جرثقیل
این ماشین‌آلات عمدتاً به‌منظور انتقال عمودی و بالابری و تا حد کمتری برای نقل و انتقال افقی مواد، مصالح و اجسام در صنعت و نیز ساخت‌وسازهای عمرانی به‌کار می‌روند. انواع مختلف جرثقیل بنا به تعریف آن در خصوصیت توانایی بالا و پایین بردن بار مشترک هستند. به‌صورت معمول جرثقیل‌ها از یک اتاق فرمان و یک تیر بلند مشبک (بوم) و یک قلاب تشکیل شده‌اند. جرثقیل‌ها معمولاً برای بلندکردن اجسام سنگین، حرکت‌دادن آن‌ها چه به‌وسیلۀ بوم و چه از طریق حرکت خود جرثقیل و قراردادن بار در محل مربوطه به‌کار می‌روند. با توجه به اشتراک اساسی جرثقیل‌ها، حمل عمودی بارها، در یک طبقه‌بندی اولیه و اساسی می‌توان این ماشین‌ها را به دو گروه اصلی تقسیم‌بندی نمود: جرثقیل‌های ثابت و متحرک.
الف) جرثقیل‌های متحرک
مشخصات اصلی همۀ انواع این جرثقیل عبارت است از:
۱) قابلیت تنظیم طول بوم
۲) قابلیت تنظیم زاویه‌های بوم
۳) توانایی چرخاندن بار
۴) توانایی حرکت در محوطۀ کار
براساس مشخصاتی از قبیل نوع شاسی حامل (لاستیکی یا زنجیری یا کامیونی) می‌توان جرثقیل متحرک را به گروه‌های زیر طبقه‌بندی نمود:
۱) کامیون‌های بوم‌دار
۲) جرثقیل‌های چرخ‌لاستیکی
به دو گروه جرثقیل‌های بوم شبکه‌ای (بوم خشک) و بوم تلسکوپی تقسیم می‌شوند.
۳) جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری
به دو گروه جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری سنگین و جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری سبک تقسیم می‌شوند.
ب) جرثقیل‌های ثابت
این دسته از جرثقیل‌ها بنا به تعریف قابلیت جابه‌جایی در محوطۀ کارگاه را نداشته و باید جهت بهره‌برداری در نقطۀ خاصی نصب و مورداستفاده قرار گیرند. از انواع این جرثقیل‌ها می‌توان به جرثقیل سقفی، جرثقیل برجی (تاورکرین)، جرثقیل کابلی، جرثقیل دروازه‌ای و بالابرهای ساختمانی اشاره کرد.
معرفی جرثقیل‌های متحرک
۱) جرثقیل‌های کامیونی
برخلاف همۀ انواع دیگر جرثقیل‌های متحرک، این جرثقیل‌ها روی دستگاه‌های حاملی نصب شده‌اند که منحصراً برای کار جرثقیل طراحی نشده‌اند. آن‌ها روی شاسی یک کامیون معمولی سوار شده‌اند که با تمهیدات خاصی برای پذیرش جرثقیل تقویت شده است. دو شکل متداول این نوع دستگاه عبارت‌اند از: بوم تلسکوپی و بوم لولایی.
۲) جرثقیل‌های متحرک چرخ‌لاستیکی
چنانچه گفته شد علی‌رغم عدم تفاوت اساسی در نحوۀ کارکرد جرثقیل، در نوع انتقال و حمل دستگاه در این جرثقیل تفاوت وجود دارد. این دستگاه به‌صورت خودکششی عمل نموده و دارای موتور مخصوص‌به‌خود بوده که هم وظیفۀ جابه‌جایی آن و هم تأمین نیروی لازم برای کارکرد مناسب جرثقیل را برعهده دارد.
جرثقیل‌های چرخ‌لاستیکی بوم خشک (بوم شبکه‌ای)
برای حمل بارهای فوق‌سنگین در ارتفاع بالا به این نوع جرثقیل‌ها نیاز است. در ساخت سازه‌های بلند مثل سدها، نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها و نیز عملیات حمل در اسکله‌ها و بنادر از این نوع جرثقیل استفاده می‌شود. مهم‌ترین مزیت این جرثقیل‌ها طول بلند بوم آن‌هاست که به این دلیل باید از پروفیل‌های توخالی با شبکه‌های ساخته‌شده استفاده شود تا باعث کاهش وزن و امکان مانور و بارگیری آن‌ها شود. درنتیجه این نوع جرثقیل‌ها با قدرت مساوی کارایی بیشتری نسبت به جرثقیل‌های با بوم هیدرولیک دارند.
