Захоплення) стали робити металевими. У 20-х роках. ХІХ століття з'явилися перші суцільнометалеві підйомні крани, спочатку з ручним, а в 30-ті рр. ХХ ст. - З механічним приводом. Перший паровий стаціонарний кран був запатентований в 1827 р.
Робочий цикл
Робочий цикл крана складається з трьох етапів:
- захоплення вантажу;
- робочий хід (переміщення вантажу, розвантаження);
- холостий хід (повернення вантажопідйомного механізму у вихідне положення).
Робочий і холостий хід на діаграмах руху мають також три характерні ділянки: розгін, рух і гальмування. Причому дуже важливе значення мають ділянки розгону та гальмування, оскільки саме в ці моменти і виникають динамічні навантаження.
Конструкція підйомного крана
Конструкція підйомного крана включає:
- металоконструкцію, що становить основу крана. По суті, все, що ми бачимо в крані, відноситься до металоконструкції - прольоти, опори, стріли і т. д. Металоконструкції бувають коробчастого (на більшості автокранів і мостових кранів) і гратчастого перерізу (в основному баштові крани). Залежно від цього змінюються умови експлуатації та нагляду, спосіб виробництва та розрахунки при проектуванні. у кожного з цих видів є як плюси, і мінуси. Застосування конкретного типу вибирається відповідно до технічних, технологічних та інших вимог. Слід зазначити, що в принципі ці два види взаємозамінні, але слід оцінювати і адекватність їх застосування до умов експлуатації та завдань.
- механізм підйому вантажу, що складається з гнучкого підйомного органу (сталевого каната або ланцюга), вантажозахоплювального пристрою (гак, петля, грейфер і т. д.) та вантажної лебідки. Для забезпечення безпеки у роботі вантажопідйомний механізм оснащується різними обмежувачами (вантажопідйомності, вантажного моменту, ходу вантажозахоплювального органу);
- вантажозахоплювальний орган, може бути не автоматичної дії (гак, петля) або автоматичної дії (електромагніт, пневматичний присос, спредер та ін.).
Також підйомний кран може бути оснащений механізмами пересування вантажного візка, зміни вильоту стріли, обертання несучого елемента навколо опори і т. д. Крани-штабелери оснащуються механізмом обертання колони. Усі без винятку крани, зареєстровані в Ростехнагляді, забезпечуються обмежувачами вантажопідйомності або вантажного моменту, які також можуть мати роботоміри для збору інформації про вантажі, що піднімаються.
Класифікація підйомних кранів
Спочатку слід зазначити, що наведена класифікація не може відображати повноцінно всі існуючі види кранів, так як багато хто знаходиться на межах представлених пунктів, або ж поєднують їх.
За конструкцією
Вантажопідйомні крани по конструкції можна поділити на такі основні типи:
Стрілові крани Вантажозахоплювальний орган підвішений до стріли або візка, що переміщається по стрілі. До них відносяться баштові, портальні, напівпортальні, стрілові крани та ін. Крани мостового типу Несуча конструкція має вигляд моста з візком або електроталлю, що пересувається по ній. До них відносяться мостові, козлові, напівкозлові, консольні крани, мостові перевантажувачі та ін.
Крани штабелери Вантажопідйомні крани, обладнані вертикальною колоною з пристроєм для штабелювання вантажів, що переміщається по ній.
Кран стаціонарний нерухомо закріплений на підставі, немає можливості переміщення.
Кран радіальний має можливість переміщення кільцевим шляхом щодо стаціонарної опори. Радіальні крани використовуються на складах круглої чи секторної форми.
Кран переставний закріплений на основі та має можливість переміщення за допомогою вантажопідйомних машин або вручну.Кран самопідйомний використовується для будівництва. Встановлюється на конструкціях будівлі, що будується. У міру зведення споруди кран піднімається нагору за допомогою спеціальних механізмів.
Кран баштовий кран, що швидко монтується, монтується на об'єкті за допомогою власних механізмів, без верхолазних робіт і з оперативним часом монтажу не більше 30 хв.
Кран пересувний має можливість пересування.
Види пересувних кранів: Самохідний кран (має можливість пересування під час роботи та транспортування вантажу за рахунок підведення електроенергії за допомогою наступних систем: тролейний шинопровід, контактна рейка, підвісні кабельні системи, кабельний барабан із пружинним або моторним приводом, система безконтактної передачі енергії);
Причіпний кран (переміщається буксиром за допомогою причепа).
За типом вантажозахоплювального органу
Портовий кран із грефером
Крюкові крани вантажозахоплюючим органом крана є гачок. це найпростіший і старіший пристрій, який широко застосовується практично у всіх типах кранів.
Грейферні крани вантажозахоплювальним органом крана є грейфер Магнітні крани вантажозахоплювальним органом крана є електромагніт Кліщові крани вантажозахоплювальним органом крана є кліщі Контейнерні крани
Також існують крани штирьові, крани-штабелери, крани ливарні, стриперні крани, посадкові крани, колодязові крани, магнітно - грейферні крани, кувальні крани, і т. д. Вантажозахоплювальний орган вибирається в залежності від особливостей вантажу.
