土木工程机械概论题库Word格式文档下载.docx
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因而，在学习中要掌握各种系数、参数和公式的物理意义，并了解其应用的条件和范围，学会运用各种规范和设计手册
等。
本课程所提供的知识，不但与专业设计、施工和科研直接相关，而且在工作中，它也是和工程机械人员语言沟通的桥梁。
1.1.3几个重要名词
（1）机器从力学和功能的角度考虑，它具有三大特征：
①它由许多构件组成，单一构件决不能称为机器；
②各构件之间必定能产生确定的相对运动；
③都能利用机械能来完成有效功或把机械能转换成其他形式的能量．或作相反的转换。
一部机器可能由一种机构或几种机构所组成。
它是功能转换的单元。
机器按其作用可分为三类：
一类是原动机，它是将某种能量转变为机械能的机器，如蒸汽机、内燃机、电动机等；
一类是转换机，它是将机械能转换成其他形式能的机器，如发电机、空气压缩机；
再一类是工作机，它是利用机械能来完成有用功的机器，如起重机，各式机床及各类土方机械。
（2）机构它是具有确定相对运动的许多构件的组合体。
它只具备机器的前两个特征，不考虑功能转换的问题，因此它的主要任务是传递或改变运动的方向、大小、形式，它是机械运动的单元。
例如最常见的自行车，可称为运动的机构，而不能称为机器。
（3）机械是机器和机构的总称。
（4）构件组成机构的单元，它可以是一个零件，也可以是由许多零件组成的刚体。
（5）机械零件组成构件的元件，称为零件，而零件是制造的单元。
零件分两大类，凡在各种机器中经常使用、并具有互换性的零件，称为通用零件（常用零件），如三角胶带、螺栓、齿轮及轴承等；
只在某种机器中使用的零件，称为专用零件，如钢丝绳、滑轮、吊钩等。
（6）部件是为完成同一任务并协调工作的若干个机械零件的组合体。
器、离合器等。
它是安装的单元。
1.1.4工程施工机械及其分类
施工机械是公路施工机械化的物质基础。
施工机械是指为交通、建筑、矿山、水利、海空港口等建筑施工服务的各种工程机械。
各国对这些机械的称谓不尽相同，例如在美国称之为工程机械；
俄罗斯和前苏联称筑路机械；
日本则称建设机械。
尽管如此，这些机械的结构、原理、性能、特征、作用对象及应用场合却非常相似或相同。
施工机械包括铲土运输机械、工程起重机械、挖掘机械、压实机械、桩工机械、钢筋混凝土机械。
路面机械。
凿岩机械及风动工具、工程运输车辆等类型。
下面简要介绍各类机械的典型机种、结构特点及类型区分方法。
铲土运输机械：
推土机、装载机、铲运机、平地机
土方机械
挖掘机械：
单斗、多斗挖掘机
石方机械破碎及筛分机械、凿岩机械、空气压缩机
压实机械静力式压路机、振动压路机、轮胎压路机、夯实机械。
羊脚碾
路面机械沥青混凝土搅拌设备、沥青混凝土摊铺机、水泥泥凝土搅拌设备、水泥混凝土摊铺机、稳定土拌和机、稳定土厂拌设备、粉料撒布机、沥青洒布机、公路沥青厂（站）设备
桥梁工程机械冲击式打桩机械、振动沉桩锤、钻机、预应力张拉成套设备、架桥设备、
隧道工程机械盾构机构、全断面隧道掘进机、臂式隧道掘进机、凿岩台车、钻机
公路养护机械清扫机械、洒水车、除雪机械、除草机械、划线机械、路面铣削机械、沥青路面综合养护机械、水泥路面维修机械、沥青路面再生机械、乳化沥青稀浆封层机、沥青乳化设备。
铁路线路机械捣固机械、道碴清筛机、起拨道机械
起重运输机械汽车吊、塔式起重机、龙门起重机、升降机
一、铲土运输机械
铲土运输机械包括公路施工中常见的推土机、铲运机、平地机、装载机四种机械。
这些机械的作用对象是土壤、砂砾和其他松散物料，作用方式是“铲削”。
