文|咸鱼永不放盐

«——【·前言·】——»

便携式电锯是一个常见的工具，被广泛用于伐木和木材加工。使用这种工具时，需要注意到一些潜在的危险，尤其是回扣的风险。

为了探究便携式电锯切割不同特性木材的回扣风险，有研究人员进行了实验室测试和推论。

«——【·技术发展水平·】——»

便携式电锯会带来严重的伤害风险，特别是对于缺乏经验的用户。

每年美国销售超过300万把新电锯，电锯的使用，导致每年超过2.8万起与电锯有关的伤害事故。电锯的最常见危险是回扣、反冲和拉入，其中回扣是最常见的，并且造成了最大的危害。

回扣只发生在几十分之一秒的时间内，当链条上的一个环与木材接触时，链条会突然停止。按照标准号为ISO9518:1998测试的燃烧式电锯的回扣角度ϕ≤45°，链条平均制动时间t≤0.12s。

以前的出版物研究了不同电锯，或配有不同附件的电锯，在标准纤维板样本上的回扣。

这些研究表明，发动机和切割装置的最大动能，只有很小一部分被传递到电锯本身，导致电锯回扣。大部分能量被链条环切割回扣样本所使用——主要与切割宽度有关。

一些科学研究还涵盖了，有关木材切割效率、木材特性和电锯特性之间关系的理论分析和实证研究，以及链条某些技术参数对回扣角度的影响。

到目前为止，还没有已知的出版物分析不同木材对回扣的影响。这些属性在大部分在开放区域使用电锯进行的工作中可能会发生变化。

值得注意的是，不同木材物种的密度也不同。木材物种在相互之间以及它们的横截面上的硬度也不同。

因此，进行研究以分析实际木材属性对电锯回扣的影响，对于提高使用这些机器的安全性至关重要。

«——【·范围和方法·】——»

测试使用一把带有锁定刹车的链锯进行。锁定刹车不仅需要将刹车杆（用胶带）固定在前把手上，还需要拆下刹车带。

这是必要的，因为在回扣时，即使刹车杆被固定，刹车仍然经常会触发，这会改变所假定的测试条件。

在不同的角度αp下进行测试（从0°到30°，每5°变化）。每个角度αp进行三次回扣测试。

测量并计算了水平（Wh）和旋转（Wr）运动能量及其平均值。如果能量值与平均能值之间的差异大于10％，则进行了三次额外的测试。

在进一步的研究中，使用具有最大回扣能量的测试结果。不同接触角度αp的测试次数取决于测试结果；通常有三到四次测试就足以确定引起最大回扣角度的角度αp。

为了确定与圆柱面（大半径R=160mm和小半径r=80mm）接触时回扣的最大角度，使用了三种不同的接触方式。

这些变量中，每一种都具有不同的x距离，即导杆对称轴与圆柱表面的对称轴之间的距离分别为0、0.5R（r）、0.7R（r）。

测试是在20℃的温度和20%的湿度下进行的，测试的木材样本包括云杉、松木、橡木和山毛榉。

分析链锯回扣期间的木工加工过程时，研究人员测量了用于测试的木材样本（松木、云杉、橡木和山毛榉）的特定切削阻力。

针对四种木材和三种不同的切割宽度排列方式（与链锯回扣期间的木材纤维方向一致）进行了木材切割特定阻力测试。

«——【·性能对回扣的影响·】——»

结果显示，链锯回扣的角度差异很大，范围从15°到52°不等。云杉样本的回扣角度最大，橡木样本的最小。

对于山毛榉和松木样本，获得了相当的链锯回扣角度。

比较不同切割宽度排列方式的结果，可以得出结论，无论木材类型如何，最大的回扣角度都出现在切割宽度排列方式1中，排列方式2中的回扣角度远远最小。

在20℃的温度下，对云杉、橡木和松木样本进行了木材湿度对链锯回扣的影响的调查。

为了获得木材中的特定含水量，样本在气候箱中进行了调节，但为了获得≥60%的含水量，它们还必须放置在带水的容器中。

即便如此，由于这些措施的影响，最大湿度仅在云杉样本中达到了70%。

结果表明，在20-60%的湿度范围内，该参数的增加导致链锯回扣角度的增加。

这些测试是在温度范围为-10到20°C的云杉、松木和橡木样本上进行的。

为了保持被测试样本的低于冰点的温度，除了使用气候室外，还使用了直接位于测试架旁边的冰箱。

低于零度的样本温度（-10°C）导致了小的反弹角度，而当样本温度上升到0°C时，反弹角度最大。

每个样本变体的导向杆对称轴，与圆形木样本对称轴的x距离不同，分别为0、0.5R（r）、0.7R（r）。

所有具有圆柱表面的切口排列2的木材样本，具有比平面样本更小的反弹角度，然而，具有较小圆柱表面半径的样本，与具有较大圆柱表面半径的样本相比，反弹角度更小。

与平面样本相比，样本圆柱表面半径的减小导致最大反弹角度的减小。当改变导向杆轴的x距离时，样本圆柱表面半径为R。最大的反弹角度是在x距离为0.5R的测试变体中获得的。

«——【·导杆上锯链节的运动·】——»