Конструктивні особливості
- Кран із підвішеною люлькою (Алма-ата) Кранстрілового типу
: несучий елемент стрілки. Вантажозахопний орган підвішений безпосередньо до стріли, або до вантажного візка, що переміщається по стрілі.
- Кран із підвішеною люлькою (Алма-ата) Різновиди крана стрілового типу: кран стріловий самохідний, кран портальний, кран щогловий, кран консольний, кран баштовий, кран плавучий, кран велосипедний.мостового типу
- : є різновидом підйомного крана, має конструкцію, виконану у вигляді опорного або підвісного моста. Несучі елементи спираються безпосередньо на крановий шлях. Міст (несуча балка) переміщається рейками, покладеними на стінах будівель або на естакадах поза будівлею. Різновиди крана мостового типу:
- кран мостовий опорний,
- кран мостовий підвісний,
- кран козловий,
- Кран із підвішеною люлькою (Алма-ата) полярний кран.кабельного типу
: елемент канати, що несе, закріплені на двох опорах. Вантажозахопний орган підвішений до вантажного візка, що переміщається канатами. Опори крана можуть бути стаціонарними чи пересувними.
- Галузь застосуванняКран бруківка
- До мостових кранів загального призначення відносять гакові, магнітні, грейферні та магнітно-грейферні крани.(опорний та підвісний): як вантажний візок має самохідну електричну таль (тоді називається кран-балкою) або повноцінний візок, обладнаний механізмом підйому вантажу та пересування. До особливої групи відносять металургійні мостові (ливарні, завалочні, колодязні, для «роздягання» злитків та ін.), які обладнані спеціальними вантажозахоплювальними пристроями та спеціальними механізмами для керування ними.
- Кран-штабелер(різновид мостових кранів) з вантажним візком, що має вертикальну поворотну колону, по якій переміщається вилочне захоплення, що несе пакет вантажу на піддоні і дозволяє проводити укладання та розбір пакетних штабелів. Останнім часом крани-штабелери виконують із автоматичним керуванням, що дозволяє зменшувати час обробки вантажу.
- Баштовий кран: використовується переважно при цивільному, промисловому та гідротехнічному будівництві (будівельні), а також для обслуговування відкритих стапелів та добудовних робіт у суднобудуванні, дозволяє швидко здійснювати їх монтаж та демонтаж та перевезення автотранспортом. Найпоширеніші у регіонах – КБ-403, КБ-405, КБ-408. У 2004 р. по Росії було зафіксовано у Росстаті 8 підприємств-виробників баштових кранів г/п понад 5 т
- Баштовий швидкомонтований кран: застосовується в обмежених умовах будівництва при обмеженому просторі для монтажу крана, ефективний при низькоповерховому будівництві (до 30 метрів), торгових центрів, таун-хаусів, з можливістю перемонтажу на нове місце стоянки протягом однієї робочої зміни. Використання кранів, що швидко монтуються, ефективно за рахунок низьких експлуатаційних витрат, з перевагою високоточного позиціонування вантажів горизонтальною стрілою та дистанційним радіокеруванням краном. Прикладом сучасного швидкомонтованого крана можуть бути крани виробництва San Marco international (Італія).
- Кран козловий: застосовується зазвичай обслуговування складів, головним чином штучних вантажів, контейнерів і лісових вантажів, для монтажу збірних промислових і цивільних споруд, обслуговування гідроелектростанцій і секційного монтажу в суднобудуванні. Виготовляються переважно гаковими або із спеціальними вантажозахоплювальними пристроями. Козловий кран - кран, у якого несучі елементи конструкції спираються на крановий шлях за допомогою двох опорних стійок. Козлові крани належать до категорії підйомних пристроїв мостового типу. Середній термін служби козлових кранів – приблизно 20 років без урахування режиму роботи та умов експлуатації. Напрацювання на відмову – приблизно 3 000 циклів. Вантажопідйомність козлових кранів сягає 1000т.
- Кран консольний: пристосований для механізації підйомно-транспортних робіт з підйому та переміщення вантажів у межах зони обслуговування. Залежно від модифікації, кут повороту консольно-поворотного крана може бути в діапазоні 0-360 град. Кран консольний з механізованим приводом знайшов широке застосування та успішно використовується для вантажопідйомних робіт у цехах, на складах та будівельних майданчиках при температурі навколишнього повітря від −20 до +40 °C. Кут повороту стріли крана 360 °. Швидкість підйому вантажу та переміщення талей відповідають швидкостям застосованих талей. Консольні стаціонарні крани (на колоні) призначені для виконання підйомно-транспортних робіт при обслуговуванні технологічного обладнання, вантажно-розвантажувальних робіт тощо у приміщеннях при температурі навколишнього повітря від -20 до +40 °C. Кут повороту стріли крана 270 °. Швидкість підйому вантажу та переміщення талей відповідають швидкостям застосованих талей.
- Кран маніпулятор: підйомний кран стрілового типу, встановлений на автомобільному шасі та службовець для завантаження та розвантаження цього шасі. Зазвичай встановлюється на вантажівці, що дозволяє занурювати та перевозити вантажі однією одиницею техніки.
