Введение
Портативная ручная бензопила с вращающейся цепью
Бензопила (или цепная пила) – это портативная ручная бензопила, которая режет с помощью набора зубьев, закрепленных на вращающейся цепи, движущейся вдоль направляющей шины. Современные бензопилы обычно работают от бензина, электричества или аккумулятора и используются в таких видах деятельности, как валка деревьев, обрубка сучьев, раскряжевка, обрезка, прорубка противопожарных полос при тушении лесных пожаров, заготовка дров, для создания произведений искусства с помощью бензопилы и цепных пилорам, для резки бетона и льда. Предшественники современных бензопил впервые использовались в хирургии, а патенты на пилы с цепью для резки древесины появились в конце XIX века. Бензопила состоит из двигателя, приводного механизма, направляющей шины, режущей цепи, механизма натяжения и средств безопасности. При работе с бензопилой используются различные правила техники безопасности и методы работы.
В хирургии
Происхождение использования цепных пил в хирургии является предметом дискуссий. "Гибкая пила", состоящая из тонкой зубчатой цепи, удерживаемой между двумя деревянными рукоятками, была разработана в конце 18 века (ок. 1783–1785 гг.) двумя шотландскими врачами, Джоном Эйткеном и Джеймсом Джеффри, для симфизиотомии и иссечения пораженной кости соответственно. Она была изображена во втором издании книги Эйткена «Принципы акушерства, или Пуэрперальная медицина» (1785 г.) в контексте тазовой операции. В 1806 году Джеффри опубликовал «Cases of the Excision of Carious Joints», в котором собрал статью, ранее опубликованную Х. Парком в 1782 году, и перевод статьи 1803 года французского врача П. Ф. Моро, с дополнительными наблюдениями Парка и Джеффри. В этой работе Джеффри сообщил, что независимо пришел к идее пилы «с сочленениями, подобными цепи часов», вскоре после первоначальной публикации Парка в 1782 году, но не смог изготовить ее до 1790 года. После этого она использовалась в анатомической лаборатории и иногда предоставлялась хирургам. Парк и Моро описали успешное иссечение пораженных суставов, особенно коленного и локтевого, а Джеффри объяснил, что цепная пила позволит сделать меньший разрез и защитит близлежащие мышцы, нервы и вены. Хотя симфизиотомия была сопряжена со слишком большим количеством осложнений для большинства акушеров, идеи Джеффри об иссечении концов костей получили большее признание, особенно после широкого распространения анестезии. На протяжении большей части 19 века цепная пила была полезным хирургическим инструментом, но в 1894 году ее вытеснила винтовая проволочная пила Джигли, которая была значительно дешевле в производстве и обеспечивала более быстрый и узкий разрез, без риска поломки и застревания в кости. Предшественником современной цепной пилы, используемой в деревообрабатывающей промышленности, был другой медицинский инструмент, разработанный около 1830 года немецким ортопедом Бернхардом Хайне. Этот инструмент, остеотома, имел звенья цепи с небольшими режущими зубьями, края которых были установлены под углом; цепь перемещалась вокруг направляющего лезвия путем вращения рукоятки зубчатого колеса. Как следует из названия, она использовалась для разреза кости.
