クレーン

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背景

クレーンとは、重いものを上下させたり、水平に動かしたりできる機械です。クレーンは、物体を持ち上げることはできても横に動かすことはできないホイストとは区別されます。クレーンは、穀物や石炭などのバルク材料を連続プロセスで持ち上げて移動するコンベヤーとも区別されます。鶴という言葉は、これらの機械が同じ名前の背の高い、首の長い鳥の形に似ているという事実から取られています。

人間は古くからさまざまな装置を使って重い物を持ち上げてきました。開発されたクレーンの最も初期のバージョンの1つは、約4000年前にエジプトで最初に水を動かすために使用されたshadufでした。 shadufは、垂直サポート上でバランスの取れた長いピボットビームで構成されています。重いおもりがビームの一方の端に取り付けられ、バケットがもう一方の端に取り付けられています。ユーザーはバケツを給水口まで引き下げ、それを満たし、次に重りがバケツを引き上げることを許可します。次に、ビームが目的の位置に回転し、バケットが空になります。 shadufは、エジプトとインドの農村地域で今でも使用されています。

早くも1世紀には、トレッドミルや大きな車輪を操作する人間や動物を動力源とするクレーンが製造されていました。これらの初期のクレーンは、回転するベースに接続されたブームと呼ばれる長い木製の梁で構成されていました。ホイールまたはトレッドミルはドラムに動力を供給し、その周りにロープが巻かれていました。ロープはブーム上部の滑車とおもりを持ち上げるフックに接続されていました。

クレーン設計の重要な発展は、中世にジブと呼ばれる水平アームがブームに追加されたときに発生しました。ジブは、ブームが回転できるようにブームに取り付けられており、可動範囲を広げることができます。 16世紀までに、ブームを含む回転ハウジングの両側に1つずつ、合計2つのトレッドミルを備えたクレーンが製造されました。

クレーンは、蒸気機関が開発された19世紀半ばまで、人間または動物の力に依存し続けました。 19世紀の終わりまでに、内燃機関と電気モーターがクレーンに動力を供給するために使用されました。この時までに、ほとんどのクレーンの製造には木ではなく鋼が使用されていました。

20世紀の前半、ヨーロッパとアメリカのクレーンはさまざまな方法で開発されました。狭い通りのある都市でほとんどのクレーンが使用されていたヨーロッパでは、クレーンは高くて細い塔の形で建てられる傾向があり、ブームとオペレーターが塔の上にありました。混雑した都市では静かな運転が重要であったため、これらのタワークレーンは、広く利用可能になったときに通常、電気モーターで駆動されていました。

米国では、住宅地から遠く離れた場所でクレーンがよく使われていました。クレーンは、ブームがトロリーに接続された状態で構築される傾向があり、トロリーは場所から場所へと簡単に移動できました。これらの移動式クレーンは、内燃機関を動力源とする傾向がありました。 1950年代に、より高い鋼の入手可能性と、より高い建物への需要の増加が相まって、小型トラックに取り付けられた非常に長いブームを備えたクレーン、またはキャタピラートレッドを備えたクローラーが開発されました。移動式クレーンやタワークレーンは、世界中の建設現場で幅広く使用されています。

原材料

クレーンの製造に使用される最も重要な物質は鋼です。鋼は鉄と少量の炭素の合金です。非常に高い強度を必要としない構造には、炭素鋼と呼ばれる一般的な鋼の形態が使用されます。定義上、炭素鋼は鉄と炭素以外の元素を2％未満しか含んでいません。炭素鋼はさまざまな形で存在します。炭素鋼の特性を決定する上で最も重要な要素は、存在する炭素の量であり、0.015％未満から0.5％を超える範囲です。

特に非常に重い物体を持ち上げるために設計されたクレーンで、大きな強度を必要とする構造物には、高張力低合金（HSLA）鋼として知られるさまざまな物質が使用されます。 HSLA鋼には、比較的低レベルの炭素が含まれており、通常は約0.05％です。それらはまた、強度を追加する1つまたは複数の他の要素を少量含んでいます。これらの元素には、クロム、ニッケル、モリブデン、バナジウム、チタン、ニオブが含まれます。 HSLA鋼は、強度に加えて、大気腐食に耐性があり、炭素鋼よりも溶接に適しています。