- Залізничний кран: підйомний кран стрілового типу, що встановлюється на залізничному шасі, використовується на залізниці та великих заводах, що мають свої під'їзні залізничні колії. Поширені типи - КЖДЕ(пр-во з-д ім. 1го Травня м. Кіров); EDK заводу ім. Кірова та Об'єднання TAKRAF, м. Лейпциг, НДР (нині KRC фірми Kirow-Leipzig, Німеччина)
- Кран пневмоколісний: підйомний кран стрілового типу, встановлений на пневмоколісне шасі(тобто може пересуватися лише причеплений до іншого транспортного засобу). Поширені типи - КС-5363 (25т. Вантажопідйомність), КС-4371 (16т. Вантажопідйомність)
- Кран пневмоколісний мобільний, на спецшасі: підйомний кран стрілового типу, встановлений на пневмоколісне самохідне шасі. Найчастіше такі крани мають шасі підвищеної прохідності, з усіма, або більшістю провідних осей. Для кращої маневреності такі крани мають більше однієї, частіше за кілька керованих осей. Все це дозволяє розташувати кран максимально близько до робочої зони. Сучасні мобільні крани дозволяють операторам працювати в комфортних умовах: кабіни обладнуються кондиціонерами, зручними кріслами, за всіма маніпуляціями стежить комп'ютер, у тому числі і застерігаючи оператора від помилок. Як приклади мобільних кранів підвищеної прохідності на пневмоходу можна навести німецькі Terex AC300/6 вантажопідйомністю 300т. Цей компактний мобільний кран підвищеної прохідності має синхронізовану телескопічну стрілу та здатний пересуватися до місця роботи самостійно зі швидкістю до 85 км/год. До класу підвищеної прохідності можна віднести, наприклад, американсько-італійські Grove із серії 700, наприклад GROVE RT 700 E вантажопідйомністю 55 тонн.
Виліт телескопічної стріли таких кранів зазвичай додатково збільшується, якщо застосовується гусек. У сучасних моделях кранів жодну гідравлічну чи електричну лінію не потрібно підключати вручну – всі маніпуляції здійснюються та контролюються оператором дистанційно. - Кран гусеничний: підйомний кран стрілового типу, встановлений на гусеничному шасі (може пересуватися тільки на важкому сідельному причепі-трейлері і найчастіше в розібраному вигляді, а працювати може тільки на спеціально підготовленому майданчику, а також можуть бути баштове виконання, розсувний хід). Поширені типи - МКГ-25/МКГ-25БС/МКГ-25БР(вантажопідйомність: 5т. - гусек та 25т. - основний підйом) Челябінського Механічного Заводу або Донецького Заводу, RDK-25/RDK-250/RDK-250-2/RDK -250-3 Polar(вантажопідйомність: 5т. - гусек та 25т. - основний підйом) - виробництва заводу Zemag Zeitz/TAKRAF, НДР (знятий); RDK-400/RDK-400-1 (вантажопідйомність: 8т. - гусек та 40т. - основний підйом) - виробництва заводу Zemag Zeitz/TAKRAF, НДР (знятий); ДЕК-251/ДЕК-361/ДЕК-401/ДЕК-631А (5т.-гусек та 25т./36т/40т/63т) - виробництва Челябінського механічного заводу та крани інших серій - СКГ (до 160т), КС тощо. буд.
Нормативний документ
Основним обов'язковим нормативним документом у Росії для проектування, експлуатації та ремонту кранів є ПБ 10-382-00
Примітки
Посилання
Примітки
Wikimedia Foundation.
2010 .
Дивитись що таке "Підйомний кран" в інших словниках: Див Вантажопідйомний кран. * * * ПІДЙОМНИЙ КРАН ПІДЙОМНИЙ КРАН, вантажопідйомна машина циклічної дії з зворотно поступальним рухом вантажозахоплювального органу; служить для підйому та переміщення вантажів. Цикл… …
Енциклопедичний словникпідйомний кран - — Тематика нафтогазова промисловість EN derrickhoisting cranegin …
Довідник технічного перекладачаПідйомний кран - Підйомний кран ПІДЙОМНИЙ КРАН, дивись Вантажопідйомний кран. …
Ілюстрований енциклопедичний словник
Найважливішою характеристикою підйомного крана вважається вантажопідйомність – максимальна вага, яку він може підняти. Дані механізми відрізняються як за своєю конструкцією, так і по області застосування.
Види підйомного крана
Вирізняють кілька класифікацій підйомних кранів.
По пристрої виділяють стрілецькі, мостові, канатні крани та штаблери. Стрілецькі крани є стрілою або візком, до яких підвішений вантажозахоплювальний орган, що переміщається по стрілі. Мостовий кран має міст, з візком, що пересувається по ній. Штаблери – крани з вертикальною колоною та пристосуванням для укладання вантажів. Крани з несучими канатами мають замість моста канати, закріплені в опорах.
За типом приводу виділяють крани з двигуном внутрішнього згоряння, з гідравлічним, електричним та . Моделі із двигуном внутрішнього згоряння працюють від електричної мережі двигуна, який включений у конструкцію. У крана з електричним приводом пристрою знаходиться електродвигун постійного або змінного струму. Кран із гідравлічним приводом має низький коефіцієнт корисної дії. Моделі із ручним приводом використовуються при невеликому обсязі робіт.
