淺談小尺寸電圓鋸輔助手柄設(shè)計

丁晨明

（ 萊茵技術(shù)（上海）有限公司，上海 200070 ）

淺談小尺寸電圓鋸輔助手柄設(shè)計

丁晨明

（ 萊茵技術(shù)（上海）有限公司，上海 200070 ）

針對鋸片直徑≤140 mm的小尺寸電圓鋸，在遵循安全標準要求的基礎(chǔ)上，試對其外形設(shè)計獨立凸起的輔助手柄，以防范潛在的機械風(fēng)險，避免安全隱患，使該類產(chǎn)品更符合人體工學(xué)要求。

電動工具；圓鋸；手柄；安全標準；人體工學(xué)

0 引言

早在上世紀90年代，手持式電動工具就已經(jīng)在歐美國家得到廣泛應(yīng)用。因市場需求量大以及工具本身存在的機械風(fēng)險，長期以來成為市場監(jiān)督行為中的重點項目。其中，電圓鋸作為結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的手持式電動工具之一，其安全性越來越受到終端用戶和產(chǎn)品制造商的重視。

1 概述

鋸片直徑≤140 mm的電圓鋸（以下簡稱“小尺寸電圓鋸”）相對而言其外形較小且自重較輕。IEC62841-1、IEC 62841-2-5，EN62841-1、EN 62841-2-5以及GB3883.1、GB 3883.5等標準針對于小尺寸電圓鋸均弱化了輔助手柄的設(shè)計要求。因本文所引用的標準條款大致相同，以下闡述多引用GB標準。

2 標準要求

根據(jù)GB 3883.5，定義如下：

3.101 圓鋸circular saw

用旋轉(zhuǎn)鋸齒刀片鋸割各種材料的工具。

3.107 帶擺動式外護罩的圓鋸 circular saw with outer pendulum guard

作業(yè)時，其下護罩圍在其固定上護罩外作擺動的圓鋸（圖1）。

圖1 帶擺動式外護罩的圓鋸

3.108 帶擺動式內(nèi)護罩的圓鋸 circular saw with inner pendulum guard

作業(yè)時，其下護罩圍在其固定上護罩內(nèi)作擺動的圓鋸（圖2）。

圖2 帶擺動式內(nèi)護罩的圓鋸

3.111 插入型圓鋸 plunge type circular saw

只有一個固定式上護罩；工具不使用時鋸片返回該護罩中的圓鋸（圖3）。

圖3 插入型圓鋸

第8章標志與說明書：

8.1 2.101圓鋸安全說明

a）讓手始終遠離鋸割區(qū)域或鋸片。你的另一只手始終握住輔助手柄或電動機殼。如果雙手都握住圓鋸，就不會被鋸片傷害。

注：對直徑小于或等于140 mm的圓鋸，“你的另一只手按住輔助手柄或電機架”可以省略。

8.1 2.101.2對各種圓鋸的進一步安全說明

雙手緊握圓鋸上的把手，雙臂放置得能抵住回彈力。身體處于圓鋸得任意一側(cè)而不對準鋸片?；貜棔?dǎo)致圓鋸向后彈起，但如果采取了適當?shù)梅纻浯胧?，回彈力可以受操作者的控制?/p>

注：對小于等于140 mm的圓鋸，“雙手”一詞可省略。

第19章機械危險：針對于直徑為140 mm及以下的圓鋸沒有要求，標準僅對鋸片直徑大于140 mm的圓鋸有以下要求：

19.105 最大推薦鋸片直徑大于140 mm的圓鋸至少應(yīng)有兩個手柄。

2 產(chǎn)品問題

從標準條款可見，圓鋸的安全標準對于小尺寸電圓鋸輔助手柄幾乎不作任何要求。然而，根據(jù)歐洲的一次市場投訴案例引起了我們的注意，一批小尺寸電圓鋸出現(xiàn)批量問題。問題表現(xiàn)為：

1）釋放手柄后，圓鋸的防護機構(gòu)無法自動回復(fù)至使其鋸片鎖定的閉合位置。

圖4所示為正常情況下鋸片應(yīng)自動回復(fù)到圓鋸的上防護罩內(nèi)。圖5所示為釋放手柄以后，圓鋸的防護機構(gòu)無法自動回復(fù)到使其鋸片鎖定的閉合位置。