Для резки древесины
Один из первых патентов на "бесконечную цепную пилу", состоящую из цепи звеньев, несущих зубья пилы, был выдан Фредерику Л. Магу из Флэтлендса, штат Нью-Йорк, в 1883 году, предположительно для производства досок путем натяжения цепи между канавными барабанами. 17 января 1905 года Сэмюэлю Дж. Бенсу из Сан-Франциско был выдан патент на конструкцию, включающую направляющую раму. Первая портативная бензопила была разработана и запатентована в 1918 году канадским плотником Джеймсом Шендом. После того, как его права истекли в 1930 году, его изобретение было доработано немецкой компанией Festo в 1933 году. Компания, ныне известная как Festool, производит портативные электроинструменты. Среди других важных разработчиков современной бензопилы – Джозеф Буфорд Кокс и Андреас Штиль; последний запатентовал и разработал электрическую бензопилу для использования на лесозаготовительных участках в 1926 году и бензиновую бензопилу в 1929 году, а также основал компанию для их массового производства. В 1927 году Эмиль Лерп, основатель Dolmar, разработал первую в мире бензиновую бензопилу и организовал ее серийное производство. Вторая мировая война прервала поставки немецких бензопил в Северную Америку, что привело к появлению новых производителей, включая Industrial Engineering Ltd (IEL) в 1939 году, предшественника Pioneer Saws Ltd и части Outboard Marine Corporation, старейшего производителя бензопил в Северной Америке. В 1944 году Клод Пулан руководил немецкими военнопленными, валявшими лес в Восточном Техасе. Пулан использовал старый крыло автомобиля и изготовил из него изогнутую деталь, служившую для направления цепи. Эта "направляющая дуга" позволила использовать бензопилу одному оператору. Компания McCulloch в Северной Америке начала производство бензопил в 1948 году. Первые модели были тяжелыми, двухместными устройствами с длинными шинами. Зачастую бензопилы были настолько тяжелыми, что оснащались колесами, как у валочных пил. Другие использовали привод от колесного силового агрегата для вращения режущей шины. После Второй мировой войны усовершенствования в области алюминия и конструкции двигателей облегчили бензопилы до такой степени, что их мог переносить один человек. В некоторых регионах бензопилы и скиддеры были заменены феллерами-бункерами и харвестерами. Бензопилы практически полностью вытеснили простые ручные пилы в лесном хозяйстве. Они выпускаются в различных размерах, от небольших электрических пил для дома и сада до больших "лесорубных" пил. Сотрудники инженерных подразделений проходят обучение работе с бензопилами, как и пожарные – для борьбы с лесными пожарами и вентиляции помещений при пожарах. Используются три основных типа заточных устройств для бензопил: ручной напильник, электрическая цепная пила и устройство для крепления на шине. Первая электрическая бензопила была изобретена Штилем в 1926 году. Бензопилы с питанием от сети стали доступны для продажи населению с 1960-х годов, но они не добились такого коммерческого успеха, как бензиновые модели, из-за ограниченного радиуса действия, зависимости от наличия электрической розетки и риска для здоровья и безопасности, связанного с близостью лезвия к кабелю. На протяжении большей части начала XXI века бензиновые бензопилы оставались наиболее распространенным типом, но с конца 2010-х годов они столкнулись с конкуренцией от беспроводных бензопил, работающих от литий-ионных аккумуляторов. Хотя большинство беспроводных бензопил небольшие и подходят только для обрезки живых изгородей и ухода за деревьями, компании Husqvarna и Stihl начали производство полноразмерных бензопил для распиловки бревен в начале 2020-х годов. Ожидается, что доля рынка аккумуляторных бензопил в Калифорнии увеличится в связи с планируемыми к введению в 2024 году государственными ограничениями на использование бензинового садового оборудования.
Двигатель
Двигатели бензопил традиционно представляют собой двухтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания (обычно с объемом цилиндров от 30 до 120 см3) или электродвигатель, работающий от аккумулятора или сетевого кабеля. В бензиновой бензопиле топливо обычно подается в двигатель карбюратором во впускном коллекторе. Гидравлический привод может использоваться в бензопилах для подводных работ. Для обеспечения работы в любом положении современные бензопилы используют диафрагменный карбюратор, который забирает топливо из бака, используя переменный перепад давления в картере. В ранних двигателях использовались карбюраторы с поплавковыми камерами, работающими по принципу гравитации, что приводило к остановке двигателя при наклоне. Карбюратор может нуждаться в регулировке для поддержания оптимальной частоты вращения на холостом ходу и соотношения воздух-топливо, например, при изменении высоты над уровнем моря или при засорении воздушного фильтра. Регулировка карбюратора может выполняться оператором или, в некоторых пилах, автоматически электронным блоком управления. Для предотвращения травм, вызванных вибрацией, и снижения утомляемости оператора, бензопилы обычно оснащаются системой антивибрации, физически разъединяющей рукоятки с двигателем и шиной. Это достигается конструкцией пилы из двух частей, соединенных пружинами или резиновыми элементами, подобно тому, как автомобильная подвеска изолирует шасси от колес и дороги. В холодную погоду возможно образование ледяных пробок в карбюраторе, поэтому многие пилы имеют вентиляционный канал между цилиндрами и карбюратором, который можно открыть для прохождения горячего воздуха. Низкая температура также может способствовать травмам, вызванным вибрацией, и некоторые пилы оснащены небольшим генератором, подключенным к резистивным нагревательным элементам в рукоятках и/или карбюраторе.
