顧菁

（上海電動工具研究所（集團）有限公司，上海 200233）

0 引言

基于對全球生態(tài)環(huán)境的保護，用于家庭綠化作業(yè)的手持式或步行移動操作的草坪和園林機械市場需求量呈現(xiàn)強勁上升趨勢。草坪和園林機械作為電動工具產(chǎn)品體系中的重要分支，其在國際電工委員會(International Electro technical Commission，IEC)層級的標準化依賴于電動工具標準體系的整體發(fā)展，同時也獨樹一幟，呈現(xiàn)出自身的特色。本文結(jié)合IEC 電動工具國際標準化工作最新進展，分析草坪和園林機械安全標準體系的基礎(chǔ)特點，研究未來發(fā)展趨勢。

1 體系概況

隨著科技的發(fā)展，新技術(shù)迅速滲入電動工具領(lǐng)域，尤其是動力鋰離子電池、無刷電機、智能控制、變頻技術(shù)等新能源、新技術(shù)、新材料、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，給電動工具行業(yè)帶來了新一輪能源和技術(shù)升級，跨學科的基因誘發(fā)的不僅是整體技術(shù)要求和能力的上升，更是與未來發(fā)展的對接。為了匹配這些變化，IEC TC116 目前已經(jīng)發(fā)布了包括IEC 62841-1:2014《手持式、可移式電動工具和草坪和園林機械的安全 第1 部分：通用要求》[1]以及對應(yīng)專用要求在內(nèi)的第2 部分（手持式電動工具）、第3部分（可移式電動工具）、第4 部分（草坪和園林機械），共計27 項標準，從而形成了一個適應(yīng)最新技術(shù)發(fā)展的標準體系。

IEC 62841 標準體系統(tǒng)一了三大類電動工具產(chǎn)品（IEC 60745 系列手持式電動工具、IEC 61029 系列可移式電動工具和IEC 60335 系列園林電動工具），在安全技術(shù)要求上的內(nèi)在聯(lián)系，既有共性安全要求的統(tǒng)一性，又充分反映特定類型工具安全要求的特殊性，相輔相成，使安全標準的結(jié)構(gòu)更合理、更科學、更完整、更統(tǒng)一，同時規(guī)范了產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)，為相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量提供了充分保障，也為產(chǎn)品在世界范圍的貿(mào)易提供了便利，有利于相關(guān)的認證和檢測。

2 草坪和園林機械安全標準

近年來，IEC TC116 發(fā)布了匹配IEC 62841-1 要求的草坪和園林機械安全標準5 項[2-6]，匹配IEC 60335-1:2020 要求的草坪和園林機械安全標準1 項，[7]相關(guān)標準號及對應(yīng)產(chǎn)品如下：

1）IEC 62841-4-1:2017 Chainsaws（鏈鋸）；

2）IEC 62841-4-2:2014 Hedge trimmers（修枝剪）；

3）IEC 62841-4-3:2020Pedestrian controlled walk-behind lawnmowers（步行控制的電動割草機）；

4）IEC 62841-4-4:2020 Lawn trimmers,lawn edge trimmers,grass trimmers,brush cutters and brush saws（草坪修整機、草坪修邊機、打草機、灌木切割機和灌木鋸）；

5）IEC 62841-4-5]:2021 Grass shears（剪刀型草剪）；

6）IEC 60335-2-107:2021(ED2.1) Robotic battery powered electrical lawnmowers（電池供電的智能草坪割草機）。

目前尚處于制修訂的標準10 項，分別是：

1）IEC 62841-4-1 Chainsaws A1（DC 階段）；

2）IEC 62841-4-2 Hedge trimmers A1（FDIS 階段）；

3）IEC 62841-4-6 Garden blowers,garden vacuums and garden blower/vacuums（吹屑機、吸屑機及吹吸兩用機，處于CDV 階段）；

4）IEC 62841-4-7 Pedestrian controlled walk-behind lawn scarifiers and aerators（步行控制的電動草坪松土機和松砂機，處于CDV階段）；

5）IEC 62841-4-x Chain saws for tree service（林用鏈鋸，處于DC 階段）；

6）IEC 62841-4-x Pole-mounted Pruners（高枝鋸，處于DC 階段）；

7）IEC 62841-4-x Shredders/chippers（碎枝機/削片機，處于DC 階段）；

8）IEC 62841-4-x Robotic Lawnmowers（智能草坪割草機，處于工作組討論階段）；

9）IEC 62841-4-x Ride-on Mowers（騎乘式割草機，處于工作組討論階段）；

10）IEC 62841-4-x Pruner Saws（剪枝鋸，處于工作組討論階段）。

上述兩部分標準對應(yīng)產(chǎn)品的某些要求曾出現(xiàn)在IEC 60745 和IEC 60335（園林部分）體系中，即IEC 62841 草坪和園林機械部分的標準還是充分評估了原有要求的合理性，同時按照技術(shù)的發(fā)展融入新內(nèi)容。此外，草坪和園林機械本身處于產(chǎn)品的迭代和創(chuàng)新中，新產(chǎn)品層出不窮，IEC TC116 也考慮到了市場的需求，同時還對新產(chǎn)品進行必要的安全要求規(guī)范，以達到保護人身安全的目的。

