铁路系统转向架构架技术综述

汪澜惠

摘要：世界的铁路技术正处于蓬勃发展当中，而中国的铁路技术在其中占有举足轻重的地位，并且日渐上升，已经成功跻身世界前列。文章通过对铁路系统及其转向架构架的总体发展、专利技术分布，以及申请人分布进行分析，帮助审查员快速站位本领域技术人员，达到案件审查提质增效的目的。

关键词：铁路系统;转向架构架;专利技术

中图分类号：T-18 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0018-03

前言

近年来，随着世界各国工业化，城镇化的不断推进，铁路运输由于其在运能、成本和低碳等技术经济特征方面具有较大的优势，在各国综合运输体系中的地位和作用日益突出，许多国家都在积极发展自己的铁路技术。20世纪中期以来，铁路技术在世界范围内迅速发展，为满足客运高速化，货运重载化，检测系统化，控制自动化等需求，各个国家都在不断提高在车辆、制动、安全监测、控制及信号等方面的技术能力。本文通过对铁路领域的国内外资料进行查阅分析，总结出当前世界铁路技术的发展现状。

而在铁路系统技术发展中，转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，其具有支撑车体，传递牵引力和制动力，缓和车厢受到的各种类型的冲动和振动的作用。其中转向架构架是转向架中的关键部件之一，其不仅是承载各部件的载体，安装各种零件的骨架，更需要具有良好的传递垂向力、横向力以及扭矩载荷的能力，因此转向架构架的结构对整车性能起着至关重要的作用。因此，选择对转向架构架的技术发展路线开展进一步分析，旨在使本领域技术人员能够了解本领域的技术发展趋势以及重点技术分布。

1申请量分析

在国际专利分类表（IPC）中，转向架构架对应的分类号为B61F5/52——向架构架，该分类号比较准确。因此，针对上述分类号下的文献进行统计分析。采用S系统和Patentics系统对分类号为B61F5/52小组下的专利文献进行统计分析。S系统所使用的数据库为CNABS数据库和DWPI数据库，Patentics系统中所使用的数据库为全球摘要、中国申请和中国专利。

为了能够进行有效数据分析，仅统计分类号B61F5/52下，中国及世界在1985年至2016年间的专利申请量。在S系统CNABS数据库中B61F5/52分类号下该时间段内的专利文献共计640件，DWPI数据库中B61F5/52分类号下的专利文献共计1172件。由于DWPI数据库中不具有通过申请日进行检索的入口，因此采用INCOPAT数据库中合并同族的方式统计世界申请量分布，二者数据量相差不大。1985年-2016年中国及世界转向架构架领域专利申请量及其发展趋势如图1所示。

通过图1可以看到，我国转向架构架技术的发展在1985-2005年间处于低潮期，从2006年开始进入到快速发展期，更是自2010年至今处于飞速发展期，2016年的申请量更是达到了一个新的高峰。世界转向架构架技术的发展在1985-1995年处于稳定发展期，1996年经历一次低潮期，随后进入一段稳定期直至2007年，2007年至今处于飞速发展期。我们可以看到，在这21年间，中国专利申请量在世界专利申请量中的占比不断增大，并且在近十年来，世界专利申请量的增长速率与我国专利申请量的增长速率基本一致，因此，可以说中国的铁路技术是后起之秀，在近十年来引领了世界铁路技术的发展。

2转向架构架技术发展路线分析

转向架构架按承载轴数可分为单轴、两轴和多轴转向架，当前铁路技术中多采用两轴转向架，因此针对两轴转向架构架结构的发展路线进行分析及简述。

在2006年以前，中国铁路技术还未开始高速发展，转向架构架技术主要由美国、德国、法国、日本等工业大国引领。2006年以前转向架构架的主流结构为：中间为一根横梁，横梁上端承载枕梁，横梁两端插入两侧侧架，并且轮对在两侧架的内侧，本领域通常称之为三件式构架。如美国安施德工业集团（AMSTED IND INC）于1993年申请的专利US5410968A。