它们有结构外型不同的作业装置：
推土机有推土铲刀；
铲运机有铲斗；
平地机有刮刀；
装载机装载铲斗。
虽然作业装置结构、外形各异，却也有共同之处，即都有对作用对象铲削较为合理的”工具”——都安装有刀刃或斗、齿；
再则，作业时都是借助机械自身的移动将土壤（及其他作用对象）从“母体”剥离下来并将其移运一定路程。
这也就是铲土运输机械名称的由来。
二、挖掘机械
挖掘机械包括单斗挖掘机和多斗（轮斗式）挖掘机。
单斗挖掘机又可再细分成正铲挖掘机、反铲挖掘机、抓铲（抓斗）挖掘机和捞铲（拉斗）挖掘机四种。
各种挖掘机械都安装有挖斗，挖斗上又安装着利于刺入土壤或其他作业对象的斗齿（又称斗刺）。
挖掘机械特别是正铲挖掘机和反铲挖掘机，有强劲的开挖能力，像硬土、软石之类，通常推土机都难以铲削的作业面，挖掘机却可以自如地完成挖装工作。
土壤从“母体”被挖下之后，还需移位方可完成“弃土”或“装车”工序，但这不是靠挖掘机本身整体的平面移动实现的，而是靠挖掘机自身的某些组成部分发生相互位置的变动（例如单斗正、反铲挖掘机大臂的提升、下降、回转台的回转等动作）来实现，换言之，挖掘机虽然是自行式机械（本身有行走装置和行驶动力），但在实施挖掘作业时机械并不在作业现场移动，仅在需要调整挖掘点时才作短距离移动。
这是挖掘机械与铲土运输机械作业的动作区分特征。
三、石方机械
凿岩机械及风动工具是通常所称的石方机械（也包括石料破碎及筛分设备），主要用于石方工程，其中有采石作业、石方路堑开凿，傍山半挖半填石方路基、隧道建造等公路、铁路工程。
在国民经济其他部门，例如地下固体资源开采，城建改造工程中旧建筑物的拆除等爆破工程中也需配备这类机械，凿岩机械有凿岩机和钻孔机械；
风动工具有空气压缩机。
风动凿岩机（风镐、风钻、射钉枪）和风动搬手等。
四、压实机械
公路施工机械化中，压实机械是被广泛采用的一种机械类型，在其他工程建设中压实机械也广为应用。
压实机械包括各种类型的压路机。
夯具、水泥混凝土振捣棒，压实机械的作用是使土壤或其他物体在机械的重力、冲击力或振动作用下，改变整体的结构排布，使之变成更加密实的状态，从而提高其强度和耐久性。
压实机械有的有行驶动力和行走装置，这便是自行式压实机械，压路机是典型代表；
还有的压实机械没有行走装置或没有行驶动力，例如蛙式打夯机、拖式羊足碾、拖式凸块式振动压实滚。
手持式简单的木夯。
水泥振捣棒等。
压实机械给作业对象的作用力来源于自身质量或作业时产生的冲击力，或作业时产生的振动作用（击振力）。
五、路面机械
路面机械是公路路面施工机械化的主导机械。
所谓主导机械，是指完成施工作业必备的、不可替代的机械。
由于公路路面的结构层次不同，构筑材料不同，施工机械化的各个工序所用的主导机械也不同，简述如下：
1．路面基层（稳定层）施工机械
稳定层施工机械有自行式稳定土拌和机（它是稳定层路拌法施工的主导机械）、稳定土厂拌设备、稳定土摊铺机（它们是稳定层厂拌法施工的主导机械）。
稳定上摊铺机又有自行式螺旋分料原理的摊铺机和推移式“V形分料板——犁形分料原理的摊铺机。
除此之外，如果路面基层采用碎、砾石结构时，其施工机械化中所用的主导机械则为碎砾石摊铺机。
2.沥青路面施工机械
路面面层如若采用沥青混凝土结构，其施工机械化中所用的主导机械有两类：
第一主导机械是沥青混凝土搅拌设备（通常为大型的固定安装的厂拌设备，也称沥青拌和站或沥青拌和楼）；
第二主导机械是沥青混凝土摊铺机，它是将拌制好的沥青混合料，在路面基层上摊铺成型的机械。
如上所述这两类机械是沥青混凝土路面施工机械化中不可或缺的两类主导机械。
3．水泥混凝土路面施工机械
在水泥路面施工机械化中，如前所述，混合料的拌制和运输及传力杆的制作、安装所需的机械已划归钢筋混凝土机械；