البته از مشکلات استفاده از این نوع جرثقیل‌ها سرهم‌کردن بوم آن‌هاست. منظور از عبارت بوم شبکه‌ای، نوعی از تیر اصلی جرثقیل است که قابلیت افزایش یا کاهش طول را نداشته و دارای طول ثابت می‌باشد. این نوع جرثقیل‌ها صرفاً با تغییر زاویه در منتهاالیه بوم اصلی توانایی دسترسی به نقاط مختلف را پیدا می‌کنند. این نوع جرثقیل‌ها توانایی تحرک بیشتری در کارگاه را داشته و قابلیت مانور آن‌ها بیشتر است. به‌طور عمده به‌دلیل نوع ساختار این دستگاه‌ها، این جرثقیل‌ها در کلاس جرثقیل‌های سنگین و فوق‌سنگین طبقه‌بندی می‌شوند.
جرثقیل‌های چرخ‌لاستیکی بوم تلسکوپی
این جرثقیل‌ها بر روی دستگاه‌های حاملی که به‌طور ویژه مخصوص کار در بالابری طراحی شده‌اند نصب می‌شوند. این دستگاه‌ها به‌شدت در مقابل واژگونی تقویت و محاسبه شده‌اند و توانایی انتقال بار را با کمک سیستم تلسکوپی خود که می‌تواند طول بوم اصلی را در راستای حرکت آن کم یا زیاد نماید، دارد. این نوع جرثقیل را می‌توان به انواع گوناگونی از بوم‌ها و جیب‌ها و ادوات دارای کاربرد خاص مجهز کرد. از مزایای این جرثقیل انعطاف‌پذیری بسیار زیاد آن در دسترسی و سرعت عمل قابل‌ملاحظه در جابه‌جایی مواد و مصالح است. همچنین به‌دلیل جمع‌شدن بوم می‌تواند به‌سرعت در جاده و یا داخل کارگاه تغییر محل داده و آمادۀ انجام وظیفه گردد.
بااین‌همه این جرثقیل به‌دلیل سقف محدود باربری بوم اصلی از ظرفیت کمتری در مقایسه با جرثقیل معادل بوم شبکه‌ای برخوردار است. این نوع جرثقیل‌ها دارای ظرفیت حمل و بالابری از ۳۵ تن تا ۸۰۰ تن در کاربری‌های جاده‌ای و غیرجاده‌ای هستند. سرعت بالا (تا حدود ۸۰ کیلومتر بر ساعت) و چندمنظوره‌بودن به‌دلیل ابعاد نسبتاً کوچک از ویژگی‌های این جرثقیل‌ها می‌باشد. ارتفاع بالابری از ۴۵ متر تا ۱۴۶ متر و شعاع حمل از ۴۰ متر تا ۱۴۶ متر و تعداد محورهای دستگاه از ۲ تا ۸ متغیر می‌باشند.
این جرثقیل‌ها را می‌توان براساس محورهای دستگاه حامل به‌صورت دو تا هشت‌محوره تقسیم‌بندی نمود، زیرا که افزایش در میزان قدرت و ظرفیت این جرثقیل‌ها ارتباط مستقیمی با محورهای دستگاه‌ها نشان می‌دهد. به‌منظور حفظ تعادل در جرثقیل‌های چرخ‌لاستیکی به‌ویژه زمانی‌که بوم جرثقیل در نواحی جانبی آن مشغول کار است، استفاده از بازوهایی که در هنگام کار دستگاه از آن خارج شده و بر زمین تکیه می‌کنند، مرسوم است. به این بازوها که با استفاده از نیروی هیدرولیک فعالیت می‌کنند، جک گفته می‌شود. اساس حرکت این جک‌ها بر مبنای تأمین فضای ایمن چرخش به‌صورت متوازن درحین دوران جرثقیل است، به‌شکلی که چه زمانی که دستگاه در راستای محور طولی خود یا عمود بر آن باربرداری کند، بار مجاز تغییری نکند.