За ступенем повороту бувають поворотні та неповоротні моделі. Перші мають спеціальну стрілку, яка спирається на рухому чи нерухому колону, або на поворотне коло. Такі пристрої встановлюються на рейковому або безрейковому ході. Неповоротні крани мають конструкцію прогонового типу і не забезпечують частиною, що описує повне коло
За способом установки виділяють переставний, радіальний, пересувний та причіпний кран. Перший встановлюється на підставі та може бути переміщений з місця на місце. Радіальний кран має можливість переміщення щодо однієї стаціонарної опори. Пересувний кран вільно переміщується під час роботи. Причіпний кран має механізм для пересування та переміщення у причепі за буксиром.
По виду вантажозахоплювального механізму існують гаковий, магнітний, штирьовий, грейферний, посадковий, колодязевий кран. Гаковий кран є вантажозахоплюючим органом у вигляді гака. Магнітний кран обладнано електромагнітом. Грейферний кран має грейфер (пристосування для захоплення вантажів). Штирьовий кран обладнаний захопленням для вилучення штирів з електролізерів. Кран має колону з горизонтальними кліщами в нижній частині для захоплення заготовок в піч. Криничний кран призначений для обслуговування колодязевих печей.
Призначення підйомного крана
Підйомні крани переважно використовують на різних підприємствах. Це абсолютно незамінна та корисна техніка. З його допомогою на велику висоту піднімають важкі вантажі і переміщують їх у потрібне місце. Незамінною технікою кран є при оздоблювальних та покрівельних роботах. Активно застосовується у будівництві для монтажу панельних стін та блокових фундаментів.
Крім того, крани застосовуються в портах та на складах для переміщення товарів. Жоден ливарний та механічний цех не може обійтися без мостового крана.
Найчастіше власники приватних будинків користуються саморобним підйомним краном. Це нескладні механізми, які чудово справляється із поставленими завданнями. Дані пристрої мають велику вантажопідйомність та довжину стріли 8 – 9 м. Найпростіший подібний кран складається з опор, стріли, вантажопідйомного механізму, противаги.
Підйомний кран - функціональний механізм, необхідний у багатьох місцях, де проводиться робота з важкими вантажами та матеріалами. Цей пристрій суттєво полегшує працю та заощаджує витрачений час.
Підйомні крани можна побачити на будь-якому будівництві. Саме там вони витягують свої сильні лапи. Рухливі машини, на кшталт того крана, що показаний малюнку, можуть подовжувати свою телескопічну стрілу, що приводиться у дію гідравлікою до 130 футів і легко піднімати у ньому 45 тонн будівельних вантажів.
Прибравши всередину рухливу частину стріли, такий кран робиться за розміром зі звичайною вантажівкою і просто їде далі, куди треба. Лебідковий механізм управляє тросом, що опускається зі стріли. До цього троса за допомогою гака і кріпиться вантаж. Коли лебідка починає намотувати трос, вантаж піднімається. Система багаторазових блоків та тросів між гаком та стрілою зменшує зусилля, які необхідно прикладати до лебідки, щоб піднімати вантаж.
Щоб урівноважити важкий вантаж
Коли крани піднімають важкі вантажі, вони спираються на консольні балки чи стабілізатори, щоби не перевернутися. Кожна така балка діє як точка опори важелів. З її допомогою вантаж, що піднімається, врівноважується вагою самого підйомного крана. Висувні ноги опорної балки виготовлені зі сталі, алюмінію або нейлону. Кожна нога може окремо підніматися і опускатися, поки кран не займе потрібного положення.
Зниження та зменшення стріли
Два гідравлічні циліндри керують рухом стріли. Один циліндр піднімає та опускає стрілу, а інший подовжує та вкорочує її.
Крюк, трос та блок автокрана
Блок із гаком вантажопідйомністю 20 тонн
7-прохідний блок
Спостерігаючи за краном.Бортові комп'ютери стежать за роботою крана: вагою вантажу, кутом підйому і довжиною стріли, кутом нахилу крана і в деяких моделях навіть за швидкістю вітру.
Діаграма вантажного моменту автомобільного крана
Верхня діаграма показує, що чим більше витягнута стріла в горизонтальному напрямку, тим менше навантаження може нести кран без ризику перекинутися.
З давніх-давен, ранні цивілізації, будуючи небачені навіть за сучасними масштабами шедеври зодчества, для підняття будівельних блоків могли використовувати тільки чисту м'язову силу, організаторські здібності керівників будівництва та геніальні механізми. Бачаючи таланти та можливості наших предків, починаєш відчувати благоговійний жах і не можеш повірити, що таке могла створити людина без втручання потойбічних сил. Недарма існує думка, що багато пам'яток архітектури люди будували за допомогою позаземного розуму.
Сьогодні, навіть за наявності суперсучасних підйомних машин, багато будівельних робіт з тих, що робили наші предки, нам повторити не під силу.
