Проектирование, конструирование и расчет механизмов мостовых кранов

Министерство образования и науки Российской Федерации 

Уральский федеральный университет 

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

В. П. Жегульский

О. А. Лукашук

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ

И РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ

МОСТОВЫХ КРАНОВ

Учебное пособие 

Под редакцией профессора, доктора технических наук Г. Г. Кожушко 

Рекомендовано методическим советом УрФУ для студентов,  

обучающихся по направлению подготовки бакалавриата 
«Наземные транспортно-технологические комплексы» 

Екатеринбург 

Издательство Уральского университета 

2016 

УДК 681.873.2-2(075.8)
ББК 39.922.21-02я73
          Ж46 

Рецензенты:
завкафедрой проф., д-р техн. наук Н. М. Суслов (Уральский государственный 
горный университет); 

доц., канд. техн. наук Б. Н. Абрамов (Московский государственный 

технический университет имени Н. Э. Баумана) 

Ж46

Жегульский, В. П.
Проектирование, конструирование и расчет механизмов мостовых 
кранов : учебное пособие / В. П. Жегульский, О. А. Лукашук ; 
под ред. Г. Г. Кожушко. — Екатеринбург : Изд-во Урал. 
ун-та, 2016. — 184 с.
ISBN 978-5-7996-1831-5

В пособии изложен порядок проектирования механизмов мостовых кранов 
общего назначения, приведены способы определения нагрузок, рассмотрены 
проектные и проверочные расчеты сборочных единиц механизмов. 
Подробно излагаются вопросы компонования и конструирования механизмов 
подъема и передвижения. В приложениях приведены параметры стандартных 
изделий, необходимые для проектирования.

Работа предназначена для студентов всех форм обучения направления 

23.03.02 (190100) «Наземные транспортно-технологические комплексы», 
учебные планы которых предусматривают практические занятия и выполнение 
курсового проекта по грузоподъемным машинам.

Библиогр.: 10 назв. Табл. 23. Рис. 35. Прил. 21. 

УДК 681.873.2-2(075.8)
ББК 39.922.21-02я73

ISBN  978-5-7996-1831-5
© Уральский федеральный    
     университет, 2016

Введение

Г

рузоподъемные машины (ГПМ) — высокоэффективное средство 
комплексной механизации и автоматизации подъемно-

транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Применение 
таких машин уменьшает объем использования тяжелых ручных 
операций и способствует резкому повышению производительности 
труда.

Автоматизация грузоподъемных машин позволяет включить их в по-

точную линию, а универсальность использования — сделать состав-
ным элементом гибкого автоматизированного производства. Поэтому 
подъемно-транспортное оборудование в настоящее время преврати-
лось в один из основных факторов, определяющих эффективность 
производства. Правильный выбор подъемно-транспортного оборудо-
вания влияет на нормальную работу и высокую продуктивность про-
изводства.

Проектирование грузоподъемных машин основывается на прак-

тике ранее выполнявшихся графических и расчетных работ по инже-
нерной графике, начертательной геометрии, теории механизмов и ма-
шин, деталям машин и призвано выработать навыки проектирования 
машины в целом и тем самым закончить общеинженерную подготов-
ку будущего специалиста.

Проект по ГПМ, так же как и все другие проекты, должен выпол-

няться в соответствии с требованиями и указаниями ЕСКД. Соглас-
но стандартам ЕСКД существуют следующие виды изделий: детали, 
сборочные единицы, комплексы, комплекты. Определены также раз-

Введение

личные виды конструкторских документов графического и тексто-
вого типа: чертеж детали, сборочный чертеж, чертеж общего вида, 
спецификация, пояснительная записка, технические условия, расче-
ты и др., а также стадии их разработки — техническое задание, техни-
ческое предложение, эскизный проект, разработка рабочей докумен-
тации и этапы их выполнения.

В ходе проектирования в большинстве случаев приходится работать 

с деталями и сборочными единицами той или иной сложности. Ком-
плект или комплекс встречаются очень редко.

