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起重吊装作业力学知识

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2016/3/16     浏览次数:    


起重作业

  机械设备的检修、换件工作中,很大工作量要用于零部件的起重吊装作业。这当中,除少数重要大件的起重工作需要专职起重工完成外,大多数零部件及设备吊装是要由机修人员自己完成,因此必须掌握相关知识技能。

力的基本知识

  起重吊装是与力密切相关的。在日常生产、生活中,人们对力的认识并不陌生,然而却不是都有所研究。机修人员若对力仅有一些模糊概念是不行的,掌握一些力的常用基础知识,对思考合理用力、安全使用绳索和起重工具是非常必要的。

  1、力的概念

  力是什么?力是一种作用。这种称为力的作用,可以使物体由静止变为运动,由运动变为静止;也可以使物体改变形状。

  在维修和起重作业中可以遇到两种力:一种是靠人、工器具或机械等产生并传递给所接触的物体的。人直接或通过工器具,或由机械设备等机件施以击、拧、拉、推、压、吊、顶、撬、举等等作用都是这种力的具体体现。另一种力,对任何物体而言都是始终存在的,称之为重力。重力是地球对物体产生的引力。

  2、力的三要素

  认识力,必须记住力的三要素。力对物体的作用效果取决于力的大小、方向和力的作用点。力的大小、方向、作用点即是力的三要素。力的三要素在图示中都可以用带箭头的线段表示出来:按设定比例(如用1cm长表示若干克力、千克力或吨力)绘出的线段,其长短表示力的大小、箭头指向表示力的方向,线段的起点或终点处表示力的作用点。力的三要素的图示法,在力的合成与分解的作图法中都是不可缺少的。

  力有大小,也有单位。在力学中,力的单位有牛顿(N),千克力(kgf)等。而重量常用千克(kg)、吨(t)作单位。二者是有区别的,但在实际起重工作中常以重量单位千克和吨来衡量和称呼力的大小。在图示法中,力的大小须按预先设定的比例表示(这与地图中应用的比例尺很相似)。如用1cm长的线段表示100kgf,则540kgf需要用540/100=5.4cm长的线段来表示其大小。

  力有方向,如举升重物,必须向上用力,水平推拉或向下用力则不行。起吊重物时,吊索所受拉力的方向是与吊索方向一致的。在图示法中,箭头所指方向必须正确,否则会在力的合成或分解中得出错误的结果。

  力的作用点,关系到力的效果。例如,对于一圆盘,作用力通过中心点,它会前移;作用在边缘处,它会转动。起重工作中,在物件上选择吊点,或千斤顶的着力位置,实际上就是选择力的作用点。

  3、力系、力的合成与分解

  作用在同一物体上的几个力总称为力系。若能用一个力等效代替一个力系的作用(即它的三要素与力系的作用相等),则此力称为这个力系的合力;力系中原来的几个力称为这个合力的分力。

  力的合成,就是由已知作用于物体的多个力,求它们的合力。求合力可以用数学计算法,也可用作图法。力的合成常有以下几种情况:

  在同一直线上的力的合成  这种情况用计算法更简单。先设定出合力方向,则与合力设定方向相同的分力为正值,相反的分力为负值;再求各分力值的代数和。若代数和为正值则合力实际方向与设定方向相同,若为负值,则合力实际方向与设定方向相反;合力作用点与各分力作用点相同。

  同方向两平行力的合成  合力的大小等于两力之和,即R=F1+F2;合力的方向与两力平行并同向;合力作用点至两力作用点的距离与两力大小成反比,即L1/L2=F1/F2。

  两交汇力的合成  合力R的大小和方向可用两力F1、F2为边所构成的平行四边形求得,从两力交汇点O引出的对角线所表示的力即为合力,这一种求合力的方法常称平行四边形法;合力R的大小与方向还可用两力F1、F2为边所构成的力三角形的封闭边求得,作力三角形时两力必须首尾相接,用这种方法求合力常称三角形法。应用平行四边形法和三角形法时,采用作图法求两交汇的力的合力都极简便实用,可以避免三角函数计算。

  交汇于一点的多力合成 合力可用力多边形求得:从O点开始,依次按诸力的大小和方向画出力多边形,最后所画的封闭边即表示合力。作力多边形时,诸力必须首尾相接。

  力可以合成,也可以分解。力的分解方法与力的合成相反:以已知力F为对角线按力的平行四边形法,可将其沿任意方向的两交线分解成两个力;沿互相垂直的两直线方向分解成两力;沿互相垂直的三直线方向分解成空间中的三力(图11-2a、b、c)。

  4、力矩、力偶与力偶矩

  力矩  它是用来度量力使物体在平面内绕某点(即垂直于该平面的轴)转动的能力的。用扳手拧螺栓便是利用力矩工作的例子。力矩与力的大小、方向有关,还与转动中心到力的垂直距离(即力臂)有关。力矩=力×力臂,单位为kgf·m等。当力通过转动中心时(力臂=0),力矩为零。利用力矩的杠杆原理(力×力臂=重×重臂)常会帮助找到省力的办法:如加长手柄(力臂),选择尽量靠近重物的撬棍支点等。必须注意的是,力臂、重臂不能和杠杆的实际长度相混淆,它们应分别是力、物体重量的作用线至旋转中心的垂直距离。

  力偶 作用在同一物体上,相互平行、大小相等、方向相反的两力称为力偶。组成力偶的两力不能用一个力来代替,但能产生力矩使物体绕着某轴转动。

  力偶矩 它是用来度量力偶使物体转动的能力的。力偶矩与两力的大小、方向有关,还与两力间的垂直距离(力偶臂)有关,即力偶矩等于力偶中任意一力与力偶臂的乘积,也等于两力对任意一点的两力矩之和。力偶矩的单位为kgf·m等。双手操作丝锥扳手、圆扳牙扳手加工螺纹即是力偶矩的应用实例。

  5、力系的平衡

  当一物体受到两个或两个以上力的作用而仍然保持不动,这种情况叫力系平衡。力系平衡的条件是全部力的合力等于零,同时力矩的代数和也等于零。在起重作业中,常要利用力系的平衡原理求得省力和保持物件上升、下降中的平稳性等。

  通过力的平衡、力的分解或合成,就容易知道每根吊物绳索的受力情况。这在起吊作业中是非常有用的。例如,用两根长度相等的绳索对称地吊起一物件,物件重量为G,由力的平衡原理知:绳索向上吊的合力应与物件所受重力(即重量)作用于同一作用线上,其方向相反、大小相等(F=G)。再看两根绳索受力情况,物件重量可以通过平行四边形法分解成沿绳索的两个分力G1和G2,并求出其大小(G1=G2≠1/2G);而向上的合力F,同样可以沿绳索方向分解为两力F1和F2,且知F1=F2≠1/2F。由此可知,F2的方向与G2相反,大小相等;F1与G1方向相反,大小相等。

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