車(chē)輪踏面缺陷檢測(cè)專(zhuān)利技術(shù)綜述

趙益

摘 要： 本文基于專(zhuān)利申請(qǐng)梳理了各種車(chē)輪踏面缺陷檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，并對(duì)該技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)量、主要申請(qǐng)人及其主要技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 車(chē)輪踏面；缺陷檢測(cè)；專(zhuān)利分析

1前言

車(chē)輪在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)由于各種原因?qū)е萝?chē)輪踏面出現(xiàn)不同程度的損傷，這些損傷對(duì)行車(chē)穩(wěn)定性、安全性以及各部件的使用壽命會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。車(chē)輪踏面狀態(tài)優(yōu)劣直接關(guān)系著軌道車(chē)輛的運(yùn)行安全和服務(wù)質(zhì)量。通過(guò)對(duì)車(chē)輪踏面缺陷的檢測(cè)，可以及時(shí)掌握運(yùn)行中車(chē)輛車(chē)輪的狀態(tài)，以更加準(zhǔn)確、合理的方式對(duì)車(chē)輛進(jìn)行維護(hù)，保證其運(yùn)行品質(zhì)。

2專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展歷程

車(chē)輪踏面缺陷的檢測(cè)方法分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。按原理劃分，主要?jiǎng)討B(tài)方法包括：監(jiān)測(cè)輪軌作用時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)的“振動(dòng)加速度監(jiān)測(cè)法”，接觸監(jiān)測(cè)踏面偏心距的“接觸測(cè)量法”，采用現(xiàn)代相機(jī)技術(shù)的“光電測(cè)量法”，以及“渦流法”等，這些各有其優(yōu)缺點(diǎn)以及適用的環(huán)境。

靜態(tài)測(cè)量技術(shù)集中在20世紀(jì)中后期，波蘭、德國(guó)于20世70年代研制出輪對(duì)自動(dòng)檢查裝置，如專(zhuān)利PL16760873A、 DE2537086A，其可同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)車(chē)輪的外形參數(shù)。

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

3專(zhuān)利申請(qǐng)量及分布

通過(guò)對(duì)車(chē)輛車(chē)輪踏面缺陷檢測(cè)專(zhuān)利分析可知，關(guān)于車(chē)輪踏面缺陷檢測(cè)的專(zhuān)利申請(qǐng)量整體隨時(shí)間的增加呈上升趨勢(shì)，結(jié)合其技術(shù)發(fā)展歷程來(lái)看，其總體上可以分為幾個(gè)階段。

緩慢發(fā)展期（1980年以前）：這個(gè)時(shí)期專(zhuān)利申請(qǐng)量不大，只有德國(guó)、蘇聯(lián)等少數(shù)國(guó)家研制了接觸式測(cè)量法和靜態(tài)的光電測(cè)量法，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量也緩慢增長(zhǎng)。全面發(fā)展期（1980-1995）：該時(shí)期的專(zhuān)利申請(qǐng)量呈現(xiàn)了一個(gè)跳躍式的增長(zhǎng)，這也是由于從20世紀(jì)80年代起，車(chē)輪輪輞缺陷監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全面發(fā)展，光電測(cè)量法、渦流法、振動(dòng)加速度測(cè)量法等檢測(cè)方法均在這一時(shí)期問(wèn)世，接觸式測(cè)量法也在這一時(shí)期得到了突破性的發(fā)展，相應(yīng)的專(zhuān)利申請(qǐng)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(gè)世紀(jì)交替的時(shí)期，德國(guó)、蘇聯(lián)、日本等傳統(tǒng)車(chē)輪輪輞缺陷監(jiān)測(cè)技術(shù)強(qiáng)國(guó)保持著技術(shù)平穩(wěn)發(fā)展，像中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家也在這一時(shí)期加入了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展和專(zhuān)利申請(qǐng)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(shí)期的旗幟，也帶動(dòng)了車(chē)輪輪輞缺陷監(jiān)測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，中國(guó)也在這一時(shí)期成為了專(zhuān)利申請(qǐng)的主要力量。

