挖掘机液压系统专利申请概述

张景遵

摘要：液压挖掘机的液压系统是按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来的组合体，其以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等将液压能转返为机械能，实现挖掘机的各种动作。本文从国内外挖掘机及其液压系统的专利申请趋势、区域分布等方面进行梳理和介绍。

关键词：专利；申请；挖掘机；液压系统；液压传动

一、概述

液压挖掘机是一种多功能机械，被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。液压挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础，其结构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机的重要一环。而关于挖掘机的专利申请能够在很大程度上反映出该领域的发展状况。

二、挖掘机液压系统专利申请情况

2.1全球专利申请情况

挖掘机的液压系统已有70多年的发展历史，关于该系统的专利申请最早出现于1947年，是来自于美国的申请，其公开了一种拖拉机-铲液压倾倒控制（申请号：US02722938）。在自20世纪60年代前，挖掘机主要以机械传动为主，关于液压系统的专利申请较少。图1给出了挖掘机液压系统专利申请发展趋势以及各国在各个时期申请量占总申请量的比例。由图1可知，1947-1971年为挖掘机液压系统发展的初始阶段，在此时期，美国、英国、苏联、法国及德国为主要申请国。然而，随着液压技术的广泛使用，使挖掘机有了更加科学适用的传动装置，挖掘机的液压传动方式在全球得到广泛引用，并逐渐取代机械传动方式。自1972年起，各国对于液压挖掘机的研究明显增多，关于其液压传动系统的专利申请量也浮动增加。液压传动代替机械传动是挖掘机技术上的一次大飞跃，其不仅提高了机械工作效率、节约了能源，同时也促进了各个国家的经济发展。从1972年开始，日本和苏联的专利申请量开始显著增多，在1972-1990年间，日本和苏联成为对于挖掘机液压系统专利申请量最多的两个国家，在此期间，在韩国也开始出现关于挖掘机液压系统的申请，但所占比例较小。在1990-2010年的20年间，日本成为最主要的挖掘机液压系统专利申请国，期间可能受技术瓶颈及金融危机等因素的影响，全球申请量在短暂时间内出现低潮；1997年出现申请小高峰，随后又有所下降；在此期间，中国开始出现专利申请，但是在2010年之前，中国专利每年的申请量在50件以内，对世界申请趋势的影响较小。2010年末，中国国内各大企业纷纷扩建挖掘机生产产能，其它企业更是纷纷开辟挖掘机机种系列，试图通过挖掘机市场的快速增长带动企业盈利增长，这也加快了国内挖掘机各项技术的快速发展。从2010年开始，中国专利申请量迅速增加，年均申请量位居全球第一，中国申请量的急剧增加也导致全球的申请总量达到了一个前所未有的高度，2012年全球生产总量件430件，其中中国申请量206件，全球占比47.9%。2012年后，全球申请趋势有所下降，这可能是由于挖掘机的液压系统技术逐渐趋于成熟，专利逐渐出现饱和，并且由于专利制度的限制，近两年及其以后的申请尚未公开，这也影响到申请数量的变化。

图2为各国专利申请量排名，就挖掘机液压系统而言，日本的专利申请量位于全球第一，占全球申请量的29.62%，其专利申请趋势很大程度上影响着全球申请趋势，中国紧随其后，申请量占比21%，欧洲专利局的以10.24%的申请量比例排在第三位，美国、韩国和德国的申请量占比分别为8.44%、7.91%和7.47%，排名全球申请量的4-6位。

由以上分析可知，挖掘机的液压系统主要在国外走向成熟，图3列出了全球主要的申请人。由图3可知，申请量位于前5位的国外申请人分别是日立建机株式会社、日本小松制作所、韩国斗山机械有限公司、沃尔沃建造设备有限公司和我国的徐州徐工挖掘机械有限公司。其中，日立建机株式会社为世界上最大的挖掘机跨国制造商之一，其以644件专利申请遥遥领先于其他公司；日本小松制作所、韩国斗山机械有限公司分别以301件和124件专利申请排在2、3位；排在4-5位的沃尔沃建造设备有限公司和徐州徐工挖掘机械有限公司的申请量则分别为100件和90件。