3 基礎(chǔ)特點及發(fā)展趨勢

1）承襲與拓展

體系中的一些園林式產(chǎn)品原先在IEC 60745 和IEC 60335（園林部分）體系中有相應(yīng)的要求，例如修枝剪，IEC 60745-2-15:2006轉(zhuǎn)化為IEC 62841-4-2:2017 時，保留了較多的IEC 60745 體系要求。相關(guān)產(chǎn)品經(jīng)過多年的發(fā)展，也出現(xiàn)了新的變化，作為應(yīng)對，標準中特別增加了針對最大長度不大于3.5 m 延長桿修枝剪的技術(shù)要求，主要體現(xiàn)在標志和說明書、防潮性、機械安全（手柄尺寸、手柄個數(shù)、運行中可調(diào)節(jié)手柄的要求、手部保護、切割器件要求、刀片停止時間、延長桿修枝剪重量分布和肩帶等）、機械強度和附錄等章節(jié)。

在已發(fā)布的標準中，除修枝剪以外，IEC 62841-4-4:2020 對應(yīng)的產(chǎn)品范圍也擴大到了草坪修整機、草坪修邊機、打草機、灌木切割機和灌木鋸。尚在制定中的標準，例如高枝鋸，在制定過程中綜合考慮了鏈鋸和修枝剪的要求，再結(jié)合產(chǎn)品的風險確定技術(shù)要求。

2）完善標志和警示文字

草坪和園林機械作業(yè)期間風險較大，需要對使用者如實告知以確保其操作安全，因此在標志和說明書章節(jié)中首先規(guī)定了安全說明和警告的安全標志，很多源于ISO 3767-3《拖拉機、農(nóng)林機械、動力草坪和園藝設(shè)備操作者控制符號和其它顯示符號動力草坪和園藝設(shè)備用符號》。

此外，在安全說明部分則按照對應(yīng)產(chǎn)品給出了安全警告，對于一些產(chǎn)品還特別列出了較為常見的風險應(yīng)對，例如對鏈鋸有“反彈原因及操作者預(yù)防”，對灌木切割機、灌木鋸和可以被轉(zhuǎn)化成灌木切割機、灌木鋸的打草機有“刀片推力原因及相應(yīng)警告”。其次，大部分草坪和園林機械標準都對通用要求中的投入使用說明、操作說明、保養(yǎng)和售后服務(wù)說明進行了補充和完善，目的就是給使用者足夠的信息以確保安全并且符合預(yù)期設(shè)計的使用產(chǎn)品。

3）SCF 識別

在通用要求基礎(chǔ)上列舉每個產(chǎn)品在機械危險、結(jié)構(gòu)、組件等章節(jié)對應(yīng)要求可能使用的SCF（關(guān)鍵安全功能），按照風險高低等級分別規(guī)定了最低允許的性能等級（PL）。ISO 13849-1:2015 附錄A 介紹了如何確定PL，其高低由傷害的嚴重度（S）進行估計，而對于其發(fā)生的頻率，采用輔助參數(shù)暴露于危險的頻率和時間（F）以及避免危險或限制傷害的可能性（P）來改進估計。這些參數(shù)組成由高到低的風險等級，是一個定性的概念，如圖1 所示。

圖1 用于確定關(guān)鍵安全功能要求的PL的風險圖

目前標準中允許的性能最高等級為c，之后將考慮新增附錄，以允許SCF 對應(yīng)的性能等級為d，即可使用單個MCU 進行保護（由實現(xiàn)SCF 的MCU 進行監(jiān)控，即包含診斷），同時提高SCF 電路并提出監(jiān)控電路的平均危險失效時間（MTTFd）及其測試速率等要求。

4）機械防護要求

基于作業(yè)對象的特殊性，草坪和園林機械部分標準在機械危險、機械強度和結(jié)構(gòu)等章節(jié)濃墨重彩地修改和補充了通用要求，特別關(guān)注到一系列可能產(chǎn)生的機械方面的風險。不少標準條款的制定也是基于較多基礎(chǔ)標準的要求，例如ISO 13857:2019《機械安全——防止上肢和下肢觸及危險區(qū)的安全距離》，確定了工業(yè)和非工業(yè)環(huán)境中的安全距離值，以防止到達機械危險區(qū)。該安全距離值適用于防護結(jié)構(gòu)，標準還提供了關(guān)于阻礙下肢自由進入的距離信息。IEC 62841-4-3、IEC 30335-2-107 直接引用了該標準。

