作者：杨杰
出版社：中国计划出版社
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【建筑施工现场专业人员技能与实操丛书】机械员试读：
建筑施工现场专业人员技能与实操丛书机 械 员杨 杰 主编中国计划出版社图书在版编目（CIP）数据
机械员/杨杰主编.--北京：中国计划出版社，2016.5（建筑施工现场专业人员技能与实操丛书）
ISBN 978-7-5182-0376-5
Ⅰ.①机… Ⅱ.①杨… Ⅲ.①建筑机械 Ⅳ.①TU6
中国版本图书馆CIP数据核字（2016）第047978号
建筑施工现场专业人员技能与实操丛书
机械员
杨杰 主编
中国计划出版社出版
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787mm×1092mm 1/16 22.5印张 538千字
2016年5月第1版 2016年5月第1次印刷
印数1—3000册
ISBN 978-7-5182-0376-5
定价：60.00元
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主 编：杨 杰
参 编：牟瑛娜 周 永 沈 璐 周东旭
苏 建 隋红军 马广东 张明慧
蒋传龙 王 帅 张 进 褚丽丽
周 默 杨 柳 孙德弟 元心仪
宋立音 刘美玲 赵子仪 刘凯旋前 言
随着工程施工机械化程度的不断提高，建筑工程机械成为施工企业的重要生产力。各种工程机械的广泛应用，不仅加快了工程施工进度，而且提高了施工质量。然而，工程机械在使用过程中，受到各种因素的影响，制约着工程机械使用性能的发挥。如何做好工程机械的管理维护、故障的预防、使机械设备保持完好是当前建筑施工企业面临的主要问题之一。建筑企业在经营中，只要做好机械设备的维护，提高机械设备的利用率，使机械设备总是处于良好的工作状态，才能保证安全生产、增强企业竞争能力和提高经济效益。为了提高机械员专业技术水平，加强科学施工与工程管理，确保工程质量和安全生产，我们组织编写了这本书。
本书根据《建筑与市政工程施工现场专业人员职业标准》JGJ/T 250—2011、《建筑机械使用安全技术规程》JGJ 33—2012、《起重机设计规范》GB/T 3811—2008等标准编写，主要内容包括机械员专业基础知识、机械设备前期管理、机械设备安全使用管理、建筑机械的成本管理、施工机械设备评估与信息化管理、常用施工机械设备、建筑起重及运输机械、常用装修机械。本书内容丰富、通俗易懂，针对性、实用性强，既可供机械人员及相关工程技术和管理人员参考使用，也可作为建筑施工企业机械员岗位培训教材。
由于作者的学识和经验所限，虽编者尽心尽力，但书中仍难免存在疏漏或未尽之处，敬请有关专家和读者予以批评指正。编 者2015年11月1 机械员专业基础知识1.1 工程力学基础1.1.1 静力学的基本概念1.基本概念（1）刚体。在外力的作用下，其形状、大小始终保持不变的物体。刚体是静力学中对物体进行分析所简化的力学模型。（2）力。力是物体之间相互的机械作用。
力使物体的运动状态发生改变的效应称为外效应，而使物体发生变形的效应称为内效应。静力学只考虑外效应。
力的三要素包括力的大小、方向、作用位置。改变力的三要素中的任一要素，也就改变了力对物体的作用效应。
力是矢量，用一带箭头的线段来表示，见图1-1，其单位为牛顿（N）或千牛顿（kN）。
力分为分布力q和集中力F，见图1-2。图1-1 力的表示图1-2 分布力和集中力（3）力系。同时作用于一个物体上一群力称为力系。分为平面力系和空间力系。
1）平面力系：即各力的作用线均在同一个平面内。
①汇交力系：力的作用线汇交于一点，见图1-3。
②平行力系：力的作用线相互平行，见图1-4。
③一般力系：力的作用线既不完全汇交，又不完全平行。
2）空间力系：各力的作用线不全在同一平面内的力系，称为空间力系。（4）平衡。物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态。
静力学是研究物体在力系作用下处于平衡的规律。图1-3 平面汇交力系图1-4 平面平行力系（5）静力学公理。
1）二力平衡公理：作用于同一刚体上的两个力成平衡的必要与充分条件是：力的大小相等，方向相反，作用在同一直线上，见图1-5。图1-5 二力平衡条件
可以表示为：F=F。12
