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国内外液压挖掘机节能技术专利申请研究

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液压挖掘机是各类生产、建设工程中的常规机械，但在其工作过程中普遍存在能量损失，损耗率可以达到2/3，甚至更高，直接影响到能源利用率和生产成本[1-2]。近年来，液压挖掘机节能降耗的研发工作取得了诸多成果，相关专利申请日渐增多。

1 专利申请量趋势

如图1所示，降低液压挖掘机能耗的最早专利申请于1982年出现在德国，但此后很长一段时间内，节能降耗技术未取得较大突破，全球申请量处于持续低迷状态。从21世纪初开始，专利申请量开始增多，虽然在2009年以前仍处于缓慢增长阶段，但重要技术革新已经开始萌芽。全球申请量从2010年进入突增阶段，在2012年达到最大值，但随即快速回落，表明这一阶段的技术研发可能将逐渐趋于饱和，新的节能降耗技术亟待发展。

图1 全球申请量趋势

2 专利申请人分布

中国的挖掘机行业起步较慢，与国际先进水平还存在差距，但随着国内研发能力的提升、外资企业的进驻以及国家政策的调整，中国在液压挖掘机节能降耗技术上取得了一定的发展。国内申请量从2010年开始急剧增长，每年的申请量均占到了当年全球总申请量的一半以上，目前全球范围内的相关专利申请以中国申请为主。其他主要申请国家或地区分别为美国、欧洲、日本和德国，但累计申请量总和仍不到中国累计申请量的2/3。尽管这些国家或地区在申请总量上并不占有优势，但需要指出的是，在全球申请量缓慢增长的阶段，特别是1999～2007年，日本的申请占了较大的比重，走在了液压挖掘机节能技术研发领域的最前沿，但在随后的全球申请量突增阶段内没有较大突破。美国与欧洲的申请量变化与全球申请量趋势基本一致，其研发成果在2010年至2013年间取得了较大突破，并在申请量上超过了日本。

申请人方面，日本的日立、小松、住友等企业在液压挖掘机节能技术方面的专利申请量十分突出，卡特彼勒及其合资企业的申请量仅次于日立。在全球范围内来看，卡特彼勒与日立在申请总量上遥遥领先。中国的申请人以徐工、山河智能和三一等国内领先的工程机械企业为主[1]。

国内的相关专利申请主要来自企业，占比68%。大专院校申请占比21%，除独立申请外，也常与相关企业合作，共同申请专利。科研单位具有十分专业的研发条件，但目前的申请量仅占1%，在研究成果产业化以及与企业的合作上还需提高。此外还有少量个人申请，但整体价值度不高[2]。截至2016年底，国内相关专利申请的66%已获得授权，授权率较为可观，在已授权的专利中，有约3/4的专利处于专利权维持的状态。专利价值方面，对徐工、山河智能与三一等主要国内申请人，价值度在7以上的专利约占各自申请量的50%～70%；卡特彼勒、日立等外资企业在我国的申请量虽不及前述国内企业，但专利价值度与国内申请人相当甚至更高，卡特彼勒在中国的申请中，值度在7以上的专利超过60%，而日立在中国的申请中，仅价值度为10的专利就占据了一半[3]。

3 专利申请的技术构成

从全球申请的IPC主分类号来看，E02F9/22（占比38%）和E02F9/20（占比11%）最多，即专利申请主要集中在对液压驱动等驱动系统的改进；其次是F15B21/14（占比9%）、F15B13/02（占比7%）、E02F3/42（占比6%）和F15B11/17（占比5%），涉及控制系统、机械结构等；其他主分类号分布较杂，数量少。目前的技术思路主要有改进液压系统配置（改进液压回路的连接方式、使用各种阀组件、进行液压能量回收等）；改进电控系统配置（设置电子控制装置、传感器、运算器等）；改进机身机械结构；改进动力源（使用电动、混合动力等）；改进液压元件结构；改进能量再利用方式；其他方式（改进热交换系统、改进液压介质的选用等）。根据专利申请量来看，液压控制技术目前已经十分成熟，全新的节能降耗技术将会是未来的发展方向[4]。

4 结束语

液压挖掘机节能技术的专利申请经历了缓慢增长、爆发式增长、快速回落的过程。我国在相关专利申请中的数据较为突出，整体价值还有进一步提高的空间。目前存在多种节能技术思路，对未来的研发方向具有一定的指导意义。

[1]苑忠国.采掘机械[M].北京：冶金工业出版社,2009.

[2]《液压挖掘机》编委会.液压挖掘机原理、结构、设计、计算（下）[M].武汉：华中科技大学出版社,2011.

[3]葛瑞彩.徐工挖掘机3项发明专利喜获授权[J].工程机械,2016,47(7)：81.

文章来源：《节能与环保》网址: http://www.jnyhbzz.cn/qikandaodu/2020/0914/426.html