草坪和園林機械部分針對手持式產(chǎn)品主要考慮了對手部可能產(chǎn)生的危險和防護，例如IEC 62841-4-1、IEC 62841-4-2、IEC 62841-4-4 和IEC 62841-4-5 規(guī)定了握持手柄的尺寸、數(shù)量和位置、擋板設(shè)置的要求，對于延長桿，也會有相應(yīng)的規(guī)定。如果產(chǎn)品存在可調(diào)節(jié)手柄或可調(diào)切割器件，在相關(guān)章節(jié)也會給出例如調(diào)節(jié)范圍、強度、耐久性等要求的規(guī)定。對于步行式或便攜式產(chǎn)品，考慮手部和腳部的危險。此外，對于吹吸機、碎枝機等正在制定標準的產(chǎn)品，規(guī)定了風口、進料口、排屑口等各類開口的位置和尺寸，主要目的是防止觸及切割器件。

草坪和園林機械部分的產(chǎn)品可能帶有不同功能的剎車，剎車的可靠性至關(guān)重要。標準通過測量耐久性或跑停等測試后的剎車時間，作為合格性判定的依據(jù)。剎車本身的設(shè)置位置、觸發(fā)條件、強度等也在標準中有所規(guī)定。大部分產(chǎn)品的剎車采用SCF，所以其考核更為復(fù)雜。

此外，草坪和園林機械部分標準中出現(xiàn)頻率較高的要求還包括平衡性、單肩/雙肩帶、拋物試驗、切割器件外殼、護罩等結(jié)構(gòu)完整性、不平衡、對覆蓋在金屬手柄上絕緣材料的試驗等，其中一些要求的測試方法和評價依據(jù)也是通用和經(jīng)典的。

5）對通用要求中21.18 補充

IEC 62841-1 中，21.18 明確草坪和園林機械產(chǎn)品的電源開關(guān)要求由專用要求規(guī)定，因此草坪和園林機械部分的標準必須對這部分進行補充。專用要求中的電源開關(guān)的功能通常由刀片控制器、操作者在場傳感器等實現(xiàn)，通常為不帶接通鎖定裝置的瞬動電源開關(guān)，電源開關(guān)還應(yīng)帶斷開鎖定裝置以防止意外啟動，標準就此提出相應(yīng)的考核要求。同時，以上各功能之間兼顧觸發(fā)順序和觸發(fā)時間的要求。

6）噪聲測試方法

草坪和園林機械部分標準對附錄I 中噪聲的測量做了較大修改，其主要原因是草坪和園林機械屬于戶外工作產(chǎn)品，需要符合歐盟的噪聲指令2000/14/EC。簡單而言，這部分產(chǎn)品主要使用半球面按照ISO 3744 的規(guī)定測量聲功率，產(chǎn)品則置于符合要求的人工地面或自然地面。手持式產(chǎn)品的聲壓級和手持式工具類似，即沒有唯一定義的工作場所，認為在距離工具1 m 的聲壓值是適用的。對于步行式產(chǎn)品，聲壓級則通過一個1.75 m 的成人或仿制品按照要求佩戴揚聲器并在一定的環(huán)境條件下進行規(guī)定的測量后獲得。

7）與ISO 安全標準聯(lián)動

IEC、ISO（國際標準化組織）和ITU（國際電信聯(lián)盟）共同構(gòu)成了國際三大標準化組織。其中，ISO TC23 SC13 動力草坪和花園設(shè)備和ISO TC23 SC17 手動便攜式（手持式）動力草坪和花園設(shè)備及林業(yè)機械已發(fā)布部分以內(nèi)燃機為動力的草坪和園林機械標準。IEC 和ISO制定的標準各有側(cè)重，IEC 主要基于電動類產(chǎn)品，而ISO 主要基于內(nèi)燃機為動力的產(chǎn)品。涉及機械安全方面，IEC 在制定標準時會充分評估ISO 相關(guān)內(nèi)容的合理性和有效性，并予以引用。例如，IEC 62841-4-1:2017 引用了包含ISO 6533:2012 林業(yè)機械 便攜式鏈鋸前護手器的尺寸規(guī)格和間隙在內(nèi)的8 份涉及機械安全的ISO 標準；IEC 62841-4-3:2021 引用了包含ISO 5395-2:2013 園林機械——以內(nèi)燃機為動力的草坪修剪機安全要求 第2 部分：步進式草坪修剪機在內(nèi)的4 份涉及機械安全的ISO 標準。這種模式有利于標準的相互協(xié)調(diào)與認可，也為制造商在產(chǎn)品設(shè)計方面提供便捷，確保了機械安全要求的一致性。因此，相關(guān)的標準化組織也已經(jīng)建立了橫向關(guān)聯(lián)，在各自領(lǐng)域起草標準時邀請對方共同討論技術(shù)要求的確定，以便于標準可以得到相關(guān)利益方的廣泛認可。

