Cầu trục hay còn gọi là cầu trục hay cầu trục là loại máy dùng để nâng hạ. Cần cẩu thường được trang bị một máy cuốn (còn gọi là trống dây), dây cáp hoặc xích và ròng rọc, có thể được sử dụng để nâng và hạ vật liệu cũng như di chuyển chúng theo chiều ngang. Nó sử dụng một hoặc nhiều máy đơn giản như tời để tạo ra lợi thế cơ học và do đó di chuyển tải trọng vượt quá khả năng bình thường của con người. Cần cẩu thường được sử dụng trong ngành vận tải để bốc dỡ hàng hóa, trong ngành xây dựng để vận chuyển vật liệu và trong ngành sản xuất để lắp ráp thiết bị nặng.
Những chiếc cần cẩu xây dựng đầu tiên được phát minh bởi người Hy Lạp cổ đại và được cung cấp năng lượng bởi con người hoặc động vật chở hàng, chẳng hạn như lừa. Những cần cẩu này được sử dụng để xây dựng các tòa nhà cao tầng. Những chiếc cần cẩu lớn hơn sau đó đã được phát triển, sử dụng bánh xe có rãnh của con người, cho phép nâng những vật nặng hơn. Vào thời Trung cổ, cần cẩu bến cảng đã được giới thiệu để bốc dỡ tàu cũng như hỗ trợ việc xây dựng chúng - một số được xây dựng thành tháp đá để tăng thêm sức mạnh và sự ổn định. Những chiếc cần cẩu đầu tiên được chế tạo từ gỗ, nhưng gang và thép đã được sử dụng khi Cách mạng Công nghiệp diễn ra.
Trong nhiều thế kỷ, năng lượng được cung cấp bởi nỗ lực thể chất của con người hoặc động vật, mặc dù cần cẩu trong cối xay nước và cối xay gió có thể được điều khiển bằng sức mạnh tự nhiên được khai thác. Năng lượng 'cơ khí' đầu tiên được cung cấp bởi động cơ hơi nước, cần cẩu hơi nước sớm nhất được giới thiệu vào thế kỷ 18 hoặc 19, và nhiều chiếc vẫn được sử dụng tốt cho đến cuối thế kỷ 20. Cần cẩu hiện đại thường sử dụng động cơ đốt trong hoặc động cơ điện và hệ thống thủy lực để cung cấp khả năng nâng lớn hơn nhiều so với trước đây, mặc dù cần cẩu thủ công vẫn được sử dụng khi việc cung cấp điện không kinh tế.
Cần cẩu tồn tại ở rất nhiều dạng khác nhau - mỗi dạng được thiết kế riêng cho một mục đích sử dụng cụ thể. Kích cỡ đa dạng, từ cần trục nhỏ nhất, được sử dụng trong nhà xưởng, đến cần cẩu tháp cao nhất, được sử dụng để xây dựng các tòa nhà cao tầng. Trong một thời gian, cần cẩu mini cũng được sử dụng để xây dựng các tòa nhà cao tầng, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng bằng cách tiếp cận những không gian chật hẹp. Cuối cùng, chúng ta có thể tìm thấy những chiếc cần cẩu nổi lớn hơn, thường được sử dụng để đóng các giàn khoan dầu và trục vớt tàu chìm.
Có ba cân nhắc chính trong việc thiết kế cần cẩu. Đầu tiên, cần trục phải có khả năng nâng được trọng lượng của tải; thứ hai, cần cẩu không được bị đổ; thứ ba, cần cẩu không được gãy.
Cần cẩu minh họa việc sử dụng một hoặc nhiều máy đơn giản để tạo ra lợi thế cơ học:
•Đòn bẩy:
Cần trục cân bằng có chứa một thanh ngang quay quanh một điểm gọi là điểm tựa. Nguyên lý đòn bẩy cho phép nâng tải nặng gắn vào đầu ngắn hơn của dầm bằng một lực nhỏ hơn tác dụng theo hướng ngược lại với đầu dài hơn của dầm. Tỷ lệ trọng lượng của tải trọng với lực tác dụng bằng tỷ lệ chiều dài của cánh tay dài hơn và cánh tay ngắn hơn và được gọi là lợi thế cơ học.
• Ròng rọc:
Cần trục có một thanh chống nghiêng hỗ trợ khối ròng rọc cố định. Cáp được quấn nhiều lần quanh khối cố định và quấn quanh khối khác gắn vào tải. Khi đầu tự do của cáp được kéo bằng tay hoặc bằng máy quấn, hệ thống ròng rọc sẽ truyền một lực lên tải bằng lực tác dụng nhân với số chiều dài cáp đi qua giữa hai khối. Con số này là lợi thế cơ học.
• Xi lanh thủy lực:
Điều này có thể được sử dụng trực tiếp để nâng tải hoặc gián tiếp để di chuyển cần trục hoặc dầm mang thiết bị nâng khác.
Cần cẩu, giống như tất cả các loại máy móc, tuân theo nguyên lý bảo toàn năng lượng. Điều này có nghĩa là năng lượng cung cấp cho tải không thể vượt quá năng lượng đưa vào máy. Ví dụ, nếu một hệ thống ròng rọc nhân lực tác dụng lên 10 thì tải chỉ di chuyển bằng 1/10 lực tác dụng. Vì năng lượng tỷ lệ thuận với lực nhân với khoảng cách, nên năng lượng đầu ra được giữ gần bằng năng lượng đầu vào (trong thực tế ít hơn một chút, vì một phần năng lượng bị mất do ma sát và những sự thiếu hiệu quả khác).
Nguyên tắc tương tự có thể hoạt động ngược lại. Trong trường hợp xảy ra sự cố nào đó, sự kết hợp giữa tải nặng và độ cao lớn có thể tăng tốc các vật thể nhỏ lên tốc độ cực lớn. Những viên đạn như vậy có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các công trình và con người gần đó. Cần cẩu cũng có thể gặp phản ứng dây chuyền; sự đứt gãy của một cần cẩu có thể làm mất đi những cần cẩu gần đó. Cần cẩu cần được theo dõi cẩn thận.
