Od kolébky současné civilizace až do začátku průmyslové revoluce využívalo lidstvo ke stavbě svých historických monumentů a ke zdvihání obrovských břemen pouze lidské síly, organizačních dovedností a velice chytrých zařízení. Ze společenského hlediska je zajímavé, že Řekové, a později Římané používali pro stavby svých monumentálních staveb spíše malé skupinky zkušených pracovníků. Kdežto autokratické společenství ve starém Egyptě nebo Asýrii se spoléhalo spíše na masivní sílu co největšího počtu pracovníků.
V současné době se nosnost většiny komerčně používaných jeřábů nebo zdvihacích zařízení pohybuje v rozmezí 10-50 tun. Pro spoustu historických staveb by byly tyto nosnosti opravdu nedostačující. Například pyramidy ve starém Egyptě obsahují bloky o váze 2-3 tuny, ale musíme si uvědomit, že tyto stavby vznikly mezi lety 2750-1500 př.n.l. a i přesto najdeme v pyramidách nosné bloky, které mají i přes 50 tun.
Jako další velký počin stavitelství byl Karnakův chrámový komplex stavěný mezi lety 2055 př.n.l – 100 n.l., který obsahuje labyrint ze 134 kamenných sloupů, tyčících se 23 metrů vysoko a držící na svých bedrech další 60-70 tunové překladové bloky.
Při stavbě římského Jupiterova chrámu (cca. 500 př.n.l. – 50 n.l.) se používali bloky kamene vážící i přes 100 tun.
Pokud ještě chvíli zůstaneme u starověku, zjistíme, že naši předkové zvedali i mnohem těžší břemena. Tak například ve městě Ravenna kolem roku 520 n.l. bylo postaveno Theodorichovo mauzoleum, kde byl na střechu vyzvednut 275 tunový blok do výšky 10 metrů.
Největší Egyptský obelisk vážící více než 500 tun tyčící se do výšky 30 m se nachází v chrámu faraona Khafre. Ve stejném období (kolem roku 500 n.l.) vznikl i obelisk v Království Axum v Etiopii, který měl také přes 500 tun a čněl do výšky 18 metrů.
Jako poslední stojí za zmínku Memnonovy kolosy, což jsou dvě obrovské sochy o hmotnosti 2×700 tun a jsou vztyčeny do výšky 18 metrů.
Pro přemisťování takových břemen bychom nyní potřebovali jeřáby s nosností 1200 tun.
Pokud zůstaneme ještě chvíli u těchto historických staveb, ani výška nebyla pro starověké stavitele žádný problém. Alexandrijský maják se tyčí do výšky 76 metrů a byl vybudován kolem roku 300 př.n.l. Egyptské pyramidy se šplhají do výšky až 150 metrů, dále ve středověku se stavěly katedrály až 160 metrů vysoké. A to již byly opravdové skvosty architektury a velice náročná konstrukční řešení.
S ohledem právě na zmíněné současné monstrózní jeřáby je překvapivé, že naši předkové byly schopni ohromná břemena zvedat bez toho, aniž by měli tuto současnou vyspělou techniku. Ve skutečnosti byla jejich technologie hodně vyspělá. V podstatě jediný hlavní rozdíl mezi těmito historickými zařízeními a současnými jsou fosilní paliva.
Prakticky nemáme žádné limity ve hmotnostech, jaké jsme schopní uzvednout lidskou silou. Ani zde nejsou žádná významná omezení do jaké výšky můžeme zvedat. Výhoda fosilních paliv spočívá hlavně v rychlosti, jakou můžeme břemena zvedat a operovat s nimi. Samozřejmě to neznamená, že pokud navýšíme počet pracovníků, dokážeme uzvednout cokoliv do jakékoliv výšky. Již před pěti tisíci lety starověcí inženýři začali používat několik zařízení dohromady, která velmi významně rozšiřovala možnosti zvedání břemen. Ať pouze jednotlivcem nebo skupinou lidí. Zvedací zařízení byla hlavně používána při stavbách, ale velice brzy se začala také používat pro vykládaní a nakládání zboží, pro spouštění lodí a pro těžení surovin z dolů.
