家畜刮板式清糞裝置專利技術(shù)綜述

文│吳配全 彭小珍 郭帥 徐茗娟 張偉（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心機(jī)械發(fā)明審查部）

家畜刮板式清糞裝置專利技術(shù)綜述

文│吳配全 彭小珍 郭帥 徐茗娟 張偉（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心機(jī)械發(fā)明審查部）

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，畜牧業(yè)在農(nóng)業(yè)中占有舉足輕重的作用，近年來(lái)我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展迅猛，但規(guī)模擴(kuò)張帶來(lái)的糞尿量也大大增加，而家畜養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的糞尿等排泄物的量較家禽養(yǎng)殖業(yè)又多得多，傳統(tǒng)的人工清糞已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖的需要，因此，近年來(lái)我國(guó)機(jī)械清糞裝置的發(fā)展也相當(dāng)快，而機(jī)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(yǎng)殖中被廣泛地應(yīng)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(tǒng)的大型家畜棚舍中清除糞尿等排泄物的、帶有刮糞板的機(jī)械清糞裝置。

根據(jù)清糞刮板工作的環(huán)境，將檢索到的專利文獻(xiàn)分為三個(gè)主要的類別進(jìn)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(jìn)行刮糞操作的機(jī)械清糞裝置，此處的地板可以是劃分區(qū)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(shè)置的較深的糞溝中進(jìn)行刮糞操作的機(jī)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(shè)置在糞便傳送帶上部、下部或一端以進(jìn)行刮糞操作的機(jī)械清糞裝置。

二、發(fā)展?fàn)顩r

1.申請(qǐng)量分析。采用與家畜刮板式清糞裝置相關(guān)的關(guān)鍵詞配合相關(guān)專利分類號(hào)（主要分類號(hào)為A01K1/01）在中國(guó)專利文獻(xiàn)摘要數(shù)據(jù)庫(kù)（CNABS）和德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫(kù)（DWPI）中進(jìn)行檢索，檢索對(duì)象限定在全球公開(kāi)日或公告日在1969—2014年之間（文中所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)截至日期為2014年1月13日）的發(fā)明和實(shí)用新型專利申請(qǐng)，并對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

◎圖1 各類別家畜刮板式清糞裝置申請(qǐng)量隨年份變化趨勢(shì)圖

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

其中，“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”的申請(qǐng)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(qǐng)量則很少且一直較為平緩，前兩者的申請(qǐng)量則出現(xiàn)過(guò)明顯的波動(dòng)，且變化趨勢(shì)較為一致。究其原因，主要是家畜養(yǎng)殖業(yè)養(yǎng)殖的主要對(duì)象是豬、牛、羊等大型動(dòng)物，且主要的養(yǎng)殖方式是平養(yǎng)，因此，直接在畜舍的地板上設(shè)置刮板來(lái)清糞是最方便也是最適用的方式；設(shè)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(lái)高效快速地將其清除也是一種常見(jiàn)的方式；由于在平養(yǎng)的畜舍中設(shè)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(dòng)物的養(yǎng)殖中較為少見(jiàn)，其主要應(yīng)用于籠養(yǎng)動(dòng)物的糞便清除中。

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

◎圖2 主要國(guó)家/地區(qū)申請(qǐng)量隨年份變化趨勢(shì)圖

結(jié)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(shù)起步初期，該時(shí)段的相關(guān)專利申請(qǐng)量較少且平緩穩(wěn)定，1974年后申請(qǐng)量呈現(xiàn)出驟增的趨勢(shì)，其中有兩個(gè)峰點(diǎn)，第一個(gè)峰點(diǎn)出現(xiàn)在1980年附近，該時(shí)段家畜刮板式清糞裝置專利申請(qǐng)主要以蘇聯(lián)申請(qǐng)為主，而隨著蘇聯(lián)的解體（1991年），該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)總量也有了一個(gè)大幅的回落。第二個(gè)峰點(diǎn)出現(xiàn)在2012年附近，主要是由于中國(guó)畜牧業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致的，從圖2中可看出，中國(guó)的家畜刮板式清糞裝置從2006年左右開(kāi)始迎來(lái)了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，該時(shí)期中國(guó)的家畜刮板式清糞裝置的專利申請(qǐng)量在該領(lǐng)域的總申請(qǐng)量中占了相當(dāng)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(lǐng)域的專利申請(qǐng)量很大，但隨著我國(guó)家畜養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)在該領(lǐng)域的申請(qǐng)量已經(jīng)占到了一個(gè)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(qǐng)量情況?！芭c地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”的申請(qǐng)量占到了總申請(qǐng)量的64%，是該領(lǐng)域技術(shù)改進(jìn)的主體，“與糞溝配合的家畜刮板式清糞裝置”的申請(qǐng)量雖然較前者少，但也相當(dāng)可觀，而“與傳送帶配合使用的家畜刮板式清糞裝置”由于應(yīng)用較少，因此，只占到申請(qǐng)總量的5%。