Звичайні сучасні крани, що використовуються в будівництві, мають вантажопідйомність до 20-30 тонн. Однак така сила техніки нашим прабатькам здалася б абсолютно недостатньою. Більшість кам'яних блоків, що використовуються при будівництві єгипетських пірамід, мали вагу лише 2-3 тонни кожен. З такою справою впорався б будь-який сучасний кран. Але каміння далеко не всі мали таку невелику вагу. Деякі брили досягали ваги 50 тонн. І в ті часи наші предки кранів не мали, вони мали лише силу тіла, духу і думки.
Наприклад, у храмі Амон-Ра в Карнаці (найбільший храмовий комплекс у Стародавньому Єгипті) на 23-метрових колонах залягають кам'яні блоки вагою від 60 до 70 т. Виникає питання: як на таку висоту, не маючи спеціальних підйомних механізмів, люди могли їх поставити?
Або взяти, наприклад, колону Траяна у Римі. Побудована з 20 блоків мармуру архітектором Аполлодором Дамаським у 113 столітті до нашої ери, колона є порожнистою всередині і має гвинтові сходи, що складаються з 185 сходинок, що ведуть на самий верх. Її габарити вражають уяву. При висоті 38 м і діаметрі 4 м, її вага становить близько 40 тонн. Тим часом її не лише змогли доставити на місце встановлення, а й підняти на таку висоту, не зашкодивши.
На колонах зруйнованого храму Юпітера в Баальбеку знаходяться кам'яні блоки вагою понад 100 тонн і піднято на висоту 19 метрів.
Сьогодні, щоб підняти вантаж вагою від 50 до 100 тонн на таку висоту, нам знадобився б найпотужніший кран, створений людиною.
Напевно, ви вже вражені, але і це не було межею можливостей архітекторів минулих століть - вони піднімали і більш важкі ваги.
У 520 році остготський король Теодоріх наказав своїм підданим на березі Адріатичного моря побудувати мавзолей, де після смерті він хотів упокоїти свою варварську душу. У єдиному вцілілому до наших днів пам'ятнику готського зодчества 10-метровий купол, що витісаний з істрійського вапняку – це цільна 300-тонна кам'яна брила.
А друга за величиною давньоєгипетська піраміда Хефрена складається з монолітних блоків вагою понад 425 тонн.
Але я спробую вразити вас ще більше, розповівши про те, як у некрополі міста Фіви з'явилися одні з найвеличніших і величезних статуй у світі – колос Мемнона.
Ці статуї зображують фараона Аменхотепа III, що сидить, – найбільшого фараона Стародавнього Єгипту, за часів правління якого держава досягла не тільки небаченого економічного розквіту, а й створення найбільших культурних пам'яток єгипетської цивілізації. Ці статуї були зроблені з блоків кварцового пісковику, здобутого з каменоломень неподалік сучасного Каїра. До місця встановлення вони пройшли шлях у 670 км по землі. І з урахуванням кам'яних платформ, на яких стоять статуї, досягають 18 метрів заввишки, а вага кожної становить приблизно 700 тонн ( зрозуміло, і досі їх ніхто не зважував, бо це неможливо. Ця вага розрахована математично).
Важко уявити, що цивілізації, технічний прогрес яких був у самому зародковому стані, могли лише власними силами зводити такі грандіозні архітектурні споруди. Можна подумати про допомогу богів або втручання зелених чоловічків. Але ж ми з вами розумні люди. Хоч як містично виглядають такі величезні будівлі минулого, їх зробили люди, і зрозуміти, як вони це зробили – досить цікаво.
Враховуючи, що сьогодні для виконання тих робіт, які робили наші предки, нам довелося б використовувати найпотужніші сучасні крани, постає питання, як вони могли піднімати такі вражаючі ваги без допомоги складних машин? Насправді ж, механізми та пристрої у їхньому розпорядженні були присутні. Але істотною відмінністю сучасних кранів від механізмів минулого є те, що наші машини приводяться в дію за допомогою енергії та палива, а машини минулого працювали виключно на людській силі.
В принципі, немає жодних вагових обмежень на предмети, які люди могли б підняти. Просто чим більше вага, тим більше людей потрібно. Не існує й обмежень у висоті, на яку цю вагу можна було б підняти, але в цьому випадку без специфічних механізмів і технічних хитромудрих хитрощів не обійтися. Головною перевагою сучасної техніки є лише швидкість підняття ваги. Але, зрозуміло, люди який завжди під час підйому тяжкості використовували лише людську силу.
Перший підйомний механізм був створений людиною понад 5000 років тому. По суті механізмом як таким його можна було назвати з натяжкою. Насправді це були технічні хитрощі, але досить успішні.
Важелі та пандуси
Найпершими технічними механізмами з підйому і переміщення вантажів, до яких стала вдаватися людина, були важелі і пандуси.
Пандус був різновидом похилої площини, за якою переміщення навіть вкрай важких вантажів ставало можливим. При пересуванні об'єкта пандусом, величина докладання необхідної сили значно знижується, і коефіцієнт механічної переваги похилої площини дорівнює довжині, розділеної на висоту підйому об'єкта. Тобто чим схил поверхні, тим легше виконати роботу з підйому вантажу.
Механічне ж перевага важеля у тому, що з допомогою довжини поперечини (важеля) потрібно менше додаток сили для пересування предмета.
