挖掘機液壓系統專利申請概述

張景遵

摘要：液壓挖掘機的液壓系統是按照挖掘機工作裝置和各個機構的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來的組合體，其以油液為工作介質，利用液壓泵將發動機的機械能轉變為液壓能并進行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等將液壓能轉返為機械能，實現挖掘機的各種動作。本文從國內外挖掘機及其液壓系統的專利申請趨勢、區域分布等方面進行梳理和介紹。

關鍵詞：專利；申請；挖掘機；液壓系統；液壓傳動

一、概述

液壓挖掘機是一種多功能機械，被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質量，加快建設速度以及提高勞動生產率方面起著十分重要的作用。液壓挖掘機的發展主要以液壓技術的應用為基礎，其結構主要是由發動機、液壓系統、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。由于挖掘機的工作條件惡劣，要求實現的動作很復雜，于是它對液壓系統的設計提出了很高的要求，其液壓系統也是工程機械液壓系統中最為復雜的。因此，對挖掘機液壓系統的分析設計已經成為推動挖掘機的重要一環。而關于挖掘機的專利申請能夠在很大程度上反映出該領域的發展狀況。

二、挖掘機液壓系統專利申請情況

2.1全球專利申請情況

挖掘機的液壓系統已有70多年的發展歷史，關于該系統的專利申請最早出現于1947年，是來自于美國的申請，其公開了一種拖拉機-鏟液壓傾倒控制（申請號：US02722938）。在自20世紀60年代前，挖掘機主要以機械傳動為主，關于液壓系統的專利申請較少。圖1給出了挖掘機液壓系統專利申請發展趨勢以及各國在各個時期申請量占總申請量的比例。由圖1可知，1947-1971年為挖掘機液壓系統發展的初始階段，在此時期，美國、英國、蘇聯、法國及德國為主要申請國。然而，隨著液壓技術的廣泛使用，使挖掘機有了更加科學適用的傳動裝置，挖掘機的液壓傳動方式在全球得到廣泛引用，并逐漸取代機械傳動方式。自1972年起，各國對于液壓挖掘機的研究明顯增多，關于其液壓傳動系統的專利申請量也浮動增加。液壓傳動代替機械傳動是挖掘機技術上的一次大飛躍，其不僅提高了機械工作效率、節約了能源，同時也促進了各個國家的經濟發展。從1972年開始，日本和蘇聯的專利申請量開始顯著增多，在1972-1990年間，日本和蘇聯成為對于挖掘機液壓系統專利申請量最多的兩個國家，在此期間，在韓國也開始出現關于挖掘機液壓系統的申請，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液壓系統專利申請國，期間可能受技術瓶頸及金融危機等因素的影響，全球申請量在短暫時間內出現低潮；1997年出現申請小高峰，隨后又有所下降；在此期間，中國開始出現專利申請，但是在2010年之前，中國專利每年的申請量在50件以內，對世界申請趨勢的影響較小。2010年末，中國國內各大企業紛紛擴建挖掘機生產產能，其它企業更是紛紛開辟挖掘機機種系列，試圖通過挖掘機市場的快速增長帶動企業盈利增長，這也加快了國內挖掘機各項技術的快速發展。從2010年開始，中國專利申請量迅速增加，年均申請量位居全球第一，中國申請量的急劇增加也導致全球的申請總量達到了一個前所未有的高度，2012年全球生產總量件430件，其中中國申請量206件，全球占比47.9%。2012年后，全球申請趨勢有所下降，這可能是由于挖掘機的液壓系統技術逐漸趨于成熟，專利逐漸出現飽和，并且由于專利制度的限制，近兩年及其以后的申請尚未公開，這也影響到申請數量的變化。

