Oma elutingimuste parandamiseks ja elatisvahendite hankimiseks on inimestel tulnud läbi ajaloo teha suurt jõukulu nõudvat füüsilist tööd. Sageli moodustas sellest märkimisväärse osa mingite raskuste tõstmine ja kandmine, näiteks eluaseme, kindluse või muu rajatise ehitamise juures. Seda tegevust loetakse nii tähtsaks, et teda iseloomustab ja hindab ka füüsikateaduse üks põhimõisteid – töö, mida mõõdetakse rakendatud jõu suuruse ja selle mõjul liigutatud keha teepikkuse korrutisega.

Kogu tehnika arengu ajalugu on seotud vahendite loomise ja rakendamisega selle füüsilise ja füüsikalise töö hõlbustamiseks – oleme ju kõik üksjagu laisad ja mugavad. Alles viimasel sajandil on jõutud ka vaimses töös abistavate seadmete loomiseni.

Esimesteks tööd hõlbustavateks vahenditeks olid lihtmehhanismid kang ja kaldpind, mida kasutati juba ürgajal, kuid nende abil suudeti ehitada ka näiteks Egiptuse hiigelpüramiidid. Järgmised lihtmehhanismid – tali ja pöör – võeti kasutusele alles antiikses Kreekas ja Roomas. Sealt on pärit ka esimesed teated primitiivsete kraanade kasutamise kohta ehitustöödel.

Kraanade põhiolemus, mis seisneb pööra ja tali kombinatsioonides, on säilinud tänaseni. Need lihtmehhanismid aitavad võita jõus ja seetõttu tõsta ning liigutada suuri, muidu ülejõukäivaid raskusi, kuid seda vaid kaotatud teepikkuse arvel. Kui mitu korda me võidame jõus, nii mitu korda kaotame teepikkuses. See on ühtlasi ka üks energia jäävuse seaduse avaldusi. Uuemal ajal lisandus kraanade konstruktsiooni veel üks lihtmasin – hüdrauliline silinder/pump, mille puhul samuti võidetakse jõus, kaotades teepikkuses.

 

Suur perekond

Kraanade areng on olnud seotud uute jõuallikate, tugikonstruktsioonide, materjalide, samuti juhtimis- ja kontrollseadmete kasutuselevõtuga, mistõttu on nende tõstevõime kasvanud aja jooksul tuhandeid kordi ning nad suudavad lasti teisaldada ka sadade meetrite kaugusele. Kraanade kui üldiste tõstemehhanismide pere intensiivne areng on tänapäeval viinud nende spetsialiseerumiseni. Pinnasematerjali tõstjad on saanud nimeks ekskavaator, hooldus- ja remonditöödel kasutatakse mitmesuguseid tõstukeid töömeeste ja -riistade tarbeks jne. Kõige sagedamini torkavad meile silma ehitustandritel töötavad tornkraanad ja sadamates võimsad portaalkraanad.

Kraanade tõstejõud sõltus kasutada olnud jõuallikatest. Algselt kasutati jõus võitmiseks käsitsi vändatavaid pöörasid, mida teatakse juba üle nelja tuhande aasta ja mille abil võis ka suure laeva vette või veest välja sikutada. Pöörale järgnes sõtku- või tallamisratta kasutuselevõtt 1 sajandist e.m.a ning seejärel ka veoloomade rakendamine nende tööshoidmiseks. Sõtkurattad kujutasid endast umbes 4 m läbimõõduga 1-2 m paksust silindrit, mis olid kinnitatud raskust ja tali vedavat köit keriva pööra otstesse. Selle silinder-ratta välisseina siseküljel oli treppastmestik, mida mööda sammusid 1-2 töömeest ja panid ratta pöörlema nagu oravad oma jooksuratta.

Suured muudatused toimusid 19. sajandil, mil kraanade juures võeti kasutusele aurumasinad (1827), hüdrojõud (1846) ja lõpuks 1885. a tänaseni domineerivad elektrimootorid. Samuti oli revolutsiooniline kraanade varustamine noole pööramist võimaldavate mehhanismidega.