Současně byla pochopitelně rychlost zvedání břemen velice pomalá, dokud se na konci 19. století nenahradil lidský pohon právě motorem a v dnešní době je jeden člověk v autojeřábu schopný uzvednout klidně 100 tun a jednou rukou.
Jednoduchá zdvihací zařízení nám usnadňovala práci pravě tím, že bylo možné působit na břemena mnohem menší silou, než by bylo potřeba v přímém pohybu. Tento mechanický zisk nám říká o kolik se změní síla, která na lano působí. Nezmenšuje nám ale množství práce jako takové pro přemístění břemene, jelikož musíme tuto práci vykonávat na delší dráze. Pokud se tedy setkáme s mechanickým ziskem 2:1, znamená to, že jsme zdvojnásobili sílu, která na lano působí, ale musíme působit po dvojnásobné dráze.
Někteří konspirativní teoretikové se domnívají, že staří Egypťané používali pro jejich monumentální stavby vyspělé nebo mimozemské technologie (teorie). Většina historiků ale předpokládá, že starověcí stavitelé používali pouze jednoduché přemísťovací nástroje jako různé kluzné rampy a pákové mechanismy. Rampy pravděpodobně byly používány i ke vztyčení obelisků.
Při pohybu břemen po rampách pomocí lan, místo přímého horizontálního zvedání, bylo potřeba mnohem více síly a také se zvyšovala vzdálenost pro dopravu stavebních prvků. K tažení nebo převracení bloků kamene, který vážil 2,5 tuny, bylo potřeba kolem 50 pracovníků, ale také bylo potřeba postavit a posléze i odstranit ohromné dopravní rampy.
Z historických pramenů můžeme odhadovat, že na takové stavbě se podílelo od 20 000 až 50 000 lidí a někde i mnohem více. Pokud bychom tuhle situaci srovnali se současnými podmínkami, takové stavby jsme s jeřáby schopni postavit za několik let a pouze s několika stovkami pracovníků, zatímco tehdy stavba pyramidy trvala i několik desetiletí.
První jeřáb datujeme kolem 6.-5. století př.n.l. v Řecku. Římané později tuto technologii s velkým vděkem převzali.
Ze začátku byl jeřáb zjednodušeně jenom lano položené přes kladku. Předtím, než se zjistilo, že je možné využívat výhody kladky pro zvedání předmětů, byla jednoduchá kladka používána již mezi 8.-9. st. př. n.l. pro čerpání vody ze studní. Jednoduchá kladka neposkytovala žádný mechanický zisk jako takový, ale změnila směr pohybu z tahání k sobě k tahání směrem dolů, kde šlo využívat celou váhu těla. Obecně je udáváno, že síla vyvinutá jednou rukou směrem k sobě se pohybuje kolem 150 N, kdežto směrem dolů kolem 250 N.
Mechanický zisk z těchto zařízení se začal zvyšovat pomalu až nástupem novějších technologií. Největším vynálezem v této oblasti (kolem 4. století př.n.l.), který se používá až do dnešní doby, bylo objevení kladkostroje – složených kladek z jedné volné a jedné pevné. A dále přidávání dalších kladek do bloku. Mechanický zisk se zde násobí počtem použitých kladek.
Pro příklad: jeřáb se třemi kladkami má dvě pevné kladky přímo na jeřábu a třetí volnou kladku nad břemenem, získáváme mechanický zisk 3:1. Jeřáby s pěti kladkami v podobném uspořádání mají mechanický zisk 5:1.