Але, незважаючи на те, що використання єгиптянами пандусів та важелів давало їм можливість піднімати великі ваги на значну висоту, кількість робочої сили для виконання таких робіт залишалася значною. Наприклад, для буксирування кам'яного блоку вагою 2,5 тонни потрібно було використовувати фізичну силу близько 50 чоловіків. За оцінками істориків, для побудови однієї піраміди задіяно від 20000 до 50000 чоловік.
Народження крана - шків
Перша подібність кранів з'являється у Греції приблизно наприкінці шостого - на початку 5-го століття до нашої ери. Греки, які прагнуть створення величезних монументів і храмів, винаходять спосіб підняття вантажу з допомогою мотузки і шківа, використовуючи простий принцип - тягнути вниз завжди легше, ніж піднімати. Використання шківів незабаром призводить до того, що від використання пандусів та важелів греки повністю відмовляються і всіляко прагнуть удосконалитисистему шківів.
Протягом наступних двох століть, грецькі будівельні майданчики стають свідками різкого падіння ваги матеріалів, що використовуються в будівництві. Винахід шківа привів архітекторів до думки, що в процесі зведення більш практично використовувати багато дрібних каменів. На відміну від архаїчного періоду з його тенденцією до розмірів будівельних блоків, що постійно зростають, грецькі храми класичної епохи, стали незмінно тяжіти до використання кам'яних блоків вагою, що вже не перевищує 15-20 тонн. Крім того, від практики зведення великих монолітних колон практично відмовилися. Так що саме поява на шківа призвела до того, що стародавні будівельники перестали створювати такі незбагненні за своїми розмірами споруди.
Поступово, приблизно в 4 столітті до нашої ери, механічна перевага шківа була збільшена за рахунок поєднання кількох шківів у блоці. Наприклад, при використанні потрійного шківа людина могла підняти вже не 50 кг, а 150 кг, а при використанні блоку з п'ятьма шківами - 250 кг.
Ще одним удосконаленням, винайденим людиною для підняття вантажів, стало створення лебідки та кабестану. Обидва пристрої були винайдені в той же час, що і шків. А механічна перевага в них створювалася шляхом кругового обертання мотузки по осі барабана, що призводило до можливості піднімати вантажі у 6 разів більші, ніж здатна людина. Єдиною відмінністю між лебідкою\кабестаном і шківом було те, що перший мав горизонтальну вісь, а другий - вертикальну.
Поєднання шківа та лебідки вже було саме собою досить вражаючим механізмом. Там, де людина раніше могла впоратися лише з 50 кг, цей пристрій давав можливість піднімати до півтори тонни.
Ступальне колесо
Ще потужнішим підйомним ефектом мало ступальне колесо, що вперше згадується в літописах у 230 році до нашої ери. До другої половини 19 століття саме воно залишалося важливим елементом підйомних кранів.
Таке колесо зазвичай мало діаметр від 4 до 5 метрів, і мало кращу механічну перевагу порівняно з лебідкою або кабестаном через більший радіус колеса та маленький радіус осі. Крім того, при роботі з лебідкою і кабестаном потужність генерувалася тільки рукою і плечем людини, що у випадку зі ступальним колесом замінювалося силою, що генерується людиною, що йде або тягловою твариною. Ступальне колесо таким чином збільшувало людські можливості в 14 разів і давало можливість одній людині піднімати вагу в 3,5 з тонни. Деякі портові крани оснащувалися тоді двома ступальними колесами, в яких рухалися одночасно 4 особи, що дозволяло піднімати ваги до 14 тонн.
Але, зрозуміло, рушійна сила, подібна до людини, має теж свій запас «міцності». Щоб підняти на висоту 10 метрів вантаж вагою 7 тонн, двом чоловікам необхідно було пройти 140 метрів зі швидкістю 6 метрів за секунду. Підтримувати таку швидкість довгий час людині досить важко. Робочу силу доводилося постійно змінювати, а механізми швидко зношувалися. Цей пристрій був ефективним, але дорогим і недовговічним.
Обеліск
Незважаючи на те, що вантажопідйомність ступального колеса вражає, кам'яні блоки, з яких були збудовані будинки в Стародавньому Римі, важили так багато, що механізм ступального колеса б з ними не впорався. То як нашим предкам це вдавалося? Та в принципі так само, як ми сьогодні справляємося з подібними завданнями - шляхом об'єднання кількох підйомних механізмів.
Одним із методів, яким користувалися стародавні архітектори, була побудова гігантської підйомної вежі, що працює від багатьох кабестанов. У цьому випадку кабестанов використовували стільки, скільки було необхідно для підняття будь-якої ваги. Звісно, у процесі будівництва задіялося дуже багато покупців, безліч тяглового худоби. Про те, як відбувався подібний процес, докладно розповів у своїй книзі інженер, що живе 1000 років тому, будівельник багатьох будівель у Ватикані, Домінік Фонтану. Він розповів історію, що сталася 1586 року.
Одного разу римський папа Сікст V вирішив прибрати з арени Великого цирку у Римі величезний обеліск.
За його велінням цей обеліск слід перемістити з іподрому на площу біля щойно збудованого собору Святого Петра.
