高速列車車身減振技術(shù)專利技術(shù)分析

龍銀萍

摘 要：針對(duì)近年我國高速列車發(fā)展的重大需求，本文從專利分析角度進(jìn)行高速鐵路列車中車身減振技術(shù)發(fā)展體系的特點(diǎn)，并相應(yīng)提出了我國高速列車減振技術(shù)的發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：高速列車;車身減振技術(shù);專利;技術(shù)路線

一、概況

高速列車是現(xiàn)代人們常用的出行方式，高鐵提速大大的縮短旅途時(shí)間，隨著高速鐵路技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)列車的平穩(wěn)性和舒適性要求越來越高。如何在高速列車車體輕量化而引起彈性振動(dòng)加劇的前提下，抑制車體彈性振動(dòng)以保證列車的運(yùn)行平穩(wěn)性和舒適性就是其中之一。

1、車身減振技術(shù)

車身減振技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)向架、車身框架，車身框架又包括車箱、地板等方面。對(duì)于轉(zhuǎn)向架為了保持其運(yùn)行穩(wěn)定性， 抑制振動(dòng)的傳遞和擴(kuò)大， 在高速列車的轉(zhuǎn)向架上通常采用了二系彈簧懸掛和三向油壓減振器技術(shù)。為了減小橫向振動(dòng)， 高速轉(zhuǎn)向架上采用了軸向游間更小的圓錐滾子軸承， 使輪軸在行駛中出現(xiàn)的橫向位移更容易復(fù)原。

2、中國專利申請(qǐng)技術(shù)主題分析

根據(jù)中國專利申請(qǐng)技術(shù)主題分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以看出：中國專利申請(qǐng)中高速列車減振技術(shù)主要分為：車身、車頭/車尾、車端連接和軌道。其中，車身減振技術(shù)專利申請(qǐng)量居于首位，占中國專利申請(qǐng)量的78%;而排名第三的軌道減振技術(shù)低于日本的專利申請(qǐng)量。

分析結(jié)果顯示：

（1）發(fā)明創(chuàng)造使用的技術(shù)手段主要涉及到改進(jìn)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、輪/軸箱、一、二系懸掛、增加彈性裝置、改進(jìn)回轉(zhuǎn)阻尼裝置、改進(jìn)牽引裝置、使用主動(dòng)/半主動(dòng)懸掛等9方面（圖2-2-5），其中優(yōu)化構(gòu)件結(jié)構(gòu)參數(shù)的技術(shù)手段使用最為突出;獲得的技術(shù)效果集中體現(xiàn)在改善性能、改善作用力、提高阻尼、改善減振器等方面，其中改善各項(xiàng)性能指標(biāo)與改善構(gòu)件間作用力是最突出的技術(shù)效果。

（2）技術(shù)手段與功效的對(duì)應(yīng)關(guān)系顯示出目前最常使用發(fā)明創(chuàng)造技術(shù)功效組合是：優(yōu)化結(jié)構(gòu)以改善構(gòu)件間作用力（主要通過調(diào)整構(gòu)件間的位置/連接問的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)降低構(gòu)件間位移/摩擦造成的沖擊/碰撞力）、增加彈性裝置以改善構(gòu)件間作用力（彈性裝置主要包括彈簧/橡膠件/減振器）等。

二、高速列車車身轉(zhuǎn)向架減振技術(shù)發(fā)展路線

通過高速列車減振技術(shù)發(fā)展路線可以看到：國內(nèi)外申請(qǐng)人對(duì)高速列車車身減振技術(shù)都有關(guān)注，國外主要申請(qǐng)人有：韓國鐵路研究所、龐巴迪、日立、川崎重工、阿爾斯通、西門子，國內(nèi)主要申請(qǐng)人有：南車、中車、長春軌道客車、深圳市乾行達(dá)科技、西南交通大學(xué)、齊齊哈爾軌道交通。 轉(zhuǎn)向架減振又可分為構(gòu)架、一系懸掛、二系懸掛、牽引驅(qū)動(dòng)、輪軸/軸箱、彈性裝置等。如下分別對(duì)其進(jìn)行分析。

