鐵路系統(tǒng)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)綜述

汪瀾惠

摘要：世界的鐵路技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展當(dāng)中，而中國(guó)的鐵路技術(shù)在其中占有舉足輕重的地位，并且日漸上升，已經(jīng)成功躋身世界前列。文章通過(guò)對(duì)鐵路系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的總體發(fā)展、專(zhuān)利技術(shù)分布，以及申請(qǐng)人分布進(jìn)行分析，幫助審查員快速站位本領(lǐng)域技術(shù)人員，達(dá)到案件審查提質(zhì)增效的目的。

關(guān)鍵詞：鐵路系統(tǒng);轉(zhuǎn)向架構(gòu)架;專(zhuān)利技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）12-0018-03

前言

近年來(lái)，隨著世界各國(guó)工業(yè)化，城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，鐵路運(yùn)輸由于其在運(yùn)能、成本和低碳等技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，在各國(guó)綜合運(yùn)輸體系中的地位和作用日益突出，許多國(guó)家都在積極發(fā)展自己的鐵路技術(shù)。20世紀(jì)中期以來(lái)，鐵路技術(shù)在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，為滿足客運(yùn)高速化，貨運(yùn)重載化，檢測(cè)系統(tǒng)化，控制自動(dòng)化等需求，各個(gè)國(guó)家都在不斷提高在車(chē)輛、制動(dòng)、安全監(jiān)測(cè)、控制及信號(hào)等方面的技術(shù)能力。本文通過(guò)對(duì)鐵路領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外資料進(jìn)行查閱分析，總結(jié)出當(dāng)前世界鐵路技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

而在鐵路系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展中，轉(zhuǎn)向架是軌道車(chē)輛結(jié)構(gòu)中最為重要的部件之一，其具有支撐車(chē)體，傳遞牽引力和制動(dòng)力，緩和車(chē)廂受到的各種類(lèi)型的沖動(dòng)和振動(dòng)的作用。其中轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架中的關(guān)鍵部件之一，其不僅是承載各部件的載體，安裝各種零件的骨架，更需要具有良好的傳遞垂向力、橫向力以及扭矩載荷的能力，因此轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)對(duì)整車(chē)性能起著至關(guān)重要的作用。因此，選擇對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的技術(shù)發(fā)展路線開(kāi)展進(jìn)一步分析，旨在使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以及重點(diǎn)技術(shù)分布。

1申請(qǐng)量分析

在國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)表（IPC）中，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架對(duì)應(yīng)的分類(lèi)號(hào)為B61F5/52——向架構(gòu)架，該分類(lèi)號(hào)比較準(zhǔn)確。因此，針對(duì)上述分類(lèi)號(hào)下的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用S系統(tǒng)和Patentics系統(tǒng)對(duì)分類(lèi)號(hào)為B61F5/52小組下的專(zhuān)利文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。S系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)為CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)和DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)，Patentics系統(tǒng)中所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)為全球摘要、中國(guó)申請(qǐng)和中國(guó)專(zhuān)利。

為了能夠進(jìn)行有效數(shù)據(jù)分析，僅統(tǒng)計(jì)分類(lèi)號(hào)B61F5/52下，中國(guó)及世界在1985年至2016年間的專(zhuān)利申請(qǐng)量。在S系統(tǒng)CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)中B61F5/52分類(lèi)號(hào)下該時(shí)間段內(nèi)的專(zhuān)利文獻(xiàn)共計(jì)640件，DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)中B61F5/52分類(lèi)號(hào)下的專(zhuān)利文獻(xiàn)共計(jì)1172件。由于DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)中不具有通過(guò)申請(qǐng)日進(jìn)行檢索的入口，因此采用INCOPAT數(shù)據(jù)庫(kù)中合并同族的方式統(tǒng)計(jì)世界申請(qǐng)量分布，二者數(shù)據(jù)量相差不大。1985年-2016年中國(guó)及世界轉(zhuǎn)向架構(gòu)架領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量及其發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。

通過(guò)圖1可以看到，我國(guó)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)的發(fā)展在1985-2005年間處于低潮期，從2006年開(kāi)始進(jìn)入到快速發(fā)展期，更是自2010年至今處于飛速發(fā)展期，2016年的申請(qǐng)量更是達(dá)到了一個(gè)新的高峰。世界轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)的發(fā)展在1985-1995年處于穩(wěn)定發(fā)展期，1996年經(jīng)歷一次低潮期，隨后進(jìn)入一段穩(wěn)定期直至2007年，2007年至今處于飛速發(fā)展期。我們可以看到，在這21年間，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量在世界專(zhuān)利申請(qǐng)量中的占比不斷增大，并且在近十年來(lái)，世界專(zhuān)利申請(qǐng)量的增長(zhǎng)速率與我國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量的增長(zhǎng)速率基本一致，因此，可以說(shuō)中國(guó)的鐵路技術(shù)是后起之秀，在近十年來(lái)引領(lǐng)了世界鐵路技術(shù)的發(fā)展。

2轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)發(fā)展路線分析

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架按承載軸數(shù)可分為單軸、兩軸和多軸轉(zhuǎn)向架，當(dāng)前鐵路技術(shù)中多采用兩軸轉(zhuǎn)向架，因此針對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展路線進(jìn)行分析及簡(jiǎn)述。

在2006年以前，中國(guó)鐵路技術(shù)還未開(kāi)始高速發(fā)展，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)主要由美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本等工業(yè)大國(guó)引領(lǐng)。2006年以前轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的主流結(jié)構(gòu)為：中間為一根橫梁，橫梁上端承載枕梁，橫梁兩端插入兩側(cè)側(cè)架，并且輪對(duì)在兩側(cè)架的內(nèi)側(cè)，本領(lǐng)域通常稱(chēng)之為三件式構(gòu)架。如美國(guó)安施德工業(yè)集團(tuán)（AMSTED IND INC）于1993年申請(qǐng)的專(zhuān)利US5410968A。

