Kraan

Achtergrond

Een kraan is een machine die in staat is om zware voorwerpen op te heffen en neer te laten en deze horizontaal te verplaatsen. Kranen onderscheiden zich van takels, die wel voorwerpen kunnen optillen maar niet zijwaarts kunnen bewegen. Kranen onderscheiden zich ook van transportbanden, die stortgoederen, zoals graan en kolen, in een continu proces optillen en verplaatsen. Het woord kraan is ontleend aan het feit dat deze machines een vorm hebben die lijkt op die van de lange, langhalsige vogel met dezelfde naam.

Mensen hebben sinds de oudheid een breed scala aan apparaten gebruikt om zware voorwerpen op te tillen. Een van de vroegste versies van de te ontwikkelen kraan was de shaduf, die ongeveer vierduizend jaar geleden voor het eerst werd gebruikt om water te verplaatsen in Egypte. De shaduf bestaat uit een lange, zwenkbare balk die op een verticale steun is gebalanceerd. Aan het ene uiteinde van de balk is een zwaar gewicht bevestigd en aan het andere een emmer. De gebruiker trekt de emmer naar de watertoevoer, vult deze en laat het gewicht de emmer omhoog trekken. De balk wordt vervolgens naar de gewenste positie gedraaid en de emmer wordt geleegd. De shaduf wordt nog steeds gebruikt in landelijke gebieden van Egypte en India.

Al in de eerste eeuw werden kranen gebouwd die werden aangedreven door mensen of dieren die een loopband of een groot wiel bedienden. Deze vroege kranen bestonden uit een lange houten balk, bekend als een giek, verbonden met een roterende basis. Het wiel of de loopband dreef een trommel aan, waar een touw omheen was gewikkeld. Het touw was verbonden met een katrol aan de bovenkant van de giek en met een haak die het gewicht optilde.

Een belangrijke ontwikkeling in kraanontwerp vond plaats tijdens de Middeleeuwen, toen een horizontale arm, een giek genaamd, aan de giek werd toegevoegd. De giek was zo aan de giek bevestigd dat deze kon draaien, wat een groter bewegingsbereik mogelijk maakte. Tegen de zestiende eeuw werden kranen gebouwd met twee loopbanden, één aan elke kant van een draaiende behuizing met daarin de giek.

Kranen bleven vertrouwen op menselijke of dierlijke kracht tot het midden van de negentiende eeuw, toen stoommachines werden ontwikkeld. Tegen het einde van de negentiende eeuw werden verbrandingsmotoren en elektromotoren gebruikt om kranen aan te drijven. Tegen die tijd werd staal in plaats van hout gebruikt om de meeste kranen te bouwen.

In de eerste helft van de twintigste eeuw ontwikkelden Europese en Amerikaanse kranen zich op verschillende manieren. In Europa, waar de meeste kranen werden gebruikt in steden met smalle straten, werden kranen meestal gebouwd in de vorm van hoge, slanke torens, met de giek en de machinist bovenop de toren. Omdat stille werking belangrijk was in drukke steden, werden deze torenkranen meestal aangedreven door elektromotoren toen ze op grote schaal beschikbaar kwamen.

In de Verenigde Staten werden kranen vaak gebruikt op locaties ver van woonwijken. Kranen werden meestal gebouwd met de giek verbonden met een trolley, die gemakkelijk van plaats naar plaats kon worden verplaatst. Deze mobiele kranen werden meestal aangedreven door verbrandingsmotoren. In de jaren vijftig leidde de beschikbaarheid van sterker staal, in combinatie met een toegenomen vraag naar hogere gebouwen, tot de ontwikkeling van kranen met zeer lange gieken die aan kleine vrachtwagens waren bevestigd, of tot rupsbanden met rupsbanden. Mobiele kranen en torenkranen van veel verschillende soorten worden op grote schaal gebruikt op bouwplaatsen over de hele wereld.

Grondstoffen

De belangrijkste stof die wordt gebruikt om kranen te maken, is staal. Staal is een legering van ijzer en een kleine hoeveelheid koolstof. Voor constructies die geen zeer hoge sterkte vereisen, wordt een veel voorkomende vorm van staal gebruikt die bekend staat als koolstofstaal. Per definitie bevat koolstofstaal minder dan 2% andere elementen dan ijzer en koolstof. Koolstofstaal bestaat in een grote verscheidenheid aan vormen. De belangrijkste factor bij het bepalen van de eigenschappen van koolstofstaal is de hoeveelheid aanwezige koolstof, die varieert van minder dan 0,015% tot meer dan 0,5%.

Voor constructies die grote sterkte vereisen, met name in kranen die zijn ontworpen om zeer zware voorwerpen op te tillen, wordt een verscheidenheid aan stoffen gebruikt die bekend staan ​​als zeer sterk laaggelegeerd (HSLA) staal. HSLA-staalsoorten bevatten relatief weinig koolstof, meestal ongeveer 0,05%. Ze bevatten ook een kleine hoeveelheid van een of meer andere elementen die kracht toevoegen. Deze elementen omvatten chroom, nikkel, molybdeen, vanadium, titanium en niobium. Behalve dat ze sterk zijn, is HSLA-staal ook bestand tegen atmosferische corrosie en beter geschikt voor lassen dan koolstofstaal.

