기중기

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1. 개요
2. 역사
3. 종류
4. 활용 및 자격 면허
5. 기계적 원리
참조

1. 개요

기중기는 무거운 물건을 들어 올리고 이동시키는 데 사용되는 장치로, 고대 그리스 시대에 처음 발명되었다. 역사적으로 지렛대와 도르래를 활용한 형태에서 시작하여, 로마 시대에는 트레드휠 크레인과 같은 발전된 기술이 등장했다. 중세 시대에는 족답식 크레인이 널리 사용되었으며, 근대에는 수력 크레인과 같은 현대적인 기술이 개발되었다. 기중기는 트럭 장착형, 러프 테레인형, 크롤러형 등 다양한 종류로 분류되며, 건설, 항만, 창고 등 다양한 분야에서 활용된다. 기중기 운전에는 자격 면허가 필요하며, 기계적 원리를 바탕으로 설계되어 안정성과 구조적 안전성을 확보해야 한다.

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기중기
기중기
리프헤어 LTM 1750-9.1
개요
종류	기계
기능	물건을 들어올리고 수평으로 이동시키는 데 사용
상세 정보
구성 요소	강선 드럼 브레이크 훅
동력원
동력원	수동 전기 모터 내연 기관
활용
활용 분야	건설 제조 운송
관련 항목
관련 항목	도르래 윈치 호이스트 엘리베이터

2. 역사

무거운 짐을 들어 올리는 기중기는 기원전 6세기 말 고대 그리스인들에 의해 발명되었다.^[99] 크레인(crane)이라는 명칭은 두루미를 뜻하며, 목이 긴 새가 목을 뻗은 모습과 유사하여 붙여졌다.^[81] 기원전 6세기 말 고대 그리스에서 처음 발명된 기중기는 처음에는 사람이 힘으로 들 수 없는 물건을 들어 올리는 장치로 발전했으며, 이후 수평 방향으로 이동하는 기능도 추가되었다.

윈치와 도르래가 발명되면서 크레인이 경사로를 대체하여 들어 올리는 작업의 주역이 되었다. 고대 그리스 연극에서도 극장에 설치되어 데우스 엑스 마키나라는 수법 등에 사용되었다. 로마 제국 시대에는 그리스의 크레인을 도입하여 더욱 발전시켰으며, 비트루비우스(De Architectura 10.2, 1-10)나 알렉산드리아의 헤론(Mechanica 3.2-5)과 같은 기술자들이 관련 기록을 남겼다.

서로마 제국 붕괴 이후 트레드 휠 크레인은 사용되지 않았으나, 중세 성기에 다시 대규모로 사용되기 시작했다.^[92] 항만 크레인에 대한 초기 기록은 위트레흐트(1244년), 앤트워프(1263년), 브뤼헤(1288년), 함부르크(1291년) 등에서 발견된다.^[93]

1856년에 촬영된 건설 중인 쾰른 대성당 (남쪽에 15세기의 크레인이 보인다)

1797년 독일에서 제작된 크레인은 현재 하노버 주뤼네부르크에 남아있다. 1586년 르네상스 건축가 도메니코 폰타나는 361톤의 로마 바티칸 오벨리스크를 이전할 때 끌어올리기 타워를 사용했다.^[91] 가정 내에서도 굴뚝이나 벽난로에 설치되어 포트나 주전자를 불에 걸 수 있는 회전식 크레인이 사용되었다.^[94]

산업 혁명 이후 최초의 현대식 크레인은 항만 하역 작업에 설치되었다. 1838년 윌리엄 암스트롱은 수력 크레인을 설계했다.^[95] 1847년 암스트롱은 암스트롱 휘트워스를 설립하여 수력식 크레인과 기기를 생산했다. 암스트롱의 최대 발명은 수압 어큐뮬레이터였다.^[97] 1883년 이탈리아 해군에 납품된 암스트롱의 크레인은 1950년대까지 사용되었으며, 지금도 베네치아에 남아 있다.^[98]

일본에서는 정관 9년(867년)경, 도다이 사대불의 수복 작업에서 이쿠베노 후미야마가 "운제지기(雲梯之機)"라는 크레인을 사용했다는 기록이 일본삼대실록에 남아 있다.

2. 1. 고대

무거운 짐을 들어 올리는 크레인은 기원전 6세기 후반 고대 그리스인에 의해 개발되었다.^[6] 고고학적 기록에 따르면 기원전 515년경부터 그리스 사원의 석재 블록에 집게 및 루이스 철을 들어 올리기 위한 특징적인 절단이 나타나기 시작한다. 이러한 구멍은 들어 올리는 장치의 사용을 나타내며, 블록의 무게 중심 위 또는 무게 중심에서 같은 거리에 있는 쌍으로 발견되기 때문에 고고학자들은 크레인의 존재를 입증하는 확실한 증거로 간주한다.^[6]

윈치와 도르래 호이스트가 도입되면서 수직 이동의 주요 수단이었던 경사로가 곧 널리 대체되었다. 이후 200년 동안 그리스 건축 현장에서는 새로운 리프팅 기술을 통해 더 적은 수의 큰 돌보다 여러 개의 작은 돌을 사용하는 것이 더 실용적이게 되면서 처리되는 무게가 급격히 감소했다. 점점 더 커지는 블록 크기의 패턴을 보인 그리스의 고졸기와 달리 파르테논 신전과 같은 고전 시대의 그리스 사원은 항상 15~20미터톤 미만의 석재 블록을 사용했다. 또한, 큰 일체형 기둥을 세우는 관행은 여러 개의 기둥 드럼을 사용하는 쪽으로 사실상 폐기되었다.^[7]

경사로에서 크레인 기술로의 전환에 대한 정확한 상황은 불분명하지만, 그리스의 불안정한 사회적, 정치적 상황이 대규모의 비숙련 노동력보다 소규모의 전문 건설 팀을 고용하는 데 더 적합했기 때문에 크레인이 폴리스에게 고대 이집트나 아시리아의 독재 사회에서 표준이었던 노동 집약적인 경사로보다 선호되었을 것이라고 주장되어 왔다.^[7]

복합 도르래 시스템의 존재에 대한 최초의 명확한 문헌 증거는 아리스토텔레스(기원전 384–322년)에게 귀속되지만, 약간 더 늦은 시기에 작성되었을 가능성이 있는 ''기계적 문제''(Mech. 18, 853a32-853b13)에서 나타난다. 같은 시기에 그리스 사원의 블록 크기는 다시 고졸기의 선례와 일치하기 시작했는데, 이는 더 정교한 복합 도르래가 그 당시 그리스 건설 현장에 도입되었음을 나타낸다.^[8]

고대 시대의 크레인의 전성기는 건설 활동이 급증하고 건물이 거대한 규모로 확장되던 로마 제국 시대에 찾아왔다. 로마인들은 그리스 크레인을 채택하여 더욱 발전시켰다. 그들의 리프팅 기술에 대한 정보는, 엔지니어 비트루비우스(''건축학에 관하여'' 10.2, 1–10)와 알렉산드리아의 헤론(''기계학'' 3.2–5)의 상당히 긴 설명 덕분에 많이 알려져 있다. 또한 로마 시대 트레드휠 크레인의 두 개의 부조가 남아있는데, 특히 서기 1세기 후반의 하테리우스 묘비가 매우 상세하다.