クレーンの正確な設計に応じて、他のさまざまな材料を製造に使用できます。移動式クレーン用のタイヤには、天然ゴムまたは合成ゴムが使用されています。特定の構造部品は、青銅やアルミニウムなどのさまざまな金属から製造される場合があります。電気部品には、ワイヤ用の銅や、電子回路用のシリコンやゲルマニウムなどの半導体要素が含まれる場合があります。使用できる他の材料には、セラミックや強力なプラスチックが含まれます。

デザイン

クレーンほどさまざまな設計の機械はほとんどありません。クレーンを組み立てる前に、製造業者はクレーンを使用する場所と持ち上げる必要のある重量を考慮する必要があります。さらに、クレーンはユーザーのニーズに合わせて変更されることがよくあります。これらの理由から、2つのクレーンがまったく同じであると言っても過言ではありません。

産業目的で使用されるクレーンは、通常、1か所に恒久的に留まるように設計されています。これらのクレーンは、自動化できる反復的なタスクを実行することがよくあります。重要なタイプの産業用クレーンはブリッジクレーンです。橋と呼ばれる2つの水平梁に取り付けられた線路を移動するトロリーは、橋形クレーンの移動を可能にします。通常、橋自体は一対の平行なレールに沿って移動でき、クレーンが大きな長方形の領域に到達できるようにします。橋形クレーンは、橋の一方の端が中央のピボットによって支えられ、もう一方の端が円形のレール上を移動して、大きな丸い領域に到達できるように設計することもできます。

天井クレーンは、レールが地上の高い位置にある一種の橋形クレーンです。通常、建物の天井から支えられる天井クレーンには、作業エリアに障害物が発生しないという利点があります。

建設に使用されるクレーンは、多くの場合、さまざまなタスクを実行し、高度なスキルを持つオペレーターが制御する必要があります。建設用クレーンは、移動式クレーンとタワークレーンに分けられます。移動式クレーンは、場所から場所へ移動するためにトラックまたはクローラーに取り付けられています。関節式クレーンは、ブームの2つのセクションの間にジョイントがあり、人間の指のナックルのように動くことができる移動式クレーンです。関節式クレーンは、一般に、比較的短い距離にあるが、可動範囲が広い物体を持ち上げるために使用されます。伸縮式クレーンは、ブームの2つ以上のセクションが伸縮して、ブームの長さを変更できる移動式クレーンです。伸縮式クレーンは、関節式クレーンよりも用途が広いですが、通常、遠くにある重い物体を持ち上げることができます。

タワークレーンは高層ビルの建設に使用されます。それらは、建設が始まるときに設置され、建物が完成するときに解体されます。建物の外に外部タワークレーンが設置されています。建物の高さが高くなると、クレーンの上部を持ち上げ、その下にタワーの新しいセクションを追加して、クレーンを持ち上げます。内部タワークレーンは、 移動式クレーン。建物。建物の高さが高くなると、クレーンの基部を建物内のより高いレベルに持ち上げてクレーンを持ち上げます。

製造
プロセス

鉄鋼部品の製造

• 1溶鋼は、鉄鉱石とコークス（石炭が空気のない状態で加熱されると生じる炭素に富む物質）を炉で溶かし、液体に酸素を吹き込むことによって炭素の大部分を除去することによって作られます。次に、溶鋼は大きな厚肉の鉄型に流し込まれ、そこで冷却されてインゴットになります。
• 2プレートやシートなどの平らな製品、またはバーやロッドなどの長い製品を形成するために、インゴットは大きな圧力の下で大きなローラーの間に成形されます。大型クレーンの格子ブームを形成するために使用されるような中空管は、鋼のシートを曲げ、長辺を溶接することによって作ることができます。それらはまた、回転する鋼の円錐で鋼の棒を突き刺すことによって作られるかもしれない。

