起重机吊钩疲劳寿命测试常用的加载方式和测试设备介绍

起重机吊钩是连接起升机构与重物的核心部件，其疲劳失效可能导致重大安全事故，因此疲劳寿命测试是吊钩设计、生产和认证中的关键环节。疲劳测试的核心是通过模拟实际工况的循环载荷，评估吊钩在长期使用中的抗疲劳能力，而加载方式与测试设备的选择直接影响测试结果的准确性与代表性。本文将详细介绍吊钩疲劳测试中常用的加载方式，以及对应的测试设备，帮助读者理解疲劳测试的实践逻辑。

轴向循环加载：模拟竖直起吊的基础工况

轴向循环加载是吊钩疲劳测试中最常用的基础方式，其载荷方向与吊钩轴线平行，主要模拟起重机竖直起吊重物的工况——此时吊钩受力集中在钩身轴向，应力循环由起吊、下放的重复动作产生。测试时，吊钩上端通过夹具固定在试验机上，下端连接载荷传感器与作动器，作动器施加周期性拉力（拉-拉循环）或拉压交替载荷（拉-压循环）。实际起吊中吊钩几乎不承受压力，因此拉-拉循环更接近真实情况，但部分标准会要求拉-压循环以验证极端工况。

轴向加载的关键是保证载荷同轴度，避免夹具安装偏差引入额外弯矩。例如测试10t吊钩时，通常施加0.5t-10t的拉-拉循环，频率5Hz-10Hz，直到吊钩出现裂纹或达到规定循环次数。若同轴度偏差超过0.5mm，可能导致钩身局部应力集中，使测试结果偏短，无法反映真实寿命。

此外，轴向加载需考虑吊钩的“应力集中区”——比如钩颈与钩身的过渡圆角、螺纹连接部位，这些区域是疲劳裂纹的高发区，测试时需通过应变片监测应力分布，确保载荷准确作用在关键部位。

弯曲循环加载：应对偏载下的弯矩应力

弯曲循环加载针对吊钩偏载工况设计。当重物悬挂点偏离吊钩轴线（如吊装带倾斜、重物重心偏移）时，吊钩会承受弯矩，导致钩身产生弯曲应力——这种交替应力（一侧受拉、一侧受压）对疲劳寿命的影响远大于单向拉应力。测试时，吊钩通常固定在两个支点上，中间施加垂直于轴线的循环载荷，形成三点或四点弯曲状态。

例如测试吊钩弯曲疲劳时，将钩颈固定在支座上，在钩尖处施加上下往复载荷，模拟偏载时的弯矩循环。弯曲加载的难点在于控制载荷作用点与方向：若载荷点偏移20mm以上，可能导致钩身应力分布偏离实际工况，使测试结果失去代表性。

此外，弯曲加载的应力循环通常是对称的（拉-压交替），因为弯矩会使钩身两侧交替受力。测试中需通过有限元分析预先计算弯矩分布，确保载荷大小与实际偏载程度一致——比如偏载10°时，弯矩约为轴向载荷的1.5倍，测试时需对应调整载荷值。

扭转循环加载：模拟旋转起吊的扭矩影响

扭转循环加载用于模拟起重机旋转起吊时的扭矩工况。当起重机旋转吊臂或重物时，吊钩会绕自身轴线承受扭矩，导致钩身产生扭转剪应力，这种应力与轴向拉应力叠加，会加速疲劳失效。测试时，吊钩一端固定，另一端通过扭转作动器施加周期性扭矩（正转-反转循环）。

扭转加载的关键是控制扭矩的大小与频率。例如测试10t吊钩的扭转疲劳时，通常施加±50N·m的扭矩循环，频率3Hz-5Hz——因为实际旋转起吊时，扭矩大小与旋转速度、重物惯性有关，过高的扭矩会导致钩身过早出现裂纹。

此外，扭转加载需结合轴向载荷，因为实际工况中扭矩总是与轴向拉力同时存在。测试时需先施加轴向拉力（如5t），再叠加扭转扭矩，模拟真实的复合应力状态。若仅测试纯扭转工况，结果会偏离实际，无法作为设计依据。

复合循环加载：还原复杂工况的真实应力

复合循环加载是同时施加两种或多种载荷（如轴向+弯曲、轴向+扭转、弯曲+扭转），模拟吊钩在复杂工况下的真实应力状态。实际使用中，吊钩很少仅承受单一载荷——比如偏载起吊时，吊钩同时承受轴向拉力与弯曲弯矩；旋转起吊时，同时承受轴向拉力与扭转扭矩。复合加载能更准确地评估吊钩的疲劳寿命。