가장 간단한 로마 시대 크레인인 ''트리스파스토스''는 단일 빔 지브, 윈치, 로프, 그리고 세 개의 도르래가 있는 블록으로 구성되었다. 따라서 3:1의 기계적 이점을 가지고 있었으며, 윈치를 작동하는 한 명의 남자가 50kg을 한계로 가정할 때, 150kg (3개의 도르래 x 50kg = 150)을 들어 올릴 수 있다고 계산되었다. 더 무거운 크레인 유형은 5개의 도르래(''펜타스파스토스'') 또는 가장 큰 경우 3개 x 5개의 도르래 세트(''폴리스파스토스'')를 특징으로 하며, 최대 하중에 따라 2개, 3개 또는 4개의 마스트가 있었다. ''폴리스파스토스''는 윈치의 양쪽에서 네 명의 남자가 작동할 때 3000kg (3개의 로프 x 5개의 도르래 x 4명의 남자 x 50kg = 3000kg)을 쉽게 들어 올릴 수 있었다. 윈치를 트레드휠로 교체하면, 트레드휠이 더 큰 직경으로 인해 훨씬 더 큰 기계적 이점을 가지므로, 최대 하중을 6000kg으로 두 배로 늘릴 수 있으며, 승무원 수도 절반으로 줄일 수 있었다. 이것은 고대 이집트의 피라미드 건설과 비교했을 때, 약 50명의 남자가 2.5톤의 돌 블록을 경사로 위로 이동시키는 데 필요했던 것(1인당 50kg)에 비해, 로마 시대 ''폴리스파스토스''의 리프팅 능력이 60배 더 높다는 것을 보여주었다(3000kg per person).^[9]

그러나 ''폴리스파스토스''로 처리할 수 있는 것보다 훨씬 더 무거운 석재 블록을 특징으로 하는 수많은 현존하는 로마 시대 건물들은 로마인들의 전반적인 리프팅 능력이 단일 크레인의 범위를 훨씬 넘어섰다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 바알벡의 유피테르 신전에서 아치트레이브 블록은 각각 최대 60톤이며, 한쪽 모서리 코니스 블록은 심지어 100톤 이상이며, 모두 약 19m 높이로 들어 올려졌다.^[8] 로마에 있는 트라야누스 기념주의 꼭대기 블록은 53.3톤이며, 약 34m 높이로 들어 올려야 했다(트라야누스 기념주 건설 참조).^[10]

로마 시대 엔지니어들이 이러한 엄청난 무게를 두 가지 방법으로 들어 올렸다고 추정된다(비교 가능한 르네상스 시대 기술은 아래 그림 참조): 첫째, 헤론이 제안한 대로, 리프팅 타워가 설치되었는데, 그 네 개의 마스트는 공성탑과 유사하게, 구조물의 중앙에 기둥이 있는 사각형 모양으로 배열되었다(''기계학'' 3.5).^[11] 둘째, 많은 수의 캡스턴이 타워 주변의 땅에 놓였는데, 트레드휠보다 레버리지 비율이 낮지만, 캡스턴은 더 많은 수로 설치할 수 있으며 더 많은 사람(그리고 또한 견인 동물)에 의해 작동될 수 있었기 때문이다.^[12] 여러 개의 캡스턴을 사용하는 것은 또한 아미아누스 마르켈리누스(17.4.15)에 의해 라테라넨세 오벨리스크를 Circus Maximus에서 들어 올리는 것과 관련하여 설명되었다(서기 357년경). 단일 캡스턴의 최대 리프팅 능력은 모노리스에 뚫린 루이스 철 구멍의 수로 결정할 수 있다. 55~60톤 사이의 무게가 나가는 바알벡 아치트레이브 블록의 경우, 현존하는 8개의 구멍은 루이스 철, 즉 캡스턴당 7.5톤의 허용치를 나타낸다.^[13] 이러한 무거운 무게를 일관된 작업으로 들어 올리는 데에는 캡스턴에 힘을 가하는 작업 그룹 간의 상당한 조정이 필요했다.

2. 2. 중세

서로마 제국 멸망 이후 서유럽에서 사용되지 않던 족답식 크레인은 중세 성기에 대규모로 다시 도입되었다.^[14] 족답식 바퀴(magna rota)에 대한 최초의 언급은 1225년경 프랑스 문헌에 나타났으며,^[15] 1240년경 프랑스에서 제작된 필사본에는 채색된 그림이 등장한다.^[16] 항해 분야에서 항만 크레인의 초기 사용은 1244년 위트레흐트, 1263년 앤트워프, 1288년 브뤼헤, 1291년 함부르크에서 확인되었으며,^[17] 잉글랜드에서는 1331년 이전에는 족답식 크레인에 대한 기록이 없다.^[18]

일반적으로 수직 운송은 크레인을 사용하는 것이 기존 방식보다 안전하고 저렴했다. 항만, 광산, 그리고 고딕 건축 고딕 양식 대성당 건설 현장에서 족답식 크레인이 중요한 역할을 했다. 그러나 당시 기록과 그림 자료에 따르면 족답식 바퀴나 손수레와 같은 새로운 기계가 사다리, 벽돌통과 같은 노동 집약적인 방법을 완전히 대체하지는 못했다. 중세 건설 현장^[19]과 항만^[17]에서는 구식 기계와 신식 기계가 공존했다.

중세 묘사에는 족답식 바퀴 외에도 스포크가 있는 윈들러스, 크랭크로 작동하는 크레인, 15세기에는 선박의 조타륜과 유사한 윈들러스도 나타난다. 1123년경부터는 충격의 불규칙성을 완화하고 들어올리는 과정의 '데드 스폿'을 극복하기 위해 플라이휠이 사용되었다.^[20]

족답식 크레인이 재도입된 정확한 과정은 기록되지 않았지만,^[15] 고딕 건축의 부상과 밀접하게 관련되었을 것으로 추정된다. 족답식 크레인의 재등장은 족답식 바퀴가 구조적, 기계적으로 발전한 윈들러스의 기술적 발전에서 비롯되었을 수 있다. 또는 중세 족답식 바퀴는 많은 수도원 도서관에서 구할 수 있었던 비트루비우스의 ''건축 십서''에서 가져온 로마식 족답식 바퀴를 의도적으로 재발명한 것일 수도 있다. 수차의 노동 절약적 특성을 관찰한 것이 족답식 바퀴 발명에 영감을 주었을 수도 있다.^[18]

중세 밟기식 바퀴는 두 명의 작업자가 나란히 걸을 수 있을 정도로 넓은 밟는 면이 있는, 중앙 축을 중심으로 회전하는 커다란 나무 바퀴였다. 초기 '컴퍼스 암' 바퀴는 바퀴살이 중앙 축에 직접 연결되었지만, 더 발전된 '클래스프 암' 유형은 바퀴 테두리에 현 형태로 배열된 팔을 특징으로 하여,^[21] 더 얇은 축을 사용할 수 있게 해주고 더 큰 기계적 이점을 제공했다.^[22]

일반적인 믿음과 달리, 중세 건축 현장의 크레인은 가벼운 비계나 하중을 지탱할 수 없는 고딕 양식 교회의 얇은 벽에 설치되지 않았다. 크레인은 건축 초기에 지상, 주로 건물 내부에 설치되었다. 새로운 층이 완성되고 지붕의 연결 보가 벽을 연결하면, 크레인은 해체되어 지붕 보에 재조립되었고, 아치형 천장 건설 동안 칸막이에서 칸막이로 이동했다.^[23] 따라서 크레인은 건물이 성장함에 따라 함께 이동했으며, 오늘날 영국에 남아있는 건설 크레인은 아치형 천장 위와 지붕 아래의 교회 탑에서 발견된다. 이곳에서 건물 건설 후 수리 자재를 올리는 데 사용되었다.^[24]

드물게 중세 삽화에는 기계 받침대가 푸틀로그에 고정된 채 벽 외부에 설치된 크레인도 묘사되어 있다.^[25]

1742년에 설치된 코펜하겐의 기중기(대형 선박의 마스트를 설치하는 데 사용됨)

항만의 정치식 기중기는 중세에 새롭게 등장한 것으로 여겨진다.^[93] 일반적인 항만 기중기는 트레드 휠이 2대 설치되어 본체가 회전하는 방식이었다. 항만 기중기는 부두 근처에 설치되어 시소, 윈치 등 이전 방식을 대체했다.^[93]

항만 기중기는 지역에 따라 형태가 달랐다. 플랑드르와 네덜란드 해안에서는 수직축을 회전하는 갠트리 크레인이 일반적이었다. 반면 독일의 바다와 내륙 항만에서는 탑에 설치된 지브와 지붕이 회전하는 타워 크레인이 일반적이었다.^[93] 지중해와 이탈리아의 주요 항만에서는 래더를 이용한 노동 집약적인 하역 방식에 계속 의존했기 때문에 항만 기중기가 보급되지 않았다.^[93]

