挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)專利申請(qǐng)概述

張景遵

摘要：液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)是按照挖掘機(jī)工作裝置和各個(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)地連接起來的組合體，其以油液為工作介質(zhì)，利用液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等將液壓能轉(zhuǎn)返為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作。本文從國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)及其液壓系統(tǒng)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)、區(qū)域分布等方面進(jìn)行梳理和介紹。

關(guān)鍵詞：專利；申請(qǐng)；挖掘機(jī)；液壓系統(tǒng)；液壓傳動(dòng)

一、概述

液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。液壓挖掘機(jī)的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)的重要一環(huán)。而關(guān)于挖掘機(jī)的專利申請(qǐng)能夠在很大程度上反映出該領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r。

二、挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)專利申請(qǐng)情況

2.1全球?qū)＠暾?qǐng)情況

挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)已有70多年的發(fā)展歷史，關(guān)于該系統(tǒng)的專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)于1947年，是來自于美國(guó)的申請(qǐng)，其公開了一種拖拉機(jī)-鏟液壓傾倒控制（申請(qǐng)?zhí)枺篣S02722938）。在自20世紀(jì)60年代前，挖掘機(jī)主要以機(jī)械傳動(dòng)為主，關(guān)于液壓系統(tǒng)的專利申請(qǐng)較少。圖1給出了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)以及各國(guó)在各個(gè)時(shí)期申請(qǐng)量占總申請(qǐng)量的比例。由圖1可知，1947-1971年為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)發(fā)展的初始階段，在此時(shí)期，美國(guó)、英國(guó)、蘇聯(lián)、法國(guó)及德國(guó)為主要申請(qǐng)國(guó)。然而，隨著液壓技術(shù)的廣泛使用，使挖掘機(jī)有了更加科學(xué)適用的傳動(dòng)裝置，挖掘機(jī)的液壓傳動(dòng)方式在全球得到廣泛引用，并逐漸取代機(jī)械傳動(dòng)方式。自1972年起，各國(guó)對(duì)于液壓挖掘機(jī)的研究明顯增多，關(guān)于其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的專利申請(qǐng)量也浮動(dòng)增加。液壓傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)是挖掘機(jī)技術(shù)上的一次大飛躍，其不僅提高了機(jī)械工作效率、節(jié)約了能源，同時(shí)也促進(jìn)了各個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。從1972年開始，日本和蘇聯(lián)的專利申請(qǐng)量開始顯著增多，在1972-1990年間，日本和蘇聯(lián)成為對(duì)于挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)專利申請(qǐng)量最多的兩個(gè)國(guó)家，在此期間，在韓國(guó)也開始出現(xiàn)關(guān)于挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的申請(qǐng)，但所占比例較小。在1990-2010年的20年間，日本成為最主要的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)專利申請(qǐng)國(guó)，期間可能受技術(shù)瓶頸及金融危機(jī)等因素的影響，全球申請(qǐng)量在短暫時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)低潮；1997年出現(xiàn)申請(qǐng)小高峰，隨后又有所下降；在此期間，中國(guó)開始出現(xiàn)專利申請(qǐng)，但是在2010年之前，中國(guó)專利每年的申請(qǐng)量在50件以內(nèi)，對(duì)世界申請(qǐng)趨勢(shì)的影響較小。2010年末，中國(guó)國(guó)內(nèi)各大企業(yè)紛紛擴(kuò)建挖掘機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)能，其它企業(yè)更是紛紛開辟挖掘機(jī)機(jī)種系列，試圖通過挖掘機(jī)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)帶動(dòng)企業(yè)盈利增長(zhǎng)，這也加快了國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)各項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展。從2010年開始，中國(guó)專利申請(qǐng)量迅速增加，年均申請(qǐng)量位居全球第一，中國(guó)申請(qǐng)量的急劇增加也導(dǎo)致全球的申請(qǐng)總量達(dá)到了一個(gè)前所未有的高度，2012年全球生產(chǎn)總量件430件，其中中國(guó)申請(qǐng)量206件，全球占比47.9%。2012年后，全球申請(qǐng)趨勢(shì)有所下降，這可能是由于挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)技術(shù)逐漸趨于成熟，專利逐漸出現(xiàn)飽和，并且由于專利制度的限制，近兩年及其以后的申請(qǐng)尚未公開，這也影響到申請(qǐng)數(shù)量的變化。

圖2為各國(guó)專利申請(qǐng)量排名，就挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)而言，日本的專利申請(qǐng)量位于全球第一，占全球申請(qǐng)量的29.62%，其專利申請(qǐng)趨勢(shì)很大程度上影響著全球申請(qǐng)趨勢(shì)，中國(guó)緊隨其后，申請(qǐng)量占比21%，歐洲專利局的以10.24%的申請(qǐng)量比例排在第三位，美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)的申請(qǐng)量占比分別為8.44%、7.91%和7.47%，排名全球申請(qǐng)量的4-6位。

由以上分析可知，挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)主要在國(guó)外走向成熟，圖3列出了全球主要的申請(qǐng)人。由圖3可知，申請(qǐng)量位于前5位的國(guó)外申請(qǐng)人分別是日立建機(jī)株式會(huì)社、日本小松制作所、韓國(guó)斗山機(jī)械有限公司、沃爾沃建造設(shè)備有限公司和我國(guó)的徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司。其中，日立建機(jī)株式會(huì)社為世界上最大的挖掘機(jī)跨國(guó)制造商之一，其以644件專利申請(qǐng)遙遙領(lǐng)先于其他公司；日本小松制作所、韓國(guó)斗山機(jī)械有限公司分別以301件和124件專利申請(qǐng)排在2、3位；排在4-5位的沃爾沃建造設(shè)備有限公司和徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司的申請(qǐng)量則分別為100件和90件。