在两个力作用下处于平衡的杆件，称二力杆件。
2）加减平衡力系公理：可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用效果。
3）力的平行四边形法则：作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力，F=F+F。合力的矢是由原两力R12的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示，见图1-6（a）。
在求共点两个力的合力时，我们常采用力的三角形法则，见图1-6（b）。图1-6 力的合成
推理出三力平衡汇交定理，见图1-7。刚体受同一平面内互不平行的三个力作用而平衡时，则此三力的作用线必汇交于一点。图1-7 三力平衡汇交定理
4）作用与反作用公理：任何两个物体相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两个物体上。如图1-8所示的N和N′为一对作用力与反作用力。图1-8 作用力与反作用力2.约束与约束反力
对物体运动起限制作用的周围物体称为该物体的约束。如桌子放地板上，地板限制了桌子的向下运动，因此地板是桌子的约束。
约束对物体的作用力称为约束反力。
约束反力的方向总是与约束所能阻碍的物体运动或运动趋势的方向相反，它的作用点就在约束与被约束的物体的接触点。
把能使物体主动产生运动或运动趋势的力称为主动力，如重力、风力、水压力等。通常主动力是已知的，约束反力是未知的，它不仅与主动力的情况有关，同时也与约束类型有关。下面介绍常见的几种约束类型及其约束反力。（1）柔性约束。绳索、链条、皮带等属于柔索约束。柔索的约束反力作用于接触点，方向沿柔索的中心线而背离物体，其约束为拉力。图1-9所示的皮带对带轮的拉力F为约束反力。图1-9 皮带约束（2）光滑接触面约束。光滑接触面的约束反力作用于接触点；沿接触面的公法线指向物体，见图1-10。（3）铰链约束。两带孔的构件套在圆轴（销钉）上即为铰链约束。用铰链约束的物体只能绕接触点发生相对转动。
1）中间铰链约束：用中间铰链约束的两物体都能绕接触点发生相对转动。其约束反力用过铰链中心两个大小未知的正交分力来表示，见图1-11。图1-10 光滑接触面约束图1-11 中间铰链约束
2）固定铰支座：用铰链约束的两物体其中一个固定不动作支座。
3）活动铰链支座：在固定铰支座下面安放若干滚轮并与支承面接触，则构成活动铰链支座。其约束反力垂直于支承面，过销钉中心指向可假设，见图1-12。图1-12 活动铰链支座
在桥梁、屋架等工程结构中经常采用这种约束。（4）二力杆约束。两端以铰链与其他物体连接、中间不受力且不计自重的刚性直杆称为二力杆，见图1-13（a）。二力杆的约束反力沿着杆件两端中心连线方向，或为拉力或为压力，见图1-13（c）。图1-13 二力杆约束（5）固定端约束。被约束的物体即不允许相对移动也不可转动，如图1-14（a）所示。
固定端的约束反力，一般用两个正交分力和一个约束反力偶来代替，见图1-14（d）。图1-14 固定端约束1.1.2 物体的受力分析与受力图
静力学问题大多是受一定约束的刚体的平衡问题，解决此类问题的关键是找出主动力与约束反力之间的关系。因此，必须对物体的受力情况做全面的分析，它是力学计算的前提和关键。
物体的受力分析包含下列两个步骤：（1）把该物体从与它相联系的周围物体中分离出来，解除全部约束，称为取分离体（take free body）。（2）在分离体上画出全部主动力和约束反力，这称为画受力图。1.1.3 简单力系1.平面汇交力系合成与平衡的几何法
平面汇交力系是指各力的作用线位于同一平面内并且汇交于同一点的力系。如图1-15（a）所示建筑现场起吊钢筋混凝土梁时，作用于梁上的力有梁的重力W、绳索、对梁的拉力F和F，见图TATB1-15（b），这三个力的作用线都在同一个直立平面内且汇交于C点，故该力系是一个平面汇交力系。图1-15 平面汇交力系（1）平面汇交力系合成的几何法，用平行四边形法则或力三角形法则求两个共点力的合力。当物体受到如图1-16（a）所示由F、1F、F、…F所组成的平面汇交力系作用时，我们可以连续采用力三23n角形法则得到如图1-16（b）所示的几何图形：先将F、F合成为F，12R1再将F、F合成为F，依此类推，最后得到整个力系的合力F。当R13R2R我们省去中间过程后，得到的几何图形如图1-16（c）所示。