Kraanade efektiivsuse võrdlemisel ei ole peamiseks näitajaks mitte nende absoluutne tõstejõud tonnides, vaid pigem tõstemoment, mis väljendub tõstejõu ja selle rakendamise kauguse (mõõdetuna kraana raskuskeskmest) korrutisena ehk tonnmeetrites. Just see suurus väljendab ka kraanat kallutava (ja äärmisel juhul ka ümberpaiskava) jõumomendi suurust, mis peab olema tasakaalustatud kraana konstruktsioonis ette nähtud ja kraananoole vastasküljele paigutatud vasturaskusega või kraanast väljasirutuvate tugijalgadega. Tornkraanade ümberkukkumise vältimiseks kinnitatakse neid sageli kõrghoonete ehitamisel ajutiselt ka ehitiste endi külge. Lisaks tõstejõule ja tõstemomendile on kraanade puhul sageli esmatähtis ka tõstekõrgus, mis tänapäeval võib küündida sadade meetriteni.

Keskajal olid kraananooled suhteliselt lühikesed, mistõttu tuli näiteks kõrgete gooti stiilis kirikute ehitamisel neid seesmiste abivahelagede abil järk-järgult tõsta ja toetada katusealustele kandetaladele, kusjuures iga järgmise ehitusetapi puhul kraanad de- ja remonteeriti ning nad jäid ehituse lõppedes kirikute tornikatuste alla ning on paljudes Inglismaa vanades kirikutes säilinud tänapäevani.

Tänapäevast kraanade maailma iseloomustab mudelite suur mitmekesisus ja kõrge spetsialiseerumise aste. Peaaegu iga tähtsama töö jaoks leidub sobiv kraanatüüp ja -mudel. See on nii, nagu sõjas ja jahil, kus iga sihtmärgi jaoks valitakse selleks enim sobiva kaliibriga seade – ei ole ju arukas hakata varblasi kahuritega küttima.

 

Torn + kraana = tornkraana

Arvukas ja kõigile silma hakanud kraanade klass on tornkraanad, mida kasutatakse peamiselt (kõrg)hoonete püstitamisel. Nende hulka hinnatakse maailmas 100–150 tuhandele. Tornkraanasid on väga erinevate võimsustega, klassi kõige võimsamad esindajad on sellised, mille kandejõud on vähemalt 200 tonnmeetrit ja lasti teisalduskaugus 100 m. Mõnedel andmeil paikneb neist praegu 10–20% Dubais Araabia Ühendemiraatides, mis on olnud viimastel aastatel ülemaailmse ehitusbuumi üks olulisemaid tsentreid.

Tornkraana silmatorkavamateks osadeks on suur, näiteks 10 x 10 x 1,5 m ja 180 t kaaluva raudbetoonist plaadi peale kinnitatud sõrestikust 3,2 x 3,2 m torn, mis kannab teist pöördalusele toetuvat horisontaalset sõrestikku, mille üks pooltest – kraananool – kannab seda mööda liikuvat lastivankrit ja lastihaardeseadeldist (tali konksuga) ning teine ja lühem pool vasturaskust. Samas paikneb ka lastivankrit ning tali vedava vintsi mootor ja vastav ülekandemehhanism. Noole küljes torni lähedal paikneb kraanajuhi kabiin vajalike juhtimis- ning vajadusel ka raadiosideseadmetega. Kraanajuht teeb koostööd lasti haardeseadmega ühendavate ja sellest lahutavate meeskonnaliikmetega. Mõnikord võidakse viimastele üle anda ka osa kraana juhtimise funktsioone. Võidakse kasutada ka raadio teel töötavaid distantsjuhtimispulte, sealhulgas portatiivseid. Lihtsamatel juhtudel piirdutakse käeviibete abil suhtlemisega, kuid eriti keerulistel operatsioonidel kasutatakse ka spetsiaalseid sensoreid.

Tänapäevane kraanade monitooringusüsteem MIPEG 2000 tagab mitte ainult kraanade tööohutuse kõrgeimad standardid, vaid registreerib ka informatsiooni sooritatud töö kohta, mis võimaldab otstarbekamalt planeerida kraanade vajalikke hooldusi. Koormussensorid noole tipus mõõdavad nii staatilist kui ka tippkoormust iga tõsteoperatsiooni käigus ja edastavad selle info keskarvutisse. Koormusmomendi sensorid mõõdavad kraanat kallutada püüdvat jõumomenti ning survet pöördaluse laagritele. Ilma lisakinnitusteta tornkraanade kõrgused ulatuvad tavaliselt 80 meetrini, nende tõstejõud 20 tonnini ja lasti teisalduskaugus 70 meetrini.

