家畜刮板式清糞裝置專利技術綜述

文│吳配全 彭小珍 郭帥 徐茗娟 張偉（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心機械發明審查部）

家畜刮板式清糞裝置專利技術綜述

文│吳配全 彭小珍 郭帥 徐茗娟 張偉（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心機械發明審查部）

我國是農業大國，畜牧業在農業中占有舉足輕重的作用，近年來我國畜牧業發展迅猛，但規模擴張帶來的糞尿量也大大增加，而家畜養殖業產生的糞尿等排泄物的量較家禽養殖業又多得多，傳統的人工清糞已經不能滿足現代集約化養殖的需要，因此，近年來我國機械清糞裝置的發展也相當快，而機械清糞中主要的清糞方式便是刮板式清糞裝置，該清糞方式在家畜養殖中被廣泛地應用。

一、起源和基本概念

“家畜刮板式清糞裝置”主要指用于在豬、牛、羊等傳統的大型家畜棚舍中清除糞尿等排泄物的、帶有刮糞板的機械清糞裝置。

根據清糞刮板工作的環境，將檢索到的專利文獻分為三個主要的類別進行研究：“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”、“與糞溝配合使用的家畜刮板式清糞裝置”以及“與傳送帶配合使用的家畜刮板式清糞裝置”。其中，“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”指采用刮板在畜舍的地面上直接進行刮糞操作的機械清糞裝置，此處的地板可以是劃分區域的淺隔間；“與糞溝配合使用的家畜刮板式清糞裝置”指采用刮板在畜舍一隅設置的較深的糞溝中進行刮糞操作的機械清糞裝置；“與傳送帶配合使用的家畜刮板式清糞裝置”指將刮板設置在糞便傳送帶上部、下部或一端以進行刮糞操作的機械清糞裝置。

二、發展狀況

1.申請量分析。采用與家畜刮板式清糞裝置相關的關鍵詞配合相關專利分類號（主要分類號為A01K1/01）在中國專利文獻摘要數據庫（CNABS）和德溫特世界專利數據庫（DWPI）中進行檢索，檢索對象限定在全球公開日或公告日在1969—2014年之間（文中所有數據統計截至日期為2014年1月13日）的發明和實用新型專利申請，并對檢索結果進行統計分析。

◎圖1 各類別家畜刮板式清糞裝置申請量隨年份變化趨勢圖

圖1顯示了各類別的家畜刮板式清糞裝置申請量隨年份變化的情況。從總的申請量趨勢來看，家畜刮板式清糞裝置專利的申請總量以及其下各類別清糞裝置的申請量總體均呈上升趨勢。

其中，“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”的申請量最大，其次是“與糞溝配合使用的家畜刮板式清糞裝置”，而“與傳送帶配合使用的家畜刮板式清糞裝置”的申請量則很少且一直較為平緩，前兩者的申請量則出現過明顯的波動，且變化趨勢較為一致。究其原因，主要是家畜養殖業養殖的主要對象是豬、牛、羊等大型動物，且主要的養殖方式是平養，因此，直接在畜舍的地板上設置刮板來清糞是最方便也是最適用的方式；設置集糞溝，將糞尿集中沖洗或清掃到糞溝中后再采用刮板來高效快速地將其清除也是一種常見的方式；由于在平養的畜舍中設置傳送帶有諸多不便，因此，與傳送帶配合的刮板清糞工藝在大型動物的養殖中較為少見，其主要應用于籠養動物的糞便清除中。

圖2顯示了主要國家/地區家畜刮板式清糞裝置的申請量隨年份變化的趨勢，其中，蘇聯/俄羅斯在1972—1991年間的申請量較大，而除去蘇聯/俄羅斯之外的歐洲其他主要國家（包括奧地利、瑞士、德國、西班牙、法國、英國、荷蘭和瑞典）的申請量則一直較為平緩，但從1994年之后也有了較為明顯的增長，中國則從2006開始申請量有了一個爆炸式的增長，美國和日本在該領域的申請量較少，特別是日本的申請量在主要的國家/地區中是最少的，美國的申請量從2004年開始也有了小幅度的增長。