1、構(gòu)架減振

1981年，龐巴迪申請(qǐng)了針對(duì)快速軌道列車轉(zhuǎn)向曲線的轉(zhuǎn)向架框架減振磨損技術(shù);1993年，ALLM對(duì)轉(zhuǎn)向架輕量化的減振結(jié)構(gòu);1997年西門子提出了結(jié)構(gòu)緊湊的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)方案;2001年KAWASAKI采用在轉(zhuǎn)向架框架結(jié)構(gòu)之間設(shè)置彈性結(jié)構(gòu)以降低其減振的技術(shù)問題;2015年KRRI進(jìn)一步對(duì)轉(zhuǎn)向架的控制提出了新的改進(jìn)措施。從上述發(fā)展歷程可知，構(gòu)架減振主要分別從結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)置、材料的選擇、控制、減振類型等方面進(jìn)行入手從而達(dá)到減振效果。

2、軸箱減振

南車分別在2007年和2010年先后提出軸箱彈性組件上設(shè)有可讓搖枕與側(cè)架產(chǎn)生相對(duì)擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的簧上擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸箱懸掛裝置采用雙側(cè)利諾爾減振器與軸箱定位的方案;2016年，中車在軸箱上增加橡膠墊以降低其減振的技術(shù)問題。對(duì)于軸箱減振，主要還是集中在對(duì)軸箱整體增加彈性結(jié)構(gòu)以提高其穩(wěn)定性的方式。

3、一系懸掛

中車在2016年提出彈性環(huán)彈性變形帶動(dòng)頂蓋相對(duì)于外套筒下滑，從而在實(shí)現(xiàn)減振功能的同時(shí)形成向上的垂向摩擦阻尼的方案;2017年，西南交大在驅(qū)動(dòng)裝置上設(shè)有橫向慣性作動(dòng)器，構(gòu)架橫梁中部設(shè)有傳感器，傳感器通過信號(hào)線與控制器連接，控制器輸出接慣性作動(dòng)器以降低其減振的技術(shù)問題。由此看出，一系懸掛的減振方式還是集中在彈簧、橡膠、液壓減振器等常見的減振裝置上，而今年來也在開拓控制方面的研究。

4、二系懸掛

1990年，HITACHI申請(qǐng)了構(gòu)成車身軸承裝置3的主要構(gòu)件包括用于姿勢控制的致動(dòng)器，用于振動(dòng)控制的致動(dòng)器和空氣彈簧的減振技術(shù);并于1996年提出主動(dòng)調(diào)節(jié)空氣彈簧的高度;2010年KRRI提出控制扭桿前后各方向上的擺動(dòng);2012年，南車的扭桿安裝塊落于腹板上，形成類似一種減振緩沖，將垂向力和彎矩產(chǎn)生的附加力分由兩部分承擔(dān);2015年，BOMB提出二次彈簧的局部位置相對(duì)于轉(zhuǎn)向架框架可更換以降低其減振的技術(shù)問題?？諝鈴椈珊团U結(jié)構(gòu)是二系懸掛的主要改進(jìn)對(duì)象，并主要通過改進(jìn)其各向上的性能以提高整體減振效果。

5、彈性裝置

1989年，ALST申請(qǐng)了錐形彈性連接件的減振技術(shù);2016年，中車提出直接將橡膠層直接與承載鞍通過硫化工藝成型為一體式結(jié)構(gòu)，無需下襯板與承載鞍連接，省略金屬性的下襯板可大大降低橡膠墊整體的橫向剛度;2017年中車提出具有儲(chǔ)液空間的橡膠件以降低其減振的技術(shù)問題。在國內(nèi)主要集中在對(duì)彈性橡膠結(jié)構(gòu)的改進(jìn)以提高各連接部件的緩沖效果。