圖4 正常情況

圖5 非正常情況

圖5 所示產(chǎn)品不符合標準中第19章機械危險19.101.3：“插入式圓鋸應(yīng)裝有一個在不使用時，任何推薦可用的鋸片都能夠自動復(fù)位的上護罩……?！?/p>

參考最新版本的的IEC/EN 62841-1和IEC/EN 62841-2-5條款，有如下表述：

19.10 1.3 Saws using a guarding system as shown in Figure 104 shall be equipped with anupper guard into which any blade with a diameter in accordance with 8.3 shall automaticallyretract when not in use and the time required for the blade to retract into upper guard shallbe in accordance with 19.102.4. The upper guard shall lock the blade automatically in theclosed position, when the movement of the base plate is not obstructed by the workpiece.

Compliance is checked by inspection and measurement. The measurement is carried out withthe saw held by the handles and the base plate, initially in the horizontal plane and set tomaximum depth of cut and 0° bevel angle, is released to the blade covering position.

The saw is then placed on a horizontal workpiece with the base plate at bottom. The saw ispressed by the handles downwards to the maximum depth of cut. After releasing thehandles, the saw-unit with the saw-blade shall move upwards and lock automatically in theclosed position.

追述至條款中明確要求：當導(dǎo)向板不與工件接觸以及在正常使用中出現(xiàn)的在任何可能的位置停歇時，上防護罩應(yīng)能自動將鋸片鎖定在閉合位置。

首先將圓鋸水平放置并調(diào)節(jié)至0°的斜切角（即最大切割深度的豎直角度），釋放手柄后鋸片能被護罩覆蓋。

然后將圓鋸的導(dǎo)向板放置在水平工件上，對手柄施加向下的力使圓鋸至最大切割深度。釋放手柄后，帶有鋸片的圓鋸應(yīng)向上回復(fù)且將鋸片鎖定在閉合位置。

以上案例雖只針對插入式圓鋸，但對于帶擺動式護罩的圓鋸，安全標準中第19章機械危險19.102.5“導(dǎo)向板下方的防護”中亦有類似的要求（對應(yīng)IEC標準為19.102.2章節(jié)）：“對于帶拖拉護罩的圓鋸，以及正常使用中處在任何可能的位置時，下護罩應(yīng)自動回復(fù)到閉合位置”。

從上述案例及標準要求中不難看出，小尺寸電圓鋸的防護罩（上防護罩和/或下防護罩）在非切割工作過程中應(yīng)盡量保證在常閉狀態(tài)。齒輪箱和電機等關(guān)鍵部件位于圓鋸的前半部分，即圓鋸的重心亦靠前。受其結(jié)構(gòu)影響，圓鋸較易豎立。為了符合安全要求（防止切割區(qū)域裸露于防護罩之外），防護罩系統(tǒng)的回復(fù)彈力必須較大，方可在理論上抵消圓鋸自身重心力矩和防護罩系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦力，以及實際工藝生產(chǎn)中亦要考慮不利偏差帶來的影響（如：個別圓鋸的防護罩系統(tǒng)工藝不良，內(nèi)部摩擦力較大）。

防護罩系統(tǒng)的回復(fù)彈力增大，使用圓鋸時向下施加的壓力也同步增大，如只設(shè)計單手柄操作，不符合人體工學(xué)要求，操控體驗較差。目前市場可見的小尺寸電圓鋸輔助手柄均為圓鋸前半部分的電機殼體和齒輪箱，其設(shè)計初衷源自于安全標準第19章機械危險：

19.105 手柄

對于質(zhì)量小于6 kg的圓鋸，如果電動機殼體形狀合適，可被視作第二個手柄。

圖6 小尺寸電圓鋸?fù)庑?/p>

圖6 為目前市場多見的小尺寸電圓鋸?fù)獠啃螤?。因其外形尺寸小巧，也僅有電機殼體和齒輪箱可以作為第二握持手柄，但是此種設(shè)計存在一定的安全隱患：未必滿足最接近值限值的要求。

