吕群珍 胡刚翔 金志颖

摘 要：链锯的刹车停止时间和跑停时间是链锯使用安全性的重要指标，产品检验中必须精确测量这两个指标。本文描述一种链锯刹车试验装置，该装置采用气动机构实现单次自动测量，利用光电与光纤传感器测定启动与停止时刻，并采用PLC控制系统自动计算和显示测量结果。试用结果表明，该装置满足相关标准对测试的要求，适用不同型号规格电链锯与油锯的测试，具有测量精确、操作简便、自动化程度高的特点。

关键词：链锯；刹车停止时间；跑停时间；测试装置

1 引言

我国是电链锯、油锯的生产和出口大国，链锯产品的质量及安全性必须满足我国及出口国相应标准要求。链锯的刹车时间和跑停时间是关乎产品使用安全性的重要指标，GB19726、GB3883.14、ISO11681、IEC60745等国家与国际标准中对电链锯、油锯的这两项指标都有严格要求。精确测定刹车时间和跑停时间是评定链锯产品安全性能的重要依据，生产厂家和质量监管部门都需要一种对链锯刹车装置精确测定的测试设备，满足对其产品质量的监控，也对提升我国出口产品质量具有重要意义。

2 刹车时间和跑停时间的标准要求

国标GB3883.14《手持式电动工具的安全 第二部分：链锯的专用要求》第19.107.1规定：链锯的前刹车挡板处于正常工作位置，用质量为0.7kg的摆锤，置于200mm的高度冲击前档板，从摆锤接触到前档板的瞬间到锯链完全停止的时间间隔为刹车制动时间。链锯刹车装置平均制动时间不大于0.12s，最大制动时间不超过0.15s。19.113规定：链锯在空载运行时，从断开开关触头瞬间到锯链完全停止的时间间隔为跑停时间。跑停时间试验在链锯空载下进行。试验程序应包括总共2500个周期。对最初的6个操作周期，链的跑停时间应不超过2s；对试验程序的最后6个周期，链的停歇时间应不超过3s。从打开开关触头开始测量时间。当两个连续齿通过固定点的时间超过10ms则认为链锯停下。

国标GB/T19387-2003《油锯锯链制动器性能》第3.6和6.1.1规定：当摆锤从0.2m的高度落下撞击前护手器时，制动器随着摆锤的突然撞击而起作用。从摆锤撞击前护手器的瞬间到锯链停止运动的瞬间被称为制动时间。为了避免由于锯链和链轮的振动而引起误测，当两个连续的链齿通过测点的时间超过10ms时，认为该锯链已被制动。平均制动时间不大于0.12s，最大制动时间不超过0.15s。国标GB19726.1-2005《林业机械油锯安全要求和试验》第4.4.2规定：链制动器释放力应在20～50N之间。平均制动时间不大于0.12s，最大制动时间不大于0.15s。

上述三个国家标准对链锯的停止时间的跑停时间的要求一致，而且，国际标准ISO11681和IEC60745相关条款对此也有一致的要求。

3 链锯刹车试验装置整体设计

本文描述一种链锯刹车试验装置，该装置采用气动机构实现摆锤自动释放及链锯开关的自动启动，采用光纤传感器测定刹车时刻与锯链停止时刻，计算刹车时间，采用可编程控制器为控制单元，实现自动测试与结果的显示。

3.1 整机结构

该测试装置主要由摆锤释放机构、链锯夹紧机构、开关启动机构、传感装置、控制系统、箱体与保护罩组成装置，组成示意图如图1所示，实物图如图2所示。

摆锤释放机构的作用是将摆锤安放在规定的高度，试验时自动释放摆锤。链锯夹紧机构由左、右二只杠杆揿压式夹具组成，能可靠固定不同型号尺寸链锯。开关启动机构是利用气阀揿压和放松链锯开关，实现自动启停。传感装置由运行光电传感器、刹车光电传感器、光纤测速传感器和传感器支架组成，主要测定刹车时刻和链锯运行时刻；控制系统采用可编程控制器为控制单元，实现测试装置各动作控制、结果计算与显示；箱体用于安放与支撑其他部件，保护罩将链锯的刀链部分罩住，起安全防护作用。