◎圖3 主要國(guó)家/地區(qū)申請(qǐng)量的占比圖

◎圖4 各類型家畜刮板式清糞裝置申請(qǐng)量的占比圖

2.技術(shù)功效分析。技術(shù)功效分析是展示相關(guān)技術(shù)和其所取得的功效以及二者之間關(guān)系的有效方式，如圖5所示，縱坐標(biāo)為技術(shù)分支，代表相應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域或手段，橫坐標(biāo)為技術(shù)功效，代表相應(yīng)的技術(shù)需求，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的交點(diǎn)氣泡大小表示相應(yīng)技術(shù)分支在該技術(shù)功效區(qū)域的焦點(diǎn)專利的申請(qǐng)量。

與其他功能機(jī)械裝置一樣，家畜刮板式清糞裝置的主要技術(shù)需求同樣體現(xiàn)在提高裝置的工作效率（提高清糞效率）、運(yùn)作效果（提高清潔效果）、自動(dòng)化程度、穩(wěn)定性和牢固性、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)以及降低成本等，但由于家畜刮板式清糞裝置是在畜舍內(nèi)工作，因此，該技術(shù)領(lǐng)域會(huì)涉及一個(gè)較為獨(dú)特的技術(shù)功效——避免刮板運(yùn)作過(guò)程中對(duì)動(dòng)物造成的傷害（提高裝置對(duì)動(dòng)物的安全性）。此外，將刮糞板設(shè)計(jì)為適應(yīng)多種不同的工作場(chǎng)所（擴(kuò)寬裝置的使用范圍）也是本領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)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(jìn)點(diǎn)，而簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)、降低成本、增加裝置的穩(wěn)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(shù)追求。值得注意的是，在提高刮板式清糞裝置對(duì)動(dòng)物的安全性方面，主要涉及的技術(shù)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?yàn)楣伟逯苯釉诩倚蠡顒?dòng)的地板上運(yùn)行最容易對(duì)家畜的蹄部造成傷害，因此，該技術(shù)分支下涉及這方面的改進(jìn)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(shè)置在糞便傳送帶的一端，基本不設(shè)置在家畜活動(dòng)的區(qū)域范圍內(nèi)，因此，該技術(shù)分支下基本不涉及對(duì)動(dòng)物安全性方面的改進(jìn)，此外，該類刮板一般都是一個(gè)簡(jiǎn)單的板狀或片狀刮糞板，因此也不存在簡(jiǎn)化刮糞板的需要。

3.技術(shù)演進(jìn)路線及重點(diǎn)、熱點(diǎn)專利技術(shù)分析。下面將結(jié)合各技術(shù)分支的特點(diǎn)采用該分支下具有代表性的重點(diǎn)和熱點(diǎn)專利來(lái)分析該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)和特點(diǎn)。

（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(yǎng)殖領(lǐng)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(yǎng)的方式有關(guān)。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(dòng)直立刮板來(lái)回運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行清糞，這種刮板清糞裝置的主要缺陷在于其容易刮傷動(dòng)物的蹄部，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致動(dòng)物的腿部卡在地板與刮板間，因此，該技術(shù)問(wèn)題也成了后續(xù) “與地板配合使用的刮板式清糞裝置”類專利申請(qǐng)所主要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