標準要求：從輔助手柄表面定義測量點到任何推薦的鋸片切割區(qū)域最小直線距離應(yīng)為120 mm。通常，采用增加距離、防護欄或擋板等方法可滿足該要求，但由此而來必將導(dǎo)致工具的外形及尺寸增大。

從人體工學(xué)方面來看，電機機殼或齒輪箱并無突出區(qū)域，以此作為輔助手柄，其不足之處是手感較弱；且輔助手柄著力點的力臂較小，不利于操作者操作。

以電機機殼作為輔助手柄的抓持部位，極易遮擋進/出風(fēng)口，對電機內(nèi)部通風(fēng)情況有一定的不良影響，且電機機殼與齒輪箱接近，兩者運行時間過長均易發(fā)熱，同樣給操作者帶來不適感。

3 改進設(shè)計

針對以上問題，考慮并設(shè)計獨立輔助手柄，見圖7，相比上述不足，具有以下優(yōu)勢：

圖7 獨立輔助手柄外形

1）確保機械危險的防護。在歐洲的機械指令和歐標中，考慮到無意識（unintentional）操作帶來的危險，與第8章說明書要求“如兩手都握住電鋸，就不會被鋸片傷害”不謀而合，獨立成形的輔助手柄設(shè)計，避免了無意識（unintentional）因素，與機身（主手柄）相連的前部齒輪箱部位被設(shè)計為凸臺，在使用中，可避免因向前推動工具時而意外滑向鋸片的切割區(qū)域。

2）避免人身傷害。設(shè)置獨立突出成形的輔助手柄，也同步增加輔助手柄到任何推薦的鋸片切割區(qū)域的最小直線距離，同樣可預(yù)防操作者手部因過于接近切割區(qū)域而引發(fā)的人身傷害。

3）更符合人體工學(xué)。在前端齒輪箱上部設(shè)計單獨成形的輔助手柄，操作時，獨立的輔助手柄經(jīng)手部按壓可有效穩(wěn)定工具、減少反彈，幫助推動工具和輔助切割。

4 結(jié)論

安全標準是工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和制造必須遵循的框架和基礎(chǔ)，設(shè)計者應(yīng)考慮到所有標準和條款的限制與要求，結(jié)合人體工學(xué)和易操作等各方面需求，在諸多因素中找到平衡和最佳方案。從目前電動工具市場的相關(guān)產(chǎn)品情況來看，小尺寸電圓鋸（140 mm或更小直徑）獨立輔助手柄設(shè)計可有效提升工具的安全等級，降低可能存在的人身傷害風(fēng)險程度，但因其外形與傳統(tǒng)產(chǎn)品有較大區(qū)別，隨著體積增大，引發(fā)的銷售、包裝和運輸成本也有所增加。市場是否接受，還有待于實際的檢驗。

[1]Electric motor-operated hand-held tools, transportable tools and lawn andgarden machinery-Safety-Part 1: General requirements:IEC 62841-1:2014 [S].

[2]Electric motor-operated hand-held tools, transportable tools and lawn andgarden machinery-Safety-Part 2-5: Particular requirements for hand-held circular saws:IEC 62841-2-5:2014 [S].

[3]全國電動工具標準化技術(shù)委員會.手持式、可移式電動工具和園林工具的安全第1部分：通用要求: GB 3883.1-2014[S].北京:中國標準出版社,2014.

[4]全國電動工具標準化技術(shù)委員會.手持式電動工具的安全第二部分圓鋸和圓刀的專用要求:GB 3883.5-2007[S].北京:中國標準出版社，2007.

Design of Auxiliary Handle for Small-sizedElectric Circular Saw

Ding Chenming

(TüV Rheinland (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai, 200070, China)

For the small-sized electric circular sawwith the blade diameter no more than 140 mm, based on the requirements of the safety standards, this paper developed the auxiliary handle design independently raised, in order to prevent potential mechanical hazard, avoid security risks and meetmore ergonomic requirements.

Electric tools, Circular saw, Handle, Safety standards, Ergonomics

TM08

A

1674-2796（2017）03-0020-04

2017-02-20

丁晨明（1982-）男，大學(xué)本科，主要從事產(chǎn)品安全測試、認證及產(chǎn)品檢驗服務(wù)工作。