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        車輪踏面缺陷檢測專利技術(shù)綜述

        2017-07-09 17:06:08趙益
        科學(xué)與財富 2017年18期
        關(guān)鍵詞:缺陷檢測專利分析

        趙益

        摘 要: 本文基于專利申請梳理了各種車輪踏面缺陷檢測技術(shù)的發(fā)展歷程,并對該技術(shù)的專利申請量、主要申請人及其主要技術(shù)進(jìn)行了分析。

        關(guān)鍵詞: 車輪踏面;缺陷檢測;專利分析

        1前言

        車輪在運行過程中會由于各種原因?qū)е萝囕喬っ娉霈F(xiàn)不同程度的損傷,這些損傷對行車穩(wěn)定性、安全性以及各部件的使用壽命會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。車輪踏面狀態(tài)優(yōu)劣直接關(guān)系著軌道車輛的運行安全和服務(wù)質(zhì)量。通過對車輪踏面缺陷的檢測,可以及時掌握運行中車輛車輪的狀態(tài),以更加準(zhǔn)確、合理的方式對車輛進(jìn)行維護(hù),保證其運行品質(zhì)。

        2專利技術(shù)發(fā)展歷程

        車輪踏面缺陷的檢測方法分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。按原理劃分,主要動態(tài)方法包括:監(jiān)測輪軌作用時產(chǎn)生的振動的“振動加速度監(jiān)測法”,接觸監(jiān)測踏面偏心距的“接觸測量法”,采用現(xiàn)代相機(jī)技術(shù)的“光電測量法”,以及“渦流法”等,這些各有其優(yōu)缺點以及適用的環(huán)境。

        靜態(tài)測量技術(shù)集中在20世紀(jì)中后期,波蘭、德國于20世70年代研制出輪對自動檢查裝置,如專利PL16760873A、 DE2537086A,其可同時檢測兩個車輪的外形參數(shù)。

        動態(tài)監(jiān)測方法后來居上,逐漸成為車輪缺陷監(jiān)測的主流方法。前蘇聯(lián)于1951年首次發(fā)表了動態(tài)接觸檢測裝置(專利SU441654A),通過測量探針的位移值來檢測車輪輪輞缺陷;美國和匈牙利也于隨后相繼研制了類似的技術(shù),如專利US19650441024A (1965)、HU9902642A(1999);20世紀(jì)末期及21世紀(jì)初期,中國在接觸測量法方面也開始做了一些研究,如專利CN2464595Y(2001)。振動加速度監(jiān)測法也最先出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代,瑞典專利SE8006052A(1980)公開了一種滾動車輪輪輞擦傷測量裝置,其通過分析加速度值,提取表征踏面缺陷的加速度值檢測車輪踏面;在隨后的20世紀(jì)90年代,日本等國也相繼研制出了利用振動加速度監(jiān)測法的車輪踏面損傷檢測裝置,中國在該時期也研制出了相應(yīng)的檢測裝置,如西南交通大學(xué)的專利 CN1065431A(1992)。德國于1985年首次發(fā)表光電測量專利DE3526923A,其最早地利用發(fā)射激光到輪輞上測量兩者之間的距離,隨后類似的專利申請開始涌現(xiàn),如:DK488486A(1986)、WO88/027013(1988)、US20010981174A(2001)等。德國于1998年研制的“輪對自動診斷裝置”(DE29811324U),可在車速不大于5km/h時,自動檢測車輪斷面的幾何參數(shù)。隨后的專利申請均是基于激光攝像的改進(jìn),代表性的專利文獻(xiàn)有:ESP9501305A (1995)、CN2910707Y(2006)、DE10313191A(2003)、CN200960940Y(2006)、JP25522295A(1995)、RU2009142453A(2009)等。

        3專利申請量及分布

        通過對車輛車輪踏面缺陷檢測專利分析可知,關(guān)于車輪踏面缺陷檢測的專利申請量整體隨時間的增加呈上升趨勢,結(jié)合其技術(shù)發(fā)展歷程來看,其總體上可以分為幾個階段。

        緩慢發(fā)展期(1980年以前):這個時期專利申請量不大,只有德國、蘇聯(lián)等少數(shù)國家研制了接觸式測量法和靜態(tài)的光電測量法,專利申請數(shù)量也緩慢增長。全面發(fā)展期(1980-1995):該時期的專利申請量呈現(xiàn)了一個跳躍式的增長,這也是由于從20世紀(jì)80年代起,車輪輪輞缺陷監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)了全面發(fā)展,光電測量法、渦流法、振動加速度測量法等檢測方法均在這一時期問世,接觸式測量法也在這一時期得到了突破性的發(fā)展,相應(yīng)的專利申請量自然也就全面提高。平穩(wěn)發(fā)展期(1995-2010):20世紀(jì)90年代末期至21世紀(jì)初期這個世紀(jì)交替的時期,德國、蘇聯(lián)、日本等傳統(tǒng)車輪輪輞缺陷監(jiān)測技術(shù)強(qiáng)國保持著技術(shù)平穩(wěn)發(fā)展,像中國這樣的發(fā)展中國家也在這一時期加入了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展和專利申請的行列。飛速發(fā)展期(2010-2015):2010年后,通信、光電等技術(shù)迅猛發(fā)展,成為新時期的旗幟,也帶動了車輪輪輞缺陷監(jiān)測技術(shù)的飛速發(fā)展,中國也在這一時期成為了專利申請的主要力量。