在各國(guó)專(zhuān)利分布中，德國(guó)是該領(lǐng)域的技術(shù)大國(guó)，占比達(dá)到了最多的18%，大部分的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量方法幾乎都由德國(guó)首先發(fā)表，而德國(guó)有關(guān)專(zhuān)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(cè)技術(shù)的發(fā)展。緊跟其后的是日本15%、美國(guó)11%、俄羅斯11%以及西班牙11%。中國(guó)在該領(lǐng)域的專(zhuān)利占比也達(dá)到了8%，我國(guó)的車(chē)輪輪輞缺陷檢測(cè)專(zhuān)利最早為1988年（CN88202326U，車(chē)輪輪緣踏面聯(lián)動(dòng)檢測(cè)儀），為靜態(tài)接觸檢測(cè)裝置，在21世紀(jì)初期開(kāi)始飛速發(fā)展，但在技術(shù)上較德國(guó)還存在較長(zhǎng)時(shí)間的滯后，而在近年，我國(guó)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(duì)專(zhuān)利的愈加重視和利用，輪輞檢測(cè)裝置得到了很大的改進(jìn)和突破，正在緊追德國(guó)等技術(shù)強(qiáng)國(guó)。

4主要申請(qǐng)人及其技術(shù)分析

德國(guó)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(chē)輪輪輞缺陷檢測(cè)專(zhuān)利，其余像INT （美國(guó)）、TOSHIBA（日本）、MOSC（俄國(guó)）、MITSUBISHI（日本）等幾家公司專(zhuān)利數(shù)量占比也較高。值得注意的是，中國(guó)高校申請(qǐng)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(cè)量法檢測(cè)裝置方面的研究達(dá)到了較高的水平，也申請(qǐng)了相當(dāng)數(shù)量的專(zhuān)利，為中國(guó)該領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。

德國(guó)的古特霍夫農(nóng)舒特拉特沙特斯股份公司是最早申請(qǐng)動(dòng)態(tài)光電踏面檢測(cè)裝置的申請(qǐng)人，其最早研究這一核心技術(shù)。最初研制的激光測(cè)距（DE3526923A），可以通過(guò)發(fā)射激光到輪輞上測(cè)量?jī)烧咧g的距離，再通過(guò)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(guò)圖像分析處理啊來(lái)得到車(chē)輪輪輞的外形狀況，其測(cè)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(cè)量精度和減小外界因素的干擾；從開(kāi)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(guó)的鐵路公司以及高校在21世紀(jì)以來(lái)成為該領(lǐng)域重要申請(qǐng)人，其中鐵路公司的主要代表是中車(chē)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(qǐng)人在動(dòng)態(tài)光電測(cè)量法檢測(cè)專(zhuān)利申請(qǐng)的起步時(shí)間相差了20年左右，但是中國(guó)申請(qǐng)人技術(shù)進(jìn)步的速度要遠(yuǎn)超德國(guó)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(guó)外大量專(zhuān)利為我國(guó)的技術(shù)改進(jìn)提供了良好的參考和基礎(chǔ)。隨著國(guó)家對(duì)創(chuàng)新的鼓勵(lì)與支持，相信在不久的將來(lái)，我國(guó)車(chē)輪踏面缺陷檢測(cè)技術(shù)就將追上德國(guó)等技術(shù)大國(guó)甚至超越。

5結(jié)語(yǔ)

本文從專(zhuān)利的角度對(duì)車(chē)輪踏面缺陷檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，介紹了主要檢測(cè)方法的發(fā)展歷史及趨勢(shì)，并重點(diǎn)關(guān)注了主要申請(qǐng)人的技術(shù)和專(zhuān)利分布，對(duì)該領(lǐng)域技術(shù)了解具有很大幫助。■

參考文獻(xiàn)

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