クレーンは橋形クレーンまたは天井クレーンとも呼ばれ、吊り上げに使用される機械の一種です。クレーンには通常、巻取り機 (ワイヤ ロープ ドラムとも呼ばれる)、ワイヤ ロープまたはチェーンとシーブが装備されており、資材の昇降と水平移動の両方に使用できます。ホイストなどの 1 つまたは複数の単純な機械を使用して機械的な利点を生み出し、人間の通常の能力を超えて荷物を移動します。クレーンは、輸送業界では貨物の積み降ろしに、建設業界では材料の移動に、製造業界では重機の組み立てに一般的に使用されています。
最初の建設用クレーンは古代ギリシャ人によって発明され、人間やロバなどの荷役動物によって動力を与えられました。これらのクレーンは高層ビルの建設に使用されました。その後、人間の足踏みホイールを使用してより大きなクレーンが開発され、より重い重量を持ち上げることが可能になりました。中世盛期には、船の積み降ろしや建造を支援するために港湾クレーンが導入されました。強度と安定性を高めるために石の塔に組み込まれたクレーンもありました。初期のクレーンは木製で作られていましたが、産業革命の到来とともに鋳鉄と鋼が主流になりました。
水車や風車のホイストは自然の力を利用して駆動することができましたが、何世紀にもわたって電力は人間や動物の肉体的な運動によって供給されてきました。最初の「機械的」動力は蒸気エンジンによって提供され、最も初期の蒸気クレーンは 18 世紀または 19 世紀に導入され、多くは 20 世紀後半まで使用され続けました。現在のクレーンは通常、内燃エンジン、電気モーター、および油圧システムを使用して、以前よりもはるかに優れた吊り上げ能力を提供しますが、動力の供給が不経済な場合には手動クレーンが依然として使用されています。
クレーンにはさまざまな形式があり、それぞれが特定の用途に合わせて調整されています。サイズは、作業場内で使用される最小のジブ クレーンから、高層ビルの建設に使用される最も高いタワー クレーンまで多岐にわたります。しばらくの間、ミニクレーンは、狭いスペースに到達して建設を容易にするために、高層ビルの建設にも使用されます。最後に、石油掘削装置の建設や沈没船の引き揚げに一般的に使用される、より大型の浮遊クレーンを見つけることができます。
クレーンの設計には 3 つの主要な考慮事項があります。まず、クレーンは荷物の重量を持ち上げることができなければなりません。第二に、クレーンは倒れてはなりません。第三に、クレーンが破損してはなりません。
クレーンは、機械的利点を生み出すために 1 つ以上の単純な機械を使用することを示しています。
•レバー:
天秤クレーンには、支点と呼ばれる点を中心に回転する水平ビームが含まれています。てこの原理により、ビームの短い方の端に取り付けられた重い荷物を、ビームの長い方の端と反対方向に加える小さな力で持ち上げることができます。加えられる力に対する負荷の重量の比率は、長いアームと短いアームの長さの比率に等しく、メカニカルアドバンテージと呼ばれます。
• プーリー:
ジブ クレーンには、固定プーリー ブロックを支える傾斜した支柱が含まれています。ケーブルは固定ブロックに複数回巻き付けられ、負荷に取り付けられた別のブロックにも巻き付けられます。ケーブルの自由端を手または巻取り機で引っ張ると、プーリー システムは、加えられた力に 2 つのブロック間を通過するケーブルの長さの数を掛けたものに等しい力を負荷に加えます。この数字がメカニカルアドバンテージです。
• 油圧シリンダー:
これは、荷物を直接持ち上げたり、別の吊り上げ装置を搭載したジブやビームを間接的に移動したりするために使用できます。
クレーンは、他の機械と同様に、エネルギー保存の原則に従います。これは、負荷に供給されるエネルギーが機械に投入されるエネルギーを超えることができないことを意味します。たとえば、滑車システムが加えられた力を 10 倍にした場合、荷重は加えられた力の 10 分の 1 しか移動しません。エネルギーは力と距離の積に比例するため、出力エネルギーは入力エネルギーとほぼ等しく保たれます (摩擦やその他の非効率性によって一部のエネルギーが失われるため、実際にはわずかに少なくなります)。
同じ原理が逆に作用することもあります。何らかの問題が発生した場合、重い荷重と高い高さの組み合わせにより、小さな物体が驚異的な速度まで加速される可能性があります。このような発射体は、近くの建物や人に重大な損害を与える可能性があります。クレーンも連鎖反応を起こす可能性があります。 1 つのクレーンが破損すると、近くのクレーンが破壊される可能性があります。クレーンは注意深く観察する必要があります。