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

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

2.2中國專利申請情況

圖4為中國挖掘機液壓系統專利申請發展趨勢，從圖中可以看出，中國對于挖掘機等工程機械液壓系統的研究起步較晚，1989年之前沒有針對此領域的中國申請。1967年開始，中國自主研制液壓挖掘機，第一個超過100噸挖掘機是在1992年，太原重工與德國曼內斯曼德馬克公司合作生產的H121液壓挖掘機，工作重量115.5噸，功率477kW，斗容5.5～10.5m，填補了國家空白。從1994年開始，特別到1995年在我國挖掘機行業掀起一股合資潮，隨后日本小松制作所，日立建機株式會社，神戶制鋼所，韓國大宇重工業，現代重工業以及德國利渤海爾公司都相繼在中國建立了合資、獨自挖掘機生產企業，生產具有世界先進水平的多種型號和規格的挖掘機。中國最早的關于挖掘機液壓系統的專利申請是1989年腓特烈斯港齒輪工廠股份公司提出的一種具有兩個變速擋減速箱的傳動裝置（CN1035873A）。但是在2004年之前，中國每年的申請量均少于10件，發展較為緩慢。從2005年開始，申請量呈明顯上升的態勢，2010年末，國內各大企業紛紛擴建挖掘機生產產能，其它企業更是紛紛開辟挖掘機機種系列，試圖通過挖掘機市場的快速增長帶動企業盈利增長，這也促進了國內各廠家對挖掘機液壓系統的研究。從2010年開始，國內每年申請量均超過50件，成為全球申請量最大的國家。市場的巨大需求推動了專利申請的增加，專利申請的迅速增加也體現了挖掘機產品技術的提高。我國自上世紀六十年代末開始研制、發展挖掘機產品，經過短短40余年，特別是改革開放30余年來，中國挖掘機制造行業發展尤為迅速。國家統計局數據顯示，2010年，中國挖掘機制造行業規模以上企業有252家，中國挖掘機市場平均以30%速度遞增，成為世界用量最大的市場之一。2012年后，中國每年的專利申請量均維持在100件以上，由于專利制度的限制，近兩年的申請尚未公開，因此，2017年申請數量出現下降趨勢，但并不意味著申請量的減少。

圖5列出了在我國進行專利申請的申請主體分布情況。通過圖5可知，在我國，挖掘機液壓系統的專利申請主體主要為國內外企業，其占總申請量的81.52%，其次為大專院校，占比9.13%，而個人申請則占8.03%，位列申請量第三位。該結果表明，企業為我國挖掘機液壓系統方面的主要研發機構，并且國外企業在我國進行了相當數量的專利布局。

申請人方面，圖6給出了主要申請人在我國的申請情況。由圖6可知，徐州徐工挖掘機械有限公司、三一集團和廣西柳工集團為我國主要的國內申請人，分居前三位，日立建機株式會社和住友重機械工業株式會社為我國主要的國外申請人，分居第三及第六位，而中外合資沃得重工有限公司為國內主要的合資類企業申請人。

三、總結

本文通過專利申請狀況對挖掘機液壓系統的發展進行梳理，對該系統在國內外的發展過程、主要技術領域以及主要申請人進行歸納。通過上述分析可知，挖掘機的液壓系統發展開始于20世紀中期，并在20世紀60年代后進入推廣和蓬勃發展階段。日本在挖掘機液壓系統方面的研究處于主導地位，專利申請數量遙遙領先。中國在該方面的技術起步較晚，在20世紀90年代開始發展，隨后專利申請量迅速增加，在經歷了測繪仿制和自主研制開發階段后，目前已經走向發展提高階段。挖掘機的液壓系統作為推動挖掘機發展的重要一環，仍然存在繼續提高的空間，未來對該系統的研究熱度還將持續，針對其的專利申請量也仍將維持在一個較高的水平。

參考文獻：

[1]李艷杰，于安才，姜繼海. 挖掘機節能液壓控制系統分析與應用[J]. 液壓與氣動，2010，2010（8）：69-74.

[2]張臥波，楊俊峰，王建明等. 挖掘機工作及運動狀態的仿真與應用研究[J]. 農業工程學報，2008，24（2）：149-151.

（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作天津中心）