История подъемного крана

С давних времен самые ранние цивилизации, строя невиданные даже по современным масштабам шедевры зодчества, для поднятия строительных блоков могли использовать только чистую мышечную силу, организаторские способности руководителей стройки и гениальные механизмы.

Анализируя таланты и возможности наших предков, начинаешь испытывать благоговейный ужас и не можешь поверить, что такое мог сотворить человек без вмешательства потусторонних сил. Недаром бытует мнение, что многие памятники архитектуры люди строили с помощью внеземного разума, способного воздействовать на силы гравитации.

Возможно, внеземной разум и имел место, но и техника тоже имела место, и доказательством тому – множество изображений самых разных подъемных механизмов, известным нам как со времен античности, так и со времен Средневековья.

Одним из первых подъемных приспособлений (не считая рычага, шкива и лебедки) было ступальное колесо. Впервые оно упоминается в летописях в 230 г. до н.э. Вплоть до второй половины XIX в. именно оно оставалось важным элементом подъемных кранов.

Такое колесо обычно было диаметром от 4 до 5 м и имело лучшее механическое преимущество по сравнению с лебедкой из-за большего радиуса колеса и маленького радиуса оси. Кроме того, при работе с лебедкой мощность генерировалась только рукой и плечом человека, что в случае со ступальным колесом заменялось силой, генерируемой идущим человеком или тягловым животным.

Ступальное колесо, таким образом, увеличивало человеческие возможности в 14 раз и давало возможность одному человеку поднимать вес в 3,5 т. Некоторые портовые краны оснащались тогда двумя ступальными колесами, в которых двигалось одновременно четыре человека, что позволяло поднимать вес до 14 т.

Но, разумеется, движущая сила, подобная человеку, имеет тоже свой запас “прочности”. Чтобы поднять на высоту в 10 м груз весом 7 т, двум мужчинам необходимо было пройти 140 м со скоростью 6 м/с. Поддерживать подобную скорость долгое время человеку довольно трудно. Рабочую силу приходилось постоянно менять, а механизмы быстро изнашивались. Это устройство было эффективным, но дорогостоящим и недолговечным.

Невзирая на то, что грузоподъемность ступального колеса впечатляет, каменные блоки, из которых были построены здания в Древнем Риме, весили так много, что механизм ступального колеса бы с ними не справился. Так как же нашим предкам это удавалось? Путем объединения нескольких подъемных механизмов.

После падения Римской империи, сложные подъемные механизмы в Европе не использовались более чем 800 лет. По сравнению со временами величия римлян, до нас дошло крайне мало информации о техническом прогрессе в области подъемных механизмов в те годы. Некоторую часть информации можно почерпнуть лишь в картинах великих художников, в иллюстрациях к книгам и рукописях.

К счастью, до наших дней дошло несколько примеров ступального колеса тех времен. Большие подъемные механизмы были необходимы для постройки очень высоких и конструктивно сложных зданий готических церквей. Скорее всего, первоначально подъемники устанавливались внутри здания, на земле. С их помощью соборы отстраивались, а в случае необходимости впоследствии ремонтировались.

Прекрасными образчиками технической мысли средневековых инженеров являлись стационарные портовые краны, работающие от силы ступального колеса. Впервые подобные краны появились в XIII в. во Фландрии (Голландия), Германии и Англии. Это были мощные сооружения, оснащенные не одним, а двумя ступальными колесами диаметром не менее 6,5 м.

Такая мощность необходима была не столько для поднятия огромных тяжестей, сколько для большей скорости и поднятия грузов на значительную высоту. В порту ценилась скорость разгрузки и погрузки судов. В строительстве же время работ не имело настолько решающего значения.

Портовые ступальные колеса часто были увенчаны деревянной крышей, чтобы защитить механику и рабочих от дождя. Эти стационарные структуры имели много общего с ветряными мельницами, как внешне, так и технически, но их число по всей Европе было весьма ограничено.

Наиболее мощные портовые краны были построены в доках Лондона в 50-х годах XIX в. Работали они от двух ступальных колес размером до 3 м в радиусе, и в каждом шагало по три-четыре человека.

Современные краны могут поворачивать стрелу на все 360 градусов, т.е. кран способен двигать груз не только по вертикальной оси, но и по горизонтальной. Большинство же кранов, используемых в Средневековье, были способны перемещать грузы только вертикально.

Первый кран с возможностью горизонтального движения был описан в 1550 г. в книге Георгиуса Агриколы, немецкого ученого, инженера, философа и историка эпохи Возрождения. Однако это была лишь задумка. А вот первый прототип подобного механизма был создан французским архитектором Клодом Перро только в 1666 г. Его кран имел сложную систему тросов, разматывающихся с помощью канатного барабана.

В этом кране и ступальное колесо и стрела могли поворачиваться на 360 градусов, а сам довольно большой по размерам кран был способен поднять груз до 1 т при радиусе поворота в 2,4 м.