比較典型的早期專利申請(qǐng)，如于1975年申請(qǐng)的美國(guó)專利US4011618A就采用將刮板制作成三菱柱狀，以使刮板移動(dòng)過(guò)程中若遇到動(dòng)物蹄部時(shí)能將其抬升以驅(qū)使動(dòng)物移動(dòng)蹄部或直接走開(kāi)，然而這種簡(jiǎn)單從刮板性狀上改進(jìn)的清糞裝置只能在很小程度上減少對(duì)動(dòng)物的傷害和驚嚇，其刮板末端部分仍可能對(duì)動(dòng)物蹄腳的前端造成傷害，且工作效率低下；于1979年申請(qǐng)的蘇聯(lián)專利SU904613A1給整個(gè)刮板式清糞裝置設(shè)置了一個(gè)梭形框架，并將刮板設(shè)置在框架內(nèi)以避免刮板直接與動(dòng)物腿部碰撞，此外，該刮板式清糞裝置還可以反向運(yùn)動(dòng)，因此，提高了清糞的工作效率；于1985年申請(qǐng)的蘇聯(lián)專利SU1281220A1繼續(xù)在前者的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在清糞裝置的框架內(nèi)側(cè)設(shè)置了向內(nèi)微微翹起的鉸接片，以更好地清除過(guò)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(qǐng)的英國(guó)專利GB2313034A提出了在分欄飼養(yǎng)的家畜刮板式清糞系統(tǒng)中設(shè)置速度調(diào)節(jié)器以更好地調(diào)節(jié)刮糞板運(yùn)行的速度，從而使清糞過(guò)道上的家畜有足夠的時(shí)間避開(kāi)刮糞板；于2007年申請(qǐng)的中國(guó)專利CN201078941Y則將刮糞板設(shè)置為可拆卸的方式，方便組裝和拆卸，從而擴(kuò)寬了裝置的使用范圍，其主刮板和側(cè)刮板都采用橡膠板，可以降低噪音并避免傷害動(dòng)物，此外，為了保證刮糞裝置對(duì)家畜的安全性，該專利還設(shè)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(guò)刮糞裝置，起到充分保護(hù)動(dòng)物的作用；于2011年申請(qǐng)的中國(guó)專利CN202085568U則在刮糞裝置上設(shè)置了位移傳感器和無(wú)線信號(hào)發(fā)射器，當(dāng)刮糞裝置檢測(cè)到前方有動(dòng)物時(shí)能自動(dòng)停止以更好地保護(hù)家畜的安全，這種設(shè)置傳感器的方式能最大限度地減少對(duì)動(dòng)物的傷害，但其清糞效率也會(huì)因此受到影響，之后的專利申請(qǐng)有兼顧減少對(duì)動(dòng)物傷害并致力于提高清糞效率的，如于2013年申請(qǐng)的中國(guó)專利CN203378383U就采用將刮糞板設(shè)置為步進(jìn)移動(dòng)的方式以減少對(duì)家畜的傷害，并同時(shí)將以往由鋼索驅(qū)動(dòng)刮糞板的方式采用導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)，從而同時(shí)避免了鋼索勒傷動(dòng)物，此外，該專利申請(qǐng)還將刮板設(shè)置為側(cè)翼在回程時(shí)自動(dòng)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(hù)家畜的同時(shí)也提高了清糞效率。

◎圖5 家畜刮板式清糞裝置的技術(shù)功效氣泡圖

在改進(jìn)傳統(tǒng)的“與地板配合使用的家畜刮板式清糞裝置”的同時(shí)，該領(lǐng)域也出現(xiàn)了一些較為熱點(diǎn)的專利，比如于2008年申請(qǐng)的荷蘭專利NL2002197C以及于2012年申請(qǐng)的中國(guó)專利CN202941245U都公開(kāi)了一種帶有刮板的智能清糞機(jī)器人，該類機(jī)器人自動(dòng)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(shè)定，其對(duì)動(dòng)物友好，也能方便地清除畜舍內(nèi)任何角落的糞便，但該類刮板式清糞機(jī)器人成本高、不能很好地適應(yīng)不同的地板類型，且在大型牛場(chǎng)等糞污量較大的家畜養(yǎng)殖場(chǎng)所內(nèi)，其清糞效率大大受限，不能滿足實(shí)際的清糞需要。因此，該類熱點(diǎn)專利雖然很早就有提出，但其推廣應(yīng)用范圍大大受限，不過(guò)其不失為未來(lái)家畜刮板式清糞領(lǐng)域的一種發(fā)展方向，能研發(fā)出一種適用范圍廣、清糞效率高的智能機(jī)器人清糞系統(tǒng)必然會(huì)大大降低清糞的勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于提高家畜養(yǎng)殖業(yè)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(tǒng)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(qǐng)出現(xiàn)得也較早。

比較典型的有于1969年申請(qǐng)的德國(guó)專利DE1943845B2，其采用兩塊直立且活動(dòng)設(shè)置的刮板在糞溝中移動(dòng)刮糞；于1982年申請(qǐng)的蘇聯(lián)專利SU1152552A1將糞溝中的刮板的角度設(shè)置為可調(diào)節(jié)的方式，以使刮板在刮完糞返回的過(guò)程中刮板可自動(dòng)翹起以提高清糞效率；于2002年申請(qǐng)的俄羅斯專利RU2224423C2在前者的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將刮糞裝置設(shè)置在漏糞地板下，且同時(shí)設(shè)置前后刮板，刮板的角度可調(diào)節(jié)，且該專利還為刮糞裝置設(shè)置了反向機(jī)構(gòu)，從而能調(diào)整刮板角度實(shí)現(xiàn)雙向清糞，大大提高了清糞的效率；于2008年申請(qǐng)的法國(guó)專利FR2939007A1在以往裝置的基礎(chǔ)上加設(shè)了刮板輔助裝置，以使刮板在糞溝中運(yùn)動(dòng)遇到障礙物使能抬起以避免刮板的損傷，從而延長(zhǎng)了裝置的使用壽命、降低維護(hù)成本并擴(kuò)寬了裝置的使用范圍；于2011年申請(qǐng)的中國(guó)專利CN102487834B公開(kāi)了一種具備仿型塑料板、可適應(yīng)不同形狀糞溝的刮糞裝置，該專利申請(qǐng)還在裝置上設(shè)置了安全離合器，起到過(guò)載保護(hù)的作用，從而延長(zhǎng)裝置的使用壽命、擴(kuò)寬了裝置使用范圍并提高了清糞效率。