这是一个由力系中各分力和合力所构成的多边形，即称为力多边形。（2）平面汇交力系平衡的几何法条件，平面汇交力系的合成结果，是作用线通过力系汇交点的一个合力。如果力系平衡，则力系的合力必定等于零，即由各分力构成的力多边形必定自行封闭（没有缺口）。平面汇交力系平衡的几何条件是：该力系的力多边形自行封闭。其矢量表达式为∑=0。用几何法解平面汇交力系的平衡问题时，要求应用制图工具并按一定的比例先画出力多边形中已知力的各边，后画未知力的边，构成封闭的力多边形，再按作力多边形时相同的比例在力多边形中量取未知力的大小。图1-16 汇交力系合成的几何法2.力矩（1）力使物体绕某点转动的力学效应，称为力对该点之矩。（2）力矩计算：见图1-17，力F对O点之矩以符号M（F）表O示，即图1-17 力矩
力矩是一个代数量，其正负号规定如下：力使物体绕矩心逆时针方向转动时，力矩为正，反之为负。
在国际单位制中，力矩的单位是牛顿·米（N·m）或千牛顿·米（kN·m）。（3）力矩的性质：
1）力对点之矩，不仅取决于力的大小，还与矩心的位置有关。
2）力的大小等于零或其作用线通过矩心时，力矩等于零。（4）合力矩定理：平面汇交力系的合力对其平面内任一点的矩等于所有各分力对同一点之矩的代数和，如图1-18所示。3.力偶（1）力偶的概念。一对等值、反向而不共线的平行力称为力偶，见图1-19。
两个力作用线之间的垂直距离称为力偶臂，两个力作用线所决定的平面称为力偶的作用面。（2）力偶矩。把力偶对物体转动效应的量度称为力偶矩，用m或m（F，F′）表示，m=±F·d。图1-18 合力矩定理图1-19 力偶
通常规定：力偶使物体逆时针方向转动时，力偶矩为正，反之为负。
在国际单位制中，力偶矩的单位是牛顿·米（N·m）或千牛顿·米（kN·m）。（3）力偶的性质。
1）力偶既无合力，也不能和一个力平衡，力偶只能用力偶来平衡。
2）力偶对其作用面内任一点之矩恒为常数，且等于力偶矩，与矩心的位置无关。
3）只要保持力偶矩的大小和转向不变，可以同时改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不改变其对刚体的作用效果。
力偶即用带箭头的弧线表示，箭头表示力偶的转向，m表示力偶矩的大小，见图1-20。图1-20 力偶的表示（4）平面力偶系的简化与平衡。
1）在同一平面内由若干个力偶所组成的力偶系称为平面力偶系。平面力偶系的简化结果为一合力偶，合力偶矩等于各分力偶矩的代数和。
即
2）平面力偶系平衡的充要条件是合力偶矩等于零，∑m=0。1.1.4 平面任意力系
各力作用线在同一平面内且任意分布的力系称为平面任意力系。图1-21的简易起重机，其梁AB所受的力系为平面任意力系。图1-21 平面任意力系1.力的平移定理
力的平移定理：作用于刚体上的力可以平行移动到刚体上的任意一指定点，但必须同时在该力与指定点所决定的平面内附加一力偶，其力偶矩等于原力对指定点之矩。见图1-22，附加力偶的力偶矩为：m=F·d=m（F）。B图1-22 力的平移定理2.平面任意力系的简化
设刚体受到平面任意力系作用，见图1-23（a）。将各力依次平移至O点，得到汇交于O点的平面汇交力系F′、F′、…F′，此12n外还应附加相应的力偶，构成附加力偶系m、m、…m，见图O1O2On1-23（b）。
所得平面汇交力系可以合成为一个力F：R
主矢F的大小与方向可用解析法求得。按图1-23（b）所选定的R坐标系O，有：xy
主矢F的大小和方向由下式确定：R
其中α为主矢R′与x轴正向间所夹的锐角。
各附加力偶的力偶矩分别等于原力系中各力对简化中心O之矩。
所得附加力偶系可以合成为合力偶，其力偶矩可用符号M表O示，它等于各附加力偶矩m、m、…m的代数和，即设刚体受到平O1O2面任意力系作用，见图1-24（a）。将各力依次平移至O点，得到汇交于O点的平面汇交力系。此外，还应附加相应的力偶，构成附加力偶矩m、m、…m的代数和，即O1O2On
原力系中各力对简化中心之矩的代数和称为原力系对简化中心的主矩。
由上述分析我们得到如下结论：平面任意力系向作用面内任一点简化，可得一个力和一个力偶，见图1-23（c）。这个力的作用线过简化中心，其力矢等于原力系的主矢；这个力偶的矩等于原力系对简化中心的主矩。
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