3.2 测试过程

试验时，首先将被测链锯通过左右杠杆揿压式夹具固定在箱体安装孔板上，盖上保护罩。调节摆锤至被测链锯刹车板的释放高度为200mm，调节运行光电传感器和刹车光电传感器位置，使运行光电传感器发出的光束照射在链锯刹车板放松时的位置，刹车光电传感器发出的光束照射在链锯刹车板刹车时的位置。调节可调式支架，使光纤测速传感器发出的光束能准确定位于链锯的刃齿部位。按下控制系统启动按钮，启动气缸压下被测链锯开关，链锯启动。释放气缸带动支承板缩回，摆锤自由下落，撞击被测链锯刹车板，刹车板由放松位置变换至刹车位置，由刹车光电传感器发出刹车开始信号，控制系统记录刹车时刻。光纤测速传感器通过检测刃齿与刃齿间空隙的变化频率来测定链锯的转速，从而判定锯链的停止时刻。由控制系统自动计算刹车时间并通过显示器显示测量结果，完成一次测试。测试原理框图见图3。

3.3 主要构件

（1）摆锤释放机构

为提高测试的自动化程度，摆锤采用气动释放。摆锤释放机构由释放气缸支架、释放气缸、支撑板组成。释放机构安装在立杆上，可沿立杆上下调节安置高度，并用六角螺栓固定。其工作过程是：当启动测试时，释放气缸动作，其活塞杆带动支撑板向左缩回，使摆锤自然落下，开始试验。控制系统复位时，活塞杆带动支撑板伸出复位，用于放置摆锤，进行下次试验。

（2）杠杆揿压式夹具

链锯在运行过程中，会产生较大的振动，安装不可靠，会造成移位，影响试验的正常进行。本装置采用一种杠杆揿压式夹具，在二个位置固定样机，使其牢靠固定。杠杆揿压式夹具结构见图4。

杠杆揿压式夹具采用杠杆连杆机构，通过手柄压至“死点”位置实现固定，抬起手柄即可松开，操作简便。夹具采用工字底座与安装孔板螺栓联接，保证了良好的刚度，采用压杆压紧链锯的外壳，压杆位置可调，通过调节螺杆与螺母可适应不同型号不同高度链锯的装夹固定。压杆端部采用尼龙材料，可吸收链锯运行时的振动。前后夹具采用螺栓固定在安装孔板上，可根据安装需要定位，适应不同链锯固定要求。

（3）传感器选用

前述标准中规定，在链锯刹车后，当两个连续齿通过固定点的时间超过10ms，认为链锯已停止。因此，停止时间的精确测量，关键是判定链锯停止时刻一定要精确，否则影响测试结果，造成误判。本装置采用光纤传感器测定链锯的停止时刻。

光纤传感器是以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送光信号的一种传感器。光纤传感器可应用于位移、振动、转动、压力、弯曲、应变、速度等物理量的检测，光电或电光转换方便，并且能在极少损失甚至不损失信号完整性的前提下远距离传输数据，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、可挠曲、体积小、结构简单等特点，其测量精度高于光电传感器，适应于链锯停止时刻的精确测定。本装置中所选用的是对射型光纤传感器FU-77TZ。

测速光纤传感器后置有放大及调制器，可以设定阀值，达到阀值后可输入开关量到控制系统，从而测定刹车时间。测速光纤探头安装在可调式支架上，根据不同型号链锯锯齿位置调节光纤探头，使光线刚好处于锯齿位置。

光电传感器具有体积小、灵敏度高、频率响应快、重复定位精度高、瞬变过程短、输出功率大、工作稳定可靠及使用寿命长等特点，本装置根据测试要求选用LAS-T18PO/PC20MD型光电传感器，用于链锯刹车启动时刻的测定。

3.4 控制系统

本装置采用S7-200西门子可编程控制器为控制单元，并用液晶屏显示测试结果。控制原理是：按下开关SB1，KM1试样插座、KV2开机汽缸同时得电，链锯开始工作，同时时间继电器开始计时，运行20S至稳定后，时间继电器常开触头闭合，KA3刹车气缸得电，摆锤释放击中挡板输出一个链锯信号，同时输出25401型脉冲信号且计数器开始工作，当传感器得到链锯停止的刹车信号时，脉冲信号停止且计数器停止计数，这时进行计算：周期×次数=时间，显示计算结果。电气原理图见图5。

4 结论

链锯刹车测试装置经多家生产厂家和检测机构实际使用，测量结果复现性好，测试精确度高，满足国内外相关标准的测试要求。

参考文献

[1] GB3883.14-2007.手持式电动工具的安全 第二部分：链锯的专用要求[S].上海：全国电动工具

标准技术委员会，2007.

[2] GB/T19387-2003.油锯锯链制动器性能[S].北京：全国林业机械标准技术委员会，2003.

[3] GB 19726.1-2005.林业机械油锯安全要求和试验[S].北京：全国林业机械标准技术委员会，2005.

[4] 电链锯瞬时运动时间测量系统[P].中国实用新型专利. CN202101847U.公告日：2012年1月4日.

[5] 油锯锯链制动器测试装置[P].中国实用新型专利..CN201149542. 公告日：2008年11月12日.