Подъемный кран: поднять и перенести
Сегодня человечество не перестает удивляться, как без использования подъемных кранов, а лишь с помощью простейших механизмов – рычагов, блоков, наклонных плоскостей и ручной тяги – можно было поднимать массивные глыбы, вес которых часто доходил до двух тонн, на высоту нескольких десятков метров. К примеру, ученые все-таки выяснили, что пирамиды в Египте создавались абсолютно без использования специальной техники. Плиты весом 2,5 тонны, которыми уложена пирамида Хеопса, вставлялись в специальное устройство, представлявшее собой две четверти окружности, соединенных между собой штырями, а после по пандусам канатами вкатывались к месту укладки.
Понятно, что такой вид строительства крайне неэффективный, то есть очень трудоемкий. Поэтому человечество неустанно пыталось облегчить себе задачу возведения различных построек. Открытие самого простейшего механизма, который используется как часть строительной техники, – лебедки, было сделано еще 2000 лет назад. Помните: "Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю" – известнейшее изречение Архимеда? Оно, кстати, касается именно лебедки, а не, как многие думают, рычага. Лебедка представляет собой механизм для перемещения грузов посредством движущегося гибкого элемента – троса. При этом тяговое усилие на него передается с барабана или звездочки, которые приводятся в движение через передаточные механизмы – в самом простом варианте, зубчатой или червячной передачи. Именно этот механизм играет самую важную роль в создании лебедки.
Но и это еще не самое главное. Ворот и зубчатые колеса были известны давно и действительно облегчали работу, но вот привести в движение какой-либо большой предмет с малой силой с их помощью было невозможно. Однако Архимед нашел способ решить и эту проблему – он изобрел принцип построения многоступенчатой передачи, основанный на законе определения общего увеличения силы, достигаемого с помощью механизма, состоящего из последовательно соединенных передач. То есть общее передаточное отношение механизма, состоящего из множества звеньев, равно произведению передаточных отношений всех его звеньев. Вот оно главное: чуть потянул – и сдвинул гору!
Как показывают археологические раскопки и исследования, прототипы устройств, зовущихся сегодня подъемными кранами, начали использоваться уже в шестом веке до нашей эры. Древние греки использовали полиспасты – грузоподъемные механизмы из комбинации блоков, по которым последовательно проходил канат. Они давали значительный выигрыш в силе – практическое применение принципа Архимеда, описанного выше. Позже уже древнеримские строители внедрили устройство захвата грузов, а сами краны сделали поворотными, что давало возможность перемещать грузы по определенному радиусу. Увеличивалась и высота, превысившая десять метров, на которую поднимались грузы, и сам их вес, достигший нескольких тонн. А уже к XV веку с развитием механики и усовершенствованием лебедочных конструкций стали появляться краны, в своей структуре очень напоминавшие современные. Однако их главной отличительной чертой оставался ручной или конный привод.
Несомненным рывком в "крановой" революции послужило изобретение парового двигателя в середине XVIII века, что приводит к отказу от применения мускульной силы. А еще через столетие к паровым машинам, впервые использованным в Англии, добавляются электрические приводы и двигатели внутреннего сгорания. Однако в основе конструкций, конечно, во много раз усложненных, лежат все те же идеи, которые много веков назад пришли в головы античных инженеров.
Сегодняшнее разнообразие подъемных кранов поражает воображение – от мобильных "миниатюрных", которые можно использовать при строительстве дачного домика, до гигантских портальных кранов. Наиболее распространенными в гражданском строительстве и являющимися для нас самыми привычными можно считать башенные краны. Механизм их работы основан на применении стрелы с противовесом, к которой прикреплено грузозахватное приспособление, а бесчисленное множество модификаций позволяет подобрать необходимую конструкцию под конкретную стройку. Самые большие способны доставить грузы весом в десятки тонн на высоту, превышающую 200 м.
Если строится очень высокое здание – какой-нибудь небоскреб, то эксплуатация свободно стоящего крана становится небезопасной. В этом случае башенный кран "пристегивают" к возводящемуся зданию, или устанавливают в его центре, "прорезая" этажи, и он "растет" вместе с постройкой. Этот любопытный процесс происходит так. В башне крана расположены гидравлические домкраты, которые по направляющим поднимают всю конструкцию ровно настолько, чтобы можно было вставить дополнительную секцию на уровне земли. Когда стройка заканчивается, на крышу доставляют меньший кран, который помогает разбирать своего старшего "собрата". А "дыры" в этажах заделывают бетоном. Такая вот многоходовая партия.
Примечательно, что самой большой плотностью башенных кранов на квадратный метр территории может похвастаться Дубай, в котором строят одни из самых высоких зданий в мире. Там этих гигантов насчитывается более двух тысяч, а некоторые аналитики утверждают, что в этом эмирате сосредоточено до 25% всех "запасов" башенных кранов в мире! А вот Украина может похвастаться собственным, недавно построенным краном, который может "расти" до 200 м и поднимать грузы со скоростью 80 м/мин, что в четыре раза быстрее старых советских образцов.