Курсовой проект содержит в себе элементы эскизного и техниче-

ского проектирования, а также разработки рабочей документации. 
С методикой эскизного проектирования студент знакомится при 
выполнении предварительных проектировочных расчетов и состав-
лении кинематических и структурных схем механизма. Методика 
выполнения технического проекта осваивается при разработке чер-
тежей сложных сборочных единиц, выполнении проверочных рас-
четов, техническом описании машины, определении ее важнейших 
технико-экономических показателей. Навыки разработки докумен-
тации развиваются и углубляются при выполнении чертежей задан-
ных сборочных единиц и деталей, составлении спецификации, про-
ведении уточненных расчетов, составлении списка использованной 
литературы и окончательном оформлении расчетно-пояснительной 
записки (РПЗ).

Стадии основных работ, форма отчетности по курсовому проекту 

приведены в табл. В1.

Семестровый курсовой проект по грузоподъемным машинам дол-

жен содержать четыре листа чертежей формата А1, спецификации 
и расчетно-пояснительную записку общим объемом 30–50 страниц 
форматом А4.

Распределение объема графической части курсового проек-

та чаще всего бывает следующим: сборочный чертеж проектируе-
мой машины — 1 лист; сборочная единица сложного типа (напри-
мер, какой-либо механизм) — 1 лист; сборочная единица, входящая 
в состав механизма предыдущего листа, — 1 лист; четыре детали, 
входящие в состав сборочной единицы по предыдущему листу, —  
1 лист.

Введение

Таблица В1 

Стадии разработки конструкторских документов

Стадии

разработки,

ГОСТ 

2.103–68

Перечень основных работ
Форма отчетности

Разработка технического 

предложения,  

ГОСТ 2.118–73

Ознакомление с техническим заданием 
(темой проекта, исходными данными, 
объемом работ и сроками выполнения).
Подбор и изучение литературы и норма-
тивно-проектных материалов

Перечень литерату-
ры и нормативно-
проектных матери-
алов

Выбор прототипа конструкции.
Составление кинематических схем ме-
ханизмов

Кинематические 
схемы механизмов

Эскизное проектирование, ГОСТ 2.119–73

Предварительное определение основ-
ных параметров унифицированных из-
делий (крюковых подвесок, канатов, 
двигателей, редукторов, муфт, тормо-
зов, колесных установок и др.), входя-
щих в состав механизмов, и их выбор.
Предварительное определение основ-
ных параметров сборочных единиц, 
не являющихся унифицированными 
(барабанов, верхних блоков, уравни-
тельного балансира, специальной под-
вески и др.), входящих в состав меха-
низмов

Предварительные 
расчеты

Компонование нескольких вариан-
тов механизмов с привязкой их к опор-
ной металлоконструкции. Выбор рацио-
нального варианта

Варианты компо-
нования и их обо-
снование

 

Введение

Окончание табл. В1

Стадии
разра-
ботки,
ГОСТ 

2.103–68

Перечень основных работ
Форма отчетности

Техническое проектирование

Проверочные расчеты механизмов (провер-
ка длительности пускотормозных процессов, 
прочности деталей какой-либо сборочной 
единицы, запасов сцепления колес с рельсами).

Уточнение скоростей движения механизмов, 
коэффициентов полезного действия.
Конструирование и расчет на прочность какой-
либо сборочной единицы, не являющейся 
унифицированной.
Определение динамических нагрузок, действующих 
на какой-либо элемент механизма.
Разработка чертежа общего вида машины 
и составление ее технической характеристики

Проверенные руководителем 
расчеты. 
Подписанный 
руководителем 
чертеж общего 
вида машины

Расчет положений конечных выключателей, 
концевых упоров и других приборов безопасности


Схема 
расположения 
приборов 
безопасности

Разработка рабочей конструкторской 
документации

Составление спецификаций на сборочные 
чертежи тележки, механизмов и более мелких 
сборочных единиц.
Вычерчивание сборочных чертежей и чертежей 
деталей.
Оформление 
расчетно-пояснительной 
записки (
РПЗ), включающей введение; назначение 
и область применения; техническую 
характеристику; описание и обоснование выбранной 
конструкции; расчеты, подтверждающие 
работоспособность и надежность конструкции; 
ожидаемые технико-экономические 
показатели

П о д п и с а н н ы е 
руководителем 
и нормоконтро-
лером спецификации, 

сборочные 

чертежи, 

чертежи деталей 
и РПЗ

 

Основным конструкторским документом для сборочных единиц, 
комплексов и комплектов является спецификация — до- 

Введение 

кумент, полностью определяющий их состав. Сборочный чертеж 
(его обозначение) вносится в спецификацию на данное изделие и, 
следовательно, по отношению к спецификации является документом 
подчиненным.