건설 현장에서는 석공의 작업 속도가 기중기보다 느려 들어올리는 작업 속도가 문제가 되지 않았다. 그러나 항만 기중기에서는 트레드 휠을 2대 설치하여 속도를 높였다. 트레드 휠은 직경 4m 이상으로 추정되며 회전축과 동시에 움직였다.^[93] 항만 기중기의 인양 능력은 선박 화물 중량에 맞춰 2ton~3ton이었다.^[93] 당시 항만 기중기는 유럽 전체에 15기가 남아있다.^[93] 조선 시 마스트 설치용 기중기가 그단스크, 쾰른, 브레멘 등에서 발견되었다.^[93] 이러한 고정식 기중기 외에도 항만 내에서 자유롭게 움직일 수 있는 크레인선도 14세기까지 사용되었다.^[93]

2. 3. 근대

현대식 크레인과 달리 중세 시대의 크레인과 호이스트는 그리스와 로마 시대의 크레인과 마찬가지로^[26] 주로 수직으로 들어 올리는 데 사용되었으며, 물체를 상당한 거리에 걸쳐 수평으로 이동하는 데 사용되지 않았다.^[23] 따라서, 작업장에서의 들어 올리는 작업은 오늘날과는 다른 방식으로 조직되었다. 예를 들어, 건물 건설에서 크레인은 돌 블록을 바닥에서 직접 제자리로 들어 올리거나,^[23] 벽의 중심 반대편에서 들어 올려 벽 양쪽 끝에서 작업하는 두 팀에 블록을 전달할 수 있었던 것으로 추정된다.^[26] 또한, 크레인 외부에서 트레드휠 작업자에게 일반적으로 명령을 내리는 크레인 마스터는 하중에 부착된 작은 로프를 통해 옆으로 움직임을 조작할 수 있었다.^[27] 하중의 회전을 허용하여 부두 작업에 특히 적합한 선회 크레인은 1340년경에 나타났다.^[28] 사괴석 블록은 슬링, 루이스 또는 데빌 클램프(Teufelskralle|토이펠스크랄레^de)로 직접 들어 올려졌지만, 다른 물체는 팔레트, 바구니, 나무 상자 또는 통과 같은 컨테이너에 먼저 놓였다.^[29]

중세 시대 크레인은 하중이 뒤로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 래칫이나 브레이크가 거의 없었다는 점에 주목할 필요가 있다.^[30] 이러한 흥미로운 부재는 일반적으로 휠이 통제를 벗어나 가속되는 것을 방지하는 중세 트레드 휠이 발휘하는 높은 마찰력에 의해 설명된다.^[27]

"현재까지의 지식으로는" 고대에는 알려지지 않았지만, 고정식 항만 기중기는 중세 시대의 새로운 발전으로 여겨진다.^[17] 전형적인 항만 기중기는 이중 밟기 바퀴가 장착된 회전 구조였다. 이 기중기는 화물을 싣고 내리기 위해 부두 측면에 설치되었으며, 시소, 윈치, 마스트와 같은 이전의 양중 방식을 대체하거나 보완했다.^[17]

다양한 지리적 분포를 가진 두 가지 유형의 항만 기중기를 식별할 수 있다. 중앙 수직 축에서 회전하는 갠트리 크레인은 플랑드르와 네덜란드 해안에서 흔히 발견되었지만, 독일 해안과 내륙 항만은 일반적으로 지브 암과 지붕만 회전하는 견고한 타워에 도르래와 밟기 바퀴가 위치한 타워 크레인을 특징으로 했다.^[31] 부두 측 크레인은 지중해 지역과 당국이 중세 이후에도 램프를 사용하여 화물을 하역하는 더 노동 집약적인 방식에 의존했던 고도로 발달한 이탈리아 항구에서는 채택되지 않았다.^[32]

작업 속도가 석공의 비교적 느린 작업 진행에 의해 결정되는 건설 기중기와 달리, 항만 기중기는 일반적으로 하역 속도를 높이기 위해 이중 밟기 바퀴를 특징으로 했다. 직경이 4m 이상으로 추정되는 두 개의 밟기 바퀴는 축의 각 측면에 부착되어 함께 회전했다.^[17] 이들의 용량은 2–3톤이었으며, 이는 해상 화물의 일반적인 크기와 일치하는 것으로 보인다.^[17] 오늘날, 한 조사에 따르면, 산업화 이전 시대의 15개의 밟기 바퀴 항만 기중기가 유럽 전역에 여전히 남아 있다.^[33] 일부 항만 기중기는 그단스크, 쾰른, 브레멘과 같이 새로 건조된 범선에 돛대를 장착하는 데 특화되었다.^[31] 이러한 고정식 기중기 외에도, 전체 항만 구역에서 유연하게 배치할 수 있는 크레인선이 14세기에 사용되기 시작했다.^[31]

전단선은 주로 건조 또는 수리 중인 배의 하부 돛대를 배치하기 위해 범선 시대에 조선 및 수리에 사용된 크레인선이었다. 전단 빔으로 알려진 붐은 전단선의 하부 돛대 또는 빔의 받침대에 부착되어 해당 돛대의 상단에서 지지되었다. 그 다음에는 도르래와 밧줄이 건조 또는 수리 중인 선박의 하부 돛대를 설치하거나 제거하는 것과 같은 작업에 사용되었다. 이 하부 돛대는 배에 탑재된 가장 크고 가장 튼튼한 단일 목재였으며, 전단선 또는 육상 기반 돛대 틀의 도움 없이 이를 세우는 것은 매우 어려웠다.^[34]

전단선의 개념은 1690년대 영국 해군에서 시작되었으며, 19세기 초까지 영국에서 지속되었다. 대부분의 전단선은 퇴역한 군함이었다; 1694년에 건조된 ''채텀''은 단 세 척의 맞춤형 선박 중 첫 번째였다.^[35] 1700년대 내내 영국에는 항상 최소 6척의 전단선이 운용되었다. 이 개념은 1740년대 로슈포르 항에서 전단선이 투입되면서 프랑스로 확산되었다.^[36]

고대 로마 시대의 것과 유사한 리프팅 타워는 1586년 르네상스 건축가 도메니코 폰타나가 로마에 있는 361톤의 무거운 바티칸 오벨리스크를 이동시키는 데 매우 효과적으로 사용되었다.^[37] 그의 보고서에 따르면, 여러 인양 팀 간의 인양 조정에는 상당한 집중력과 규율이 필요했는데, 힘이 균등하게 가해지지 않으면 밧줄에 과도한 스트레스가 가해져 파열될 수 있기 때문이다.^[38]

이 시기에는 크레인이 가정에서도 사용되었다. 굴뚝이나 벽난로 크레인은 냄비와 주전자를 불 위에 매달아 사용했으며, 높이는 트래멜로 조절했다.^[39]

산업 혁명 이후 최초의 현대식 크레인은 항만 하역 작업에 설치되었다. 1838년에 윌리엄 암스트롱이 수력 크레인을 설계했다. 수압에 의해 실린더가 밀려 내려가면서 체인을 당겨 짐을 들어올리는 방식이었다. 실린더에 들어가는 물의 양은 크레인의 하중에 따라 제어되었다.^[95]

1845년에 뉴캐슬어폰타인에서 저수지에서 각 가정으로의 관로식 수도가 계획되었을 때, 암스트롱은 지형의 고저차에 의한 수압을 이용하여 자신이 설계한 크레인을 부두에 도입할 것을 제안했다. 기존 크레인보다 빠르고 저렴하게 작업할 수 있다는 주장이었다. 이 제안은 채택되어 추가 크레인이 3대나 설치될 정도로 큰 성공을 거두었다.^[96]

이 성공을 바탕으로 암스트롱은 수력식 크레인과 기기를 생산하기 위해 1847년에 암스트롱 휘트워스를 뉴캐슬에 설립했다. 회사 설립 직후, 에든버러 노던 철도와 리버풀 항만의 수력 크레인, 그림스비의 독 게이트의 수력 기기를 수주했다. 회사는 급속도로 성장하여 1850년에는 300명의 직원이 45대의 크레인을 생산하는 데 그쳤지만, 1860년대에는 4,000명으로 연간 100대 이상의 크레인을 생산하게 되었다.^[96]