從上述專利公開(kāi)的內(nèi)容和改進(jìn)點(diǎn)可以看出，“與糞溝配合使用的刮板式清糞裝置”的主要改進(jìn)點(diǎn)在于提高裝置對(duì)不同形狀糞溝的適應(yīng)性（即擴(kuò)寬裝置的使用范圍）、提高效率并增加裝置的穩(wěn)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(shè)置在漏糞地板下的糞溝中，其檢修與維護(hù)不易，因此，需要保證裝置的牢固耐用，以降低維護(hù)成本。由于直接將糞溝露天設(shè)置在畜舍一側(cè)的情況較少且家畜也極少會(huì)在較深的糞溝中活動(dòng)，因此，對(duì)家畜保護(hù)的改進(jìn)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(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用較少，相關(guān)的專利申請(qǐng)數(shù)量也較少且出現(xiàn)較上述兩種刮板式清糞裝置晚。

比較典型的專利申請(qǐng)有于1979年申請(qǐng)的蘇聯(lián)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(shè)置刮板以將帶上的糞便刮下以便集中處理或運(yùn)走；于1990年申請(qǐng)的蘇聯(lián)專利SU1774845A3采用直接在畜舍地板上設(shè)置傳送帶、在傳送帶一端設(shè)置刮板的形式，并在傳送帶上設(shè)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(qǐng)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(shè)置為可移動(dòng)的傳送帶，這樣家畜采食時(shí)排出的糞便可以直接通過(guò)傳送帶運(yùn)輸并在傳送帶一端通過(guò)刮板清除；于2001年申請(qǐng)的澳大利亞專利AU2002302662A1采用將傳送帶設(shè)置在畜舍漏糞地板下方，為傳送帶設(shè)置清潔裝置并在舍外設(shè)置刮板以提高清糞的效率和清潔效果；于2011年申請(qǐng)的中國(guó)專利CN202232468U公開(kāi)了一種安裝有斜刮板的帶式清糞系統(tǒng)，通過(guò)在帶式清糞系統(tǒng)的內(nèi)部安裝斜刮板可以清除帶式清糞的盲區(qū)，此外該清糞系統(tǒng)還將清糞斜刮板與三腳架采用螺栓連接，便于將刮板單獨(dú)拆下進(jìn)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(shí)間與漏糞地板配合使用，在家畜領(lǐng)域使用較少，主要改進(jìn)點(diǎn)集中在傳送帶的設(shè)置方式與傳送帶的清潔方式上，由于其只需要簡(jiǎn)單的刮板便能滿足需要，因此，涉及刮板的改進(jìn)較少。

三、發(fā)展方向及專利申請(qǐng)趨勢(shì)的初步預(yù)測(cè)

通過(guò)申請(qǐng)量的分析可以看出，近年來(lái)我國(guó)在家畜刮板式清糞裝置領(lǐng)域迎來(lái)了一個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期，國(guó)內(nèi)未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)該方面的專利申請(qǐng)量會(huì)較大，隨著畜牧業(yè)集約化與自動(dòng)化的進(jìn)程，我國(guó)在這方面的需求還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，但由于起步晚，因此，相關(guān)的專利申請(qǐng)的改進(jìn)點(diǎn)將會(huì)呈現(xiàn)出散亂且參差不齊的局面。未來(lái)世界范圍內(nèi)涉及家畜刮板式清糞裝置的專利還是會(huì)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(lǐng)域，減少刮糞裝置對(duì)動(dòng)物的傷害、提高裝置的清糞效率和清潔效果、降低生產(chǎn)和維護(hù)成本依舊會(huì)是本領(lǐng)域的主要改進(jìn)方向。

此外，智能清糞機(jī)械人的出現(xiàn)將給本領(lǐng)域帶來(lái)新的發(fā)展思路，雖然這些熱點(diǎn)專利并不能很快且大量地投入使用，但其本身包含的自動(dòng)化程度高、清糞靈活等優(yōu)點(diǎn)技術(shù)都將對(duì)本領(lǐng)域以后的發(fā)展改進(jìn)起到重要的啟示和借鑒作用。