۳) جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری
این جرثقیل‌ها به‌دلیل نوع عملیات سنگینی که در باربرداری انجام می‌دهند، امکان استفاده از لاستیک در آن‌ها مقدور نیست. لذا برای توزیع فشار بر سطح بیشتر از چرخ زنجیری استفاده می‌شود. البته امکان حرکت در زمین‌های ناهموار نیز در زمره مزایای این نوع دستگاه‌ها به‌شمار می‌آید. ازجمله معایب این دستگاه‌ها امکان مانور کمتر و سرعت پایین در جابه‌جایی است. از این دستگاه‌ها عمدتاً در پالایشگاه‌ها، تأسیسات پتروشیمی و سایر پروژه‌های صنعتی بزرگ استفاده می‌شود. موارد استعمال این گروه از کاربرد در خاکبرداری و بیل مکانیکی در انواع سبک شروع و به کاربرد در پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و پل‌ها در انواع سنگین خاتمه می‌یابد. این نوع جرثقیل‌ها بنابر نوع عملکرد به دو دستۀ اصلی تقسیم می‌شوند: جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری سبک و جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری بالابر.
جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری سبک
این جرثقیل‌ها بنا به نوع بوم (تلسکوپی، شبکه‌ای) به دو گروه تقسیم می‌شوند.
الف) جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری بوم شبکه‌ای سبک
این نوع بیشتر برای حمل مواد و مصالح به‌کار می‌رود. موارد استعمال در خاکبرداری، تخریب ساختمان‌ها، تراکم دینامیکی خاک، لوله‌گذاری و شمع‌کوبی می‌باشد. ظرفیت حمل این جرثقیل‌ها بین ۳۵ تن تا ۲۰۰ تن است. طول بوم اصلی از ۲۹ تا ۸۵ متر، سرعت از ۱٫۳ تا ۱٫۷ کیلومتر بر ساعت، وزنه‌های تعادل از ۳۵ تا ۱۱۰ تن متغیر می‌باشند. این نوع نیز با توجه به قطعات الحاقی در انتهای بوم شبکه‌ای خود به گونه‌های مختلفی با کاربردهای متنوع تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از: بیل مکانیکی عادی، بیل مکانیکی با جام معکوس، دراگلاین، کلامشل و شمع‌کوب.
ب) جرثقیل‌های بوم تلسکوپی
از خصوصیات عمدۀ این نوع جرثقیل می‌توان به راحتی حمل‌ونقل در خارج جاده، دقت حمل بالا، چندمنظوره‌بودن بوم و جیب، سرعت بالا و زمان کم عملیات اشاره کرد. حداکثر ظرفیت حمل ۱۰۰ تن در ۲٫۵ متر و طول بوم متغیر از ۱۱٫۵ تا ۵۲ متر و حداکثر سرعت برابر ۲٫۸ کیلومتر بر ساعت می‌باشد.
جرثقیل‌های چرخ‌زنجیری بالابر
جرثقیل‌های بالابر دارای ظرفیت بالابری (حمل) بین ۱۰۰ الی ۱۲۰۰ تن می‌باشند. خصوصیت عمدۀ دستگاه‌های با تناژهای پایین وزن پایین حمل‌ونقل دستگاه و امکان جابه‌جایی آسان‌تر، سرعت بالا در نصب و در تناژهای بزرگ‌تر افزایش ارتفاع بالابری تا ۲۶۶ متر و شعاع دسترسی تا ۱۶۵ متر می‌باشد.
مشخصات فنی جرثقیل‌های متحرک
در این بخش فارغ از نوع جرثقیل کلیاتی راجع به تعادل و عوامل مؤثر بر آن، نواحی کار، ظرفیت و عوامل کاهش‌دهندۀ آن و نهایتاً محاسبۀ ظرفیت خالص برای انواع جرثقیل متحرک بیان می‌شود. ابتدا باید به مرکز ثقل و تغییر محل آن در حین چرخش ساختار فوقانی پرداخته شود. به‌طورکلی محل مرکز ثقل جرثقیل بستگی به وزن و محل سنگین‌ترین اجزای آن دارد. پس تنها لازم است به تأثیر بوم، دستگاه حامل، ساختار فوقانی و وزنۀ تعادل پرداخته شود. در عمل هنگامی‌که قطعات مونتاژ می‌شوند، می‌توان محل مرکز ثقل را تعیین کرد. چرخش ساختار فوقانی، مرکز ثقل جرثقیل را تغییر می‌دهد. چون مرکز ثقل چرخ زنجیرها و فریم‌های اصلی تقریباً در مرکز دوران (محور مرکزی) قرار دارد، هنگامی‌که جرثقیل می‌چرخد، تغییر کمی در محل مرکز ثقل کلی آن به‌وجود می‌آید. این موضوع به آن معنا است که ظرفیت جرثقیل در ناحیۀ کار روی پهلو و روی انتها یکسان نیست.
