Kranas, taip pat žinomas kaip tiltinis kranas arba viršutinis kranas, yra tam tikros rūšies mašina, naudojama kėlimui. Kranai paprastai būna su vyniotuvu (taip pat vadinamu vielinio lyno būgnu), vieliniais lynais arba grandinėmis ir skriemuliais, kuriais galima tiek kelti, tiek nuleisti medžiagas, tiek perkelti jas horizontaliai. Jis naudoja vieną ar daugiau paprastų mašinų, tokių kaip keltuvas, kad sukurtų mechaninį pranašumą ir taip perkeltų krovinius, viršijančius įprastus žmogaus gebėjimus. Kranai dažniausiai naudojami transporto pramonėje kroviniams pakrauti ir iškrauti, statybų pramonėje medžiagoms pervežti ir apdirbamojoje pramonėje sunkiosios įrangos surinkimui.
Pirmuosius statybinius kranus išrado senovės graikai ir juos varo žmonės arba žvėrys, tokie kaip asilai. Šie kranai buvo naudojami aukštų pastatų statybai. Vėliau buvo sukurti didesni kranai, kuriuose buvo naudojami žmogaus protektoriaus ratai, leidžiantys kelti sunkesnius svorius. Aukštaisiais viduramžiais buvo pradėti naudoti uosto kranai, skirti pakrauti ir iškrauti laivus bei padėti juos statyti – kai kurie buvo įmontuoti į akmeninius bokštus, kad būtų užtikrintas didesnis tvirtumas ir stabilumas. Ankstyviausi kranai buvo pagaminti iš medžio, tačiau prasidėjus pramonės revoliucijai, ketus ir plienas perėmė viršų.
Daugelį amžių elektra buvo tiekiama žmonių ar gyvūnų fiziniu krūviu, nors vandens malūnų ir vėjo malūnų keltuvai galėjo būti varomi iš panaudotos gamtos jėgos. Pirmąją „mechaninę“ galią suteikė garo varikliai, ankstyviausias garo kranas buvo pristatytas XVIII ar XIX amžiuje, o daugelis jų buvo naudojami dar XX amžiaus pabaigoje. Šiuolaikiniai kranai dažniausiai naudoja vidaus degimo variklius arba elektros variklius ir hidraulines sistemas, kad būtų užtikrinta daug didesnė kėlimo galia, nei buvo įmanoma anksčiau, nors rankiniai kranai vis dar naudojami ten, kur energijos tiekimas būtų neekonomiškas.
Kranai yra labai įvairių formų – kiekviena pritaikyta konkrečiam naudojimui. Dydžiai – nuo mažiausių strėlinių kranų, naudojamų dirbtuvėse, iki aukščiausių bokštinių kranų, naudojamų aukštiems pastatams statyti. Kurį laiką mini kranai naudojami ir aukštų pastatų statybai, siekiant palengvinti konstrukcijas pasiekiant ankštas erdves. Galiausiai galime rasti didesnius plūduriuojančius kranus, dažniausiai naudojamus naftos platformoms statyti ir nuskendusiems laivams gelbėti.
Yra trys pagrindiniai kranų projektavimo aspektai. Pirma, kranas turi sugebėti pakelti krovinio svorį; antra, kranas neturi apvirsti; trečia, kranas neturi plyšti.
Kranai iliustruoja vienos ar kelių paprastų mašinų naudojimą siekiant sukurti mechaninį pranašumą:
•Svirtis:
Balansiniame krane yra horizontali sija, pasukta aplink tašką, vadinamą atramos tašku. Svirties principas leidžia sunkią apkrovą, pritvirtintą prie trumpesnio sijos galo, pakelti mažesne jėga, veikiančia priešinga kryptimi nei ilgesnis sijos galas. Krovinio svorio ir veikiančios jėgos santykis yra lygus ilgesnės ir trumpesnės rankos ilgių santykiui ir vadinamas mechaniniu pranašumu.
• Skriemulys:
Strėlės kranas turi pakreiptą statramstį, kuris palaiko fiksuotą skriemulio bloką. Kabeliai kelis kartus apvyniojami aplink fiksuotą bloką ir aplink kitą bloką, pritvirtintą prie krovinio. Kai laisvasis troso galas traukiamas ranka arba vyniojimo mašina, skriemulių sistema apkrovai suteikia jėgą, lygią veikiančiai jėgai, padaugintai iš kabelio, einančio tarp dviejų blokų, ilgių skaičiaus. Šis skaičius yra mechaninis pranašumas.
• Hidraulinis cilindras:
Tai gali būti naudojama tiesiogiai pakelti krovinį arba netiesiogiai perkelti strėlę ar siją, kuri neša kitą kėlimo įrenginį.
Kranai, kaip ir visos mašinos, paklūsta energijos taupymo principui. Tai reiškia, kad į krovinį tiekiama energija negali viršyti energijos, įdėtos į mašiną. Pavyzdžiui, jei skriemulio sistema veikiančią jėgą padaugina iš dešimties, tada apkrova pasislenka tik dešimtadaliu iki veikiančios jėgos. Kadangi energija yra proporcinga jėgai, padaugintai iš atstumo, išėjimo energija išlaikoma maždaug lygi įvesties energijai (praktiškai šiek tiek mažesnė, nes dalis energijos prarandama dėl trinties ir kitų neefektyvumo).
Tas pats principas gali veikti ir atvirkščiai. Iškilus problemoms, didelės apkrovos ir didelio aukščio derinys gali pagreitinti mažus objektus iki didžiulio greičio. Tokie sviediniai gali smarkiai pakenkti netoliese esančioms konstrukcijoms ir žmonėms. Gervės taip pat gali patekti į grandininę reakciją; vieno krano plyšimas savo ruožtu gali išnešti šalia esančius kranus. Gerves reikia atidžiai stebėti.