Приводный механизм
Обычно используется центрифугирующее сцепление и звездочка. Центрифугирующее сцепление расширяется с увеличением скорости, включая барабан. На этом барабане установлена либо фиксированная, либо сменная звездочка. Сцепление выполняет три функции: когда двигатель работает на холостом ходу (обычно 2500–2700 об/мин), цепь не движется. Когда сцепление включено, а цепь заклинивает в древесине по другой причине, оно защищает двигатель. Но самое главное – оно защищает оператора при отдаче. В этом случае цепной тормоз останавливает барабан, а сцепление немедленно размыкается.
Галка
Нижняя часть цепи движется в направляющей. Здесь цепь подхватывает смазочное масло и доставляет его к передней части (носу). По сути, это толщина звеньев привода.
Нефтяные скважины
На конце силовой головки пилы есть два масляных отверстия, по одному с каждой стороны. Эти отверстия должны совпадать с выходным отверстием масляного насоса. Насос подает масло через отверстие в нижней части шины. Производители шин предлагают широкий ассортимент шин, подходящих для разных пил.
Отверстия для смазки на носу
Через это отверстие подается смазка, как правило, при каждом заполнении резервуара, чтобы поддерживать хорошую смазку передней ведущей звездочки.
Слот для гида
Здесь один или два болта от пилы проходят насквозь. Крышка сцепления надевается поверх шины и фиксируется этими болтами. Количество болтов зависит от размера пилы.
Цепочка резания
Обычно каждый сегмент цепи (который состоит из соединенных металлических секций, похожих на велосипедную цепь, но без роликов) имеет маленькие, острые, режущие зубья. Каждое зубье имеет форму согнутой пластины из хромированной стали с острым угловым или изогнутым краем и двумя скошенными режущими кромками – по одной на верхней и боковой пластинах. Зубья с левым и правым наклоном чередуются в цепи. Цепи изготавливаются с разным шагом и калибром; шаг цепи определяется как половина расстояния между любыми тремя последовательными заклёпками (например, 8 мм, 0,325 дюйма), а калибр – это толщина звена, где оно входит в направляющую шину (например, 1,5 мм, 0,05 дюйма). Цепь стандартного "полного комплекта" имеет один зуб на каждые два звена. Цепь "Full skip" имеет один зуб на каждые три звена. В каждое зубье встроен ограничитель глубины реза или "рекер", который располагается перед зубьем и ограничивает глубину реза, обычно до 0,5 мм (0,025 дюйма). Ограничители глубины реза критически важны для безопасной работы цепи. Если их оставить слишком высокими, рез будет очень медленным; если их сточить слишком низкими, цепь станет более склонной к отдаче. Низкие ограничители глубины реза также вызывают чрезмерную вибрацию пилы. Вибрация неудобна для оператора и вредит пиле.
Механизм напряжения
Натяжение режущей цепи регулируется таким образом, чтобы она не зажималась и не провисала на направляющей шине. Для этого используется натяжитель, который приводится в действие либо поворотом винта, либо ручным колесом. Натяжитель может быть расположен сбоку под выхлопной трубой или встроен в крышку сцепления. Боковые натяжители имеют преимущество в более легкой установке крышки сцепления, но недостаток – затрудненный доступ к шине. Натяжители, расположенные в крышке сцепления, проще в эксплуатации, но сложнее в установке самой крышки. При вращении винта крючок в отверстии шины перемещает шину либо наружу (натягивая цепь), либо внутрь (ослабляя ее). Натяжение считается правильным, если цепь легко перемещается рукой и не провисает на шине. При натяжении удерживайте носок шины поднятым и плотно затягивайте гайки шины. В противном случае цепь может соскочить. На нижней стороне каждого звена расположен небольшой металлический выступ, называемый "ведущим звеном", который фиксирует цепь на шине, помогает распределять смазочное масло по шине и входит в зацепление с ведущей звездочкой двигателя внутри корпуса пилы. Двигатель приводит цепь в движение по окружности посредством центробежного сцепления, включая цепь по мере увеличения оборотов двигателя под нагрузкой, но позволяя ей останавливаться при снижении оборотов до холостого хода. На протяжении многих лет конструкция бензопил постоянно совершенствовалась, включая добавление элементов безопасности. К ним относятся системы цепного тормоза, улучшенная конструкция цепей, более легкие и эргономичные пилы, в том числе системы снижения усталости и антивибрационные системы. С ростом популярности резьбы по дереву бензопилами, производители выпускают специальные короткие шины с узким ведущим зубцом (называемые "четвертной зуб", "никелевый зуб" или "десятичный зуб", в зависимости от размера зубца). Некоторые бензопилы специально разработаны для резьбы. Компания Echo является спонсором серии соревнований по резьбе по дереву.