Používáním kladkostrojů mohl jeden člověk uzvednout mnohem těžší břemena než do této doby. Jestliže jeden muž mohl díky jednoduché kladce uzvednout 50 kg, díky kladkostroji se třemi kladkami už to bylo 150 kg a 250 kg pokud bychom použili kladek pět. Nevýhodou kladkostroje byla opět vzdálenost ke zdvihání a tím i čas potřebný k přemístění břemene. Pokud bychom zvedali břemeno do výšky 3 m přes tři kladky, potřebovali bychom táhnout 9 m lana, při pěti kladkách už 15 m lana.
Počet kladek je teoreticky neomezený, ale jejich počet byl ve starověku limitovaný třením na pět. Pokud bylo potřeba zvedat mnohem těžší objekty, používaly se spíše tzv. bloky kladkostrojů. Římané používali těchto bloků dva i více po 3-5 kladkách, přičemž každý z těchto bloků obsluhovala jiná skupina pracovníků pracujících samostatně. Také se používalo více mužů najednou pro tahání za jedno lano. Římané počítali se ztrátami díky tření okolo 20%.
Další vylepšení následovalo v podobě rumpálů nebo navijáků a vrátků, které nahradily tahání lana. Byly objeveny přibližně ve stejné době jako kladkostroj. Jediný rozdíl mezi navijákem a vrátkem je ve směru působení síly. Na naviják se působí vertikálně, na vrátek horizontálně.
Obě tato zařízení využívají rukojetí nebo pák vložených do otvorů na otáčecím bubnu ke zvýšení mechanického zisku. U vrátků je mechanický zisk určen poloměrem otáčecího bubnu k ose otáčení. U navijáku je mechanický zisk určen vztahem poloměru osy nebo otáčecího bubnu k poloměru rukojetí. Z toho nám opět vychází, že pokud bychom měli 5 cm osu s 30 cm držadly, vyjde nám mechanický zisk 6:1. Jeden člověk potom mohl zvednout šestkrát těžší břemena, než pokud by pouze tahal lano na volno. Opět musíme počítat s tím, že pokud bychom chtěli vyzvednout břemeno do výšky jednoho metru, musíme tahat 6 m lana.
Kombinací kladkostrojů, navijáků a vrátků mohli naši předkové dosáhnout opravdu skvělých výsledků. Pokud jeden člověk obsluhující 5 kladkostrojů (pět bloků kladkostrojů po pěti kladkách) přes jeden vrátek vyvinul sílu 50 kg – dle toho co jsme si popsali dříve – mohl vyzvednout až 1500 kg (50 kg x 6 x 5). V porovnání s Egypťany, kteří na takovou přepravu pomocí rampy potřebovali třicet mužů v plné síle.
Tato kombinace zařízení mohla být obsluhována více lidmi. Pro práci u navijáků byly využívány i tažná zvířata. Čtyři lidé u navijáku, se stejným mechanickým ziskem jako jsme si popsali dříve, byli schopni utáhnout až 6 tun materiálu (4 x 50 x 6 x 5), ale znovu při tažení lana v délce 30 m pro jeden metr zdvihu.
Jako další se objevilo na historické scéně šlapací kolo (přesně to samé, které mají tak rádi křečci pro zábavu – nebo si to alespoň lidé myslí :).
Toto kolo bylo zmíněno v historických pramenech již kolem roku 230 př.n.l. a zůstalo jako velmi důležitá část pro práci s jeřábem až do poloviny 19. století. Tyto kola měla většinou průměr mezi čtyřmi až pěti metry a generovala na tu dobu opravdu úžasný mechanický zisk. Byly mnohem větší než vrátky a navijáky, jelikož využívaly mnohem většího poloměru celého kola k poloměru osy otáčení. Navíc síla nevycházela již s rukou a ramen, ale vytvářela se chůzí uvnitř kola. Takové běžné kolo o průměru 213 cm a průměru osy 15 cm mělo mechanický zisk 14:1.
