En kran, även känd som en brokran eller traverskran, är en typ av maskin som används för att lyfta. Kranar är i allmänhet utrustade med en upprullare (även kallad vajertrumma), stållinor eller kedjor och remskivor, som kan användas både för att lyfta och sänka material och för att flytta dem horisontellt. Den använder en eller flera enkla maskiner som en hiss för att skapa mekaniska fördelar och på så sätt flytta laster bortom en människas normala förmåga. Kranar används vanligtvis inom transportindustrin för lastning och lossning av gods, inom byggindustrin för förflyttning av material och inom tillverkningsindustrin för montering av tung utrustning.
De första byggkranarna uppfanns av de gamla grekerna och drevs av män eller lastdjur, som åsnor. Dessa kranar användes för att bygga höga byggnader. Större kranar utvecklades senare, med användning av mänskliga slitbanehjul, vilket gjorde det möjligt att lyfta tyngre vikter. Under högmedeltiden introducerades hamnkranar för att lasta och lossa fartyg och hjälpa till med deras konstruktion – en del byggdes in i stentorn för extra styrka och stabilitet. De tidigaste kranarna konstruerades av trä, men gjutjärn och stål tog över när den industriella revolutionen kom.
Under många århundraden tillfördes kraften genom fysisk ansträngning av människor eller djur, även om hissar i vatten- och väderkvarnar kunde drivas av den utnyttjade naturliga kraften. Den första "mekaniska" kraften tillhandahölls av ångmaskiner, den tidigaste ångkranen introducerades på 1700- eller 1800-talet, med många kvar i bruk långt in i slutet av 1900-talet. Moderna kranar använder vanligtvis förbränningsmotorer eller elmotorer och hydrauliska system för att ge en mycket större lyftförmåga än vad som tidigare varit möjligt, även om manuella kranar fortfarande används där kraftförsörjningen skulle vara oekonomisk.
Kranar finns i en enorm mängd olika former – var och en skräddarsydd för en specifik användning. Storlekarna sträcker sig från de minsta svängkranarna, som används i verkstäder, till de högsta tornkranarna, som används för att bygga höga byggnader. Ett tag används även minikranar för att bygga höga byggnader, för att underlätta konstruktioner genom att nå trånga utrymmen. Slutligen kan vi hitta större flytkranar, som vanligtvis används för att bygga oljeriggar och rädda sjunkna fartyg.
Det finns tre viktiga överväganden vid konstruktionen av kranar. För det första måste kranen kunna lyfta lastens vikt; för det andra får kranen inte välta; för det tredje får kranen inte spricka.
Kranar illustrerar användningen av en eller flera enkla maskiner för att skapa mekaniska fördelar:
•Spaken:
En balanskran innehåller en horisontell stråle som svängs runt en punkt som kallas stödpunkten. Spakens princip tillåter att en tung last fäst vid den kortare änden av balken lyfts av en mindre kraft som appliceras i motsatt riktning mot den längre änden av balken. Förhållandet mellan lastens vikt och den applicerade kraften är lika med förhållandet mellan längderna på den längre armen och den kortare armen, och kallas den mekaniska fördelen.
• Remskivan:
En svängkran innehåller en lutad stag som stöder ett fast remskiva. Kablar lindas flera gånger runt det fasta blocket och runt ett annat block fäst vid lasten. När den fria änden av kabeln dras för hand eller av en lindningsmaskin, levererar remskivan en kraft till lasten som är lika med den applicerade kraften multiplicerad med antalet kabellängder som passerar mellan de två blocken. Detta nummer är den mekaniska fördelen.
• Hydraulcylindern:
Detta kan användas direkt för att lyfta lasten eller indirekt för att flytta jibben eller balken som bär en annan lyftanordning.
Kranar, som alla maskiner, följer principen om energibevarande. Detta innebär att energin som levereras till lasten inte kan överstiga den energi som lagts in i maskinen. Till exempel, om ett remskivasystem multiplicerar den applicerade kraften med tio, så rör sig lasten bara en tiondel så långt som den applicerade kraften. Eftersom energin är proportionell mot kraften multiplicerad med avståndet, hålls den utgående energin ungefär lika med den ingående energin (i praktiken något mindre, eftersom en del energi går förlorad på grund av friktion och andra ineffektiviteter).
Samma princip kan fungera omvänt. I händelse av något problem kan kombinationen av tung belastning och stor höjd accelerera små föremål till enorm hastighet. Sådana projektiler kan resultera i allvarliga skador på närliggande strukturer och människor. Tranor kan också hamna i kedjereaktioner; bristning av en kran kan i sin tur ta ut närliggande kranar. Kranar måste övervakas noggrant.