Afhankelijk van het exacte ontwerp van de kraan, kan een grote verscheidenheid aan andere materialen worden gebruikt bij de productie. Voor het maken van banden voor mobiele kranen wordt natuurlijk of synthetisch rubber gebruikt. Bepaalde structurele componenten kunnen worden vervaardigd uit verschillende metalen zoals brons en aluminium. Elektrische componenten kunnen bestaan ​​uit koper voor draden en halfgeleidende elementen zoals silicium of germanium voor elektronische circuits. Andere materialen die kunnen worden gebruikt, zijn keramiek en sterke kunststoffen.

Ontwerp

Er zijn maar weinig machines in zo'n grote verscheidenheid aan uitvoeringen als kranen. Voordat de kraan wordt gebouwd, moet de fabrikant rekening houden met de plaats waar hij zal worden gebruikt en het gewicht dat hij moet tillen. Daarnaast worden kranen vaak aangepast aan de wensen van de gebruiker. Om deze redenen is het niet overdreven om te zeggen dat geen twee kranen precies hetzelfde zijn.

Kranen die voor industriële doeleinden worden gebruikt, zijn over het algemeen ontworpen om permanent op één locatie te blijven. Deze kranen voeren vaak repetitieve taken uit die geautomatiseerd kunnen worden. Een belangrijk type industriële kraan is de brugkraan. Rijdend op sporen die zijn bevestigd aan twee horizontale balken, ook wel een brug genoemd, maakt een trolley de beweging van de brugkraan mogelijk. Gewoonlijk kan de brug zelf langs een paar parallelle rails worden verplaatst, waardoor de kraan een groot rechthoekig gebied kan bereiken. Een brugkraan kan ook zo zijn ontworpen dat het ene uiteinde van de brug wordt ondersteund door een centrale spil terwijl het andere uiteinde op een cirkelvormige rail beweegt, waardoor een groot, rond gebied kan worden bereikt.

Een bovenloopkraan is een soort brugkraan waarbij de rails hoog boven de grond staan. Gewoonlijk ondersteund door het plafond van een gebouw, heeft een bovenloopkraan het voordeel dat hij geen belemmering veroorzaakt in het werkgebied.

Kranen die in de bouw worden gebruikt, voeren vaak verschillende taken uit en moeten worden bestuurd door zeer bekwame operators. Bouwkranen zijn onderverdeeld in mobiele kranen en torenkranen. Mobiele kranen worden op vrachtwagens of rupsbanden gemonteerd om van plaats naar plaats te reizen. Een scharnierende kraan is een mobiele kraan waarbij er een verbinding is tussen twee delen van de giek, waardoor deze kan bewegen op een manier die vergelijkbaar is met een knokkel in een menselijke vinger. Scharnierende kranen worden over het algemeen gebruikt om objecten op relatief korte afstand, maar met een groot bewegingsbereik, op te tillen. Een telescopische kraan is een mobiele kraan waarbij twee of meer secties van de giek kunnen in- en uitschuiven, waardoor de lengte van de giek verandert. Telescopische kranen zijn minder veelzijdig dan scharnierende kranen, maar zijn meestal in staat om zwaardere objecten op grotere afstand op te tillen.

Torenkranen worden gebruikt bij de constructie van hoge gebouwen. Ze worden geïnstalleerd wanneer de bouw begint en gedemonteerd wanneer het gebouw is voltooid. Buiten het gebouw is een externe torenkraan geïnstalleerd. Naarmate het gebouw hoger wordt, wordt de kraan opgetild door het bovenste deel van de kraan op te tillen en een nieuw torengedeelte eronder toe te voegen. Binnen de is een interne torenkraan geïnstalleerd Een mobiele kraan. gebouw. Naarmate het gebouw in hoogte toeneemt, wordt de kraan opgetild door de basis van de kraan naar een hoger niveau in het gebouw te tillen.

Het fabricageproces

Stalen onderdelen maken

• 1 Gesmolten staal wordt gemaakt door ijzererts en cokes (een koolstofrijke stof die ontstaat wanneer steenkool wordt verwarmd in afwezigheid van lucht) in een oven te smelten en vervolgens het grootste deel van de koolstof te verwijderen door zuurstof in de vloeistof te blazen. Het gesmolten staal wordt vervolgens in grote, dikwandige ijzeren mallen gegoten, waar het afkoelt tot ingots.
• 2 Om platte producten zoals platen en platen te vormen, of lange producten zoals staven en staven, worden onder enorme druk blokken tussen grote rollen gevormd. Holle buizen, zoals die worden gebruikt om de traliewerkarmen van grote kranen te vormen, kunnen worden gemaakt door stalen platen te buigen en de lange zijden aan elkaar te lassen. Ze kunnen ook worden gemaakt door stalen staven te doorboren met een roterende stalen kegel.