S takovouto výhodou 14:1 je schopný jeden muž operující přes výše zmíněné rozhraní pěti kladkostrojů uzvednout až 3 500 kg. To již je 70x více než s jednoduchou kladkou.
Jeden takový jeřáb byl dokonce u příležitosti výstavy Karla IV. postaven přímo na Pražském hradě. Byla to přesná replika ze 14. století a pro návštěvníky byla přichystána i ukázka středověké práce s jeřábem. Konkrétně tento jeřáb obsluhovali dva muži a měl mechanickou výhodu 1:10 a nosnost 1000 kg.
Některé jeřáby (speciálně v přístavech ve středověku a v pozdější době) byly vybaveny dvěma těmito koly otáčející se kolem stejné osy. To znamenalo zdvojnásobení zvedaných břemen až na 7 000 kg. A jelikož se kola dělala často dost široká i pro dvě osoby, dostáváme se do závratných čísel, kdy takový jeřáb, poháněný lidskou silou, byl schopný vyzvednou až 14 tun. I po odečtení výše zmíněného tření se dostáváme na hodnotu, zhruba nějakých 11,2 tun, a to i ve srovnání s dnešní dobou je už velice solidní nosnost.
Znovu, pokud jsme chtěli vyzvednout břemeno při tomto mechanickém zisku 14:1 do výše 10 m, museli jsme uvnitř kola ujít 140 m. Také pokud budeme počítat rychlost běžné chůze 5 km za hodinu, lehce spočítáme, že rychlost zvedání břemen byla v takovémto případě 0,35 km/h, což je 6 m za minutu.
Jak už jsme se dozvěděli, nosnosti břemen, které starověcí stavitelé zvedali, byly opravdu velkolepé, ale pozornému čtenáři jistě neuniklo, že jsme se na začátku zmínili o mnohem těžších blocích kamene k vyzvednutí. Římané také přemístili několik monumentů z Egypta a vztyčili je ve svých městech. Nejtěžší kusy vážily více než 500 tun. Jak mohli tyto břemena zvedat s šesti nebo s dvanácti tunovými jeřáby? Úplně stejně jako zvedáme takové hmotnosti nyní, a to kombinací více zdvihacích zařízení dohromady.
Jedna z metod byla postavit ohromnou zdvihací věž nebo konstrukci poháněnou několika navijáky ze země. Avšak mechanický zisk u navijáků je mnohem menší než otáčecích kol, ale zase mohly být navijáky obsluhovány více lidmi a nebylo potřeba tolik zvedacích zařízení, než kdyby se používal vrátek. Navíc u navijáků mohla práci vykonávat tažná zvířata. Metody zdvihacích věží a konstrukcí byly popsány několika římskými spisovateli, ale nejdetailnější informace o tom, jak se tyto zařízení stavěla a používala, najdeme od inženýra, mistra stavitele ve Vatikánu, který žil asi před tisíci lety, Domenica Fontana.
V roce 1586 papež Sixtus V. rozhodl, že 344 tunový monument, který se nacházel na Cirkus Maximus (něco jako stadion pro závody vozatajů, ale mnohem větší), bude přesunut na náměstí před nově postavenou basiliku Svatého Petra. Bylo to pouze 256 metrů daleko, nicméně obelisk musel být spuštěn na zem, přesunut a opět znovu vztyčen. Mistr Fontana celý tento proces zdokumentoval ve své knize z roku 1589 „Přesun Vatikánského obelisku".
Na položení obelisku byla potřeba dřevěná konstrukce 27,3 metrů vysoká, lana delší než 220 metrů, 40 navijáků, 907 mužů a 75 koní. Pro opětovné zdvihnutí potom 800 mužů a 140 koní. Z tohoto pohledu je ještě zajímavé, že příprava, pokládání a transport obelisku, to vše trvalo více než rok. Naproti tomu potom samotné vztyčení zabralo pouze 13 hodin a 52 minut. Jako výsledek této úspěšné operace se od této doby začaly kolem Říma přemisťovat další monumenty. Jeden z nich právě s hmotností 510 tun.
