轨道车辆塑性变形吸能装置专利技术发展分析

轨道车辆塑性变形吸能装置专利技术发展分析

黄根

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215011

摘要：本文主要以CNABS和DWPI专利数据库中的检索结果为分析样本，从专利文献的角度对轨道车辆塑性变形吸能装置的发展进行了全面的统计分析，总结了轨道车辆塑性变形吸能装置国内外专利的技术发展路线。

关键词：轨道车辆；塑性变形吸能；专利申请；技术发展路线

一、引言

轨道交通既是国家的重要运输工具，也是人们出行的首选工具，提高铁路运行水平和车辆自身防碰撞安全性是建设快捷、安全和舒适轨道交通征程中至关重要的一步，分析轨道车辆碰撞装置专利技术的发展历史、现状以及发展趋势具有重要意义。轨道车辆专用吸能装置用于吸收碰撞过程中的大部分冲击动能，是保护乘客人身安全的关键部件，通常上述吸能装置利用塑性变形吸能，如压溃吸能、切削吸能、卷曲吸能。其中压溃吸能主要采用方形、圆形结构的薄壁管作为吸能元件，当作用于车辆的纵向冲击力达到压溃元件的压溃触发力后，压溃装置便会发生塑性变形，从而吸收大量的能量，将意外冲击引发的损失降低到最小程度。出于提高轨道车辆运行安全性，以及发生事故时最大程度保障乘客的人身安全，塑性变形吸能装置的研发已成为各国科技工作者研究的课题。

二、塑性变形吸能装置专利的主要分类与分析

从上节可以看出现在塑性变形吸能技术的基本情况，然而，该技术发展并不是一蹴而就的，而是经历了很长一段时间才发展到现在的水平。下面针对检索到的专利申请，将目前主流的塑性变形吸能技术分为：压溃吸能、切削吸能、组合吸能以及卷曲吸能；其中压溃吸能主要包括压溃薄壁管和压溃蜂窝铝两种类型。本文基于检索结果，分析国内外塑性变形吸能装置的技术发展脉络。

2.1国内塑性变形吸能装置技术发展路线

我国在塑性变形吸能装置方面的研究较国外起步晚，比发达国家晚了近30年，然而，我国塑性变形吸能装置近年来的发展也是较快的，特别是在2009年以后。国内塑性变形吸能装置技术发展路线大致如下：

压溃型薄壁管（代表性专利申请如CN1113864A(一种保护乘客在列车相撞时免受伤害的防护装置，公开日1995年12月27日)）→压溃型蜂窝铝（代表性专利申请如CN1480366A(钢轨车辆，公开日2004年3月10日)）→切削吸能（代表性专利申请如CN102107664A(轨道机车车辆切削式吸能装置，公开日2011年6月29日)）→组合吸能（代表性专利申请如CN103818402A(用于轨道交通车辆的吸能防爬装置，公开日2014年5月28日)）→卷曲吸能（代表性专利申请如CN106394597A(一种缓冲吸能系统，公开日2017年2月15日)）。

从上述国内塑性变形吸能装置技术发展路线可以看出，国内早期的塑性变形吸能装置主要以压溃薄壁吸能管为主，后来随着蜂窝结构材料的广泛应用，压溃蜂窝铝吸能装置渐渐成为主流。近年来，国内各大科研院所在切削吸能方面做了大量研究工作，如以中南大学、西南交通大学为代表。随着塑性变形装置研究的深入，卷曲吸能装置也不断涌现。

2.2国外塑性变形吸能装置技术发展路线

对于轨道交通发达的西方国家，其塑性变形吸能装置发展起步早，申请量也较国内多。国外塑性变形吸能装置技术发展路线大致如下：

1979年以前主要以压溃薄壁材料为主（代表性专利如US3869163A(液压吸能缓冲器，公开日1975年3月4日)、US3926462A(碰撞吸能缓冲装置，公开日1975年12月16日)、GB1511397A(一种用作车辆缓冲器的耗能装置，公开日1978年5月17日)）→1980至1997年这一期间以挤压、切削吸能为主（代表性专利如US4346795A（轨道车辆吸能车钩，公开日1982年8月31日）、EP0581707A1（轨道车辆的吸能结构，公开日1994年2月2日）、EP0802100A1(轨道机车驾驶室吸能装置，公开日1997年10月22日)）→1998年至今各类卷曲、组合吸能方式逐渐涌现（代表性专利如DE19720329C1(具有碰撞吸能装置的轨道车辆，公开日1998年11月5日)、US6189929B1（自适应可折叠转向柱，公开日2001年2月20日）、KR10-0916596B1（具有吸能装置的轨道车辆端部结构，公开日2009年9月11日）、JP5145186B2（具有碰撞吸能装置的轨道车辆，公开日2013年2月13日））。

和国内一样，国外早期的塑性变形吸能装置也是压溃薄壁材料为主，这说明塑性变形吸能装置中压溃薄壁材料技术手段简单，生产制造难度偏低，在早期碰撞吸能领域应用普遍。由于西方发达国家各种新材料研发应用远早于国内，可以看出压溃蜂窝材料的吸能装置也远早于国内。而近年来组件采用的切削吸能方式，国内各大科研院很早就开始研究试验，因此，国外采用切削吸能的塑性变形吸能装置与国内技术差距并不大。而卷曲吸能方面，国内与国外应用都不是特别广泛，这主要与卷曲吸能量相对于切削吸能与压溃吸能量小有关。

三、结束语

从国内外轨道车辆塑性变形吸能的专利技术发展来看，西方先进国家一直引领者轨道车辆碰撞吸能装置的技术发展，中国作为后来者，不断通过学习、引进、消化、再创新，一步步追赶着世界先进水平。尤其是到了高速列车蓬勃发展阶段，中国已经渐渐跻身于高铁技术大国的行列。对于国外公司设置的专利壁垒，国内企业没有投机取巧，而是踏踏实实，虚心学习，同时合理利用中国这个巨大的市场，最终实现了创新和产业化的巨大成功。

参考文献

[1] 卢毓江．地铁列车耐撞性结构及安全性研究[D]．西南交通大学，2015．

[2] 李本怀．轨道客车车体碰撞吸能研究[D]．吉林大学，2004．