同时期也存在中间两根横梁连接两侧侧梁的转向架构架结构，虽然并不多见，但也为随后的技术发展奠定了基础。如阿尔斯通运输公司（GEC AISTHOM TRANS-PORT SA）于1994年申请的专利FR9406535A。

自2006年起，世界铁路技术开始快速发展，转向架构架领域的专利申请数量明显增长，并且其中已经有一部分属于我国的自主创新技术。

日本川崎重工集团（KAWASAKI HEAVY IND LTD）于2006年申请的专利JP2008162455A，提出了低地板转向架构架的概念，采用中间下凹型的横梁实现低地板。

长春轨道客车股份有限公司于2007年申请的专利CN201116124Y，也提出了低地板构架的概念，在两侧梁的两端设置端梁，并采用下凹形状的侧梁。

自2008年起，转向架构架的主流结构逐渐转变为：中间具有两根横梁，横梁主要为管状结构或箱型结构，横梁两端分别与两根侧梁连接，侧梁两端可以设置两端梁，端梁也可以为管状结构或箱型结构。

青岛四方机车车辆股份有限公司于2008年申请的专利CNl01565051A，提出了采用两个焊接而成T型框架铰接而成的柔性构架，提高了转向架适应线路扭曲的能力。

自2009年起，關于转向架构架各部分细节的专利技术逐渐增多，涉及各梁的具体结构、设置位置，各梁之间的连接工艺，各减振器、缓冲器以及防爬器的具体结构及其布置，轴箱、齿轮箱以及电机的悬挂方式等多个方面，并且上述细节设置与构架类型设置相比，逐渐占取更大的比例。

自2010年起，由于各方面的需求所致，低地板构架技术逐渐成为转向架构架的发展方向。长春轨道客车股份有限公司于2010年申请的专利CN201842103U，提出了一种100%低地板轻轨车独立轮拖车转向架，在非动力转向架上实现了100%低地板。

在这期间，除了主流的两横梁+两侧梁或两横梁+两侧梁+两端梁的构架外，还一些公司继续在传统的一横梁+两侧架（三件式）的构架结构上进行各处细节的优化。

自2012年起，除普通主流转向架外，为提高转向架的曲线通过能力，径向转向架也逐渐成为研究的热点。如眉山车辆有限公司于2012年申请的专利CN102730018A，提出了两个副构架通过交叉杆铰接，并采用侧架支撑横梁的径向转向架。

自2014年起，由于提高载客运量的需求，低地板转向架的专利申请开始大幅增多，逐渐成为主流趋势。

如广州电力机车有限公司于2014申请的专利CN203727403U，通过对转向架构架结构的改进，使在低地板转向架的牵引电机外置，实现了动力转向架的低地板化。

自2015年起主流转向架构架为两横梁+两侧梁构架与低地板构架并行。

自2016年起，陆续出现了许多新结构的转向架构架，标志着主流转向架构架技术已经逐渐成熟，研究热点正在扩展到其他构架类型。

株洲电力机车有限公司于2016年申请的专利CNl06476832，提出了一种磁悬浮转向架，标志着我国开始发展属于自己的磁悬浮技术。

青岛四方机车车辆股份有限公司于2016年申请的专利CN106240593 A，提出了一种低地板铰接式轨道车辆转向架构架，有效降低了原低地板转向架的高度，并在侧梁外侧设置了安装梁用于悬挂牵引电机等设备。

同济大学于2016年申请的专利CN105774838A，提出了主副构架结构不同的径向转向架。

自2016年至今，对于转向架构架结构改进的技术，所占比例逐渐缩小，取而代之的是对转向架构架各个细节的深入研究以及优化，这标志着转向架构架的结构技术已经趋于稳定，而更大的发展空间则在于转向架构架中各处细节的优化和改进。

3申请人分析

1985年-2016年中国及世界在转向架构架领域的申请人分布如图2和3所示。