Кран, также известный как мостовой кран или мостовой кран, представляет собой тип машины, используемой для подъема грузов. Краны обычно оснащены намоточным устройством (также называемым канатным барабаном), стальными канатами или цепями и шкивами, которые можно использовать как для подъема и опускания материалов, так и для их горизонтального перемещения. Он использует одну или несколько простых машин, таких как подъемник, для создания механического преимущества и, таким образом, перемещения грузов, превышающих обычные возможности человека. Краны обычно используются в транспортной отрасли для погрузки и разгрузки грузов, в строительной отрасли для перемещения материалов и в обрабатывающей промышленности для сборки тяжелого оборудования.
Первые строительные краны были изобретены древними греками и приводились в движение людьми или вьючными животными, например ослами. Эти краны использовались для строительства высотных зданий. Позже были разработаны краны большего размера, в которых использовались колеса с человеческими гусеницами, что позволяло поднимать более тяжелые веса. В эпоху Высокого Средневековья для погрузки и разгрузки кораблей и помощи в их строительстве были введены портовые краны – некоторые из них были встроены в каменные башни для дополнительной прочности и устойчивости. Самые ранние краны были построены из дерева, но с приходом промышленной революции на смену пришли чугун и сталь.
На протяжении многих столетий электроэнергия обеспечивалась за счет физического напряжения людей или животных, хотя подъемники водяных и ветряных мельниц могли приводиться в движение за счет использования природной энергии. Первую «механическую» мощность обеспечивали паровые двигатели, самый ранний паровой кран был представлен в 18 или 19 веке, многие из которых использовались вплоть до конца 20 века. В современных кранах обычно используются двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели и гидравлические системы, чтобы обеспечить гораздо большую грузоподъемность, чем это было возможно ранее, хотя ручные краны по-прежнему используются там, где подача энергии была бы нерентабельной.
Краны существуют в огромном разнообразии форм, каждая из которых предназначена для конкретного использования. Размеры варьируются от самых маленьких консольных кранов, используемых внутри мастерских, до самых высоких башенных кранов, используемых для строительства высоких зданий. В течение некоторого времени мини-краны также используются при строительстве высоких зданий, чтобы облегчить строительство в труднодоступных местах. Наконец, мы можем найти более крупные плавучие краны, которые обычно используются для строительства нефтяных вышек и спасения затонувших кораблей.
При проектировании кранов необходимо учитывать три основных фактора. Во-первых, кран должен быть способен поднять вес груза; во-вторых, кран не должен опрокинуться; в-третьих, кран не должен разорваться.
Краны иллюстрируют использование одной или нескольких простых машин для создания механического преимущества:
•Рычаг:
Балансовый кран содержит горизонтальную балку, вращающуюся вокруг точки, называемой точкой опоры. Принцип рычага позволяет поднимать тяжелый груз, прикрепленный к более короткому концу балки, с помощью меньшей силы, приложенной в направлении, противоположном более длинному концу балки. Отношение веса груза к приложенной силе равно отношению длин более длинного плеча и более короткого плеча и называется механическим преимуществом.
• Шкив:
Стреловой кран содержит наклонную стойку, поддерживающую фиксированный полиспаст. Кабели несколько раз обертываются вокруг неподвижного блока и вокруг другого блока, прикрепленного к нагрузке. Когда свободный конец троса натягивается вручную или с помощью намоточной машины, система шкивов передает на нагрузку силу, равную приложенной силе, умноженной на количество длин троса, проходящего между двумя блоками. Это число и есть механическое преимущество.
• Гидравлический цилиндр:
Его можно использовать непосредственно для подъема груза или косвенно для перемещения стрелы или балки, на которой установлено другое подъемное устройство.
Краны, как и все машины, подчиняются принципу сохранения энергии. Это означает, что энергия, передаваемая в нагрузку, не может превышать энергию, вложенную в машину. Например, если шкивная система умножает приложенную силу в десять раз, то нагрузка перемещается только на одну десятую от приложенной силы. Поскольку энергия пропорциональна силе, умноженной на расстояние, выходная энергия остается примерно равной входной энергии (на практике немного меньше, потому что некоторая энергия теряется из-за трения и других неэффективностей).
Тот же принцип может действовать и наоборот. В случае возникновения какой-либо проблемы сочетание большой нагрузки и большой высоты может разогнать небольшие объекты до огромной скорости. Такие снаряды могут нанести серьезный ущерб близлежащим строениям и людям. Краны также могут попадать в цепные реакции; разрыв одного крана, в свою очередь, может вывести из строя соседние краны. За журавлями нужно внимательно следить.