Содержание
Для смазки двигателя двухтактных бензопил требуется около 2–5% масла в топливе, в то время как двигатель в электрических бензопилах обычно смазывается на весь срок службы. Большинство современных бензиновых пил сегодня требуют топливной смеси 2% (1:50). Бензин, содержащий этанол, может вызвать проблемы с оборудованием, поскольку этанол растворяет пластик, резину и другие материалы. Это приводит к проблемам, особенно со старым оборудованием. Способом решения этой проблемы является использование только свежего топлива и осушение пилы в конце работы. Отдельное масло для цепи или масло для шины используется для смазки шины и цепи на всех типах бензопил. Цепное масло быстро расходуется, так как оно имеет тенденцию отбрасываться центробежной силой цепи и впитывается опилками. В двухтактных бензопилах резервуар для цепного масла обычно заполняется одновременно с дозаправкой. Резервуар обычно достаточно большой, чтобы обеспечить достаточное количество цепного масла между дозаправками. Недостаток цепного масла или использование масла неправильной вязкости – частая причина поломок бензопил, приводящая к быстрому износу шины, заклиниванию или соскакиванию цепи с шины. Помимо своей значительной толщины, цепное масло особенно липкое (благодаря "адгезионным" добавкам), чтобы уменьшить количество масла, разбрызгиваемого с цепи. Хотя моторное масло является распространенной аварийной заменой, оно расходуется еще быстрее, оставляя цепь недостаточно смазанной. Масло перекачивается из небольшого насоса в отверстие в шине. Оттуда нижние звенья цепи захватывают часть масла и направляют его в канавку к концу шины. Выход насоса и отверстие в шине должны быть выровнены. Поскольку шина перемещается вперед и назад в зависимости от длины цепи, маслоотвод на стороне пилы имеет удлиненную изогнутую форму. Чтобы цепи работали эффективно, их необходимо содержать в остром состоянии. Они быстро затупляются при контакте с почвой, металлом или камнями. Затупившиеся цепи производят порошкообразные опилки вместо длинных, чистых стружек, характерных для острых цепей; острая пила также требует минимальных усилий от оператора для погружения в древесину. Для работ, где почва может загрязнить рез, например, при распиловке корней, используются специально закаленные цепи (изготовленные из карбида вольфрама). Явным признаком затупившейся цепи является вибрация пилы. Острая цепь сама втягивается в древесину без приложения усилия. Поскольку воздушный фильтр имеет тенденцию забиваться опилками, его необходимо периодически очищать, но это не является проблемой при нормальной эксплуатации.
Безопасность
Защитная одежда предназначена для защиты операторов в случае касания движущейся цепи к их одежде, заклинивая цепь и звездочку благодаря специальным синтетическим волокнам, вплетенным в ткань. Несмотря на меры безопасности и защитную одежду, травмы все же могут возникнуть при использовании бензопилы из-за больших усилий, связанных с работой, быстро движущейся и острой цепи, а также вибрации и шума оборудования. Распространенная авария происходит из-за отдачи, когда зуб цепи на конце шины зацепляется за древесину, не прорезая ее полностью. Это отбрасывает шину (с движущейся цепью) вверх по дуге в сторону оператора, что может привести к серьезным травмам или даже смерти. Другая опасная ситуация возникает, когда тяжелое бревно начинает падать или смещаться до завершения пропила. Оператор бензопилы может быть зажат или раздавлен. Аналогично, падение бревна в незапланированном направлении может нанести вред оператору или другим работникам, а оператор, работающий на высоте, может упасть или получить травму от падающего бревна. Как и другие ручные инструменты, работа с бензопилами может вызвать вибрационную болезнь (вибрацию белого пальца), тиннитус или промышленную глухоту. Эти симптомы были очень распространены до внедрения демпфирования вибрации с использованием резиновых или стальных пружин. Подогреваемые рукоятки обеспечивают дополнительную защиту. Новые, более легкие и удобные в обращении беспроводные электрические бензопилы используют бесколлекторные двигатели, которые еще больше снижают шум и вибрацию по сравнению с традиционными моделями, работающими на топливе. Риски, связанные с использованием бензопилы, означают, что при работе с ней обычно носят