而水泥混凝土摊铺作业，是由滑模式水泥混凝土摊铺机或由轨道式水泥混凝土摊铺机完成的，它们是水泥路面机械化施工的主导机械。
六、工程起重机械
顾名思义，它是在工程建设中，以起吊重物为作业内容的机械。
工程起重机械有自行式、移动式和固定安装式三种。
起重机械起吊重物使之移动位置（平面位置和空间高度的变化）也仅仅依靠起重机机械自身的某些组成部分发生相互位置的变动来实现，与挖掘机械的挖掘作业颇有相似之处。
七、桩工机械
桩工机械是以打桩为目的专用机械。
房屋建筑行业中，为了建造符合承载能力的基础，应用桩工机械将桩打入地下，借助沉桩与所接触土壤的摩擦力，承托地上建筑物，公路、铁路的桥涵工程，有时为了建造水泥混凝土基础也需用桩工机械。
八、钢筋混凝土机械
钢筋混凝土机械包括钢筋加工及安装机械，水泥混凝土拌制、运送和灌注机械。
这类机械与设备，在房屋建筑行业应用较为普遍；
在公路施工机械化中也会采用，例如修建水泥混凝土路面时，用于拌制和运输水泥混合料、架设传力打等。
但是，从机械分类的观点看，水泥混凝土路面施工机械化中所用的水泥混凝土摊铺机（滑模摊铺机和轨道式摊铺机）并未列入钢筋混凝土机械的范围、而划入到路面机械。
九、工程运输车辆
工程运输车辆是以运送工程材料和工程设备为服务对象的运输车辆，这类车辆常为轮式车辆，有较强的道路通过能力（机动性、越野性和运动速度）。
工程运输车辆有如下几种。
①大型平板拖拉车
主要运送大型或大宗工程材料和工程机械设备…
②倾翻式运输车
主要运送工程建筑材料，这种车辆有自卸能力，靠车斗的倾翻（后倾或侧倾）可将车厢的物料自行卸出。
③粉料运输车
粉料运输车以运送粉状物料（水泥粉或粉石灰）为服务对象。
这种运输车辆本身配备粉料抽送泵，能将粉料抽入料箱或从料箱将粉料泵迭出去。
沥青和水泥混合料运输车
沥青作为公路建筑材料，其运量是很大的，而沥青的流动性又是直接受温度影响的。
因此沥青运输罐车通常有良好的保湿能力，且罐内设有加温装置。
沥青运输罐车自身配备沥青泵。
水泥混合料运输车又称水泥运输拌和车。
这种车的装料罐呈纺锤状，安装在汽车底盘上。
由于运送的是水泥混合料，为了防止混合料在运送过程中发生离析，运输途中料罐不停地低速转动，该种运输车也配有自动卸料机构。
⑤洒水车和沥青洒布车
这两种车辆是液体运输、洒布车辆，都有贮罐和喷洒装置。
不同之处在于：
沥青洒布车的罐内安装了加热装置，而洒水车则不需要；
另外它们都安装有液体泵送装置。
沥青洒布车安装的是沥青泵，而洒水车安装的则是普通的水泵。
1.1.5工程机械的基本组成
（1）动力装置它是机械动力的来源。
建筑机械常用的动力装置有电动机、内燃机等。
建筑机械所用的电动机、内燃机等都是由专门工厂生产的标准化、系列化产品，不需自行设
计。
只要根据建筑机械的设计要求成牛产需要，从有关设计手册中选用标准型号，外购即
可。
它是任何机器不可少的核心部分。
（2）传动装置是用来传递运动和动力的装置。
它分为机械式、液压式、液力机械式及
电动式等多种形式。
它不但可传递运动和动力，还可以变换运动的形式（如将旋转运动变为
直线运动或摆动等）和方向（正、反向转动和往复宣线运动等）。
（3）工作装置这是建筑机械中直接完成生产任务的部件。
如卷扬机的卷筒、起重机
的吊钩、装载机的铲斗等。
对它的要求是高效、多功能、适合于多种工作条件。
例如，挖掘机已发展到可换装数十种工作装置，除正、反铲外，尚可更换供起重、铲运、平地、推土、装载、钻孔、振捣、松土、高空作业架、集材叉、冲击机具等作业需要的工作装置。
（4）信号及操纵控制装置是提供信号和操纵、控制机械运转的部分。