测试结果显示，锯链与木材接触的时间不超过0.1秒，反弹持续时间不超过0.27秒。在测试的样本中，云杉样本的接触时间最短。

引擎转速为9000rpm时，锯链在导向杆上移动的初始速度为20m/s，对于松木样本，速度降至3m/s，而对于云杉和山毛榉样本，则降至7m/s，尽管对于云杉样本，减速更加突然和短暂。

«——【·测试的影响结果·】——»

在测试云杉样本时，反弹角度最大。这些样本中形成的切口不是均匀的。切口显示出锯链反弹期间，存在重阻力和快速锯链制动的锯齿木纤维。然而，对于其他类型的木材，硬度并没有明显影响电锯反弹。

比较不同切口排列的结果，可以得出结论，无论木材类型如何，切口排列1的反弹角度最大，而切口排列2的反弹角度最小。在这种情况下，纤维排列决定了锯链制动或切割过程（通过切割失去反弹能量）。

结果表明，在20-60%的湿度范围内，该参数的增加会导致电锯反弹角度的增加。反弹能量从切割过程中的木材中消散的程度较小。对于云杉样本，60%的湿度导致软化和反弹角度的降低。

无论木材类型如何，当木材处于冰冻状态时，反弹角度最小。低温使纤维结构相对于反弹失去了重要性。因此，木材切割对反弹能量的消散具有显著影响。

当木材解冻至0°C时，反弹角度会增加，这与木材含水量的增加和电锯快速减速（木材卡住）的过程有关，反弹能量在切割过程中的消散参与较少。

测试结果显示，与导杆尖端接触的表面半径增加，反弹角度也会增加。测试采用了切口排列2，即与横截木材相同，导杆尖端可能与圆柱面接触。

圆柱面样本的较小反弹角度（与平面样本相比）表明，在导杆位置0.5和0.7R（r）时，导杆对于木材切割过程的参与更为显著；而在位置0R（r）时，短暂的电锯链条接触木材并没有导致减速。

«——【·木材切削阻力分析·】——»

通过分析电锯在各种木材样本反弹时电锯链速度的变化，可以得出有关反弹过程中样本切割的结论。

快速的电锯链减速（如云杉样本）表明，电锯链在切口中没有进行重负荷切割工作，更多的是制动和抓住木材的过程。制动越快，反弹角度就越大。

电锯链减速的相对较长时间内，可以得出切割过程存在的结论。在这种情况下，减少的越多，用于切割的能量就越大，反弹角度就越小。

电锯切割切口能量（功）的计算结果表明，该能量影响反弹角度。

在所有分析的情况下，更大的切口体积，相当于更大的切割能量，与反弹角度的减小相关。因此，电锯用于切割切口的能量消耗的增加，会减小反弹角度。

考虑到电锯链的实际减速和切割切口工作，在分析的情况下，最大的电锯能量Ep=465.9J，在理论上可能会被传递到电锯本体（导致反弹），但这部分能量大部分被消耗了。

另外，考虑到电锯切割能量相对于其发动机50%效率的增加值，以及最大反弹能量约为电锯能量Ep的10%（即约40J）的事实，在某些情况下，能量平衡只有20%在反弹期间消耗（除了切割能量），可以假设这部分能量在电锯链与木材或导杆的摩擦中或在电锯机构中消耗。

«——【·木材特性和链锯反冲·】——»

测试不同类型木材（榉木、橡木、松木和云杉）的平板样本反弹时，电锯反弹角度的差异为15°-52°。

由于电锯链制动过程的复杂性，该过程取决于木材变形、芯片厚度限制器和切割阻力等因素，测试结果没有显示木材种类（硬度）与反弹角度之间的简单关系。因此，木材的硬度不是显著影响反弹的因素。

云杉样本的反弹角度和风险最大，在反弹后形成的切口具有锯齿状木纤维，表明在反弹过程中，出现了木材抓住和电锯链的快速制动。橡木样本的角度最小，其切口表面均匀，证明了切割过程的存在。

在测试木材平板样本反弹时，反弹角度取决于切口相对于纤维方向的排列方式，从而最有利于减少风险的切口排列方式，是用于木材原木横截面切割的方式。

样本湿度范围为20-60%的情况下，该参数的增加导致电锯反弹角度增加，从而增加操作员的风险。锯链有抓住木材并快速制动的趋势，这可以从在湿木样本中反弹后形成的切口中看出。

无论木材类型如何，冰冻样本的反弹角度最小。在这种情况下，纤维结构对反弹没有如此显著的影响。

留在样本中的切口显示出一种均匀的木材切割过程。这表明在冬季使用电锯的风险最低。

用于木材横截面切割的切口排列测试中，随着与导杆尖端接触的表面半径增加，反弹角度也增加。

与平板样本相比，圆柱面样本的反弹角度较小，这表明在这种情况下，木材切割过程和反弹能量的消散更加显著。对于圆柱面，反弹角度取决于导杆对称轴与样本圆柱面轴的位置关系。

«——【·结论·】——»

根据实验结果，可以得出一些结论：

使用便携式电锯时，应该使用锋利的钉链条或刀片，以降低回扣的风险。

需要注意木材的含水量和直径，避免选择含水量高和直径较小的木材进行切割。

使用电锯时，需要佩戴适当的安全装备，包括手套、护目镜和耳塞等，以保护自己的安全。

便携式电锯是一种非常有用的工具，但也存在潜在的危险。通过实验室测试和推论，可以更好地了解便携式电锯，切割不同特性木材的回扣风险，并采取相应的措施保护自己的安全。

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