2.2中国专利申请情况

图4为中国挖掘机液压系统专利申请发展趋势，从图中可以看出，中国对于挖掘机等工程机械液压系统的研究起步较晚，1989年之前没有针对此领域的中国申请。1967年开始，中国自主研制液压挖掘机，第一个超过100吨挖掘机是在1992年，太原重工与德国曼内斯曼德马克公司合作生产的H121液压挖掘机，工作重量115.5吨，功率477kW，斗容5.5～10.5m，填补了国家空白。从1994年开始，特别到1995年在我国挖掘机行业掀起一股合资潮，随后日本小松制作所，日立建机株式会社，神户制钢所，韩国大宇重工业，现代重工业以及德国利渤海尔公司都相继在中国建立了合资、独自挖掘机生产企业，生产具有世界先进水平的多种型号和规格的挖掘机。中国最早的关于挖掘机液压系统的专利申请是1989年腓特烈斯港齿轮工厂股份公司提出的一种具有两个变速挡减速箱的传动装置（CN1035873A）。但是在2004年之前，中国每年的申请量均少于10件，发展较为缓慢。从2005年开始，申请量呈明显上升的态势，2010年末，国内各大企业紛纷扩建挖掘机生产产能，其它企业更是纷纷开辟挖掘机机种系列，试图通过挖掘机市场的快速增长带动企业盈利增长，这也促进了国内各厂家对挖掘机液压系统的研究。从2010年开始，国内每年申请量均超过50件，成为全球申请量最大的国家。市场的巨大需求推动了专利申请的增加，专利申请的迅速增加也体现了挖掘机产品技术的提高。我国自上世纪六十年代末开始研制、发展挖掘机产品，经过短短40余年，特别是改革开放30余年来，中国挖掘机制造行业发展尤为迅速。国家统计局数据显示，2010年，中国挖掘机制造行业规模以上企业有252家，中国挖掘机市场平均以30%速度递增，成为世界用量最大的市场之一。2012年后，中国每年的专利申请量均维持在100件以上，由于专利制度的限制，近两年的申请尚未公开，因此，2017年申请数量出现下降趋势，但并不意味着申请量的减少。

图5列出了在我国进行专利申请的申请主体分布情况。通过图5可知，在我国，挖掘机液压系统的专利申请主体主要为国内外企业，其占总申请量的81.52%，其次为大专院校，占比9.13%，而个人申请则占8.03%，位列申请量第三位。该结果表明，企业为我国挖掘机液压系统方面的主要研发机构，并且国外企业在我国进行了相当数量的专利布局。

申请人方面，图6给出了主要申请人在我国的申请情况。由图6可知，徐州徐工挖掘机械有限公司、三一集团和广西柳工集团为我国主要的国内申请人，分居前三位，日立建机株式会社和住友重机械工业株式会社为我国主要的国外申请人，分居第三及第六位，而中外合资沃得重工有限公司为国内主要的合资类企业申请人。

三、总结

本文通过专利申请状况对挖掘机液压系统的发展进行梳理，对该系统在国内外的发展过程、主要技术领域以及主要申请人进行归纳。通过上述分析可知，挖掘机的液压系统发展开始于20世纪中期，并在20世纪60年代后进入推广和蓬勃发展阶段。日本在挖掘机液压系统方面的研究处于主导地位，专利申请数量遥遥领先。中国在该方面的技术起步较晚，在20世纪90年代开始发展，随后专利申请量迅速增加，在经历了测绘仿制和自主研制开发阶段后，目前已经走向发展提高阶段。挖掘机的液压系统作为推动挖掘机发展的重要一环，仍然存在继续提高的空间，未来对该系统的研究热度还将持续，针对其的专利申请量也仍将维持在一个较高的水平。

参考文献：

[1]李艳杰，于安才，姜继海. 挖掘机节能液压控制系统分析与应用[J]. 液压与气动，2010，2010（8）：69-74.

[2]张卧波，杨俊峰，王建明等. 挖掘机工作及运动状态的仿真与应用研究[J]. 农业工程学报，2008，24（2）：149-151.

（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心）