◎圖2 主要國家/地區申請量隨年份變化趨勢圖

結合圖1和圖2可以看出，1969—1974年是家畜刮板式清糞裝置的技術起步初期，該時段的相關專利申請量較少且平緩穩定，1974年后申請量呈現出驟增的趨勢，其中有兩個峰點，第一個峰點出現在1980年附近，該時段家畜刮板式清糞裝置專利申請主要以蘇聯申請為主，而隨著蘇聯的解體（1991年），該領域的專利申請總量也有了一個大幅的回落。第二個峰點出現在2012年附近，主要是由于中國畜牧業的快速發展導致的，從圖2中可看出，中國的家畜刮板式清糞裝置從2006年左右開始迎來了一個快速發展的時期，該時期中國的家畜刮板式清糞裝置的專利申請量在該領域的總申請量中占了相當大的比例。

從圖3可以直觀地看出，歐洲在家畜刮板式清糞裝置領域的專利申請量很大，但隨著我國家畜養殖業的快速發展，我國在該領域的申請量已經占到了一個舉足輕重的地位。

與圖1相比，圖4更直觀地顯示了三種類別的家畜刮板式清糞裝置的申請量情況。“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”的申請量占到了總申請量的64%，是該領域技術改進的主體，“與糞溝配合的家畜刮板式清糞裝置”的申請量雖然較前者少，但也相當可觀，而“與傳送帶配合使用的家畜刮板式清糞裝置”由于應用較少，因此，只占到申請總量的5%。

◎圖3 主要國家/地區申請量的占比圖

◎圖4 各類型家畜刮板式清糞裝置申請量的占比圖

2.技術功效分析。技術功效分析是展示相關技術和其所取得的功效以及二者之間關系的有效方式，如圖5所示，縱坐標為技術分支，代表相應的技術領域或手段，橫坐標為技術功效，代表相應的技術需求，橫坐標和縱坐標的交點氣泡大小表示相應技術分支在該技術功效區域的焦點專利的申請量。

與其他功能機械裝置一樣，家畜刮板式清糞裝置的主要技術需求同樣體現在提高裝置的工作效率（提高清糞效率）、運作效果（提高清潔效果）、自動化程度、穩定性和牢固性、簡化結構以及降低成本等，但由于家畜刮板式清糞裝置是在畜舍內工作，因此，該技術領域會涉及一個較為獨特的技術功效——避免刮板運作過程中對動物造成的傷害（提高裝置對動物的安全性）。此外，將刮糞板設計為適應多種不同的工作場所（擴寬裝置的使用范圍）也是本領域的一個技術需求。

從圖5可看出，提高清糞裝置的工作效率是三種刮板式清糞裝置的主要改進點，而簡化裝置結構、降低成本、增加裝置的穩定性和牢固性以及提高清潔效果則是主要但卻較為次之的技術追求。值得注意的是，在提高刮板式清糞裝置對動物的安全性方面，主要涉及的技術分支是“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”，究其原因，是因為刮板直接在家畜活動的地板上運行最容易對家畜的蹄部造成傷害，因此，該技術分支下涉及這方面的改進才比較多，而“與傳送帶配合使用的刮板式清糞裝置”的刮板一般都只設置在糞便傳送帶的一端，基本不設置在家畜活動的區域范圍內，因此，該技術分支下基本不涉及對動物安全性方面的改進，此外，該類刮板一般都是一個簡單的板狀或片狀刮糞板，因此也不存在簡化刮糞板的需要。

3.技術演進路線及重點、熱點專利技術分析。下面將結合各技術分支的特點采用該分支下具有代表性的重點和熱點專利來分析該領域技術發展的脈絡和特點。

（1）與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置。從圖1、圖4或圖5都可以直觀地看出，與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置是家畜養殖領域使用最多的一種刮板清糞裝置，這主要與家畜大多采用平養的方式有關。最早在地板上使用的刮板式清糞裝置是直接采用鏈條或牽引繩帶動直立刮板來回運動以進行清糞，這種刮板清糞裝置的主要缺陷在于其容易刮傷動物的蹄部，嚴重時可導致動物的腿部卡在地板與刮板間，因此，該技術問題也成了后續 “與地板配合使用的刮板式清糞裝置”類專利申請所主要解決的一個技術問題。

