Een van de belangrijkste taken in de menselijke industrie is werken tegen de zwaartekracht in en het oprichten van constructies zoals: bruggen en gebouwen die voldoende zijn om de zwaartekracht te weerstaan die op hun massa en die van de mensen wordt uitgeoefend dragen. Men moet een middel hebben om deze constructies daadwerkelijk te bouwen, en een van de meest herkenbare machines om zware voorwerpen op een precieze manier op te tillen, is de kraan.
Lange dominerende skylines waar alles van formaat wordt gebouwd, kranen fungeren als hefbomen die objecten op afstand van de motor en het ankerpunt van de kraan kunnen optillen. Dit wordt gedaan met behulp van een giekarm, waarvan de lengte en de hoek vanaf de grond kan worden gevarieerd in overeenstemming met de constructie (of de-constructie) die voorhanden is.
Mogelijk hebt u een hijsberekeningsformule nodig om het hijsvermogen van een bepaalde kraanopstelling te bepalen. Dit omvat voornamelijk basisgeometrie, maar een beetje begrip van de onderliggende fysica helpt ook.
Onderdelen en fysica van een kraan
Een kraan wordt bediend vanaf een beweegbaar en roterend (maar verder verankerd) platform dat een stempelbasis wordt genoemd en dat enkele meters breed kan zijn. De giekarm strekt zich naar boven en naar buiten uit onder een bepaalde hoek (zeg 30 graden) over zijn lengte, en aan het einde van deze giekarm bevindt zich een apparaat dat de te hijsen en te verplaatsen last heft.
De belasting (massa maal zwaartekracht g of 9,8 m/s2) wordt (idealiter) verticaal gehesen, zodat er geen horizontale krachten in het spel zijn (winderige dagen zijn funest voor kraanmachinisten). In plaats daarvan wordt een spanning T (kracht per lengte-eenheid) in de kabel gehandhaafd wanneer de opwaartse kracht van de kraan (omgeleid door een katrol aan de bovenkant van het apparaat) precies het gewicht van de last in evenwicht houdt. Wanneer de motor T boven dit punt aandrijft, beweegt de belasting omhoog, op voorwaarde dat de kabel sterk genoeg is om de kracht te weerstaan.
Geometrie van een kraan
Van één zijde gezien vormen de kraanarm, de grond en de verticale kabel een rechthoekige driehoek. De hypotenusa is de giekarm, de lange arm van de driehoek is de afstand r van de stempelbasis aan de last en de korte arm van de hypotenusa is de verticale hoogte h van de giek "tip" boven de grond.
De effectieve straal r moet rekening houden met de stempelbasis en wordt dus iets ingekort voor het berekenen van het hefvermogen; dat wil zeggen, hij start niet direct bij de motor, waar de punt van deze de facto rechthoekige driehoek ligt.
Een kraan in evenwicht
Een vlak in evenwicht heeft geen bewegende delen. Dit betekent dat de som van de externe krachten en externe koppels nul is. Aangezien de last de neiging heeft om de giekarm naar beneden rond zijn as bij de stempelbasis te draaien, moet dit koppel worden uitgebalanceerd samen met het balanceren van de directe neerwaartse kracht die wordt uitgeoefend door de zwaartekracht.
- Zoals opgemerkt, de som van de horizontale krachten zou moeten nul zijn.
Berekening van het hefvermogen van de kraan
De standaard formule voor berekening van kraancapaciteit: is gegeven door
(r)(hC)/100,
waarbij r de straal is (afstand langs de grond tot de last) en hC de hefhoogte maal de capaciteit is. De capaciteit is op zijn beurt specifiek voor elke gekozen armlengte en -hoek, en moet worden opgezocht in een tabel zoals die in de bronnen.
De uiteindelijke berekening is eigenlijk een gemiddelde, genomen door de waarde van hC te gebruiken die maximaal is voor elke gekozen straal. De gemiddelde punten zijn de minimale straal, r zelf, en elke exacte straal met eenheden van 5,0 meter ertussen. Een complete set waarden kan er dus uitzien als 1,9, 5,0, 10,0 en 14,2 m, en het gemiddelde zou in dit geval het gemiddelde van vier getallen zijn.