测试复合加载时，需通过多轴试验机实现：例如电液伺服试验机的多作动器系统，可同时控制轴向、弯曲、扭转三个方向的载荷。例如测试偏载+旋转工况时，先施加10t轴向拉力，再施加20N·m扭转扭矩，同时施加500N弯曲载荷，形成三向复合应力循环。

复合加载的难点在于载荷的同步控制——三个方向的载荷需按实际工况的比例变化，若某一方向载荷延迟或偏差，会导致应力分布紊乱，影响测试结果。因此，复合加载需要高精度的控制系统与传感器，确保各方向载荷的同步性与准确性。

电液伺服疲劳试验机：复杂载荷的高精度解决方案

电液伺服疲劳试验机是吊钩疲劳测试的“全能设备”，核心由液压泵站、伺服阀、作动器、载荷传感器与控制系统组成。工作原理是液压泵站提供高压油，伺服阀根据指令调节油液流量与压力，驱动作动器往复运动，施加循环载荷。

其优势在于：一是载荷范围大，可覆盖几kN到几百kN（对应几吨到几十吨吊钩）；二是控制精度高，能实现正弦波、三角波、方波等多种波形，甚至模拟实际起吊的变幅载荷（如起升时载荷逐渐增加）；三是响应速度快，适应高频循环（可达50Hz以上）。例如测试复合加载时，电液伺服机能同时施加轴向、弯曲、扭转载荷，准确模拟复杂工况。

不过，电液伺服机成本较高，维护需专业人员，且液压油泄漏需定期检查。但对于要求高的测试（如认证试验、新产品研发），它仍是首选设备。

电磁谐振疲劳试验机：高效批量测试的选择

电磁谐振疲劳试验机基于共振原理设计，核心是电磁激励器与振动台。工作时，控制系统通过电磁激励器向吊钩施加激励力，调整频率使其与吊钩固有频率一致，产生共振——此时仅需小能量就能获得大振幅（大应力循环）。

其优势在于效率极高：共振时能量消耗小，可实现几百Hz甚至上千Hz的高频测试，大大缩短周期，适合批量测试小载荷吊钩（如1t以下）。此外，结构简单、维护成本低、噪音小。例如测试批量生产的1t吊钩，电磁谐振机可在1天内完成10个试样的测试，而电液伺服机可能需要3天。

局限性也明显：载荷类型单一（仅正弦波）、载荷范围有限（难测大吨位吊钩）、对试样固有频率要求严格——若吊钩固有频率因加工误差变化，可能导致共振失败。因此，它适合基础抽检或小载荷吊钩测试。

机械曲柄式疲劳试验机：低成本的基础测试设备

机械曲柄式疲劳试验机是传统低成本设备，核心是电机驱动的曲柄连杆机构。电机带动曲柄旋转，连杆将旋转转化为作动器直线往复运动，施加循环载荷。

优势是结构简单、成本低、维护方便，适合基础测试（如拉-拉循环）。例如测试10t吊钩的拉-拉疲劳，机械曲柄机可以10Hz频率施加0.5t-10t载荷，满足基本要求。

缺点是频率固定（需换齿轮调整）、载荷波形单一（仅正弦波）、控制精度低（无法准确控制载荷大小）。因此，它通常用于批量生产中的常规抽检，或对精度要求不高的场合。

专用吊钩疲劳测试台：定制化的实际工况模拟

专用吊钩疲劳测试台是针对特定型号或工况定制的设备，完全模拟实际使用场景。例如复制起重机起升机构：卷筒带动钢丝绳，一端连吊钩，另一端连作动器，通过卷筒正反转模拟起升、下放，施加循环载荷；有的还增加偏载、扭转装置，模拟复合工况。

优势是测试结果真实——还原实际受力状态（包括载荷大小、方向、频率及环境因素），通常用于重要型号吊钩的认证测试（如安全标准的型式试验）。例如某型25t汽车起重机吊钩的专用测试台，可模拟偏载15°、旋转5圈/分钟的工况，测试结果直接作为认证依据。

缺点是成本高、周期长、通用性差——只能测试特定型号吊钩，换型号需重新设计。但对于要求“100%还原实际”的测试，专用台是唯一选择。