2.2中國(guó)專利申請(qǐng)情況

圖4為中國(guó)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)，從圖中可以看出，中國(guó)對(duì)于挖掘機(jī)等工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的研究起步較晚，1989年之前沒有針對(duì)此領(lǐng)域的中國(guó)申請(qǐng)。1967年開始，中國(guó)自主研制液壓挖掘機(jī)，第一個(gè)超過100噸挖掘機(jī)是在1992年，太原重工與德國(guó)曼內(nèi)斯曼德馬克公司合作生產(chǎn)的H121液壓挖掘機(jī)，工作重量115.5噸，功率477kW，斗容5.5～10.5m，填補(bǔ)了國(guó)家空白。從1994年開始，特別到1995年在我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)掀起一股合資潮，隨后日本小松制作所，日立建機(jī)株式會(huì)社，神戶制鋼所，韓國(guó)大宇重工業(yè)，現(xiàn)代重工業(yè)以及德國(guó)利渤海爾公司都相繼在中國(guó)建立了合資、獨(dú)自挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進(jìn)水平的多種型號(hào)和規(guī)格的挖掘機(jī)。中國(guó)最早的關(guān)于挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的專利申請(qǐng)是1989年腓特烈斯港齒輪工廠股份公司提出的一種具有兩個(gè)變速擋減速箱的傳動(dòng)裝置（CN1035873A）。但是在2004年之前，中國(guó)每年的申請(qǐng)量均少于10件，發(fā)展較為緩慢。從2005年開始，申請(qǐng)量呈明顯上升的態(tài)勢(shì)，2010年末，國(guó)內(nèi)各大企業(yè)紛紛擴(kuò)建挖掘機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)能，其它企業(yè)更是紛紛開辟挖掘機(jī)機(jī)種系列，試圖通過挖掘機(jī)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)帶動(dòng)企業(yè)盈利增長(zhǎng)，這也促進(jìn)了國(guó)內(nèi)各廠家對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的研究。從2010年開始，國(guó)內(nèi)每年申請(qǐng)量均超過50件，成為全球申請(qǐng)量最大的國(guó)家。市場(chǎng)的巨大需求推動(dòng)了專利申請(qǐng)的增加，專利申請(qǐng)的迅速增加也體現(xiàn)了挖掘機(jī)產(chǎn)品技術(shù)的提高。我國(guó)自上世紀(jì)六十年代末開始研制、發(fā)展挖掘機(jī)產(chǎn)品，經(jīng)過短短40余年，特別是改革開放30余年來，中國(guó)挖掘機(jī)制造行業(yè)發(fā)展尤為迅速。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2010年，中國(guó)挖掘機(jī)制造行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)有252家，中國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)平均以30%速度遞增，成為世界用量最大的市場(chǎng)之一。2012年后，中國(guó)每年的專利申請(qǐng)量均維持在100件以上，由于專利制度的限制，近兩年的申請(qǐng)尚未公開，因此，2017年申請(qǐng)數(shù)量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但并不意味著申請(qǐng)量的減少。

圖5列出了在我國(guó)進(jìn)行專利申請(qǐng)的申請(qǐng)主體分布情況。通過圖5可知，在我國(guó)，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的專利申請(qǐng)主體主要為國(guó)內(nèi)外企業(yè)，其占總申請(qǐng)量的81.52%，其次為大專院校，占比9.13%，而個(gè)人申請(qǐng)則占8.03%，位列申請(qǐng)量第三位。該結(jié)果表明，企業(yè)為我國(guó)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的主要研發(fā)機(jī)構(gòu)，并且國(guó)外企業(yè)在我國(guó)進(jìn)行了相當(dāng)數(shù)量的專利布局。

申請(qǐng)人方面，圖6給出了主要申請(qǐng)人在我國(guó)的申請(qǐng)情況。由圖6可知，徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司、三一集團(tuán)和廣西柳工集團(tuán)為我國(guó)主要的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人，分居前三位，日立建機(jī)株式會(huì)社和住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社為我國(guó)主要的國(guó)外申請(qǐng)人，分居第三及第六位，而中外合資沃得重工有限公司為國(guó)內(nèi)主要的合資類企業(yè)申請(qǐng)人。

三、總結(jié)

本文通過專利申請(qǐng)狀況對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行梳理，對(duì)該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展過程、主要技術(shù)領(lǐng)域以及主要申請(qǐng)人進(jìn)行歸納。通過上述分析可知，挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)發(fā)展開始于20世紀(jì)中期，并在20世紀(jì)60年代后進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段。日本在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的研究處于主導(dǎo)地位，專利申請(qǐng)數(shù)量遙遙領(lǐng)先。中國(guó)在該方面的技術(shù)起步較晚，在20世紀(jì)90年代開始發(fā)展，隨后專利申請(qǐng)量迅速增加，在經(jīng)歷了測(cè)繪仿制和自主研制開發(fā)階段后，目前已經(jīng)走向發(fā)展提高階段。挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)作為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展的重要一環(huán)，仍然存在繼續(xù)提高的空間，未來對(duì)該系統(tǒng)的研究熱度還將持續(xù)，針對(duì)其的專利申請(qǐng)量也仍將維持在一個(gè)較高的水平。

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（作者單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心）