  外部タワークレーン。

• 3ウェイトを持ち上げるために使用されるケーブルは、鋼線で作られています。ワイヤーを作るために、鋼は最初に長い棒に丸められます。次に、ロッドは一連のダイに引き込まれ、直径が目的のサイズに縮小されます。次に、いくつかのワイヤーを撚り合わせてケーブルを形成します。
• 4鋼がクレーンメーカーに到着し、検査されます。必要になるまで倉庫に保管されます。後でクレーンに組み立てられる多くの異なるコンポーネントは、さまざまな金属加工装置を使用して作られています。旋盤、ドリル、その他の精密機械を使用して、必要に応じて鋼を成形します。

クレーンの組み立て

• 5必要な部品からクレーンを組み立てます。クレーンが組立ラインに沿って移動すると、鋼製コンポーネントが所定の位置に溶接またはボルトで固定されます。このプロセス中に実行される正確な手順は、組み立てられるクレーンのタイプによって異なります。移動式クレーンの場合、コンポーネントは適切なタイプの標準化されたトラックまたはクローラーに組み立てられます。
• 6組み立てられたクレーンはテストされ、出荷されます。クレーンのサイズとタイプによっては、現場で組み立てるためにサブセクションに分割される場合があります。また、特別な大型トラックで丸ごと出荷される場合もあります。

品質管理

安全性は、クレーンの製造時に考慮すべき最も重要な要素です。クレーンの製造に使用される鋼は、 内部タワークレーン。クレーンを弱めるような構造上の欠陥がないことを確認してください。溶接とボルトの接合部も検査されます。

米国政府は、労働安全衛生局を通じて、特定のクレーンが持ち上げることができる重量を制限する特定の規制を設定しています。アメリカのクレーン製造業者協会は、政府が要求するものを超える独自の安全基準を設定しています。クレーン内の特別な装置は、ユーザーが許可されているよりも重い重量を持ち上げようとするのを防ぎます。

完成したクレーンは、最初に重量なしでテストされ、すべてのコンポーネントが適切に動作することを確認します。次に、重りを使ってテストし、クレーンが安定性を失うことなく重い物体を持ち上げることができることを確認します。

安全性は、最終的にはクレーンの適切な使用に依存します。クレーンのオペレーターは、特別な訓練を受け、特定のテストに合格し、視覚的または物理的な問題がないか検査する必要があります。クレーンは、モーターとリフト装置を毎月より徹底的に検査して、各作業シフトを検査する必要があります。クレーンのオペレーターは、事故を避けるために環境の変化に注意する必要があります。たとえば、非常に風の強い状況ではクレーンを使用しないでください。

未来

クレーンのメーカーは、製品に新しいテクノロジーを組み込むための新しい方法を常に模索しています。将来のクレーンは、コンピューターとビデオスクリーンによって安全性と汎用性が向上し、オペレーターが重い物体をより正確に動かすことができるようになります。

未来の兆候は、メリーランド州ゲーサーズバーグにある米国国立標準技術研究所のジェームズS.アルバスによって最近開発された珍しいクレーンに見ることができます。スチュワートプラットフォーム独立駆動環境ロボット（SPIDER）は、通常のクレーンのようには見えません。代わりに、SPIDERは八面体（2つの4面ピラミッドの形で結合された8つの三角形で構成されるひし形の立体）のような形をしています。 6つのプーリーは、SPIDERのトップレベルからの6本のケーブルをサポートします。ケーブルは、ツールまたはグリップデバイスに接続されているSPIDERの下位レベルを操作します。 6本のケーブルは一緒にまたは独立して操作できるため、下のレベルをすべての方向に移動できます。 SPIDERは、重い物体を目的の場所から0.04インチ（1 mm）以内に持ち上げ、目的の角度の2分の1以内に保持することができます。 SPIDERは、自重の最大6倍まで持ち上げることができます。