（5）机架将上述的各部分连成一体，并使之互相保持确定相对位置的基础部分。
1.2工程机械的动力装置
除简易的手动机械如手动卷扬机、手动千斤顶、手动葫芦、手动弯盘机和手动喷洒机等
没有动力装置外，一般建筑机械都设有动力装置来代替繁重的体力劳动。
这种动力装置称
为原动机，常用的有如下几种：
（1）电动机在建筑机械中应用最广。
它由电网取电，启动与停机方便，工作效率高，
体积小、自重轻。
当电源能稳定供应，建筑机械工作地点比较固定时，普遍选用电动机作动
力。
电动机是定型产品，查找有关的机电产品目录，可按需要选用。
（2）内燃机工作效率高、体积小、重量轻、发动较快。
常在大、中、小型机械上作动力装置。
它只要有足够的燃油，就不受其他动力能源的限制。
这一突出优点，使它广泛应用于需要经常作大范围、长距离行走的或无电源供应的建筑机械。
（3）空气压缩机它结构简单可靠、工作迅速、操作管理方便，常为中小型建筑机械作动力装置，如风动磨光机、风动凿岩机等。
（4）蒸汽机它是发展最早的动力装置，虽设备庞大笨重、工作效率不高，又需特设锅炉，但其工作耐久、燃料低廉，并有可逆性．可在超载下工作，所以在个别建筑机械中还在用作动力装置，如大功率的蒸汽打桩机。
建筑机械除单独采用以上动力装置外，还可采用混合的动力装置，使驱动方便灵活。
例如柴油机、发电机和电动机的联合装置，由柴油机驱动发电机发电，再供给本机械上的各个电动机使用，大型挖掘机多采用这种混合动力装置。
1.3建筑机械的传动装置
1.3.1传动装置的定义
图1—1所示为卷扬机的传动示意图。
电动机通过输出轴驱动传动装置，经胶带传动及减速器减速输出动力，再通过联轴器使工作装置中的卷筒回转，从而使缠绕于滚筒上的钢丝绳作升降重物的动作而作功。
由上可见，传动装置的任务主要是在动力装置与工作装置之间承扭着协调的作用，它是将动力装置的机械能传递给工作装置的中间装置，是建筑机械的重要组成部分。
因此，对它的合理设计和选用是机械设计工作中的一项关键课题，也是本课程的主要内容之一。
1．3．2传动装置的作用
（1）减速与增速由于工作装置所要求的速度与动力装置的速度不相符合，常需设置增速或减速的传动装置使之协调。
如图l—l所示卷扬机，电动机施出轴的转速为450r／Mn，而滚筒的转速为30r／Wn，故须设置减速传动装置以满足工作装置（滚筒）的需要。
（2）变速许多工作装置的转速需要按工作要求进行调整。
若以调节动力装置的速度来实现往往是复杂而不经济的．有时是不可能的，而采用传动装置来实现变速却较简便。
（3）改变运动形式动力装置输出轴一般都是以等速回转运动形式输出机械能，而工作装置要求的运动形式却是多种多样的，如直线运动、回转运动、间歇运动等形式。
两者的不同运动形式的转换是依靠传动装置来实现的。
（4）动力与运动的传递与分配有的需要以一个或多个传动装置驱动若干个相同或不相同速度的工作机构。
此时传动装置不仅起传递动力和运动的作用，还起分配或汇集动力和运动的作用。
1．3．4初选传动类型的基本原则
（1）尽量简化和缩短传动系统。
在满足机械使用要求的前提下，机械的传动系统腋尽量简短。
传动零件和其他零件的数量越少越好，这样可降低能量耗损及制造和安装的累积误差，并有利于提高机械的传动效率和运动精度。
为此，常采用传动比大的传动形式（如蜗杆传动、行星轮系传动及螺旋传动等）。
但是传动比大的传动形式往往效率较低。
（2）多级传动时要合理布置传动顺序。
在机械传动中，一般带传动（或摩擦传动）承载能力较小，传递相同扭矩时，结构尺寸较其他传动形式大。
但其运动较平衡，能缓冲减振，因此带传动应尽量布置在高速级。
链传动的瞬时传动比不准确．高速下易产生冲击，振动和噪声等，故应布置于低速级，并可在较高温度下工作。