защитную одежду, такую как бензопильные ботинки, штаны и средства защиты слуха, и во многих юрисдикциях требуется, чтобы операторы были сертифицированы или имели лицензию на работу с бензопилами. Травмы также могут возникнуть, если цепь обрывается во время работы из-за плохого обслуживания или попытки резать неподходящие материалы. Бензопилы с двигателем внутреннего сгорания подвергают операторов воздействию вредного угарного газа, особенно в помещениях или на частично закрытых открытых площадках. Запуск бензопилы путем броска ее одной рукой при одновременном вытягивании пускового шнура другой рукой является нарушением техники безопасности в большинстве штатов США. Для безопасной работы с бензопилой необходимо держать обе руки на пиле для обеспечения устойчивости. Безопасное и эффективное использование бензопил и кроссчатов на федеральных землях в Соединенных Штатах было кодифицировано с 2016 года в Заключительной директиве по национальной программе пил, выпущенной Лесной службой Соединенных Штатов, которая определяет процесс обучения, тестирования и сертификации для сотрудников и неоплачиваемых волонтеров, работающих с бензопилами на государственных землях.
Методы работы
Обучение работе с бензопилой предназначено для получения рабочих технических знаний и навыков безопасной эксплуатации оборудования. Оценка ситуации – это разведка и планирование безопасных пропилов с учетом направления валки, опасных зон и путей отхода, перед запуском пилы. Расположение дерева относительно других объектов, его опора и напряжение определяют безопасное падение, отколы или заклинивание пилы. Необходимо учитывать такие факторы, как наклон и изгиб дерева, направление ветра, расположение ветвей, снеговая нагрузка, препятствия, а также поврежденные и гнилые части дерева, которые могут вести себя непредсказуемо при валке. Если слишком опасно или невозможно свалить дерево в нужном направлении, оно может упасть по естественному направлению. Цель – обеспечить безопасное падение дерева для обрезки сучьев и поперечной распиловки бревна. Необходимо избегать падения дерева на другое дерево или препятствие. Валка – после очистки основания дерева от подлеска на пути отхода и в направлении валки, валка выполняется правильно в три основных этапа. Для контроля падения направленная линия пропила должна составлять 1/4 диаметра дерева, образуя клин под углом 45 градусов, который должен быть расположен под углом 90 градусов к направлению валки и строго горизонтально. Сначала делается верхний пропил, затем нижний, формируя направленную линию пропила в точке клина. Узкий или отсутствующий шарнир снижает контроль над направлением валки. С противоположной стороны от клина завершающий пропил выполняется на расстоянии одной десятой диаметра дерева от направляющей линии пропила. Пропил выполняется горизонтально и немного (3,8–5 см) выше нижнего пропила. При правильной настройке шарнира пропил инициирует падение дерева в нужном направлении. Поскольку материал не волокнистый, вероятность обратного удара значительно меньше. Поэтому наиболее распространенным методом резки является погружной пропил, при котором кончик пилы вдавливается в материал. Этот метод позволяет выполнять квадратные пропилы шириной с лезвие пилы. Обратный удар может произойти, если заготовка сместится при почти полном пропиле и зажмет лезвие, но в целом машина менее опасна, чем дроворезная бензопила.
Подводные работы
Цепные пилы используются для подводной резки профессиональными водолазами. Обычно они приводятся в действие гидравлической силой, подаваемой с поверхности, и управляются коммерческими водолазами, использующими оборудование для дайвинга с поддержкой с поверхности. Подводную резку цепными пилами также могут выполнять водолазы служб безопасности. Гидравлические цепные пилы могут использоваться для резки дерева, бетона, кирпича и стали при использовании соответствующей цепи. Подводная резка может выполняться в условиях течения и плохой видимости, что повышает риск, поэтому необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности и использовать подходящие процедуры для обеспечения безопасности. Подводные деревянные конструкции могут включать в себя опоры мостов, пирсы и доковые брусья. Цепные пилы обычно оснащены предохранительным спусковым механизмом с блокировкой и защитным кожухом.