암스트롱은 이 크레인을 계속 개선해 나갔다. 최대 발명은 수압 어큐뮬레이터이다. 크레인에 적합한 수압을 얻을 수 없는 경우, 급수탑을 세워 압력을 높이는 것이 일반적이었지만, 험버 강 연안 도시에서는 모래 지반에 급수탑을 세우는 것이 어려웠다. 따라서 하중이 걸린 플런저를 내장한 주철 실린더를 제작했다. 플런저의 하중이 실린더 내부의 수압을 유지하는 방식이었다. 이 어큐뮬레이터는 대량의 물의 압력을 유지할 수 있었기 때문에 크레인의 능력 향상으로 이어졌다.^[97]

1883년에 이탈리아 해군에 납품된 암스트롱의 크레인은 1950년대까지 사용되었으며, 지금도 베네치아에 남아 있다.^[98]

2. 4. 현대

산업 혁명 이후 최초의 현대식 기중기는 항만에 설치되어 하역 작업을 수행했다. 1838년 윌리엄 암스트롱은 수력 기중기를 설계했다. 이 기중기는 수압에 의해 실린더가 밀려 내려가면서 체인을 당겨 짐을 들어 올리는 방식이었으며, 실린더에 들어가는 물의 양은 기중기의 하중에 따라 조절되었다.^[40]

1845년 뉴캐슬어폰타인에서 먼 거리의 저수지에서 각 가정으로 물을 공급하는 계획이 시작되었을 때, 암스트롱은 지형의 고저차를 이용한 수압을 활용하여 자신이 설계한 기중기를 부두에 도입할 것을 제안했다. 그는 자신의 기중기가 기존 기중기보다 빠르고 저렴하게 작업할 수 있다고 주장했고, 이 제안은 받아들여져 3대의 기중기가 추가로 설치될 정도로 큰 성공을 거두었다.^[41]

이러한 성공을 바탕으로 암스트롱은 1847년 뉴캐슬에 암스트롱 휘트워스를 설립하여 수력식 기중기와 관련 기기를 생산하기 시작했다. 회사 설립 직후, 에든버러 노던 철도와 리버풀 항만의 수력 기중기, 그림스비의 독 게이트용 수력 기기를 수주했다. 회사는 빠르게 성장하여 1850년에는 300명의 직원이 연간 45대의 기중기를 생산했지만, 1860년대에는 직원이 4,000명으로 늘어나 연간 100대 이상의 기중기를 생산하게 되었다.^[41]

암스트롱은 이후에도 기중기 설계를 지속적으로 개선했다. 그의 가장 중요한 발명은 수압 어큐뮬레이터였다. 기중기에 적합한 수압을 얻기 어려운 경우, 급수탑을 세워 압력을 높이는 것이 일반적이었으나, 험버 강 연안 도시에서는 모래 지반 때문에 급수탑을 세우는 것이 어려웠다. 이에 암스트롱은 하중이 걸린 플런저를 내장한 주철 실린더를 제작했다. 플런저의 하중은 실린더 내부의 수압을 유지하는 방식이었다. 이 어큐뮬레이터는 대량의 물 압력을 유지할 수 있었기 때문에 기중기의 성능 향상으로 이어졌다.^[42]

1883년 이탈리아 해군에 납품된 암스트롱의 기중기 중 하나는 1950년대까지 사용되었으며, 현재 베네치아에 남아있다.^[43]

3. 종류

기중기는 용도에 따라 다양한 종류로 분류된다. 크게 이동 가능 여부에 따라 이동식과 고정식으로 나눌 수 있으며, 그 외에도 다양한 형태의 기중기가 존재한다.
이동식 크레인이동식 크레인은 크롤러 크레인, 트럭 탑재형, 험지형, 플로팅형 등 네 가지 주요 유형이 있다. 이 외에도 다양한 이동식 기중기들이 존재한다.

기중기의 종류
종류	설명	특징	사용 예시
크롤러 크레인	궤도(크롤러 트랙)를 사용하여 이동	안정성 우수, 험지형 작업 가능, 짐을 싣고 이동 가능, 운반 어려움	대규모 건설 현장
트럭 탑재형 크레인	상용 트럭 섀시에 회전식 텔레스코픽 붐(길이 조절 가능) 장착	고속도로 주행 가능, 별도 운송 장비 불필요 (대부분), 아웃트리거(지지대)로 안정화	건설 현장, 건물 보수 작업
로더 크레인	트럭이나 트레일러에 장착된 유압식 관절형 암	차량 화물 싣고 내리기, 좁은 공간 접기 가능, 자동화 기능 (일부)	화물 운송 및 하역
텔레스코픽 크레인	여러 개의 튜브가 서로 내부에 장착된 붐 (길이 조절 가능)	붐 소형화, 이동 용이	단기 건설 프로젝트, 구조 작업, 보트 작업
험지형 크레인	4개의 고무 타이어, 붐 장착 차대	오프로드 픽 앤 캐리(물건 들어 운반) 작업, 아웃트리거 사용, 4륜 구동 및 조향	험한 지형 건설 현장
전지형 크레인	트럭 장착형 + 험지형 크레인	도로 주행, 험지형 기동성, 전륜 및 게 주행	다양한 지형 건설 현장
픽 앤 캐리 크레인	안정기 다리/아웃트리거 없음	짐 들어올려 짧은 거리 운반, Frannas라고도 불림	호주 지역 건설 현장
캐리 데크 크레인	360도 회전 붐 (중앙), 운전석 (한쪽 끝), 평평한 덱 (바퀴 위)	좁은 공간 화물 운반	좁은 공간 작업
텔레스코픽 핸들러	지게차 + 크레인 (늘어나고 줄어드는 붐, 포크 세트)	360도 회전 (일부), 아웃트리거/안정기 다리 (일부)	벽돌 팔레트 처리, 프레임 트러스 설치

고정식 크레인

고정식 크레인은 이동성은 떨어지지만, 안정성이 높아 더 큰 하중을 더 높은 곳까지 들어 올릴 수 있다. 사용 중에는 주요 구조가 움직이지 않지만, 대부분 조립 및 분해가 가능하다.

링 크레인: 링 모양 트랙이 주요 상부 구조를 지지하여 수천 톤의 무거운 하중을 처리할 수 있다.
타워 크레인: 고층 건물 건설에 사용되며, 높이와 인양 능력의 최상의 조합을 제공한다. 콘크리트 슬래브에 고정되거나 구조물 측면에 부착된다.
블록 설치 크레인: 방파제, 방사제, 부두 건설에 사용되는 대형 석재 블록 설치용 크레인이다.
해머헤드 크레인: 강철 보강 타워로 구성된 고정식 지브 크레인으로, 타워 위에 크고 수평적인 이중 캔틸레버가 회전한다.
레벨 러핑 크레인: 지브를 안팎으로 회전시킬 때 훅을 같은 수준으로 유지하는 추가 메커니즘이 있다.
천장 크레인: 긴 공장 건물에 주로 설치되며, 건물 양쪽 벽을 따라 레일 위를 움직인다.
갠트리 크레인: 호이스트가 고정된 기계실이나 레일을 따라 수평으로 움직이는 트롤리에 장착되어 있다.
지브 크레인: 수평 부재(''지브'' 또는 ''붐'')가 이동 가능한 호이스트를 지지하며, 벽이나 바닥에 설치된 기둥에 고정된다.

기타 크레인

타이어식 갠트리 크레인이 40피트 컨테이너를 웰 카에 적재하여 복합 수송 열차에 싣는 모습

타이어식 갠트리 크레인
리치 스태커: 소규모 터미널이나 중형 항만에서 컨테이너 화물을 처리하는 데 사용된다.
사이드리프터: ISO 표준 컨테이너를 들어 올리고 운송할 수 있는 도로 주행용 트럭 또는 세미 트레일러이다.
벌크 처리 크레인: 훅과 슬링 대신 쉘 그래브 또는 버킷을 운반하며, 석탄, 광물, 고철 등과 같은 벌크 화물에 사용된다.
스태커 크레인: 자동화된 (컴퓨터 제어) 창고에서 사용되는 지게차 타입 메커니즘을 갖춘 크레인이다.
부유식 기중기: 주로 교량 건설과 항만 건설에 사용되지만, 무겁거나 다루기 어려운 짐을 배에 싣고 내릴 때도 사용된다.
데크 크레인: 선박과 보트에 설치되어 육상 하역 시설이 없는 곳에서 화물 작업, 화물 및 소형 보트 하역 및 인양에 사용된다.
철도 기중기: 철도에서 사용하기 위해 플랜지 바퀴를 가진다.
항공 기중기: 대형 화물을 들어 올리도록 설계된 헬리콥터이다.