Tornkraanad monteeritakse ehitusplatsil kokku umbes kuuemeetristest sektsioonidest, mis tuuakse kohale treileritel. Montaaži algfaasis kasutatakse küll mobiilset abistavat kraanat, kuid edasine torni püstitamine toimub tornkraana enda tõstemehhanismide abil (nn isepüstituvad tornkraanad), kus kasutatakse üsna teravmeelset lahendust nn roniva abisektsiooni näol, mida hiljem kasutatakse ka kraana demonteerimisel.

 

Hiiglased hiiglaste hulgas

Tornkraanade hulgas sai võimsaimaks hiiglaseks Taanis Krolli tehases ehitatud K-10000, mis suutis tõsta kuni 264 t raskust 44 m kaugusele ning pika noolega variandis 94 t kuni 100 m kaugusele. Tõstekõrgus küündis 81 m. Selle hiiglase omapäraks oli see, et ta pöördus tervenisti oma alusel ja tema ülaossa oli paigutatud veel teine pisem kraana, mis abistas põhikraanat tema püstitamisel ning hiljem tõstemehhanismide seadmisel ja hooldustöödel. Selle abikraana tõstejõud oli 6 t ja tegevusraadius 20 m.

Auväärsematest kuulsustest kraanade maailmas tuleks nimetata kindlasti üle saja-aastast vägilast Titan, mis ehitati 1907. a William Arroli juhtimisel Clydebanki laevaehitustehase tarbeks ja mille tõstejõud oli 150 t, mida uuenduste käigus 1937. a suurendati koguni 200 tonnini. Titan osales selliste kuulsate laevade ehitamisel nagu Lusitania (1907), Queen Mary (1936), Queen Elizabeth (1940) jt. Kuigi nüüdseks on ta lastud pensionile, ei raatsi kohalikud elanikud seda vanarauaks saata, vaid soovivad säilitada kui linnale iseloomulikku sümbolit ja tehnika mälestusmärki ning atraktiivset turismiobjekti. Titani restaureerimiseks ja konserveerimiseks kulutati 2,9 miljonit naela. See varustati 40 turisti mahutava vaateplatvormiga ning erilise arvutiprogrammi abil juhitava valgustitemänguga, mis kohandub vastavalt päeva- ja aasta-ajale.

Üks analoogseid nn haamripea-kujulisi gigantseid konsoolkraanasid tõstejõuga 350 t ehitati eelmise sajandi alguses ka Saksamaal ning seda kasutati sõjalaevade ehitamisel, kuid langes liitlaste sõjasaagiks ning transporditi USAsse ja lõpuks veel Panamasse selle kanali lüüsiväravate teenindamiseks.

Esimesena saavutas kraanade hulgas tõstejõu 1000 t Rosenkranz K-10001 (hilisem Krupp K-10001).

Mitte kõigi hiigelkraanade saatus ei ole õnnelik. Üks selliseid oli Malmö laevaehitustehases töötuks jäänud pukk-kraana Kockums, mis müüdi ühe dollari eest Koreasse Hyundaile ning mille lahkumist sadamast tulid pisarsilmil jälgima tuhanded linna elanikud, mistõttu korealased andsid talle ka hüüdnime „Malmö pisarad”. Oma uuel kodumaal värviti ta sinise asemel punaseks ja nimetati Hyundaiks.

Võimsaimate kraanade tootmise nimel võistlevad Manitowoc USAs ja Mammoet Euroopas. Manitowoci uuel neljal roomikul paikneval mudelil 31000 on tõstejõudu 2300 t ja peamasti pikkus 100 m ning tõusva noole pikkus samuti 100 m. Kraana on varustatud innovatiivse muudetava positsiooniga vasturaskusega. Mammoet aga ehitab ringplatvormile paigutatavaid mudeleid PTC 120 ja PTC 160, mille tõstejõud on koguni 3200 t ja maksimaalne tööraadius üle 200 m (!).

Senine kraanatõste maailmarekord – 20 133 tonni – püstitati dokikraana Taisun poolt 2008. aasta aprillis ning see on kantud ka Guinnessi rekorditeraamatusse. Taisunil õnnestus üles tõsta ühekorraga terve kokkumonteeritud naftapuurimisplatvorm ja paigutada see veealusele kandekorpusele. Sellised operatsioonid võimaldavad naftapuurimisplatvorme lihtsamalt ning odavamini kuival maal valmis ehitada ning seejärel transportida merre vajalikku kohta.

Kraanade areng toimub pidevalt ning peaaegu iga aasta toob teateid uutest saavutustest selles valdkonnas.