形状，这个形状正是先前杠杆结的打法上所示的形状。接着把部份朝箭头方向拉出； 、 、拉紧结目，完成背牵结。 3.中间结、工程蝴蝶结工程蝴蝶结又称为架线工结或中间结，它和背牵结一样，同是在绳索中间打绳圈的绳结；不过就牢固与安全性而言，中间结都比背牵结优秀，而且几乎不必担心是否会松散。此外，容易解开也是它的特征之一。中间结一如其名，经常用在登山时绑在中间的人身上；此时只要作个大绳圈套在中间人的身上即可。同时也可以在一条绳索上利用中间结作成数小绳圈，这样可以用来装吊手提灯之类的东西，用途广泛。
15、中间结的两种打法如下：打法：、利用绳索中间部份作成八字形的绳圈，接着把部份往上拉，使其成为图的形状； 、再把部份朝头方向穿过拉出 、拉紧结目完成。 打法：虽然结目的形状有点不同，但是仍可将其视为中间结的一种。、将绳索中间部位对折后，把对折的部份往上拉 、如图所示，让两个绳圈交叉； 、同打法的方法完成结目。八字结八字结的结目比单结大，适合作为固定收束或拉绳索的把手，八字结的打法十分简单、易记：它的特征在于即使两端拉得很紧，依然可以轻松解开。以下介绍两种打法，各位可以根据绳索的粗细不同分别活用。打法：一般最常使用的打法，适合用在绳索较粗时。、如图将绳端先行交叉； 、将一头的绳索绕过主绳； 、将绳头穿过绳圈后拉紧完成。 打法：适用于绳索较细时。、将绳端对折，并用双手握住；、把对折部份朝箭头方向转两圈；、将绳头穿过绳圈；、拉紧两端打好结。