蜗杆传动可以有较大的传动比，传动乎稳但效率低；
适用于中、小功率及间歇运动的场合。
当其与齿轮传动同时应用时，最好布置于高速级。
（3）单件生产的低速、小功率机械，其传动应尽可能采用标准零、部件，缩短加工周期，而且可更好地保证质量，降低成本。
（4）工作环境恶劣时，应视具体情况选用。
如带传动因会摩擦起电，不宜在易燃易爆的工作场所采用。
气压传动则可用于多尘、南湿、湿度较高的工作环境。
（5）寿命要求方面，各种传动在保证精度和润滑的情况下，以轮传动的寿命最高，而链传动和摩擦传动的寿命较短。
液压和气压传动的密封件寿命较短，需定期更换。
（6）载荷、扔短大，有冲击、振动的建筑机械，或有变速、变换运动形式的工作装置，应考虑采用液压传动。
如混凝土搅拌运输车的搅拌筒．受力大旦有冲击振动负荷，又有变速和变换运动方向等特点，在传动类型选择时，优先选用了液压传动闭式系统，实践证明它使传动系统大大简化，故障率降低，较好地满足了搅拌运输车工作特点的要求》
（7）合理分配传动比，各级传动比宜在其常用范围内选取，以保证符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑。
（8）对生产批量较大的机械，选传动形式时，应对工艺性、经济性、可行性、可靠性等问题，借助电子计算机辅助设计、最优化设计方法等对各种传动方案作精确的比较．以寻求最佳的传动方式。
1.4机械制造的常用材料
1.4.1常用的金属材料
常用的金属材料是钢和铸铁，其次是某些有色金属及其合金。
钢和铸铁是铁、碳合金。
含碳量小于2％者为钢；
大于2％者为铸铁。
黑色金属以外的金属统称为有色金属。
1．钢
钢具有良好的机械性能（即强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等），还可以经过热处理进一步改善其机械性能和工艺性能（即铸造、锻造、焊接、切削及热处理等性能）。
工业用钢品种繁多，常按其品质、用途、化学成分等特点进行分类。
钢的品质优劣是按残存于钢中的有害元素硫、磷的含量高低来鉴别的。
钢的机械性能与其含碳量高低有关。
一般来说，钢中含碳量愈高，钢的硬度、强度上升；
韧性、塑性下降，按钢中含碳量高低又分为低碳钢（含碳量＜o．25％＝、中碳钢（含碳量在0．25％~0.6％）、高碳钢（含碳量＞0．6％）。
以下仅介绍建筑机械的零部件常用的钢：
（1）普通碳素钢，分为甲（A）、乙（B）、特（C）三类。
甲类钢按机械性能供应。
按其含碳量高低分为7级，1级含碳量最低，逐级升高。
钢的强度也相应增加而塑性降低。
它用于制造不重要的机械零件和建筑、桥梁的结构件，其中Q215、Q235、Q275最为常用。
乙类钢是按化学成分供应，它也有7种钢号，用B1~B7表示，钢号愈大含碳量愈高。
特种钢既能按机械性能又能按化学成分供应。
（2）优质碳素钢。
它有害杂质硫、磷含量较小，机械性能优于普通碳素钢。
广泛用于制造较重要的机械零件，使用时需要进行热处理。
“45号”优质碳素钢（平均含碳量为0．45％）常选作轴、键、活塞销等重要零件的材料。
按钢中含锰量不同，又可分为普通含锰量和较高含锰量两种优质碳素钢。
（3）普通低合金钢，即在普通碳素钢中加入少量合金元素（如A1、B，Cr、Mn等），其合金元素的总量≤5％，以改善钢的综合性能，或使钢具有某种特殊性能。
由于其强度比同等含碳量的普通碳素钢高得多．常可代替普通碳素钢作大型厂房、公共建筑、桥梁、船舶、车辆等大型钢结构以及大型建筑机械的构件、零件的材料。
（4）优质合金钢。
合金元素总含量＞5％~10％者称中合金钢：
合金元素总含量＞10％者称高合金钢。