3. 1. 이동식 크레인

이동식 크레인은 크게 트럭 탑재형, 험지형, 크롤러형, 플로팅형의 네 가지 주요 유형으로 나뉜다.
크롤러 크레인

크롤러 크레인은 궤도(크롤러 트랙)를 사용하여 이동하며, 안정성이 뛰어나고 험한 지형에서도 작업이 가능하다. 붐(기중기의 팔)이 차대에 장착되어 있으며, 리프팅 용량은 약 40ton에서 최대 4000ton에 이른다.^[100] 넓은 궤도 덕분에 무게가 분산되어 연약한 지반에서도 작업이 용이하며, 짐을 싣고 이동할 수도 있다. 하지만 무게가 무거워 운반이 어렵고 비용이 많이 드는 단점이 있다. 대형 크롤러 크레인은 붐과 운전실을 분해하여 트럭, 철도 차량, 선박 등으로 운반해야 한다.^[101]
트럭 탑재형 크레인

가장 기본적인 트럭 탑재형 크레인은 '붐 트럭' 또는 '로리 로더'라고 불리며, 상용 트럭 섀시에 회전식 텔레스코픽 붐(길이 조절이 가능한 붐)이 장착된 형태이다.^[49]^[50] 더 크고 무거운 작업용으로 특수 제작된 '트럭 장착형' 크레인은 캐리어(로어)와 붐을 포함하는 리프팅 구성 요소(어퍼)로 구성된다. 이들은 턴테이블로 연결되어 어퍼가 좌우로 회전할 수 있다. 현대식 유압식 트럭 크레인은 단일 엔진으로 구동되며, 어퍼는 로어에 장착된 펌프에서 턴테이블을 통해 작동하는 유압 장치를 통해 동력을 공급받는다. 구형 모델은 두 개의 엔진을 사용하기도 했다. Hiab는 1947년에 세계 최초의 유압식 트럭 장착 크레인을 발명했다.^[51]

이 크레인은 고속도로 주행이 가능하여 별도의 운송 장비가 필요하지 않은 경우가 많다. 작업 시에는 아웃트리거(지지대)를 확장하여 크레인을 수평으로 맞추고 안정화시킨다. 많은 트럭 크레인은 짐을 매단 채로 느리게 이동할 수 있지만, 섀시 서스펜션의 강성에 의존하므로 주의해야 한다. 트럭 크레인의 인양 능력은 약 약 13154.18kg에서 약 약 2032094.40kg까지이다.^[52]^[53]
로더 크레인

로더 크레인(너클 붐 크레인 또는 관절식 크레인)은 트럭이나 트레일러에 장착된 유압식 관절형 암으로, 차량 화물을 싣고 내리는 데 사용된다. 사용하지 않을 때는 좁은 공간으로 접을 수 있으며, 일부는 텔레스코픽(길이 조절 가능)이다. 자동화 기능을 갖춘 경우도 있으며, 작업자는 화물을 보기 위해 차량 주변을 이동해야 한다. 영국과 캐나다에서는 이 유형의 크레인을 Hiab라고 부르기도 한다.^[54] 롤로더 크레인은 바퀴 달린 섀시에 장착된 로더 크레인으로, 트레일러 위를 주행할 수 있다.
텔레스코픽 크레인

텔레스코픽 크레인은 여러 개의 튜브가 서로 내부에 장착된 붐을 가지고 있으며, 유압 실린더 등을 통해 붐의 길이를 조절할 수 있다. 단기 건설 프로젝트, 구조 작업, 보트 작업 등에 주로 사용되며, 붐이 상대적으로 작아 이동이 용이하다. 모든 텔레스코픽 크레인이 이동식은 아니지만, 많은 수가 트럭에 장착된다. 텔레스코픽 타워 크레인은 텔레스코픽 마스트와 상부 구조(지브)를 갖춘 타워 크레인 형태이다.
험지형 크레인

험지형 크레인은 4개의 고무 타이어 위에 붐이 장착된 차대를 가진 크레인으로, 오프로드 픽 앤 캐리(물건을 들어 운반) 작업에 적합하다. 아웃트리거를 사용하여 수평을 맞추고 안정화한다.^[55] 단일 엔진으로 구동되며, 4륜 구동 및 4륜 조향 기능을 갖추고 있어 험한 지형에서도 작업이 용이하다.
전지형 크레인

전지형 크레인은 트럭 장착형 크레인의 도로 주행 능력과 험지형 크레인의 현장 기동성을 결합한 크레인이다. 공공 도로에서 빠른 속도로 이동할 수 있으며, 전륜 및 게 주행을 사용하여 험한 지형에서도 기동할 수 있다. 2~12개의 차축을 가지며, 최대 2000ton까지 들어 올릴 수 있다.^[56]
픽 앤 캐리 크레인픽 앤 캐리 크레인은 공공 도로에서 이동할 수 있도록 설계되었지만, 안정기 다리나 아웃트리거가 없다. 짐을 들어올려 짧은 거리를 운반하는 데 사용된다. 호주에서 인기가 많으며, 'Frannas'라고 불리기도 한다. 최대 인양 능력은 10ton에서 40ton 사이이다.
캐리 덱 크레인캐리 덱 크레인은 360도 회전 붐이 중앙에 위치하고 운전석이 한쪽 끝에 있는 소형 4륜 크레인이다. 좁은 공간에서 화물을 들어 올린 후 덱 공간에 적재하여 이동할 수 있다.
텔레스코픽 핸들러텔레스코픽 핸들러는 지게차와 유사하게 크레인처럼 늘어나고 줄어드는 붐에 포크 세트가 장착된 트럭이다. 초기 모델은 한 방향으로만 들어 올렸지만, 최근에는 360도 회전하는 모델도 개발되었다. 이 기계는 벽돌 팔레트 처리, 프레임 트러스 설치 등에 사용되며, 소형 텔레스코픽 트럭 크레인의 작업을 대체하기도 한다.

3. 2. 고정식 크레인

고정식 크레인은 안정성이 높아 더 큰 하중을 운반하고 더 높은 곳까지 도달할 수 있지만, 이동성은 떨어진다. 이 기중기들은 사용 기간 동안 주요 구조가 움직이지 않지만, 대부분 조립 및 분해가 가능하다. 기본적으로 한 곳에 고정되어 있다.

링 크레인
타워크레인

'''블록 설치 크레인'''은 방파제, 방사제, 부두 건설에 사용되는 대형 석재 블록 설치용 크레인이다.

타워 크레인은 동일한 기본 부품으로 구성된 현대식 밸런스 크레인이다. 콘크리트 슬래브에 고정되거나 구조물 측면에 부착되어 높이와 인양 능력의 최상의 조합을 제공하며, 고층 건물 건설에 사용된다. 베이스는 크레인의 높이를 제공하는 마스트에 부착되고, 마스트는 크레인이 회전할 수 있도록 하는 선회 장치(기어 및 모터)에 부착된다. 선회 장치 상단에는 긴 수평 지브(작업 암), 짧은 카운터 지브, 조종석이 있다.

건설 현장에서 타워 크레인 위치 최적화는 프로젝트 자재 운송 비용에 큰 영향을 미친다.^[61] 현장 운영자는 지브 회전 시 다른 토지 소유자와 임차인의 재산을 넘어서는지 평가해야 한다. 영국법에 따르면 토지 소유자는 재산 위 공중 공간도 소유하며, 개발자는 토지를 넘어서기 전 인접 재산 소유자와 합의해야 한다.^[62]

긴 수평 지브는 크레인의 부하를 운반하고, 카운터 지브는 콘크리트 블록 균형추를 운반하며, 지브는 크레인 중심에서 부하를 매달고 내린다. 크레인 조작자는 타워 상단 조종석에 앉거나 지상에서 무선 원격 제어로 크레인을 제어한다. 조종석은 턴테이블에 부착된 타워 상단에 위치하지만, 지브나 타워 중간 지점에 장착될 수도 있다. 인양 후크는 도르래 시스템을 통해 와이어 로프 케이블을 조작하는 전기 모터로 작동되며, 긴 수평 암에 위치하며 모터도 포함되어 있다.