نیرو و تعادل
لازم به یادآوری است که جرثقیل به بار نیرو وارد می‌کند که گشتاوری برابر (وزن جرثقیل × فاصلۀ مرکز ثقل آن از نقطۀ اتکا) تولید می‌کند. از سوی دیگر بار هم به جرثقیل اعمال نیرو می‌کند و گشتاور معکوسی معادل (وزن بار × فاصلۀ مرکز ثقل آن تا نقطۀ اتکا) به‌وجود می‌آورد و این به آن معنا است که جرثقیل زمانی دارای تعادل است که این گشتاورها برابر باشند. بنابراین برای برقراری تعادل ساده گشتاورها یکسان هستند، اما برای بالابری، نیروی جرثقیل باید بیشتر از نیروی بار باشد. در هنگام چرخش ساختار فوقانی نیروی جرثقیل تغییر می‌کند، زیرا محل مرکز ثقل جرثقیل در هنگام چرخش تغییر می‌کند و همچنین فاصلۀ مرکز ثقل جرثقیل از نقطۀ اتکا هم تغییر می‌کند. این امر می‌تواند تعادل جرثقیل را تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین ظرفیت جرثقیل در جدول بار اصلاح می‌شود تا این تغییر نیرو را جبران کند.
عوامل تعادل جلویی
برای دست‌یابی به حاشیۀ امن به‌منظور جلوگیری از چپ‌شدن دستگاه به سمت جلو، همۀ جرثقیل‌های متحرک در سطوحی پایین‌تر از نقطه‌ای که بار شروع به چپ‌کردن دستگاه می‌کند برآورد ظرفیت شده‌اند. ظرفیت صحیح جرثقیل در درجۀ اول از روی شعاع عمل آن تعیین می‌شود. شعاع عمل جرثقیل عبارت است از فاصلۀ افقی بین مرکز چرخش اتاق کنترل تا قلاب انتهای تیر مشبک. این فاصله تابع طول تیر مشبک و زاویۀ آن با سطح افق می‌باشد.
سایر عوامل که خاصیت تعیین‌کننده در ظرفیت جرثقیل دارند، عبارت‌اند از: نوع زمین محل کار، وزن وزنۀ تعادل، نوع و اندازۀ کابل فلزی متصل به قلاب، اندازۀ قلاب، وضعیت تیر مشبک نسبت به اتاق فرمان و وضعیت مکانیکی جرثقیل. کارخانه‌های سازنده معمولاً جدول مخصوصی تهیه می‌کنند که ظرفیت جرثقیل در شرایط مختلف از روی آن‌ها تعیین می‌شود. شاخص‌های الکترونیکی بارسنجی وجود دارند که در هر لحظه بار حقیقی تیر جرثقیل را مشخص کرده و درصورتی‌که این بار به حد ظرفیت تیر نزدیک شود اخطار می‌دهند.
تعادل عقبی
تعادل عقبی به معنای مقاومت جرثقیل دربرابر چپ‌شدن به سمت عقب است. برخورداری از این تعادل بسیار مهم است، زیرا درغیراین‌صورت قرارگرفتن در هریک از موقعیت‌های زیر می‌تواند باعث چپ‌شدن گردد:
۱) حرکت با بوم‌های بلند و مرتفع روی زمین شیب‌دار می‌تواند مرکز ثقل را به‌طرف عقب نقطۀ اتکا جابه‌جا کند.
۲) فشار باد روی بوم می‌تواند تأثیری را که معمولاً به‌وسیلۀ وزن بوم بر روی سیم‌های مهار ایجاد می‌شود کاملاً خنثی کند. بدون این وزن چپ‌کنندۀ جلویی، ممکن است مرکز ثقل ساختار فوقانی و دستگاه حامل به خارج از نقطۀ اتکای عقب جابه‌جا شود.