Собор Святого Петра знаходився лише за 256 метрів від іподрому, проте слід розуміти, що висота обеліска становила «лише» 41 метр, а вага його була фантастична – 350 тонн. Спочатку обеліск за допомогою величезної збудованої вежі, що працює за допомогою лебідок та кабестанов, поклали горизонтально на платформи. У цьому процесі брали участь 907 фізично сильних чоловіків, 140 коней-важковозів, 27,3-метрова дерев'яна вежа, керована 40 кабестанами, а на все підприємство з переміщення обеліска пішло більше року. Перевозили його за допомогою платформ, закріплених на роликах. А ось зведення обеліска зайняло лише 13 годин та 52 хвилини. Всі вулиці, що ведуть до площі, були заблоковані римськими солдатами, а натовпу роззяв під загрозою смерті заборонили видавати навіть найменші звуки. Команди працівникам віддавалися за допомогою бою барабанів, дзвони та сигнальних прапорців. Процес проходив дбайливо і акуратно, але раптом стало ясно, що мотузки, що підтримують обеліск, ось-ось обірвуться. Всі завмерли, боячись поворухнутися, і раптом з юрби пролунав крик: «Лійте воду на канати!». Цей крик походив від бувавого «морського вовка» - капітана судна на ім'я Доменіко Бреска. Знання морської справи підказало йому вихід із ситуації - коли канат намокає, він стягується і стає міцнішим. Саме завдяки цій пораді громіздкий обеліск без втрат вдалося встановити там, де потрібно. Папа віддячив винахідливому капітану, а обеліск і досі прикрашає площу Святого Петра.
Підйомні механізми в Середні віки
Після падіння Римської імперії, складні підйомні механізми в Європі не використовувалися більш ніж 800 років. Порівняно з часами величі римлян до нас дійшло вкрай мало інформації про технічний прогрес у галузі підйомних механізмів у ті роки. Деяку частину інформації можна отримати лише в картинах великих художників, в ілюстраціях до книг і рукописах.
Нижче, фрагмент картини "Вавилонська вежа" Пітера Брейгеля c таршого (1563 рік).
На щастя, донині дійшло кілька прикладів ступального колеса тих часів. Великі підйомні механізми були потрібні для будівництва дуже високих і конструктивно складних будівель готичних церков.
Найімовірніше, спочатку витяги встановлювалися всередині будівлі, на землі. З їхньою допомогою собори відбудовувалися, а в разі потреби згодом ремонтувалися.
А це ще один середньовічний підйомний механізм – великий поворотний кран, встановлений на вершині 157-метрового Кельнського собору у Німеччині. Кран був побудований приблизно в 1400 і демонтований тільки в 1842 році. Висота крана становила 15,7 м-коду, а довжина його стріли - 15,4 м-коду. Таким чином, його розміри практично повторювали розміри сучасних баштових кранів.
Портові крани
Прекрасними зразками технічної думки середньовічних інженерів були стаціонарні портові крани, що працюють від сили ступального колеса. Вперше подібні крани з'явилися у 13 столітті у Фландрії (Голландія), про що свідчить цей малюнок,
Німеччини та в Англії. Це були потужні споруди, оснащені не одним, а двома ступальними колесами діаметром не менше ніж 6,5 метрів. Така потужність потрібна була не стільки для підняття величезних тягарів, скільки для більшої швидкості та підняття вантажів на значну висоту. У порту цінувалася швидкість розвантаження та навантаження суден. У будівництві час робіт у відсутності настільки вирішального значення.
Портові ступальні колеса часто були увінчані дерев'яним дахом, щоб захистити механіку та робітників від дощу. Ці стаціонарні структури мали багато спільного з вітряками як зовні, так і технічно, але їх кількість по всій Європі була дуже обмежена.
Найбільш потужні портові крани були побудовані у доках Лондона у 1850-х роках. Працювали вони від двох ступальних коліс розміром до 3 метрів у радіусі, і в кожному крокувало по 3 – 4 особи.
Поворотні крани
Сучасні крани можуть повертати стрілу на всі 360 градусів, тобто кран здатний рухати вантаж не тільки вертикальною віссю, але й горизонтальною. Більшість кранів, що використовуються в середньовіччі, були здатні переміщати вантажі тільки вертикально.
Перший кран з можливістю горизонтального руху був описаний в 1550 в книзі Георгіуса Агріколи, німецького вченого, інженера, філософа та історика епохи Відродження. Проте, це був лише задум. А ось перший прототип такого механізму був створений французьким архітектором Клодом Перро лише 1666 року. Його кран мав складну систему тросів, що розмотуються за допомогою канатного барабана.
У цьому крані ступальне колесо і стріла могли повертатися на 360°, а сам досить великий за розмірами кран був здатний підняти вантаж до 1 т при радіусі повороту в 2,4 м.