조작자는 신호수("도거", "리거", "스왐퍼")와 협력하여 부하를 걸고 푼다. 무선 연락과 수신호를 사용하며, 리거 또는 도거는 인양 일정을 지시하고 리깅 및 부하 안전을 책임진다.

타워 크레인은 후크 아래 100m 이상 높이를 달성할 수 있다.^[63]

많은 타워크레인은 단계별로 "점프"하여 스스로 다음 레벨로 올라갈 수 있다. 풍력 터빈 타워 건설을 위해 Lagerwey Wind와 Enercon에서 도입한 클라이밍 크레인은, 대형 크레인 설치 대신 더 작은 클라이밍 크레인이 구조물 건설과 함께 올라가 발전기 하우징을 꼭대기까지 들어 올리고, 로터 블레이드를 추가한 다음 내려갈 수 있다.

링 크레인은 설계된 육상 크레인 중 가장 크고 무거운 크레인 중 하나이다. 링 모양 트랙은 주요 상부 구조를 지지하여 수천 톤의 무거운 하중을 처리할 수 있다.

"해머헤드" 또는 거대한 캔틸레버 크레인은 강철 보강 타워로 구성된 고정식 지브 크레인이며, 타워 위에는 크고 수평적인 이중 캔틸레버가 회전한다. 이 캔틸레버 또는 지브 전면부는 리프팅 트롤리를 운반하고, 지브는 기계 및 균형추 지지대를 형성하기 위해 뒤쪽으로 연장된다. 리프팅 및 회전 동작 외에도, "래킹" 동작으로 부하가 매달린 리프팅 트롤리를 부하 높이 변경 없이 지브를 따라 안팎으로 이동할 수 있다. 이러한 수평 이동은 후기 크레인 설계의 특징이다. 이 크레인은 대형으로 제작되어 최대 350톤까지 들어올릴 수 있다.^[72]

''Hammerkran'' 디자인은 19세기 말 독일에서 발전하여 1904년부터 1914년까지 영국 조선소에서 전함 건조 프로그램을 지원하기 위해 채택 및 개발되었다. 해머헤드 크레인의 무거운 물건 인양 능력은 갑판 및 포신과 같은 대형 전함 부품 설치에 유용했다. 거대한 캔틸레버 크레인은 일본과 미국 해군 조선소에도 설치되었다. 영국 정부는 싱가포르 해군 기지(1938년)에 거대한 캔틸레버 크레인을 설치했고, 후에 시드니 가든 아일랜드 해군 조선소에 사본을 설치했다(1951년). 이 크레인은 영국에서 멀리 떨어진 전함대에 수리 지원을 제공했다.

대영 제국에서 Sir William Arrol & Co.는 거대한 캔틸레버 크레인 주요 제조업체였으며, 총 14대를 제작했다. 세계적으로 60대가 제작되었고, 그 중 영국과 스코틀랜드에 7대, 전 세계적으로 약 15대가 남아 있다.^[73]

타이탄 클라이드뱅크는 클라이드 강에 있는 4개의 스코틀랜드 크레인 중 하나이며 관광 명소로 보존되어 있다.

힌지형 지브가 있는 크레인은 지브가 움직일 때(또는 '러프') 훅도 위아래로 움직인다. 레벨 러핑 크레인은 이러한 일반적인 디자인의 크레인이지만, 지브를 안팎으로 회전시킬 때 훅을 같은 수준으로 유지하는 추가 메커니즘이 있다.

기계 공장에서 사용되는 천장 크레인. 호이스트는 유선 푸시 버튼 스테이션으로 작동하여 시스템과 하중을 모든 방향으로 이동시킨다.

오버헤드 크레인이라고도 하는 천장 크레인은 후크와 라인 메커니즘이 두 개의 넓게 떨어진 레일을 따라 달리는 수평 빔을 따라 움직이는 크레인이다. 긴 공장 건물에 있으며 건물 두 개의 긴 벽을 따라 레일을 따라 움직인다. 갠트리 크레인과 유사하며, 단일 빔 또는 이중 빔 구조로 구성된다. 일반 강철 빔 또는 복잡한 박스 거더 유형으로 제작할 수 있다. 그림은 호이스트와 시스템이 제어 펜던트로 작동되는 단일 브리지 박스 거더 크레인이다. 이중 거더 브리지는 10ton 이상 무거운 용량 시스템에 일반적이다. 박스 거더 유형은 낮은 자중과 강력한 시스템 무결성을 제공한다. 품목을 들어올리는 호이스트, 크레인이 덮는 영역을 가로지르는 브리지, 브리지를 따라 움직이는 트롤리가 포함된다.

철강 산업에서 가장 일반적인 천장 크레인이 사용된다. 제조 공정 모든 단계에서 강철은 천장 크레인으로 처리된다. 원자재는 크레인으로 용광로에 부어지고, 뜨거운 강철은 천장 크레인으로 냉각 보관되며, 완성된 코일은 천장 크레인으로 트럭과 기차에 적재된다. 제작자 또는 스탬퍼는 공장에서 천장 크레인을 사용하여 강철을 처리한다. 자동차 산업은 원자재 취급에 천장 크레인을 사용한다. 워크스테이션 크레인은 CNC 밀 또는 톱과 같은 작업 영역에서 가벼운 하중을 처리한다.

EOT 천장 크레인이 잠수함 Ictineu 3를 창고에서 이동 및 조립하는 데 사용된다.

제지 공장은 무거운 압착 롤 및 기타 장비 제거가 필요한 정기 유지 보수를 위해 브리지 크레인을 사용한다. 브리지 크레인은 최대 70ton의 무거운 주철 종이 건조 드럼 및 기타 대형 장비 설치를 위해 제지 기계 초기 건설에 사용된다.

많은 경우 브리지 크레인 비용은 중장비 장비 사용 시설 건설 시 이동식 크레인 임대 비용 절감으로 상쇄될 수 있다.

전동 천장 주행 크레인은 많은 공장에서 발견되는 일반적인 유형이다. 제어 펜던트, 무선/IR 원격 펜던트 또는 크레인 부착 작업자 캐빈으로 전동 작동된다.

갠트리 크레인은 고정된 기계실 또는 레일을 따라 수평으로 움직이는 트롤리에 호이스트가 있으며, 단일 빔(모노 거더) 또는 두 개의 빔(트윈 거더)에 장착된다. 크레인 프레임은 트롤리 이동 방향에 수직으로 갠트리 레일 위를 주행하는 균형 빔과 바퀴가 있는 갠트리 시스템으로 지지된다. 모든 크기로 제공되며, 조선소나 산업 시설에 사용되는 매우 큰 예에서 매우 무거운 하중을 이동할 수 있다. 특수 버전은 항구에서 선박 컨테이너를 싣고 내리기 위해 설계된 컨테이너 크레인 ("포테이너" 크레인)이다.

대부분의 컨테이너 크레인이 이 유형이다.

지브 크레인은 주 붐을 연장하기 위해 지브를 장착한 크레인과 혼동하지 않아야 한다. 수평 부재(''지브'' 또는 ''붐'')가 이동 가능한 호이스트를 지지하며 벽이나 바닥 설치 기둥에 고정된다. 산업 시설과 군용 차량에 사용된다. 지브는 추가적인 측면 이동을 위해 아크를 그리며 회전하거나 고정될 수 있다. 창고 건물 최상층에는 모든 층으로 물품을 들어 올리는 호이스트라고 불리는 유사한 크레인이 설치되었다.

고정식 기중기는 이동 범위가 제한되어 전동기를 주로 사용한다. 급전은 분전반에서 트롤리를 통하거나 전선을 설치하여 이루어진다.

하중 지지 구조체는 철제로 제작되며, 천장 기중기는 주행에 필요한 새들 위에 거더를 설치하고, 거더에 권상 장치를 설치한다.

짐과 함께 이동하는 천장 기중기는 매달린 유선 컨트롤러나 무선 컨트롤러로 조작한다. 대형 기중기는 운전실에서 운전사가 조작한다.

천장 크레인은 실내 천장 공간을 이용한 크레인으로, 건물 벽면 상부에 레일을 설치하고, 레일 위에 거더를 얹어 트롤리가 주행하는 형태이다.

