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 государ
ственный 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 кра
нов 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 составным элементом гибкого автоматизированного производства. Поэтому 
подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных факторов, определяющих эффективность 
производства. Правильный выбор подъемно-транспортного оборудования влияет на нормальную работу и высокую продуктивность производства.

Проектирование грузоподъемных машин основывается на прак
тике ранее выполнявшихся графических и расчетных работ по инженерной графике, начертательной геометрии, теории механизмов и машин, деталям машин и призвано выработать навыки проектирования 
машины в целом и тем самым закончить общеинженерную подготовку будущего специалиста.

Проект по ГПМ, так же как и все другие проекты, должен выпол
няться в соответствии с требованиями и указаниями ЕСКД. Согласно стандартам ЕСКД существуют следующие виды изделий: детали, 
сборочные единицы, комплексы, комплекты. Определены также раз

Введение

личные виды конструкторских документов графического и текстового типа: чертеж детали, сборочный чертеж, чертеж общего вида, 
спецификация, пояснительная записка, технические условия, расчеты и др., а также стадии их разработки — техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, разработка рабочей документации и этапы их выполнения.

В ходе проектирования в большинстве случаев приходится работать 

с деталями и сборочными единицами той или иной сложности. Комплект 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 составлении кинематических и структурных схем механизма. Методика 
выполнения технического проекта осваивается при разработке чертежей сложных сборочных единиц, выполнении проверочных расчетов, техническом описании машины, определении ее важнейших 
технико-экономических показателей. Навыки разработки документации развиваются и углубляются при выполнении чертежей заданных сборочных единиц и деталей, составлении спецификации, проведении 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 проектируемой машины — 1 лист; сборочная единица сложного типа (например, 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 нормативно-проектных материалов

Перечень литературы и нормативнопроектных материалов

Выбор прототипа конструкции.
Составление кинематических схем механизмов

Кинематические 
схемы механизмов

Эскизное проектирование, ГОСТ 2.119–73

Предварительное определение основных параметров унифицированных изделий (крюковых подвесок, канатов, 
двигателей, редукторов, муфт, тормозов, колесных установок и др.), входящих в состав механизмов, и их выбор.
Предварительное определение основных параметров сборочных единиц, 
не являющихся унифицированными 
(барабанов, верхних блоков, уравнительного балансира, специальной подвески и др.), входящих в состав механизмов

Предварительные 
расчеты

Компонование нескольких вариантов механизмов с привязкой их к опорной металлоконструкции. Выбор рационального варианта

Варианты компонования и их обоснование

 

Введение

Окончание табл. В1

Стадии
разработки,
ГОСТ 

2.103–68

Перечень основных работ
Форма отчетности

Техническое проектирование

Проверочные расчеты механизмов (проверка 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 
располо
жения приборов 
безопасности

Разработка рабочей конструк
торской документации

Составление спецификаций на сборочные 
чертежи тележки, механизмов и более мелких 
сборочных единиц.
Вычерчивание сборочных чертежей и чертежей деталей.
Оформление 
расчетно-пояснительной 
за
писки (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 нормоконтролером спецификации, 
сбороч
ные 
чертежи, 

чертежи деталей 
и РПЗ

 

Основным конструкторским документом для сборочных еди
ниц, 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 меха
низмов в целом или отдельных элементов [1]. Предельными называют 
состояния, обусловленные требованиями безопасности или недопущением 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 разрушени
ем 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 возник
новением 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 усредненные 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 момент), учитываемая в расчете на сопротивление усталости по расчет