抓斗式挖泥船專利技術(shù)分析

張化難 齊雋楠

摘要：抓斗式挖泥船屬于機(jī)械式挖泥船，其不同的抓斗結(jié)構(gòu)形式可適用于不同的土質(zhì)。本文通過(guò)對(duì)抓斗式挖泥船申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)、專利申請(qǐng)全球分布、重點(diǎn)申請(qǐng)人特點(diǎn)進(jìn)行研究，為我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：挖泥船；抓斗式；專利；申請(qǐng)量；申請(qǐng)人

中圖分類號(hào)：U674.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）15-0049-04

Patent Technology Analysis of Grab Dredger

ZHANG Huanan QI Junnan

（Paten Examination Cooperation Center of the Patent Office， SIPO， Henan， Zhengzhou Henan 450018）

Abstract： The grappler is a mechanical dredger， and the different grab structure can be applied to different soils. Through the analysis of trend in patent application amount development， patent application global data and specialty of main applicants， this paper provides reference for the development of related industry in our country.

Key words： dredger；grapple；patent；amount of application；applicant

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)、水利建設(shè)、水上運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，對(duì)航道和港口有了更高的要求，對(duì)挖泥船的需求也越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)外對(duì)挖泥船的配套設(shè)備也提出了更高的質(zhì)量和技術(shù)要求，同時(shí)也推動(dòng)了國(guó)內(nèi)外挖泥疏浚領(lǐng)域?qū)ν谀啻褪杩ＴO(shè)備的研究及專利申請(qǐng)[1-2]。

本文以數(shù)據(jù)庫(kù)CNABS、VEN中截止到2017年5月10日公開(kāi)的專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)IPC分類號(hào)和關(guān)鍵詞聯(lián)合檢索，統(tǒng)計(jì)了抓斗式挖泥船全球以及國(guó)內(nèi)年代分布發(fā)展?fàn)顩r，研究主要申請(qǐng)人及其特點(diǎn)，為我國(guó)抓斗式挖泥船的研發(fā)提供參考性建議。

1 專利申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

1.1 全球申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

圖1中菱形點(diǎn)曲線表示全球抓斗式挖泥船申請(qǐng)量隨年代變化的分布曲線。從中可以看出，抓斗式挖泥船專利申請(qǐng)開(kāi)始于1970年，總體上，1980年之前發(fā)展平緩，1980—1990年發(fā)展逐漸升溫，1990—2000年發(fā)展有回落趨勢(shì)，2000—2010年處于平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期，2010年后專利申請(qǐng)量激增。抓斗式挖泥船前期發(fā)展緩慢的主要原因在于，在1980年之前世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展還較為平緩，大型疏浚機(jī)械的發(fā)展較為滯后，對(duì)航道疏浚的迫切程度較弱，各大工程機(jī)械企業(yè)的關(guān)注點(diǎn)主要集中在大型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)等方面的研發(fā)；1980年之后，隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及各國(guó)航道之間經(jīng)濟(jì)往來(lái)的增多，航道疏浚也逐漸提上日程，并刺激各大工程機(jī)械企業(yè)將研發(fā)重點(diǎn)投放在抓斗式挖泥船，抓斗式挖泥船的專利申請(qǐng)量也逐漸上升；2008年之前世界基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)處于一個(gè)平緩期，對(duì)鏟斗結(jié)構(gòu)功能的要求也趨于平緩；2008年之后世界經(jīng)濟(jì)陷入困境，多國(guó)通過(guò)大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工程機(jī)械在此期間得到迅速發(fā)展，對(duì)抓斗式挖泥船的要求也進(jìn)一步提高，專利申請(qǐng)量開(kāi)始呈激增狀態(tài)發(fā)展。