; 일반형 천장 크레인

: 크랩 트롤리식 천장 크레인

: 로프 트롤리식 천장 크레인 (세미 로프 트롤리식 포함)

: 호이스트식 천장 크레인

; 특수형 천장 크레인

: 선회식 천장 크레인

: 선회 매니퓰레이터 트롤리식 천장 크레인

: 미끄럼식 천장 크레인

; 제철용 천장 크레인 (제강 크레인)

: 원료 크레인

: 장입 크레인

: 강괴 크레인

: 쇳물 솥 크레인

: 템퍼링 크레인

: 단조 크레인

지브 크레인은 옥외용 크레인으로, 지브(팔) 끝에서 와이어 로프를 내려 중량물을 들어 올린다. 짐 이동은 회전 운동으로 이루어진다.

; 지브 크레인

: 저상 지브 크레인

:: 저상 지브 크레인

:: 포스트형 지브 크레인

: 탑형·문형 지브 크레인

:: 탑형 지브 크레인

:: 고각 지브 크레인 (문형 크레인)

:: 편각 지브 크레인 (반문형 크레인)

: 클라이밍식 지브 크레인

; 해머헤드 크레인

: 호이스트식 해머헤드 크레인

: 트롤리식 해머헤드 크레인

:: 클럽 트롤리식 해머헤드 크레인

:: 로프 트롤리식 해머헤드 크레인

: 클라이밍식 해머헤드 크레인

; 인입 크레인

: 더블 링크식 인입 크레인

: 스윙 레버식 인입 크레인

: 로프 밸런스식 인입 크레인

: 텐션 로프식 인입 크레인

; 벽 크레인 (월 크레인)

: 호이스트식 벽 크레인

: 트롤리식 벽 크레인

:: 클럽 트롤리식 벽 크레인

:: 로프 트롤리식 벽 크레인

; 일반형 궤도형 크레인

: 호이스트식 궤도형 크레인

: 트롤리식 궤도형 크레인

:: 클럽 트롤리식 궤도형 크레인

:: 로프 트롤리식 궤도형 크레인

:: 맨 트롤리식 궤도형 크레인

; 특수형 궤도형 크레인

: 선회 맨 트롤리식 궤도형 크레인

: 지브 크레인식 궤도형 크레인

: 인입 크레인식 궤도형 크레인

; 교량형 크레인식 언로더

: 클럽 트롤리식 언로더

: 로프 트롤리식 언로더

: 맨 트롤리식 언로더

; 인입 크레인식 언로더

: 더블 링크식 언로더

: 로프 밸런스식 언로더

; 특수형 언로더

: 선회 맨 트롤리식 언로더

; 고정식 케이블 크레인

: 고정식 케이블 크레인

: 요동식 케이블 크레인

; 주행식 케이블 크레인

: 편측 주행 케이블 크레인

: 양측 주행 케이블 크레인

; 교량형 케이블 크레인

; 일반형 스태커 크레인 (인원/화물 승강식)

: 천장 크레인형 스태커 크레인

: 바닥형 스태커 크레인

: 현수형 스태커 크레인

; 화물 승강식 스태커 크레인

: 천장 크레인형 스태커 크레인

: 바닥형 스태커 크레인

: 현수형 스태커 크레인

3. 3. 기타

리치 스태커는 소규모 터미널이나 중형 항만에서 컨테이너 화물을 처리하는 데 사용되는 차량이다. 리치 스태커는 컨테이너를 매우 짧은 거리를 신속하게 운송할 수 있으며, 접근 방식에 따라 다양한 열로 쌓을 수 있다.

사이드리프터 크레인은 ISO 표준 컨테이너를 들어올리고 운송할 수 있는 도로 주행용 트럭 또는 세미 트레일러이다. 컨테이너 리프팅은 평행 크레인과 같은 호이스트로 수행되며, 이는 지면이나 화차에서 컨테이너를 들어올릴 수 있다.

벌크 처리 크레인은 처음부터 훅과 슬링 대신 쉘 그래브 또는 버킷을 운반하도록 설계되었다. 이들은 석탄, 광물, 고철 등과 같은 벌크 화물에 사용된다.

자동화된 (컴퓨터 제어) 창고에서 사용되는 지게차 타입 메커니즘을 갖춘 크레인 (자동 보관 및 검색 시스템(AS/RS)이라고 함). 이 크레인은 창고의 통로에서 트랙을 따라 움직인다. 포크는 보관 랙의 모든 레벨로 올리거나 내릴 수 있으며, 제품을 보관하고 꺼내기 위해 랙 안으로 뻗을 수 있다. 제품은 경우에 따라 자동차만큼 클 수 있다. 스태커 크레인은 냉동 식품 제조업체의 대형 냉동 창고에서 자주 사용된다. 이러한 자동화는 지게차 운전자가 매일 영하의 온도에서 작업할 필요가 없도록 한다.

부유식 기중기는 주로 교량 건설과 항만 건설에 사용되지만, 특히 무겁거나 다루기 어려운 짐을 배에 싣고 내릴 때도 사용된다. 일부 부유식 기중기는 폰툰에 장착되어 있으며, 다른 기중기는 약 9071850.00kg 이상의 인양 능력을 가진 특수 기중기 바지선으로, 전체 교량 구간을 운송하는 데 사용되었다. 부유식 기중기는 또한 침몰한 선박을 인양하는 데 사용되기도 한다.

기중기선은 종종 해상 건설에 사용된다.

가장 큰 회전식 기중기는 SSCV ''Sleipnir''에 있으며, 각 10000ton의 용량을 가진 두 개의 기중기가 있다. 50년 동안, 이와 같은 가장 큰 기중기는 롱비치 해군 조선소에 있던 "Herman the German"으로, 나치 독일에서 건설되어 전쟁에서 포획된 세 대 중 하나였다. 이 기중기는 1996년 파나마 운하에 판매되었으며 현재 ''타이탄''으로 알려져 있다.^[74]

데크 크레인은 선상 크레인 또는 화물 크레인이라고도 하며,^[75] 선박과 보트에 설치되어 육상 하역 시설이 없는 곳에서 화물 작업, 화물을 들어 올리고 내리는 작업 (조개류 준설기 및 어망 등), 소형 보트 하역 및 인양에 사용된다. 대부분 디젤-유압식 또는 전기-유압식이며, 점점 더 자동화된 제어 인터페이스를 지원한다.^[76]

철도 기중기는 철도에서 사용하기 위해 플랜지 바퀴를 가지고 있다. 가장 간단한 형태는 평판 화차에 장착된 기중기이다. 더 성능이 좋은 장치는 특수 제작된다. 다양한 유형의 기중기는 선로 보수 작업, 복구 작업, 그리고 화물 야적장 및 고철 처리 시설에서의 화물 적재에 사용된다.

항공 기중기 또는 "스카이 크레인"은 대개 대형 화물을 들어 올리도록 설계된 헬리콥터이다. 헬리콥터는 기존의 기중기로 접근하기 어려운 지역으로 이동하여 화물을 들어 올릴 수 있다. 헬리콥터 기중기는 쇼핑 센터와 고층 건물에 화물을 들어 올리는 데 가장 일반적으로 사용된다. 에어컨, 자동차, 보트, 수영장 등 들어 올릴 수 있는 모든 것을 운반할 수 있다. 또한 자연 재해 이후 복구 작업을 수행하고, 산불 발생 시에는 대형 물통에 물을 담아 화재를 진압할 수 있다.

일부 항공 기중기(대부분 개념)는 비행선과 같이 공기보다 가벼운 항공기를 사용하기도 했다.

4. 활용 및 자격 면허

학력, 연령, 성별 제한 없이 중장비학원이나 직업전문학교에서 교육 훈련 과정을 이수할 수 있으며, 국가기술자격 취득자를 우대한다.^[102] 크레인 운전자는 숙련 노동자이자 중장비 운전사이다.

크레인 운전자에게 필요한 주요 기술은 다음과 같다.

기계 및 도구 사용, 유지 보수 방법 이해
뛰어난 팀워크 기술
세부 사항에 대한 주의
뛰어난 공간 감각
인내심, 스트레스가 많은 상황에서도 침착함을 유지하는 능력^[79]

노동 기준법에 따르면 톤수에 관계없이 크레인 운전 및 줄걸이 작업(2명 이상이 하는 줄걸이 작업 보조 제외)은 만 18세 미만에게는 시킬 수 없다. 인양 하중 5톤 이상 크레인 운전, 톤수 관계없는 줄걸이 작업(2명 이상 줄걸이 작업 보조 제외)은 임신 중인 여성에게 시킬 수 없으며, 출산 후 1년이 안 된 여성이 이 업무를 하지 않겠다고 하면 시킬 수 없다.