由于高含量合金元素的加入，使其更具有耐磨、不锈、耐酸、耐碱、耐油脂、耐热、耐腐蚀等特殊性能。
经过热处理后，可用作制造弹簧、轴承、轴等重要零件。
（5）铸钢它是将钢水浇注到铸模中，形成具有一定形状和尺寸的毛坯材料。
主要用于制造一些形状复杂、体积较大，难以进行锻造和切削加工而又要求强度和韧性较高的零件。
它的编号方法，采用相应的钢号前冠以ZG符号．如ZG45、ZG40Mn2等。
2．铸铁
与钢相比，铸铁的机械性能较差，性脆不能辗压或锻造。
但铸造、切削性能好，可铸成形状复杂的零件。
此外，其抗压强度较高，减振性、耐磨性好，成本低廉，因而在建筑机械制造中应用甚广。
常用的铸铁有：
（1）灰铸铁断口呈灰色，应用极其广泛。
（2）球墨铸铁以铸铁中的石墨球状化而得名。
耐磨性、减振性也优于铸钢，且价廉。
3．有色金属及其合金
铝、镁、铜、锡、铅、锌等及其合金统称为有色金属。
有色金属由于具有某些特殊性质，因而成为现代工业技术中不可缺少的材料之一。
在机械制造中多采用有色金属的合金材料，常用的有铜合金、铝合金、铸造轴承合金等。
4.高分子材料
高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。
它具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐
腐蚀性，很好的绝缘性，以及重量轻等优良性能，在工程上是发展最快的一类新型材料。
高分子材料种类很多，工程上根据机械性能和使用状况将其分为三大类：
（1）塑料主要是指强度、韧性和耐磨性较好的可制造某些机械零件或构件的工程塑料，它分热塑性塑料和热固性塑料两种。
（2）橡胶通常指经硫化处理，弹性特别优良的聚合物，有通用橡胶和特种橡胶两种。
（3）合成纤维指由单体聚合，强度很高的聚合物，通过机械处理所获得的纤维材料。
5.复合材料
所谓复合材料，是由两种或更多种物理和化学性质不同的物质由人工制成的一种多相固体材料。
实际上它存在于自然界中，有的已被广泛应用。
例如，木材就是纤维素和木质素的复合物；
钢筋混凝土则是钢筋与砂、石、水泥和水经人工复合的材料等等。
由于它能集中组成材料的优点，并能实行最佳结构设计，所以具有许多优越的持性：
（1）比强度和比刚度高复合想料的这两项指标是各类材料中最高的。
见表l—2。
（2）抗疲劳性能好如复合材料的碳纤维增强树脂的疲劳强度为拉伸强度的70％一80％。
（3）减振能力强构件的自振频率与结构有关，并且同材料弹性模量与密度之比（即比模量）的平方根成正比。
复合材料的比模量大，所以它的自振频率很高，在一般加大速度和频率的情况下，不容易发生共振而快速脆断。
（4）高温性能好增强纤维多有较高的弹性模量，因而常有较高的熔点和较高的高温强度。
铝在400一500℃以后完全丧失强度，但用连续硼纤维或氧化硅纤维增强的铝复合材料，在这样温度下仍有较高的强度。
用钨纤维增强钻、镍或它们的合金时，可把这些金属的使用温度提高到1000℃以上。
此外，复合材料的热稳定性也很好。
（5）断裂安全性高增强纤维每平方厘米截面上有成千上万根隔离的细纤维，当其受力时，将处于力学上的静不定状态，过载会使其中部分纤维断裂，但它能随即迅速进行应力的重新分配，而由未断纤维将载荷承担起来，不致造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，所以工作的安全性高。
复合材料除有上述特性外，其减摩性，耐蚀性以及工艺性均较好。
但因它是各向异性材料，横向拉伸强度和层间
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