1.2 國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

圖1中方形點(diǎn)曲線表示中國(guó)抓斗式挖泥船專利申請(qǐng)量隨年代變化的分布曲線。從方形點(diǎn)曲線可以看出，中國(guó)鏟斗卸載裝置專利申請(qǐng)開(kāi)始于1990年，在1990年之前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為緩慢，在大型工程機(jī)械方面的研究較為滯后，在1978年提出改革開(kāi)放后，中國(guó)經(jīng)濟(jì)開(kāi)始復(fù)蘇，沿海城市率先發(fā)展，對(duì)航道疏浚的需求也逐步提上日程，對(duì)挖泥船的研發(fā)也逐漸進(jìn)入工程師的視野；1990—2010年，中國(guó)對(duì)抓斗式挖泥船的研究及發(fā)展較為緩慢；2010年之后申請(qǐng)量呈爆發(fā)式發(fā)展。中國(guó)鏟斗卸載裝置申請(qǐng)量前期發(fā)展緩慢的主要原因在于很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)注度還不夠高、當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)航道疏浚的需求也不足。2010年之后隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛地推進(jìn)，對(duì)航道疏浚的要求及抓斗式挖泥船的精準(zhǔn)度也相繼提高，同時(shí)中國(guó)開(kāi)始大力鼓勵(lì)發(fā)明創(chuàng)造并制定了相關(guān)激勵(lì)政策，各企業(yè)高校對(duì)專利的重視程度空前提高，因此，抓斗式挖泥船的申請(qǐng)量呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。

1.3 國(guó)內(nèi)、全球?qū)Ρ确治?/p>

從圖1中國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)量年代分布曲線可以看出，國(guó)內(nèi)起步晚于國(guó)外，國(guó)內(nèi)發(fā)展與全球發(fā)展趨勢(shì)基本吻合，國(guó)外的發(fā)展對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)展起到促進(jìn)作用，2010年后，國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的申請(qǐng)量為全球相關(guān)專利申請(qǐng)量的增長(zhǎng)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

2 專利申請(qǐng)分布概況

2.1 專利申請(qǐng)全球分布

由圖2可以看出，中國(guó)、日本是抓斗式挖泥船申請(qǐng)量大國(guó)，其中，我國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)量幾乎占據(jù)全球總申請(qǐng)量的一半，說(shuō)明我國(guó)在航道疏浚方面進(jìn)行了更為深入的研究和開(kāi)發(fā)，并且對(duì)專利的重視度可見(jiàn)一斑；而其余相關(guān)申請(qǐng)量在全球范圍內(nèi)的分布較為分散，且在德國(guó)、美國(guó)、加拿大、英國(guó)等傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也均有涉及，這是由于美國(guó)、德國(guó)、加拿大、英國(guó)等國(guó)家的水域覆蓋面積較大、航道網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，且其對(duì)水利疏浚具有一定的要求。

2.2 國(guó)內(nèi)重點(diǎn)申請(qǐng)人分析

由圖3可知，國(guó)內(nèi)重點(diǎn)申請(qǐng)人主要集中在沿海城市，且主要集中在航道疏浚公司和高校，個(gè)人申請(qǐng)較少，這是由抓斗式挖泥船的機(jī)械特性所決定的。

3 技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

通過(guò)閱讀專利申請(qǐng)文件，選取具有代表性，對(duì)抓斗式挖泥船的改進(jìn)產(chǎn)生重要影響的專利申請(qǐng)文件進(jìn)行梳理，將抓斗式挖泥船的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)概括為傳統(tǒng)抓斗式挖泥船—蚌殼式液壓抓斗—容積可變的顎式抓斗—自定位抓斗挖泥船—自動(dòng)穩(wěn)零抓斗式挖泥船—智能式抓斗挖泥船。

3.1 傳統(tǒng)抓斗式挖泥船

專利GB743811 A公開(kāi)了一種抓斗式挖泥船（參見(jiàn)圖4），其采用滑輪組、滑軌、絞車及起重機(jī)臂配合控制抓斗的升降，實(shí)現(xiàn)挖泥、疏浚。

3.2 蚌殼式液壓抓斗

專利CN201148631 Y公開(kāi)了一種水下疏浚用蚌殼式液壓抓斗（參見(jiàn)圖5），包括斗體和液壓缸，斗體重容比為1～2，切削角為10°～12°。該水下疏浚用蚌殼式液壓抓斗，斗體線型和重容比合理，具有較高的充斗系數(shù)，配合液壓抓斗本身優(yōu)點(diǎn)，能大大提高挖掘效率，可以節(jié)約制造成本和減輕整體重量，有利于節(jié)約動(dòng)力設(shè)備的功率，更適用于挖掘淤泥、軟黏土、一般黏土、松散沙質(zhì)土及粒徑較小的碎石、卵石。