تأثیر اضافه‌وزن بر تعادل
بارگذاری بیش از حد جرثقیل یا باعث چپ‌شدن و یا آن را دچار نقص ساختاری می‌کند. جرثقیل‌ها ممکن است به شیوه‌های گوناگونی دچار اضافه‌بار شوند که بعضی از این حالت‌ها عبارت‌اند از:
۱) پایین‌آوردن بوم و افزایش شعاع بار
۲) بلندکردن بار سنگین‌تر از ظرفیت برآوردشده
نواحی کار
برای ایجاد تعادل یکنواخت، صرف‌نظر از وضعیت ساختار فوقانی نسبت به جرثقیل، کارخانۀ سازنده ظرفیت جرثقیل را براساس ناحیۀ کار تعیین می‌کند. این تغییرات ظرفیت در جدول بار به‌وسیلۀ ناحیۀ کار قابل‌تشخیص هستند. سطح گردش، کل سطحی است که بوم جرثقیل می‌تواند در بالای آن بچرخد. این سطح به سطوح کاری تقسیم می‌شود که ناحیۀ کار نامیده می‌شود. سپس ظرفیت جرثقیل بر مبنای ناحیه‌های کار ارزیابی می‌شود. هنگامی‌که قلاب بار در بالای ناحیۀ خاصی از سطح گردش قرار گیرد گفته می‌شود که جرثقیل در آن ناحیۀ کار قرار دارد.
جداول بار
این جداول ظرفیت برآوردشدۀ دستگاه را برای وضعیت‌ها و ترکیب‌بندی‌های مجاز بار مشخص می‌کند. توانایی درک جدول بار دستگاه و استفادۀ درست از آن برای عملکرد ایمن جرثقیل بسیار حیاتی است. هنگامی‌که رانندگان توانایی این کار را ندارند به حدس خود اتکا می‌کنند و یا سعی می‌کنند باربرداری آزمایشی انجام دهند که کار بسیار خطرناکی است. جداول بار جرثقیل‌های متحرک براساس ترکیب‌بندی جرثقیل در هنگام باربرداری تنظیم می‌شوند که این ترکیب‌بندی با یکی از سه وضعیت زیر شروع می‌شود:
۱) جیب‌ها و قسمت‌های اضافی بوم نصب نشده‌اند.
۲) جیب‌ها یا قسمت‌های اضافی بوم و یا هر دو نصب شده‌اند، اما بالابری از بوم اصلی انجام می‌شود.
۳) جیب‌ها یا قسمت‌های اضافی بوم و یا هر دو نصب شده‌اند و بالابری از قسمت اضافی بوم یا از جیب انجام می‌شود.
عوامل مؤثر بر ظرفیت دستگاه
١) هندسه و ترکیب‌بندی پایۀ جرثقیل
۲) ترکیب‌بندی جرثقیل
۳) ناحیه‌های کار
۴) طول بوم (که برابر فاصلۀ بین پین‌های ته بوم تا مرکز قرقرۀ سر بوم است.)
برای محاسبۀ ظرفیت جرثقیل اگر جیب یا قسمت اضافی بوم روی جرثقیل نصب شده باشد، اما استفاده نشود، ظرفیت جدول بار به طول بوم اصلی بستگی دارد نه به طول کلی بوم. هنگام بالابری از جیب یا قسمت اضافی بوم و یا هردو باید منظور کارخانه از “طول بوم” دقیقاً درک گردد، زیرا ممکن است منظور طول بوم به اضافۀ جیب یا قسمت اضافی بوم نباشد. مثلاً در جرثقیل‌های بوم شبکه‌ای اصطلاح “طول بوم” در جدول بار، طول جیب را شامل نمی‌شود.
۵) زاویۀ بوم
در جرثقیل‌های بوم تلسکوپی این زاویه عبارت است از زاویۀ بین ته قسمت پایۀ بوم اصلی با افق در وضعیتی که بوم بارگذاری شده باشد. در جرثقیل‌های بوم شبکه‌ای زاویۀ بوم عبارت است از زاویۀ بین خط مرکزی (از پین‌های پایۀ بوم اصلی تا قرقرۀ سر بوم) و خط افق درحالی‌که بوم دارای بار باشد.
۶) شعاع بار
عبارت است از فاصلۀ افقی بین مرکز گردش جرثقیل (محور مرکزی) تا قلاب بار (مرکز ثقل بار) در وضعیتی که بوم بارگذاری شده است.
۷) کسورات ظرفیت خالص (مقادیری که باید از ظرفیت ناخالص کم شوند.)
مقادیری که به‌منظور تعیین ظرفیت خالص، از ظرفیت ناخالص کسر می‌شود، از محصولی به محصول دیگر متفاوت است. تذکر اینکه معمولاً وزن سیم بالابر جز کسورات محسوب نمی‌شود، مگر اینکه در جدول بار مشخص شده باشد که باید کم گردد.
منبع: معرفی ماشین‌آلات ساختمانی، نشریۀ شمارۀ ۴۴۶، معاونت نظارت راهبردی، دفتر نظام فنی اجرایی، ۱۳۸۸