        在各國專利分布中,德國是該領(lǐng)域的技術(shù)大國,占比達(dá)到了最多的18%,大部分的靜態(tài)、動態(tài)測量方法幾乎都由德國首先發(fā)表,而德國有關(guān)專利的數(shù)量也是最多的,其創(chuàng)新力最強(qiáng),作為該領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊主導(dǎo)著檢測技術(shù)的發(fā)展。緊跟其后的是日本15%、美國11%、俄羅斯11%以及西班牙11%。中國在該領(lǐng)域的專利占比也達(dá)到了8%,我國的車輪輪輞缺陷檢測專利最早為1988年(CN88202326U,車輪輪緣踏面聯(lián)動檢測儀),為靜態(tài)接觸檢測裝置,在21世紀(jì)初期開始飛速發(fā)展,但在技術(shù)上較德國還存在較長時間的滯后,而在近年,我國高速鐵路發(fā)展迅速,各軌道交通公司以及西南交通大學(xué)等高校大力研究和創(chuàng)新技術(shù),加之對專利的愈加重視和利用,輪輞檢測裝置得到了很大的改進(jìn)和突破,正在緊追德國等技術(shù)強(qiáng)國。

        4主要申請人及其技術(shù)分析

        德國的兩家鐵路分司黑根沙伊特-MFD有限公司及兩合公司、古特霍夫農(nóng)舒特拉特沙特斯股份公司作為核心技術(shù)發(fā)明最早的兩大公司,其擁有最多車輪輪輞缺陷檢測專利,其余像INT (美國)、TOSHIBA(日本)、MOSC(俄國)、MITSUBISHI(日本)等幾家公司專利數(shù)量占比也較高。值得注意的是,中國高校申請所占比也達(dá)到了6%,以西南交通大學(xué)為代表的高校在光電測量法檢測裝置方面的研究達(dá)到了較高的水平,也申請了相當(dāng)數(shù)量的專利,為中國該領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。

        德國的古特霍夫農(nóng)舒特拉特沙特斯股份公司是最早申請動態(tài)光電踏面檢測裝置的申請人,其最早研究這一核心技術(shù)。最初研制的激光測距(DE3526923A),可以通過發(fā)射激光到輪輞上測量兩者之間的距離,再通過距離比較得到輪輞(即踏面)的缺陷值;而后發(fā)展到利用攝像機(jī)進(jìn)行拍照(DE29811324U),通過圖像分析處理啊來得到車輪輪輞的外形狀況,其測量精度及全面性進(jìn)一步提高;由于激光受拍攝設(shè)備和環(huán)境因素影響較大,而后的技術(shù)主要在攝像機(jī)的位置設(shè)置、數(shù)據(jù)的校正及處理等方面進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高其測量精度和減小外界因素的干擾;從開始研究到成熟階段,之間經(jīng)歷了20幾年的發(fā)展歷程。

        中國的鐵路公司以及高校在21世紀(jì)以來成為該領(lǐng)域重要申請人,其中鐵路公司的主要代表是中車集團(tuán);而高校方面,最具代表性的有西南交通大學(xué)。中外申請人在動態(tài)光電測量法檢測專利申請的起步時間相差了20年左右,但是中國申請人技術(shù)進(jìn)步的速度要遠(yuǎn)超德國古特霍夫農(nóng)舒特拉特沙特斯股份公司。一方面由于投入了大量的資源進(jìn)行研究,另一方面也由于國外大量專利為我國的技術(shù)改進(jìn)提供了良好的參考和基礎(chǔ)。隨著國家對創(chuàng)新的鼓勵與支持,相信在不久的將來,我國車輪踏面缺陷檢測技術(shù)就將追上德國等技術(shù)大國甚至超越。

        5結(jié)語

        本文從專利的角度對車輪踏面缺陷檢測技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,介紹了主要檢測方法的發(fā)展歷史及趨勢,并重點關(guān)注了主要申請人的技術(shù)和專利分布,對該領(lǐng)域技術(shù)了解具有很大幫助。■

        參考文獻(xiàn)

        [1]馬林. 車輪踏面外形幾何參數(shù)的監(jiān)測技術(shù)[J]. 國外鐵道車輛, 1998(6):40-41.

        [2]張渝,王黎,高曉蓉,等. 國內(nèi)外車輪踏面損傷監(jiān)測技術(shù)綜述[J]. 機(jī)車車輛工藝,2002,2(l):2-3.

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