  Een externe torenkraan.

• 3 De kabels die gebruikt worden om gewichten op te tillen zijn gemaakt van staaldraden. Om draad te maken, wordt staal eerst tot een lange staaf gerold. De staaf wordt vervolgens door een reeks matrijzen getrokken die de diameter tot de gewenste grootte verkleinen. Verschillende draden worden vervolgens in elkaar gedraaid om een ​​kabel te vormen.
• 4 Staal arriveert bij de kraanfabrikant en wordt gekeurd. Het wordt opgeslagen in een magazijn totdat het nodig is. De vele verschillende componenten die later tot kranen worden geassembleerd, worden gemaakt met behulp van een verscheidenheid aan metaalbewerkingsapparatuur. Draaibanken, boren en andere precisiemachines worden gebruikt om het staal naar wens te vormen.

De kraan in elkaar zetten

• 5 Uit de benodigde onderdelen wordt een kraan samengesteld. Terwijl de kraan langs de lopende band beweegt, worden de stalen onderdelen op hun plaats gelast of vastgeschroefd. De exacte procedures die tijdens dit proces worden gevolgd, variëren afhankelijk van het type kraan dat wordt geassembleerd. Voor een mobiele kraan worden de componenten vervolgens geassembleerd tot een gestandaardiseerde vrachtwagen of rupsband van het juiste type.
• 6 De gemonteerde kraan wordt getest en verzonden. Afhankelijk van de grootte en het type kraan kan deze worden opgesplitst in subsecties om ter plaatse te worden gemonteerd. Het kan ook in zijn geheel op speciale grote vrachtwagens worden vervoerd.

Kwaliteitscontrole

Veiligheid is de belangrijkste factor waarmee rekening moet worden gehouden tijdens de productie van kranen. Het staal dat wordt gebruikt om de kraan te maken, wordt geïnspecteerd om: Een interne torenkraan. zorg ervoor dat er geen structurele gebreken zijn die de kraan zouden verzwakken. Ook las- en boutverbindingen worden gecontroleerd.

De regering van de Verenigde Staten stelt via de Occupational Safety and Health Administration specifieke voorschriften vast die het gewicht beperken dat een specifieke kraan mag hijsen. De Crane Manufacturers Association of America stelt haar eigen veiligheidsnormen vast die de door de overheid vereiste overtreffen. Speciale voorzieningen in de kraan voorkomen dat de gebruiker probeert een gewicht op te tillen dat zwaarder is dan toegestaan.

Een voltooide kraan wordt eerst zonder gewicht getest om er zeker van te zijn dat alle onderdelen goed werken. Vervolgens wordt het getest met een gewicht om te verzekeren dat de kraan zware voorwerpen kan hijsen zonder aan stabiliteit in te boeten.

Veiligheid hangt uiteindelijk af van het juiste gebruik van de kraan. Kraanmachinisten moeten speciaal zijn opgeleid, moeten slagen voor specifieke tests en moeten worden onderzocht op visuele of fysieke problemen. De kraan moet elke werkploeg worden geïnspecteerd, met een meer grondige inspectie van de motor en hijsapparatuur op maandelijkse basis. Kraanmachinisten moeten op de hoogte zijn van veranderingen in de omgeving om ongelukken te voorkomen. Kranen mogen bijvoorbeeld niet worden gebruikt bij zeer winderige omstandigheden.

De Toekomst

Kranenfabrikanten zijn voortdurend op zoek naar nieuwe manieren om nieuwe technologie in hun producten te verwerken. Toekomstige kranen zullen veiliger en veelzijdiger zijn met computers en videoschermen waarmee machinisten zware voorwerpen nauwkeuriger kunnen verplaatsen.

Tekenen van de toekomst zijn te zien in een ongewone kraan die onlangs is ontwikkeld door James S. Albus van het National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Maryland. De Stewart Platform Independent Drive Environmental Robot (SPIDER) lijkt in niets op een gewone kraan. In plaats daarvan heeft de SPIDER de vorm van een octaëder (een ruitvormig lichaam bestaande uit acht driehoeken die aan elkaar zijn verbonden in de vorm van twee vierzijdige piramides). Zes katrollen ondersteunen zes kabels vanaf het hoogste niveau van de SPIDER. De kabels manipuleren het lagere niveau van de SPIDER, die is bevestigd aan gereedschappen of grijpapparaten. De zes kabels kunnen samen of afzonderlijk worden bediend, waardoor het lagere niveau in alle richtingen kan worden verplaatst. De SPIDER kan zware voorwerpen optillen tot op 0,04 inch (1 mm) van de gewenste locatie en ze binnen een halve graad van de gewenste hoek houden. De SPIDER kan tot zes keer zijn eigen gewicht tillen.