3.3 容積可變的顎式抓斗

專利CN102644305 A公開(kāi)了一種開(kāi)斗面積和容積可變的多瓣式抓斗（參見(jiàn)圖6），包括抓斗基座和若干顎板，若干顎板分別與抓斗基座鉸接，用于通過(guò)顎板之間的開(kāi)合實(shí)現(xiàn)抓取動(dòng)作。所述抓斗基座包括上、下布置的抓斗上基座和抓斗下基座，所述顎板包括相互鉸接的上顎板和下顎板，所述下顎板中部沿顎板外側(cè)向上設(shè)有延伸段；所述上顎板的上端與抓斗下基座鉸接，所述延伸段通過(guò)輔助桿與抓斗上基座鉸接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的開(kāi)斗面積能夠可控調(diào)節(jié)，抓斗容積可自調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種不規(guī)則物料的更好抓取。

3.4 自定位抓斗挖泥船

專利JPS51112092 A公開(kāi)了一種自動(dòng)抓斗式挖泥船，如圖7所示，其采用可逆電機(jī)、位置檢測(cè)器、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)處理器、鋼纜、滑輪對(duì)抓斗的升降進(jìn)行控制。

專利JP2001090101 A公開(kāi)了一種河床用抓斗式挖泥船，如圖8所示，其包括測(cè)角儀、GPS天線、送波器、受波器，其根據(jù)測(cè)角儀的輸出角度控制抓斗的位置，以精確控制河床的清理位置。

3.5 自動(dòng)穩(wěn)零抓斗式挖泥船

專利CN85102187 A公開(kāi)了一種抓斗自動(dòng)穩(wěn)零裝置，適用于以葉片可調(diào)式液力變矩器為動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的挖泥船抓斗挖泥吊機(jī)、鉆井下鉆吊機(jī)和起重機(jī)等起吊設(shè)備。其特點(diǎn)是由零轉(zhuǎn)速檢測(cè)器、轉(zhuǎn)向鑒別器、下降突加信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字積分器和操作手柄開(kāi)關(guān)所組成。采用電子線路自動(dòng)控制方式，通過(guò)單手柄操作，對(duì)以葉片可調(diào)式液力變矩器為動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的抓斗挖泥吊機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)當(dāng)手柄置“中央零區(qū)”時(shí)，不必使用機(jī)械剎車就能使抓斗（空斗或滿斗）在空中自動(dòng)停住。

3.6 智能式抓斗挖泥船

專利CN106546211 A公開(kāi)了一種抓斗挖泥船抓斗姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其包括GPS、羅經(jīng)、船舶吃水傳感器、吊臂傾角傳感器、抓斗機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器、抓斗下放深度傳感器和抓斗開(kāi)口度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)接口連接計(jì)算機(jī)，GPS、羅經(jīng)和抓斗機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器用于測(cè)量抓斗平面定位，船舶吃水傳感器、吊臂傾角傳感器、抓斗下放深度傳感器、抓斗開(kāi)口度傳感器用于測(cè)量抓斗深度、抓斗開(kāi)口度。本發(fā)明具有監(jiān)測(cè)抓斗姿態(tài)準(zhǔn)確，姿態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示，監(jiān)測(cè)結(jié)果直觀化等優(yōu)點(diǎn)，還可以通過(guò)對(duì)抓斗姿態(tài)數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算，實(shí)現(xiàn)不同抓斗工作模式下的自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)疏浚和高效疏浚。

4 結(jié)語(yǔ)

在相關(guān)政策以及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外挖泥船發(fā)展十分迅速，各企業(yè)進(jìn)行積極研究，促使挖泥船朝向大型化、多功能化、高智能化方向發(fā)展。為提升抓斗式挖泥船的可操作性，在抓斗式挖泥船中引入節(jié)能裝置，同時(shí)為解決疏浚作業(yè)的不可見(jiàn)性，在抓斗式挖泥船中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)及儀器儀表技術(shù)，從而將抓斗姿態(tài)實(shí)時(shí)信息、監(jiān)測(cè)結(jié)果及作業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)反映在顯示裝置上，實(shí)現(xiàn)不同抓斗作業(yè)模式下的自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效疏浚。

參考文獻(xiàn)：

[1] 錢衛(wèi)星.挖泥船的分類及其發(fā)展趨勢(shì)[J].江蘇船舶，2008（6）： 8-9.

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