比較典型的早期專利申請，如于1975年申請的美國專利US4011618A就采用將刮板制作成三菱柱狀，以使刮板移動過程中若遇到動物蹄部時能將其抬升以驅使動物移動蹄部或直接走開，然而這種簡單從刮板性狀上改進的清糞裝置只能在很小程度上減少對動物的傷害和驚嚇，其刮板末端部分仍可能對動物蹄腳的前端造成傷害，且工作效率低下；于1979年申請的蘇聯專利SU904613A1給整個刮板式清糞裝置設置了一個梭形框架，并將刮板設置在框架內以避免刮板直接與動物腿部碰撞，此外，該刮板式清糞裝置還可以反向運動，因此，提高了清糞的工作效率；于1985年申請的蘇聯專利SU1281220A1繼續在前者的基礎上進行改進，在清糞裝置的框架內側設置了向內微微翹起的鉸接片，以更好地清除過道上滯留的糞便，從而提高了清糞效率和清潔效果；于1996年申請的英國專利GB2313034A提出了在分欄飼養的家畜刮板式清糞系統中設置速度調節器以更好地調節刮糞板運行的速度，從而使清糞過道上的家畜有足夠的時間避開刮糞板；于2007年申請的中國專利CN201078941Y則將刮糞板設置為可拆卸的方式，方便組裝和拆卸，從而擴寬了裝置的使用范圍，其主刮板和側刮板都采用橡膠板，可以降低噪音并避免傷害動物，此外，為了保證刮糞裝置對家畜的安全性，該專利還設置了檔牛尾板并減少了主連接桿的高度，以使家畜能輕松邁過刮糞裝置，起到充分保護動物的作用；于2011年申請的中國專利CN202085568U則在刮糞裝置上設置了位移傳感器和無線信號發射器，當刮糞裝置檢測到前方有動物時能自動停止以更好地保護家畜的安全，這種設置傳感器的方式能最大限度地減少對動物的傷害，但其清糞效率也會因此受到影響，之后的專利申請有兼顧減少對動物傷害并致力于提高清糞效率的，如于2013年申請的中國專利CN203378383U就采用將刮糞板設置為步進移動的方式以減少對家畜的傷害，并同時將以往由鋼索驅動刮糞板的方式采用導軌驅動，從而同時避免了鋼索勒傷動物，此外，該專利申請還將刮板設置為側翼在回程時自動收攏的方式，以使刮糞板能沿原刮糞通道原路安全返回，在保護家畜的同時也提高了清糞效率。

◎圖5 家畜刮板式清糞裝置的技術功效氣泡圖

在改進傳統的“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”的同時，該領域也出現了一些較為熱點的專利，比如于2008年申請的荷蘭專利NL2002197C以及于2012年申請的中國專利CN202941245U都公開了一種帶有刮板的智能清糞機器人，該類機器人自動化程度高，一般與漏糞地板配合使用，清糞的路線可以人工設定，其對動物友好，也能方便地清除畜舍內任何角落的糞便，但該類刮板式清糞機器人成本高、不能很好地適應不同的地板類型，且在大型牛場等糞污量較大的家畜養殖場所內，其清糞效率大大受限，不能滿足實際的清糞需要。因此，該類熱點專利雖然很早就有提出，但其推廣應用范圍大大受限，不過其不失為未來家畜刮板式清糞領域的一種發展方向，能研發出一種適用范圍廣、清糞效率高的智能機器人清糞系統必然會大大降低清糞的勞動強度，有利于提高家畜養殖業的智能化與集約化程度。

（2）與糞溝配合使用的家畜刮板式清糞裝置。采用刮板在集糞溝中刮糞以清除糞便是一種較為傳統的清糞方式，而“與糞溝配合使用的家畜刮板式清糞裝置”的專利申請出現得也較早。

