크레인의 원리

 

 크레인은 물건을 들어 올리는 장비이다. 이삿짐을 고층으로 올리고 내리는 크레인, 가로수를 정비할 때 사람을 들어 올리는 크레인,  항구에서 크고 무거운 컨테이너를 배에 싣고 내리는 크레인, 바지(Barge)선에 설치한 크레인(Floting crane), 고층 건물을 짓는데 없어서는 안되는 타워 크레인(tower crane) 등 그 종류도 여럿이다.

 크레인은 만드는 방식에 따라 일의 원리(principle of work) 또는 도구의 원리가 적용된 것도 있고 적용되지 않은 종류도 있다.  일의 원리는 작은 힘으로 일을 하는 원리로써 일 즉, 에너지의 이득은 없으나 힘의 이득은 있다. 이를 도구의 원리라고 하는 이유는 도구가 바로 작은 힘으로 일을 할 수 있게 만든 연장이기 떄문이다.

 일의 원리가 적용된 크레인은 해양 크레인이 대표적인 것으로 한개의 후크(hook)에 걸리는 줄이 여러가닥인 크레인이다.  줄을 물체에 연결한 후에 줄을 당기면 물체가 끌려오지만 밀면 줄만 휘어지고 물체는 밀려나지 않는다. 즉, 줄은 당기는 힘만 물체에 전달하는데 이 힘을 줄의 장력(tension)이라고 한다. 한가닥의 줄에는 동일한 장력이 걸리므로 폴리(polly)에 여러번 줄을 감아 물체를 당기면 (물체의 무게/폴리에 걸린 줄 수)의 힘만으로 물체를 들어 올릴 수 있다. 이는 움직도르래의 원리와 같다.

 타워 크레인에도 줄을 감는 축차의 반경을 크게하면 일의 원리가 적용되는 크레인이 된다. 아무튼 고층건물, 아파트 신축공사가 여기 저기 벌어지고 있어서 타워 크레인을 쉽게 볼 수 있다.

 

                                    

                                                     [그림1] 타워 크레인의 각 부분 명칭

 

 타워 크레인을 볼 때 마다 어떻게 저렇게 큰 크레인을 건물 위로 들어 올리고 내리는지가 궁금하지 않을 수 없다.  원리는 모를 때는 궁금하다가도 알고보면 시시하다. 원리는 간단하기 때문이다. 먼저 [그림2]를 보자.

 

 

                                        [그림 2] 크레인의 운전석 부분의 상승 과정

 

 [그림2]는 크레인의 운전석이 있는 상층부를 들어 올리는 과정을 순서대로 그린 것이다.  (1)과 같은 상태에서 유압실린더의 위쪽의 볼트(빗장)를 (2)와 같이 풀고 유압실린더를 작동하면 (3)과 같이 위쪽 빗장이 올라간다. 다음은 (4)와 같이 위쪽 빗장을 잠그고 (5)와 같이 아래쪽 빗장을 푼다.  다시 유압 실린더를 작동하면 상층부가 함께 상승한다. 상승이 완료되면 다시 아래 빗장을 잠그면 상승작업이 완료된다. 하강 하고자 할 때는 빗장을 푸는 순서를 반대로 진행하면 된다.

 또, 여기서는 실린더 부분이 위로 이동하는 프레임에 붙어 있는 경우로 설명했지만  실린더를 아래 부분에서 이동하지 않고 프레임만 상승 시키는 경우가 대부분이다.

 

                                                      [그림 3] 크레인 전체의 상승 과정

 

 [그림 3]은 타워 크레인 전체를 끌어 올리는 과정을 살펴 보자. (A)와 같은 상태에서 임시대들보를 놓아 상층부를 고정한 후 [그림2]와 같은 과정을 반복하여 크래인의 토대(Basic mount)를 끌어올린다. 다음은 임시대들보를 치우고 [그림2]와 같은 과정을 거쳐 크레인 상층부를 높인다. 

이로써 타워 크레인의 상승과 하강의 원리는 유압실린더의 활용에 있음을 알 수 있다. 유압실린더는 포크레인에서 쉽게 볼 수 있다.

 

       ----------------------  by  Dajaehun