Залізні крани
19 століття стало століттям важливих подій у справі вдосконалення підйомних кранів, подарувавши людству три найважливіші нововведення. Першим, і одним із найголовніших стало використання заліза як матеріалу для створення складних будівельних та підйомних механізмів. Замінивши дерев'яні конструкції, залізні крани стали сильнішими, надійнішими та ефективнішими. Перший чавунний кран був побудований в 1834 і на той час він був вершиною інженерної думки. Другим винаходом стало створення в тому ж році міцнішого, залізного троса, який прийшов на зміну мотузкам з натурального волокна, що легко рвуться. І, нарешті, в 1851 році, з появою парового двигуна це удосконалення торкнулося виробництва підйомних кранів.
Трос невдовзі став широко застосовуватися у різних галузях життєдіяльності людини, тоді як два інших нововведення входили у життя повільно і неохоче. Деревина, іноді у поєднанні із залізом, продовжувала залишатися основним матеріалом для будівництва багатьох кранів навіть на початку ХХ століття. Особливо в місцевостях, де деревини було багато, і вона була найдешевшим матеріалом. Паровий двигун також досить довго сприймався штукою дивовижною та вкрай дорогою. Аж до другої половини ХХ століття крани, керовані «вручну», залишалися популярними. Іноді це було гротескне видовище: металевий величезний кран, на якому використовуються міцні, сталеві троси і людина, яка веде цю махину в дію без допомоги двигуна. Своєрідним прикладом такої «проміжної технології» був ручний козловий кран для підняття кебів та карет
або такий кран (зберігся в Нідерландах) для переміщення човнів з суші на воду.
Баштові крани вперше почали з'являтися в Європі в першій половині 20 століття. Багато вулиць європейських міст були настільки вузькими, що часто привезти та встановити стандартний, існуючий на той момент, громіздкий кран було абсолютно неможливо. Саме це й сприяло виникненню ідеї про створення крана досить високого, потужного, але здатного не позичати багато вуличного простору. В результаті перші виробники-новатори у створенні баштових кранів з'явилися саме в Європі.
Наприклад, в 1908 році компанія Maschinenfabrik Julius Wolff & Co (Німеччина) представила першу серію баштових кранів, спеціально призначених для масового будівництва. І здобула 1913 року золоту медаль «За технічний подвиг на славу вітчизни» на Лейпцизькій виставці товарів народного господарства. Але ці баштові крани першого покоління виявилися переважно затребувані суднобудівниками, які купували та встановлювали їх на верфях та доках. Потім виробництвом баштових кранів зайнялися й інші виробники, такі як Kaiser і Potain. Вони, удосконаливши конструкцію крана, змогли його зробити зручнішим для масового будівництва. Але все одно ці крани поки були виключно важкими. Вони складно встановлювалися і довго демонтувалися, а повоєнний темп життя, що наростав, диктував швидкості.
1949 року Ганс Лібхерр зрозумів, що невеликі розміри займаної площі на землі та швидкий монтаж баштових кранів будуть саме тими факторами, які зможуть вирішити проблему зручності використання цієї техніки у будівництві. Він узявся побудувати поворотний баштовий кран із горизонтальною стрілою, закріпленою на самій вершині високої конструкції. Його кран міг підняти вантаж із землі, а потім, не опускаючи, перемістити у будь-яке місце. Іншою його особливістю було те, що кран міг транспортуватись у місце будівництва у частково розібраному вигляді, де збирав себе сам. Перший зразок такого крана – модель ТZ-10, Лібхерр представив на Франкфуртському ярмарку Німеччини восени 1949 року. Спочатку промисловість насторожено прийняла таку дивну їм конструкцію підйомної техніки, але у результаті, оцінивши всі переваги, взяла у серійне виробництво. Цілий ряд будівельних кранів на основі концепції ТZ-10 незабаром вийшли на будівельний ринок.
Уся післявоєнна Європа мала неймовірний попит на сучасну будівельну техніку. Фашизм зруйнував багато країн, міста лежали в руїнах, і суспільство вимагало від інженерів і будівельників швидкості відбудови всього, що Друга Світова знищила.
Справжній будівельний бум припав на 40-50-і роки, і саме в ці роки виробники будівельної техніки стали демонструвати не тільки новаторські підходи до її створення, а й фантазію щодо поєднання різної функції техніки в одній конструкції. Наприклад, німецька компанія Reich Baumaschinen GmbH створила баштовий кран, який був зведений як надбудова над бетонозмішувачем.
50-ті роки 20-го століття стають часом, коли у проектуванні та розробці баштових кранів з'являється низка монументальних технічних нововведень. По-перше, кілька виробників почали випускати баштові крани, що мають висувні телескопічні стріли. По-друге, будівельники все більше стали віддавати перевагу консольним стріловим конструкціям крани з маховою стрілою, що значно збільшувало висоту підйому вантажів.
А однією з вирішальних новаторських ідей став винахід підйомного механізму, висоту якого, залежно від необхідності, можна було нарощувати вставними структурними елементами. Це рішення дозволило проводити будівництво, встановлюючи кран у шахтах ліфтів будівлі.
Починаючи з 1960-х років, конструкції кранів вже зазнавали незначних, але, звичайно, важливих поліпшень. Такі як збільшення вантажного моменту, системи управління та безпеки, підвищення швидкості збирання та розбирання крана. Зрештою, до сьогоднішнього дня ми маємо знайому нам техніку, потужністю та можливостями якої можемо захоплюватися.