Zajímavost byla, že pro diváky tohoto přesunu byl vydán přísný zákaz nemluvit a nedělat žádný hluk pod podmínkou trestu smrti a tento zákaz byl místní policií striktně kontrolován. Naprosté ticho a jasná komunikace mezi obsluhou u navijáků na zemi a obsluhou lan a vrátků na konstrukci byla při takovéto akci opravdu zásadní. Signál k navíjení lan byl vydáván trumpetou a signál k zastavení byl dáván úderem do zvonu.
Při stavbách těchto druhů se velice pravděpodobně používaly jeřáby, které byly umístěny uvnitř stavby a rostly spolu s budovou. To také znamenalo po dostavění určitého úseku zdvihací zařízení demontovat a přemístit o úroveň výše. Když byla stavba dokončena, některé jeřáby se dokonce zanechaly na místě pod střechou a využívaly se k dalším opravám.
Jeden z těchto jeřábů, využívající otočného kola, byl použit v roce 1970 pro renovaci katedrály Canterbury v Anglii. Tento jeřáb se datuje kolem 15. století, dovnitř se vešli dva muži a jeho průměr byl 4,6 metru.
U středověkých maleb a ilustrací se můžeme občas setkat s vyobrazením jeřábu, který byl přimontovaný na zeď objektu z venčí, ale zřejmě se toto řešení nepoužívalo, jelikož zdi gotických kostelů a katedrál jsou celkem slabé pro nosnost takových vah.
Další velmi dobře popsané zdvihací zařízení je jeřáb, který byl umístěn ve výšce 157 metrů na vršku katedrály v Kolíně v Německu po dobu 450 let. Byl vztyčen roku 1400 a odstraněn až roku 1842. Jeřábem pohybovala dvě ohromná otáčecí kola (uvádí se až 15 metrů průměr) a také měl jeřáb výložník, který mohl pohybovat břemeny ve vertikálním směru.
Dalším užitečným vynálezem se ve středověku stal stabilní přístavní jeřáb poháněný otáčecím kolem. Kupodivu tyto jeřáby nebyly moc používány Řeky nebo Římany, nejspíše kvůli tomu, že v té době měli spoustu otroků, kteří takovou práci mohli vykonávat rychleji a přesněji. Byly využívány spíše různé rampy pro nakládku a vykládku zboží.
Přístavní jeřáb se poprvé objevil ve Flandrech v Holandsku a v Německu ve 13. století. V Anglii o něco později ve století čtrnáctém. Tyto jeřáby byly většinou mnohem výkonnější než jeřáby stavební a byly vybaveny dvěma otáčejícími koly a průměrech až 6,5 metru.
Tyto jeřáby nebyly využívány kvůli své velikosti pro nějaké extrémně těžké předměty, ale bylo využíváno rychlosti takového zařízení. V obchodování, nakládání a vykládání předmětů je rychlost mnohem důležitější než při stavění.
Historie jeřábů pokračovala díky novým přístavním jeřábům. Přístavní jeřáby byly často opatřeny střechou k ochraně zdvihacího ústrojí a pracovníků před deštěm a nepříjemným počasím. Tyto stavby také velice připomínaly klasické mlýny a pravděpodobně byly postaveny také staviteli těchto mlýnů.
V pozdním středověku můžeme narazit na různá další zdvihadla, která již uměla i otáčet výložníkem atd. Pro zajímavost v Africe moc přístavních jeřábů nalezeno nebylo, nejspíše kvůli tomu, že tam neměli stavitele mlýnů.