XIX век стал веком важных событий в деле усовершенствования подъемных кранов, подарив человечеству три важнейших нововведения. Первым и одним из самых главных стало использования железа как материала для создания сложных строительных и подъемных механизмов. Заменив деревянные конструкции, железные краны стали сильнее, надежнее и эффективнее.

Первый чугунный кран был построен в 1834 г. и на то время он являлся вершиной инженерной мысли. Вторым изобретением стало создание в том же году более крепкого, железного троса, который пришел на смену легко рвущимся веревкам из натурального волокна. И, наконец, в 1851 г. с появлением парового двигателя это усовершенствование коснулось и производства подъемных кранов.

Трос вскоре стал широко применяться в различных областях жизнедеятельности человека, а вот два других нововведения входили в жизнь медленно и неохотно. Древесина, иногда в сочетании с железом, продолжала оставаться основным материалом для постройки многих кранов даже в начале ХХ в. Особенно в местностях, где древесины было много и она являлась дешевым материалом.

Паровой двигатель также довольно долго воспринимался штукой диковинной и крайне дорогостоящей. Вплоть до второй половины ХХ в. оставались популярны краны, управляемые “вручную”. Подчас это было гротескное зрелище: металлический громадный кран, на котором используются крепкие, стальные тросы, и человек, приводящий эту махину в действие без помощи двигателя. Своеобразным примером такой “промежуточной технологии” был ручной козловой кран для поднятия кэбов и карет.

Первые башенные краны впервые начали появляться в Европе в первой половине ХХ в. Многие улицы европейских городов были настолько узкими, что зачастую привезти и установить стандартный, существующий на тот момент, громоздкий кран было совершенно невозможно. Именно это и поспособствовало возникновению идеи о создании крана достаточно высокого, мощного, но способного не занимать много уличного пространства. В результате, первые производители-новаторы в создании башенных кранов появились именно в Европе.

Например, в 1908 г. немецкая компания “Maschinenfabrik Julius Wolff & Co” представила первую серию башенных кранов, специально предназначенных для массового строительства. И получила в 1913 г. золотую медаль “За технический подвиг во славу отечества” на Лейпцигской выставке товаров народного хозяйства. Но эти башенные краны первого поколения оказались востребованы, в основном, судостроителями, которые покупали и устанавливали их на верфях и доках.

Затем производством башенных кранов занялись и иные производители, например, “Kaiser” и “Potain”. Они, усовершенствовав конструкцию крана, смогли его сделать более удобным для массового строительства. Но все равно эти краны были пока исключительно тяжелыми. Они сложно устанавливались и долго демонтировались, а нарастающий послевоенный темп жизни диктовал скорости.

В 1949 г. Ганс Либхерр понял, что небольшие размеры занимаемой площади на земле и быстрый монтаж башенных кранов будут именно теми факторами, которые смогут решить проблему удобства использования этой техники в строительстве. Он взялся построить поворотный башенный кран с горизонтальной стрелой, закрепленной на самой вершине высокой конструкции. Его кран мог поднять груз с земли, а затем, не опуская, переместить в любое место.

Другой его особенностью было то, что кран мог транспортироваться в место строительства в частично разобранном виде, где собирал себя сам. Первый образец такого крана – модель ТZ-10, Либхерр представил на Франкфуртской ярмарке в Германии осенью 1949 г. Поначалу промышленность настороженно приняла столь странную для них конструкцию подъемной техники, но в итоге, оценив все преимущества, взяла в серийное производство. Целый ряд строительных кранов на основе концепции ТZ-10 вскоре вышли на строительный рынок.

Вся послевоенная Европа испытывала невероятный спрос на современную строительную технику. Фашизм разрушил многие страны, города лежали в руинах, и общество требовало от инженеров и строителей скорости отстройки всего того, что Вторая Мировая уничтожила.

Настоящий строительный бум пришелся на 40-50-е гг., и именно в этот период производители строительной техники стали демонстрировать не только новаторские подходы к ее созданию, но и фантазию по совмещению разной по функции техники в одной конструкции. Например, немецкая компания Reich Baumaschinen GmbH создала башенный кран, который был возведен как надстройка над бетоносмесителем.

Пятидесятые годы становятся временами, когда в проектировании и разработке башенных кранов появляется ряд монументальных технических нововведений.

Во-первых, несколько производителей начали выпускать башенные краны, имеющие выдвижные, телескопические стрелы. Во-вторых, строители все больше стали предпочитать консольным стреловым конструкция м краны с маховой стрелой, что значительно увеличивало высоту подъема грузов.

А одной из решающих новаторских идей стало изобретение подъемного механизма, высоту которого в зависимости от необходимости можно было наращивать вставными структурными элементами. Это решение позволило проводить строительство, устанавливая кран в шахтах лифтов возводимого здания.

Начиная с 60-х годов, конструкции кранов уже претерпевали незначительные, но, конечно, важные улучшения. Такие, как увеличение грузового момента, системы управления и безопасности, повышение скорости сборки и разборки крана.