同時(shí)期也存在中間兩根橫梁連接兩側(cè)側(cè)梁的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)，雖然并不多見(jiàn)，但也為隨后的技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。如阿爾斯通運(yùn)輸公司（GEC AISTHOM TRANS-PORT SA）于1994年申請(qǐng)的專(zhuān)利FR9406535A。

自2006年起，世界鐵路技術(shù)開(kāi)始快速發(fā)展，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量明顯增長(zhǎng)，并且其中已經(jīng)有一部分屬于我國(guó)的自主創(chuàng)新技術(shù)。

日本川崎重工集團(tuán)（KAWASAKI HEAVY IND LTD）于2006年申請(qǐng)的專(zhuān)利JP2008162455A，提出了低地板轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的概念，采用中間下凹型的橫梁實(shí)現(xiàn)低地板。

長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司于2007年申請(qǐng)的專(zhuān)利CN201116124Y，也提出了低地板構(gòu)架的概念，在兩側(cè)梁的兩端設(shè)置端梁，并采用下凹形狀的側(cè)梁。

自2008年起，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的主流結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椋褐虚g具有兩根橫梁，橫梁主要為管狀結(jié)構(gòu)或箱型結(jié)構(gòu)，橫梁兩端分別與兩根側(cè)梁連接，側(cè)梁兩端可以設(shè)置兩端梁，端梁也可以為管狀結(jié)構(gòu)或箱型結(jié)構(gòu)。

青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司于2008年申請(qǐng)的專(zhuān)利CNl01565051A，提出了采用兩個(gè)焊接而成T型框架鉸接而成的柔性構(gòu)架，提高了轉(zhuǎn)向架適應(yīng)線路扭曲的能力。

自2009年起，關(guān)于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架各部分細(xì)節(jié)的專(zhuān)利技術(shù)逐漸增多，涉及各梁的具體結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置，各梁之間的連接工藝，各減振器、緩沖器以及防爬器的具體結(jié)構(gòu)及其布置，軸箱、齒輪箱以及電機(jī)的懸掛方式等多個(gè)方面，并且上述細(xì)節(jié)設(shè)置與構(gòu)架類(lèi)型設(shè)置相比，逐漸占取更大的比例。

自2010年起，由于各方面的需求所致，低地板構(gòu)架技術(shù)逐漸成為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的發(fā)展方向。長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司于2010年申請(qǐng)的專(zhuān)利CN201842103U，提出了一種100%低地板輕軌車(chē)獨(dú)立輪拖車(chē)轉(zhuǎn)向架，在非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上實(shí)現(xiàn)了100%低地板。

在這期間，除了主流的兩橫梁+兩側(cè)梁或兩橫梁+兩側(cè)梁+兩端梁的構(gòu)架外，還一些公司繼續(xù)在傳統(tǒng)的一橫梁+兩側(cè)架（三件式）的構(gòu)架結(jié)構(gòu)上進(jìn)行各處細(xì)節(jié)的優(yōu)化。

自2012年起，除普通主流轉(zhuǎn)向架外，為提高轉(zhuǎn)向架的曲線通過(guò)能力，徑向轉(zhuǎn)向架也逐漸成為研究的熱點(diǎn)。如眉山車(chē)輛有限公司于2012年申請(qǐng)的專(zhuān)利CN102730018A，提出了兩個(gè)副構(gòu)架通過(guò)交叉桿鉸接，并采用側(cè)架支撐橫梁的徑向轉(zhuǎn)向架。

自2014年起，由于提高載客運(yùn)量的需求，低地板轉(zhuǎn)向架的專(zhuān)利申請(qǐng)開(kāi)始大幅增多，逐漸成為主流趨勢(shì)。

如廣州電力機(jī)車(chē)有限公司于2014申請(qǐng)的專(zhuān)利CN203727403U，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使在低地板轉(zhuǎn)向架的牽引電機(jī)外置，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的低地板化。

自2015年起主流轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為兩橫梁+兩側(cè)梁構(gòu)架與低地板構(gòu)架并行。

自2016年起，陸續(xù)出現(xiàn)了許多新結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，標(biāo)志著主流轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，研究熱點(diǎn)正在擴(kuò)展到其他構(gòu)架類(lèi)型。

株洲電力機(jī)車(chē)有限公司于2016年申請(qǐng)的專(zhuān)利CNl06476832，提出了一種磁懸浮轉(zhuǎn)向架，標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)始發(fā)展屬于自己的磁懸浮技術(shù)。

青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司于2016年申請(qǐng)的專(zhuān)利CN106240593 A，提出了一種低地板鉸接式軌道車(chē)輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，有效降低了原低地板轉(zhuǎn)向架的高度，并在側(cè)梁外側(cè)設(shè)置了安裝梁用于懸掛牽引電機(jī)等設(shè)備。

同濟(jì)大學(xué)于2016年申請(qǐng)的專(zhuān)利CN105774838A，提出了主副構(gòu)架結(jié)構(gòu)不同的徑向轉(zhuǎn)向架。

自2016年至今，對(duì)于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)改進(jìn)的技術(shù)，所占比例逐漸縮小，取而代之的是對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架各個(gè)細(xì)節(jié)的深入研究以及優(yōu)化，這標(biāo)志著轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)技術(shù)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，而更大的發(fā)展空間則在于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架中各處細(xì)節(jié)的優(yōu)化和改進(jìn)。

3申請(qǐng)人分析

1985年-2016年中國(guó)及世界在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架領(lǐng)域的申請(qǐng)人分布如圖2和3所示。