В расчетно-пояснительной записке (РПЗ) должно быть введение 

с обоснованием принятой конструкции, технико-экономическими 
характеристиками спроектированной машины и определением коэффициента 
унификации.

Поскольку современное производство подъемно-транспортных 

машин основывается на создании блочных конструкций, состоящих 
из самостоятельных сборочных единиц (блоков), соединенных между 
собой легкоразъемными элементами, в РПЗ должны приводиться 
расчеты по выбору этих комплектующих изделий (крюковые подвески, 
тормоза, редукторы, ходовые колеса с буксами и т. д.). Кроме 
того, РПЗ должна содержать необходимые расчеты проектируемых деталей — 
верхних блоков, уравнительных балансиров, зубчатых колес 
открытых передач, барабанов и другого, а также проверочные и уточненные 
расчеты.

1. Общие положения расчетов

Р

асчеты элементов механизмов выполняются в следующих случаях 
работы крана: 1) кран в рабочем состоянии без учета ветровой 

нагрузки; 2) кран в рабочем состоянии с учетом ветровой нагрузки; 3) 
кран в рабочем состоянии с учетом особых нагрузок. В первом и втором 
случаях учитывают срок службы механизмов до списания крана 
или срок службы до капитального ремонта при нормальной эксплуатации. 
От указанных расчетных вариантов зависит выбор расчетных 
схем и условий нагружения механизмов, выбор расчетных нагрузок, 
а также виды предельных состояний и других показателей, определяющих 
несущую способность и работоспособность крановых механизмов.

В расчетах рассматривают предельные состояния крановых механизмов 
в целом или отдельных элементов [1]. Предельными называют 
состояния, обусловленные требованиями безопасности или недопу-
щением снижения работоспособности (эффективности), при которых 
практически невозможна их дальнейшая эксплуатация. Наступление 
предельного состояния соответствует временному или постоянному 
отказу крана в целом или его элементов. Отказы могут наступить внезапно 
или постепенно. Рассматривают две группы предельных состояний: 
первая — по исчерпании элементом механизма несущей способности; 
вторая — по достижении условий, нарушающих нормальную 
эксплуатацию.

Предельные состояния первой группы характеризуются разрушением 
элемента или соединения, которое может быть вязким, хрупким или 
усталостным (проводят расчеты на прочность и сопротивление усталости); 
достижением состояния, при котором дальнейшее увеличение 

1.1. Расчетные нагрузки

нагрузок приводит к переходу конструкции или ее элемента в изменяемую 
систему вследствие потери устойчивости формы или достижения 
напряжения предела текучести в каких-либо точках сечения элемента (
проводят расчеты на устойчивость).

Предельные состояния второй группы характеризуются возникновением 
деформаций и перемещений элементов механизма, пре-
пятствующих их нормальной эксплуатации (выполняют расчеты деформаций); 
действием колебаний, нарушающих нормальную работу 
механизма (выполняют расчеты частот и амплитуд колебаний); нарушением 
сцепления приводных колес с рельсами (определяют запас 
сцепления) и т. п.

1.1. Расчетные нагрузки

По значению (уровню) различают нормативные и эквивалентные 

нагрузки. Нормативными считают максимальные нагрузки. Эквивалентной 
называется нагрузка постоянного значения, действие которой 
за расчетное число циклов (или время нагружения) вызывает такие 
же повреждения элемента, что и фактически действующий спектр 
нагрузок.

Эквивалентные (равноценные) нагрузки определяют с помощью 

графиков загрузки механизмов во времени, которые строятся с учетом 
действительных режимов работы механизмов. Достаточно точные 
графики загрузки могут быть построены лишь для кранов, совершающих 
определенные операции в определенной последовательности 
и при определенной загрузке механизмов в разные периоды времени. 
Поэтому при расчете кранов общего назначения, планируемых для работы 
в различных условиях эксплуатации, обычно принимают усред-
ненные графики использования механизмов по грузоподъемности, 
построенные в результате опыта эксплуатации кранов и отражающие 
статистику наблюдений за их работой.

Эквивалентная нагрузка 

 
GЭКВ = kДGMAX, 

или  
MЭКВ = kДMMAX, 

где GMAX и MMAX — максимальная расчетная нагрузка (сила или мо-
мент), учитываемая в расчете на сопротивление усталости по расчет-