Největší přístavní jeřáb byl postaven v Londýnských docích roku 1850. Měl dvě otáčecí kola široká až 3 metry, takže do jednoho kola se vešli 3 až 4 muži. Pro zajímavost můžeme ještě dodat, že kolo bylo vyrobeno mnohem větší a širší. Pracovalo na něm až 20 vězňů najednou, ale chodilo se po něm zvenku.
V 19. století lidstvo objevilo spoustu velmi významných vynálezů, ale pro jeřáby jako takové to byly hlavně tři nejdůležitější. Místo konstrukce a převodů ze dřeva se začala používat ocel, což udělalo jeřáby mnohem silnější a efektivnější. První ocelový jeřáb byl zkonstruován v roce 1834. Ještě ten samý rok bylo objeveno ocelové lano. A jako třetí do mozaiky zlepšovacích objevů přibyl samozřejmě motor, se kterým už jsme mohli zvedat v podstatě jakákoliv břemena a ještě k tomu jakoukoliv rychlostí.
Ocelové lano nahradilo dřívější přírodní lana, dá se říct okamžitě, ale dalším dvěma vynálezům trvalo ještě dlouho, než se naplno zavedly do praxe. Dřevo, občas kombinované s ocelí, však bylo stále hlavním výrobním materiálem pro jeřáby až do 20. století. Hlavně v oblastech, kde dřeva bylo dostatek. Podobně to bylo se zaváděním motoricky ovládaných jeřábů. V knížce z roku 1904 (Crane technology) najdeme na více než půlce obsahu zobrazeny a popsány stále jeřáby poháněné lidskou silou. Narazíme i na tzv. cyklojeřáby.
Logicky v této éře vznikly jeřáby s opravdu velkou nosností poháněné stále lidskou silou. Tyto již využívaly skládané ocelové převodovky a ocelová lana.
Takový jeřáb si nechal patentovat roku 1850 Sir William Fairbairn. Spojil nýty dva ocelové pláty a vytvořil zaoblený výložník, který byl mnohem stabilnější a praktičtější než předchozí rovné výložníky ze dřeva nebo z oceli. Fairbairnovy parní jeřáby jsou velice známé i v dnešní době, a některé z nich jsou v celkem zachovalém stavu k vidění v muzeích nebo v bývalých přístavech.
Méně známější byl Fairbairnův ruční jeřáb, který popsal v práci z roku 1860 „For engineers". Díky této práci známe přesně jak ohromný výkon toho jeřábu byl a jak velký mechanický zisk jsme mohli díky mnoha převodům z toho jeřábu dostat.
První z jeho jeřábů dokázal uzvednout břemena až 12 tun do 9 metrů a otáčet se s nimi v rozsahu dvaceti metrů. Další jeřáb, který byl postaven pro doky v Keyhamu, už uzvedl 60 tun do výšky 18 metrů s rozsahem 32 metrů v průměru.
Toto byl opravdu největší ruční jeřáb, který kdy byl postaven s mechanickým ziskem 632:1, což znamenalo, že pokud každý ze 4 mužů, co jeřáb ovládali, vyvinul sílu pouze 23,7 kg, byl schopen uzvednout břemeno o hmotnosti až 60 tun!
Současné největší jeřáby jsou schopné zvedat břemena o hmotnostech až 20 000 tun. Většinou jsou vybaveny podobným systémem, který nám nabízí stejný mechanický zisk jaký byl popsán právě Fairbairnem.
V současné době jeřáby využívající lidskou sílu používají pouze zapálení ekologističtí architekti, jinak se dá říct, že takováto zařízení vymizela.
V podstatě jsme schopní zvedat jakákoliv břemena o jakýchkoliv nosnostech bez použití fosilních paliv. V současné době takové jeřáby používají hlavně architekti zaměření na ekologii. Jeřáby využívající lidské síly vymizely, dokonce i pro přepravu lehčích břemen. Zvykli jsme si, že břemena zdvihají motory jeřábů a pak si jdeme zaběhat na otáčecí kolo do fitness centra pro zpevnění postavy.