Мобильные "товарищи" башенного крана устанавливаются на подвижной платформе, что позволяет быстро достичь пункта назначения и приступить к работе. Это могут быть железнодорожные краны, используемые для текущего ремонта железнодорожного хозяйства и восстановительных работ путей, плавучие или автокраны, устанавливаемые на автомобильную платформу. Последние по своим характеристикам так же способны удивить чудесами инженерной мысли.
Самым большим на сегодняшний день признан автокран одной из европейских фирм. Этот гигант обладает самым мощным телескопическим краном и имеет самую длинную в мире телескопическую стрелу, состоящую из 8 секций. Девятиосное (!) шасси приводит в движение 8-цилиндровый дизельный силовой агрегат с турбонагнетателем, развивающий 600 л. с., а крановую установку – 6-цилиндровый дизель с турбонаддувом мощностью 325 л. с. На шасси установлено активное рулевое управление задними мостами, зависящее от скорости. При собственном весе почти 100 тонн, максимальная грузоподъемность крана достигает 1200 тонн, а вся эта мобильная установка может передвигаться с неплохой скоростью – 75 км/ч. После карьерных самосвалов это одни из самых больших автомобилей в мире вместе с аэродромными пожарными машинами.
Еще один рекордсмен среди мобильных кранов еще только достраивается, но уже способен вызывать уважение своими характеристиками. Плавучий подъемный кран DLV 4400 – чудо техники китайских инженеров – станет самым большим в мире в своем классе. Судно 175 м в длину и почти 50 м в ширину будет оборудовано краном, который сможет поднимать грузы весом 4400 тонн, а обслуживать все это "хозяйство" будут 250 человек. Для движения корабля, который сможет "разгоняться" до 12 узлов или до 22 км/ч, и работы крана установят семь дизельных силовых агрегатов. Да уж, у такого "морского зверя" работы будет немало!
В сферах, связанных с перегрузкой больших объемов грузов, одними из самых практичных и универсальных являются портальные краны, представляющие собой раму, которая опирается посредством "ног" на рельсы, по которым можно совершать движение. Они выгодны тем, что обладают повышенной устойчивостью и не занимают много места – под "ногами" может свободно перемещаться транспорт. Лицезреть их можно на больших промышленных предприятиях и морских портах. А некоторые заслуживают отдельного внимания.
В шведском городе Мальме с 1973 года на судостроительной верфи работал портальный кран Kockums. 138-метровый гигант мог поднимать и перемещать грузы весом до полутора тысяч тонн. Ширина его "ног" составляла 175 м, а длина рельсов, по которым он ездил, – больше 700 м. На его счету участие в постройке 75 кораблей, а последний раз он грузил на баржу основание самой большой опоры всемирно известного 8-километрового моста через пролив Оресунд. Этот кран был самой известной достопримечательностью Мальме до 2002 года, когда был продан компании Hyundai Heavy Industries за… 1 доллар. Самое примечательное в этой истории то, что корейцы умудрились разобрать такую громадину весом почти в 8 тыс. тонн, погрузить на свой корабль, а потом вновь смонтировать у себя на родине. Видимо, все это они посчитали гораздо более выгодным, чем самостоятельно строить новый портальный кран.
А вот рекордсменом среди всех подъемных устройств стал в начале этого года портальный кран сингапурской компании Yantai Raffles Shipyard, которого нарекли в честь священной горы Taisun. Самый большой в мире кран предназначен для сборки полупогружных буровых установок, что позволит свести к минимуму опасность монтажа буровых платформ в открытом море, да и вообще изменить существующие сегодня методы строительства гигантских морских объектов.
Taisun сооружался семь лет, а еще год ушел на подготовку испытания под нагрузкой для получения соответствующего сертификата. Во время тестов кран, обладающий мощностью, сопоставимой с одновременной работой 10 тысяч автомобилей среднего класса, смог поднять на высоту 30 м баржу весом 20,1 тыс. тонн! Самое поразительное, что, несмотря на гигантские размеры и вес передвигаемых конструкций, этот портальный кран обладает уникальной по степени управляемости методикой стыковки, что позволяет подгонять громадные детали с точностью до десятых миллиметра.
Основной задачей подъемных кранов является, конечно, перестановка грузов. Однако иногда они используются и в не совсем "строительных" случаях. Например, при транспортировке крупных животных без крана не обойтись. Так, чтобы перевезти из одного дельфинария в другой парочку немаленьких дельфинов, потребуется еще та сноровка при управлении подъемником. Ведь вначале их надо "положить" на специальные носилки, прикрепленные к крану, а затем очень аккуратно перенести в специальный контейнер-ванну.
Ну а самым курьезным использованием строительного крана можно считать транспортировку людей. Так, недавно в одном из немецких городов пожарным довелось использовать строительный подъемный кран, чтобы вывезти из квартиры и доставить в больницу 300-килограммового немца. Для этого им пришлось поднимать пожилого человека на больничной койке, помещенной внутрь большого промышленного контейнера. Предварительно этот контейнер был поднят на уровень балкона квартиры. Затем кран опустил контейнер на землю, а койку пожарные выкатили, поместили в карету скорой помощи и отправили в госпиталь. В общем, такой он этот незаменимый помощник человека на все случаи жизни – подъемный кран!