6、牽引減振

2011年，BOBA提出MPLE在氣彈簧裝置和橫移裝置之間進(jìn)行氣動(dòng)連接，減少齒輪所需的工作量;同年，南車申請(qǐng)了與車體連接的鉸接裝置和與鉸接裝置配合的中心銷牽引裝置;2015年，SIEMENS提出牽引控制;同年，長春軌道客車提出設(shè)有板式鋼簧總成裝置的電機(jī)懸掛;2017年，南車置低位斜單拉桿牽引結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了小輪徑轉(zhuǎn)向架的低位牽引，極大的提高了黏著利用率、減小了軸重轉(zhuǎn)移。

7、主懸掛

ALSM分別在1995年和1997年先后申請(qǐng)了調(diào)節(jié)電子單元檢測作用在機(jī)體上的非補(bǔ)償離心加速度和用于控制在用于車輛，特別是軌道車輛的主動(dòng)懸架裝置中實(shí)現(xiàn)的致動(dòng)器裝置的控制方法和控制裝置的技術(shù);2010年，長春孔輝汽車提出半主動(dòng)懸掛用的阻尼可調(diào)減振器;2012年，南車提出控制裝置，采樣板采集加速度傳感器信號(hào);2017年，西南交大提出基于H∞的懸掛控制器、電流控制器和磁流變阻尼器。

三、技術(shù)發(fā)展建議

近年來中國高速列車減振技術(shù)專利發(fā)展迅速，中國高鐵技術(shù)現(xiàn)階段確實(shí)具備一定的優(yōu)勢，但是若知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)薄弱，在國際知識(shí)產(chǎn)權(quán)殘酷的競爭行下，這些優(yōu)勢可能就會(huì)逐漸消失，因而，本文在分析專利活動(dòng)之余，嘗試為國內(nèi)高鐵車輛研發(fā)的重要申請(qǐng)人如中車集團(tuán)今后的技術(shù)研發(fā)和專利申請(qǐng)?zhí)峁┮恍﹨⒖冀ㄗh：

加強(qiáng)專利活動(dòng)的戰(zhàn)略性，密切融合專利戰(zhàn)略與技術(shù)發(fā)展。加強(qiáng)專利活動(dòng)的戰(zhàn)略性，加大知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國際保護(hù)力度，充分考慮企業(yè)的內(nèi)外部環(huán)境，監(jiān)察市場需求及行業(yè)內(nèi)對(duì)手的經(jīng)營戰(zhàn)略，密切融合專利戰(zhàn)略與技術(shù)發(fā)展，挖掘自己的技術(shù)優(yōu)勢，形成有效與前瞻性的專利布局，擴(kuò)大自己的領(lǐng)先優(yōu)勢。

（1）提升專利質(zhì)量，矩陣華專利管理體系。雖然中國高鐵在速度上也不斷刷新世界紀(jì)錄，其技術(shù)也被公認(rèn)為國際領(lǐng)先，近年來發(fā)展迅速，中國專利申請(qǐng)總量居于首位，占全球?qū)＠暾?qǐng)量的一半，但其在一定程度上一樣也面臨著“重?cái)?shù)量輕質(zhì)量”“多外殼少內(nèi)核”的專利申請(qǐng)困境，因此，提升專利質(zhì)量，矩陣華專利管理體系，優(yōu)化專利結(jié)構(gòu)，也是日后專利申請(qǐng)的注意要點(diǎn)。

（2）加強(qiáng)專利的整體化布局與運(yùn)營。專利法規(guī)定專利的宗旨是鼓勵(lì)發(fā)明創(chuàng)造。

專利之所能對(duì)技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生激勵(lì)作用，是以對(duì)市場激勵(lì)機(jī)制的運(yùn)作為基礎(chǔ)的。如前所述，在高鐵減振領(lǐng)域，中車申請(qǐng)量第一，擁有大量專利，具有強(qiáng)大的專利儲(chǔ)備。但只有以專利運(yùn)營為目標(biāo)，布局形成有價(jià)值的組合專利，對(duì)其所擁有的專利進(jìn)行分分類和評(píng)估，列出基礎(chǔ)專利、核心專利、外圍專利并對(duì)其進(jìn)行布局和運(yùn)營，才能鞏固企業(yè)的整體發(fā)展，保障中國在高鐵技術(shù)上的優(yōu)勢，促進(jìn)后續(xù)的創(chuàng)新活動(dòng)。