素食電鋸

許志剛

項(xiàng)目的確立

在農(nóng)村和許多小型工廠中，圓盤臺(tái)鋸的使用量非常大。這種電鋸構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、工作效率高，但這種電鋸在使用時(shí)不小心很容易發(fā)生事故。由于教學(xué)需要，我時(shí)常和村里的木工有來往交流，和他們談起這個(gè)問題時(shí)發(fā)現(xiàn)，他們和他們認(rèn)識(shí)的很多木工幾乎都被這種電鋸傷到過，嚴(yán)重的要落下殘疾。我家對(duì)門的大叔是一位從業(yè)近50年的老木工，20年前，就有一次不小心被這種電鋸鋸掉了2根手指，讓人看了心痛。因此，我非常注意這方面的信息，并了解到已經(jīng)有人想到在人體觸碰到鋸片時(shí)，用斷電、剎車等方法讓鋸片停止轉(zhuǎn)動(dòng)，無奈鋸片等轉(zhuǎn)動(dòng)部分的巨大慣性無法克服，等到鋸片停下來，甚至十幾秒幾十秒時(shí)間已經(jīng)過去，傷害已經(jīng)形成。所以市場(chǎng)上一直沒有實(shí)用的安全臺(tái)鋸出現(xiàn)，只是出現(xiàn)了一些臺(tái)面以上部分的防護(hù)裝置，但這些裝置也給操作者帶來了諸多的不方便。因此本人覺得設(shè)計(jì)一款有安全保障且使用方便的圓盤臺(tái)鋸很有必要。

既然解決問題的難點(diǎn)在于鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大慣性，能否利用這種慣性來達(dá)到保護(hù)的目的？在這種思路的支持下，一款新型安全電鋸的設(shè)計(jì)方案就產(chǎn)生了。

科學(xué)原理

在本項(xiàng)目中，機(jī)械部分的主要組成部分為剎車條和活動(dòng)鋸軸。剎車條可以左右平移，靠在鋸齒上或脫離鋸齒；鋸軸總成是活動(dòng)的，可以向下運(yùn)動(dòng)（見圖1）。正常使用時(shí)，剎車條由鎖扣鎖住，與鋸片保持一定距離（圖2左）；鋸軸總成也被鎖扣固定在一定高度上。2個(gè)鎖扣是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)手觸碰到鋸片時(shí)，由觸碰識(shí)別部分在極短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到電信號(hào)，再把這個(gè)信號(hào)放大，控制脫扣裝置，讓鎖扣裝置動(dòng)作。鎖扣裝置動(dòng)作后，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生2個(gè)動(dòng)作：①在彈簧的牽引下，剎車條向鋸片迅速靠攏（圖2中）；②鋸軸總成解鎖，在彈簧及重力的作用下，鋸軸總成開始向下運(yùn)動(dòng)（圖2右）。雖然慣性會(huì)使鋸片繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但這時(shí)鋸齒已經(jīng)咬住剎車條，由于反沖力的存在，使得鋸片減速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)受到向下移動(dòng)的外力，使得鋸軸總成更加快速地下降，從而使其迅速離開臺(tái)面。鋸片工作時(shí)轉(zhuǎn)速越高，鋸片向下移動(dòng)的速度會(huì)越快。雖然人手觸到鋸片時(shí)，由于人的反應(yīng)速度的滯后，來不及脫離鋸片，但由于鋸片已經(jīng)在向下運(yùn)動(dòng)，開始遠(yuǎn)離手指，從而可以把鋸片對(duì)人的傷害降至最低。

本項(xiàng)目的電子電路部分由隔離變壓器、信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)放大、電磁鐵等部分組成，其原理見圖3。隔離變壓器產(chǎn)生135V的電壓，經(jīng)過電流互感器和限流電阻（限制為最大1mA）接在鋸片與地之間。當(dāng)人手觸到鋸片后，會(huì)在鋸片與地之間形成通路，電流互感器會(huì)把這個(gè)電流檢測(cè)到（本裝置設(shè)計(jì)的可靠動(dòng)作電流是100 uA，人幾乎感覺不到），并將其變成電壓信號(hào)，觸發(fā)可控硅?？煽毓鑼?dǎo)通后，電磁鐵回路隨即導(dǎo)通，使整個(gè)鎖扣機(jī)構(gòu)開始脫扣動(dòng)作。

由于采用了隔離變壓器，檢測(cè)信號(hào)與市電隔離，并且將最大電流限制為不大于1 mA，確保了人身安全。信號(hào)檢測(cè)部分采用了電流互感器，檢測(cè)的是電流信號(hào)，與電壓信號(hào)檢測(cè)的方式相比，受干擾極小，動(dòng)作穩(wěn)定可靠，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)

該裝置的最大創(chuàng)新點(diǎn)在于將鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性加以利用，把慣性力轉(zhuǎn)變?yōu)殇徠蛳逻\(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，在給鋸片減速的同時(shí)，使鋸片迅速脫離臺(tái)面。

采用直流電機(jī)作臺(tái)鋸動(dòng)力源，在電機(jī)斷電的同時(shí)，把電機(jī)的電源線短路使電機(jī)制動(dòng)。

脫扣動(dòng)作的同時(shí)，將電機(jī)與鋸軸的傳動(dòng)脫離。

通過以上多種動(dòng)作聯(lián)合作用，發(fā)生意外時(shí)，可以將鋸片對(duì)人的傷害降到最低，手部可能產(chǎn)生的傷口非常小，最多只需要一張創(chuàng)可貼就可處理。

同類產(chǎn)品情況調(diào)查

在“中國(guó)專利查詢系統(tǒng)”中，以“安全電鋸”為關(guān)鍵詞搜索，只查到1項(xiàng)結(jié)果，早已失效，且沒有查到相關(guān)的資料。在百度搜索引擎中，以“安全電鋸”為關(guān)鍵詞，共得到約208萬個(gè)結(jié)果，但幾乎全部是“電鋸安全使用”方面的內(nèi)容，沒有查到與本設(shè)計(jì)相同或相似的結(jié)果。

進(jìn)一步完善該項(xiàng)目的設(shè)想

本項(xiàng)目雖初步制成，尚有許多地方需要改進(jìn)。

把鋸軸與鋸片脫離，進(jìn)一步降低鋸片的慣性。

改善鎖扣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低脫扣需要的外力，提高脫扣速度。

重新設(shè)計(jì)電子電路，進(jìn)一步縮短響應(yīng)時(shí)間。

臺(tái)面以上部分增加機(jī)械保護(hù)裝置與報(bào)警裝置。

增加除塵、靠尺、深度調(diào)節(jié)、斜切等輔助裝置。

基于以上幾點(diǎn)，本裝置還有較大的改進(jìn)空間，在今后的制作中應(yīng)逐步完善，力爭(zhēng)打造一款多方位保護(hù)的安全電鋸。

專家評(píng)語

項(xiàng)目研究了一種安全電鋸，利用慣性力使得臺(tái)鋸的鋸片迅速離開臺(tái)面并停止轉(zhuǎn)動(dòng)，減輕對(duì)使用者的傷害。方案合理，構(gòu)思巧妙，有較好的創(chuàng)新性，有很好的實(shí)用性和應(yīng)用前景。