운전에 필요한 자격은 다음과 같다.

자격 요건	필요 면허/교육
인양 하중 5톤 이상 크레인 운전	크레인·데릭 운전사 면허 또는 구·크레인 운전사 면허
인양 하중 5톤 이상이나 바닥에서 운전, 운전자가 짐과 함께 이동하는 크레인	기능 강습
인양 하중 5톤 미만 크레인 운전	특별 교육

상위 자격은 하위 크레인 운전 가능하며, 이동식 크레인 운전은 별도 자격이 필요하다. 인양 하중 1톤 이상 크레인 관련 줄걸이 작업은 줄걸이 기능 강습이 필요하다. 짐이 1톤 미만이라도 크레인이 1톤 이상이면 기능 강습이 필요하다. 1978년(쇼와 53년) 9월 30일 이전 크레인 운전사 면허는 줄걸이 기능 강습을 받은 것으로 본다.

인양 하중 3톤 이상(스터커식 크레인은 1톤 이상) 크레인 제조자는 미리 도도부현 노동국장 허가를 받아야 하며(산업 안전 보건법 제37조), 설치, 주요 구조 변경, 사용 중지 후 재사용 시 노동 기준 감독서장 검사를 받아야 한다(산업 안전 보건법 제38조 3항). 합격하면 검사증 교부 또는 배서가 된다(산업 안전 보건법 제39조 2항, 3항).

높이 60m 초과 건물 건설 및 야간 작업 시 항공법에 따라 항공 장애 등 설치가 의무화되며, 보통 홍백색 도장은 주간 장애 표지이다.

5. 기계적 원리

기중기 설계에는 세 가지 주요 고려 사항이 있다. 첫째, 기중기는 화물의 무게를 들어 올릴 수 있어야 한다. 둘째, 기중기는 넘어지지 않아야 한다. 셋째, 기중기는 구조적으로 파손되지 않아야 한다.^[44]

기중기의 안정성을 위해서는 기중기 바닥을 기준으로 한 모든 모멘트의 합이 0에 가까워야 기중기가 전복되지 않는다. 실제로는 들어올릴 수 있는 하중의 크기(미국에서는 "정격 하중"이라고 함)는 기중기를 전복시킬 하중보다 작은 값으로, 안전 여유를 제공한다.

미국 이동식 기중기 표준에 따르면, 크롤러 기중기의 안정성 제한 정격 하중은 전복 하중의 75%이다. 아웃트리거로 지지되는 이동식 기중기의 안정성 제한 정격 하중은 전복 하중의 85%이다. 이러한 요구 사항과 기중기 설계의 추가적인 안전 관련 측면은 미국 기계 기술자 협회에서 ASME B30.5-2018 ''이동식 및 기관차 기중기''에 명시되어 있다.

선박이나 해양 플랫폼에 설치된 기중기에 대한 표준은 선박의 움직임으로 인한 기중기에 가해지는 동적 하중 때문에 다소 엄격하다. 또한, 선박 또는 플랫폼의 안정성도 고려해야 한다.

고정식 받침대 또는 킹포스트 장착 기중기의 경우, 붐, 지브 및 하중에 의해 생성된 모멘트는 받침대 바닥 또는 킹포스트에 의해 저항된다. 바닥 내의 응력은 재료의 항복 응력보다 작아야 하며, 그렇지 않으면 기중기가 파손된다.

동적 리프트 계수(DLF, 설계 동적 계수)는 크레인 설계 및 작동에 있어 중요한 매개변수이다. 이는 리프팅 작업 중 크레인 구조물과 구성 요소에 가해지는 하중을 증가시킬 수 있는 동적 영향을 설명한다. 이러한 영향에는 다음이 포함된다.

하중의 호이스팅 가속 및 감속
선회 또는 러핑과 같은 크레인 움직임
하중 흔들림
크레인, 하중 및 리깅에 작용하는 풍력
작업자 오류 또는 기타 예상치 못한 이벤트

새로운 크레인 설계에 대한 DLF는 관련 설계 사양에 따라 분석 계산 및 수학적 모델을 통해 결정할 수 있다. 사용 가능한 경우, 유사한 크레인 유형에 대한 이전 테스트의 데이터를 사용하여 DLF를 추정할 수 있다. 유한 요소 분석 또는 기타 시뮬레이션 기술과 같은 보다 정교한 방법도 설계자 또는 인증 기관에서 적절하다고 판단하는 경우 다양한 하중 조건에서 크레인의 동작을 모델링하는 데 사용될 수 있다. 실제 DLF를 확인하기 위해 로드 셀, 가속도계 및 변형률 게이지와 같은 계측기를 사용하여 완성된 크레인에 대한 제어 하중 테스트를 수행할 수 있다. 이 프로세스는 일반적으로 크레인의 형식 승인의 일부이다.

크레인 및/또는 들어올린 물체가 부유 선박에 있는 해상 리프팅의 경우, 파도의 작용으로 인해 발생하는 추가적인 움직임으로 인해 DLF가 육상 리프트보다 높다.^[48] 이러한 움직임은 추가적인 가속력을 발생시키며, 하중이 데크 근처에 있을 때 반복적인 충돌의 위험을 최소화하기 위해 호이스팅 및 하강 속도를 증가시켜야 한다. 또한, 물체가 수중에 있거나 스플래시 존을 통과할 때 DLF는 더욱 증가한다.^[45] 풍속 또한 육상보다 높은 경향이 있다.

실제 DLF 값은 대표적인 작동 조건에서 크레인 테스트를 통해 결정되지만, 설계 사양을 지침으로 사용할 수 있다. 값은 크레인의 유형 및 사용법을 반영하는 사양에 따라 다릅니다. 다음은 몇 가지 예시적인 일반적인 값이다.

지브 크레인은 더 뻣뻣하기 때문에 일반적으로 이동식 갠트리 크레인( $\psi\approx1.6$ )에 비해 DLF가 더 낮다.( $\psi\approx1.3$ )^[48]^[46]
그랩 크레인의 경우, DLF는 들어올린 재료의 방출로 인한 충격 하중을 반영하여 20%에서 30%까지 증가할 수 있다.^[48]
DLF는 일반적으로 들어올린 물체의 질량이 증가함에 따라 감소한다. 크레인은 안전과 안정성을 보장하기 위해 더 무거운 하중으로 더 낮은 속도로 작동하는 경향이 있기 때문이다. 해상 리프트의 경우, DLF는 일반적으로 100톤에서 1.3, 2500톤에서 1.1로 감소한다.^[47]

DLF를 결정하는 방법은 크레인 사양에 따라 다르다. 다음 공식은 한 사양의 예이다.^[48]

작업 하중(매달린 하중)은 크레인이 정상적인 작동 조건에서 안전하게 들어 올리도록 설계된 총 중량이다.^[48]

:

W= g\cdot(m_{wll} + m_a)

여기서,

$W$ 는 작업 하중
$g$ 는 중력 가속도
$m_{wll }$ 는 최대 인양 질량(크레인 작업 하중 제한(WLL) 또는 안전 작업 하중(SWL))
$m_a$ 는 인양 장치 또는 인양 질량과 함께 움직이는 크레인 부품의 질량

DLF는 크레인 구조 및 구성 요소에 적용되는 힘을 결정하기 위한 승수로 사용된다.^[48]

>

F_d= \psi\ \cdot W

여기서

$F_d$ 는 설계 하중
$\psi$ 는 DLF

DLF는 다음을 사용하여 계산할 수 있다.^[48]

>

\psi=1+V_R\cdot\sqrt{C/(W\cdot g)}

여기서

$V_R$ 은 인양 시점에 인양된 물체와 후크 사이의 상대 속도
$C$ 는 후크에서 크레인 시스템의 강성

상대 속도는 크레인의 작동 요구 사항에 따라 달라지며 후크에서의 시스템 강성은 계산 또는 하중 변형 테스트를 통해 결정할 수 있다.

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