比較典型的有于1969年申請的德國專利DE1943845B2，其采用兩塊直立且活動設置的刮板在糞溝中移動刮糞；于1982年申請的蘇聯專利SU1152552A1將糞溝中的刮板的角度設置為可調節的方式，以使刮板在刮完糞返回的過程中刮板可自動翹起以提高清糞效率；于2002年申請的俄羅斯專利RU2224423C2在前者的基礎上進行改進，將刮糞裝置設置在漏糞地板下，且同時設置前后刮板，刮板的角度可調節，且該專利還為刮糞裝置設置了反向機構，從而能調整刮板角度實現雙向清糞，大大提高了清糞的效率；于2008年申請的法國專利FR2939007A1在以往裝置的基礎上加設了刮板輔助裝置，以使刮板在糞溝中運動遇到障礙物使能抬起以避免刮板的損傷，從而延長了裝置的使用壽命、降低維護成本并擴寬了裝置的使用范圍；于2011年申請的中國專利CN102487834B公開了一種具備仿型塑料板、可適應不同形狀糞溝的刮糞裝置，該專利申請還在裝置上設置了安全離合器，起到過載保護的作用，從而延長裝置的使用壽命、擴寬了裝置使用范圍并提高了清糞效率。

從上述專利公開的內容和改進點可以看出，“與糞溝配合使用的刮板式清糞裝置”的主要改進點在于提高裝置對不同形狀糞溝的適應性（即擴寬裝置的使用范圍）、提高效率并增加裝置的穩定性和牢固性，究其原因，主要是由于該類刮糞裝置大部分是設置在漏糞地板下的糞溝中，其檢修與維護不易，因此，需要保證裝置的牢固耐用，以降低維護成本。由于直接將糞溝露天設置在畜舍一側的情況較少且家畜也極少會在較深的糞溝中活動，因此，對家畜保護的改進的需求就大大小于“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”。

（3）與傳送帶配合使用的家畜刮板式清糞裝置?！芭c傳送帶配合使用的刮板式清糞裝置”在家畜養殖領域的應用較少，相關的專利申請數量也較少且出現較上述兩種刮板式清糞裝置晚。

比較典型的專利申請有于1979年申請的蘇聯專利SU697109 A1，其采用傳送帶輸送清理聚集在一起的家畜糞便，并在傳送帶的一端設置刮板以將帶上的糞便刮下以便集中處理或運走；于1990年申請的蘇聯專利SU1774845A3采用直接在畜舍地板上設置傳送帶、在傳送帶一端設置刮板的形式，并在傳送帶上設置清洗和烘干裝置以提高了裝置和畜舍的清潔度并降低濕度；于2000年申請的俄羅斯專利RU2184445C2直接將家畜地板緊挨著飼喂欄的那部分設置為可移動的傳送帶，這樣家畜采食時排出的糞便可以直接通過傳送帶運輸并在傳送帶一端通過刮板清除；于2001年申請的澳大利亞專利AU2002302662A1采用將傳送帶設置在畜舍漏糞地板下方，為傳送帶設置清潔裝置并在舍外設置刮板以提高清糞的效率和清潔效果；于2011年申請的中國專利CN202232468U公開了一種安裝有斜刮板的帶式清糞系統，通過在帶式清糞系統的內部安裝斜刮板可以清除帶式清糞的盲區，此外該清糞系統還將清糞斜刮板與三腳架采用螺栓連接，便于將刮板單獨拆下進行清洗。

與傳送帶配合使用的家畜刮板式清糞裝置主要是清除與尿液分離后的糞便，其大部分時間與漏糞地板配合使用，在家畜領域使用較少，主要改進點集中在傳送帶的設置方式與傳送帶的清潔方式上，由于其只需要簡單的刮板便能滿足需要，因此，涉及刮板的改進較少。

三、發展方向及專利申請趨勢的初步預測

通過申請量的分析可以看出，近年來我國在家畜刮板式清糞裝置領域迎來了一個較快的發展時期，國內未來的一段時間內該方面的專利申請量會較大，隨著畜牧業集約化與自動化的進程，我國在這方面的需求還會繼續增長，但由于起步晚，因此，相關的專利申請的改進點將會呈現出散亂且參差不齊的局面。未來世界范圍內涉及家畜刮板式清糞裝置的專利還是會主要集中在“與地板/糞溝配合使用的家畜刮板式清糞裝置”領域，減少刮糞裝置對動物的傷害、提高裝置的清糞效率和清潔效果、降低生產和維護成本依舊會是本領域的主要改進方向。

此外，智能清糞機械人的出現將給本領域帶來新的發展思路，雖然這些熱點專利并不能很快且大量地投入使用，但其本身包含的自動化程度高、清糞靈活等優點技術都將對本領域以后的發展改進起到重要的啟示和借鑒作用。