IEC TC116 已在2020 年啟動電池式驅(qū)動的騎乘式割草機標準的起草工作，邀請ISO TC23 SC13 建立了聯(lián)合工作組進行共同研究，主要是因為ISO TC23 SC13 在這些產(chǎn)品的機械方面相當專業(yè)，希望雙方的合作能有利于標準的推進。

8）智能要素體現(xiàn)

事實上，電動工具的智能化概念很早就已被嵌入，主要是結(jié)合電子電氣技術(shù)、軟件控制技術(shù)和信息通訊技術(shù)的發(fā)展，使得傳統(tǒng)電動工具概念得到擴展和延伸。電動工具的智能化體現(xiàn)在安全的實現(xiàn)與功能的完善方面，SCF 概念的引入就是為了保障這些智能要素達到一定的可靠性。

IEC 60335-2-107:2021(ED2.1)電池供電的智能草坪割草機是整個IEC 62841 體系中第一份在產(chǎn)品范圍中即予以明確的智能工具標準。該產(chǎn)品不僅會“爬高走低”，修剪山坡以及洼地草坪，還能辨別并有效避讓草地上戲耍的孩童、寵物，確保工具本身安全作業(yè)。這些功能的實現(xiàn)離不開抬起傳感器、傾斜傳感器、障礙物傳感器和翻轉(zhuǎn)傳感器，制造商的設(shè)計方案也不盡相同。當產(chǎn)品的電量不足時，工具可自行返回充電站充電。產(chǎn)品工作時可與互聯(lián)網(wǎng)相連，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)收集用戶使用信息。目前，產(chǎn)品不僅基于邊界分割器，還可以通過GPS 以及3D 視覺識別技術(shù)完成導航。此外，產(chǎn)品涉及路徑規(guī)劃，不排除在未來結(jié)合AI 技術(shù)完成自我學習后的優(yōu)化路徑，結(jié)合目前已在運用中的視覺系統(tǒng)使得割草機真正做到“眼觀六路、耳聽八方”，繼而擁有自己的“思維”實施作業(yè)，當然前提條件是所有功能都處于可靠且受控的狀態(tài)。

9）定義的修改

考慮到“草坪和園林機械”的范圍有或無法完全覆蓋IEC TC 116 未來準備起草的標準所對應(yīng)的產(chǎn)品范圍，因此在IEC 62841-1《手持式、可移式電動工具和草坪和園林機械的安全 第1 部分：通用要求》第二版中將對草坪和園林機械定義進行修改，即加入“注”，體現(xiàn)包含manually portable forestry machinery（手動便攜式林業(yè)機械）的信息，但并不修改標準正文，此外也不修改IEC TC 116 范圍。

10）IP 分類及防潮性要求

IP 等級概念由來已久，電動工具產(chǎn)品安全要求其一章節(jié)即是“分類”，要求工具應(yīng)按照GB 4208 具有恰當?shù)姆乐褂泻M水的防護等級。在“標志和說明書”中也要求標識IPX 0 以外的IP 代碼，“防潮性”則要求按照標識的IP 進行測試。此外，如果標有IP 等級，標準的其余相關(guān)章節(jié)也會有對應(yīng)要求。草坪和園林機械大多在戶外使用，因此產(chǎn)品上的IP 等級高低標識甚至會成為產(chǎn)品參與市場競爭的籌碼。然而，作為使用者，未必能對此加以深究。IPX 4 與“雨中使用”的標識意義是否相同？IP 等級對帶電源線的產(chǎn)品和電池式的產(chǎn)品有何不同？

GB 4208-2008《外殼防護等級(IP 代碼) 》（IEC 60529：2001，IDT）明確表明，IP 代碼的配置中明確可以有“附加字母”和“補充字母”，“補充字母”為“H、M、S、W”，分別代表了不同的含義，見表1。由此可見，補充字母對應(yīng)的測試方法是可以被草坪和園林機械所借鑒的。

表1 補充字母及其含義

為了較好地解決這些問題，IEC TC 116 經(jīng)歷了長時間的討論，并于近期形成DC 文件的第二稿。主要內(nèi)容有：交流鏈鋸不應(yīng)有對應(yīng)于防止水進入工具的等級，且明確“不能暴露雨中”（從分類、標志、防潮性等多方面規(guī)范）。電池式鏈鋸、可拆卸電池包和分體式電池包不應(yīng)有對應(yīng)于防止水進入工具的等級，分類變更為“暴露在雨中”、“允許在雨中使用”、“允許用低壓水清洗”和“允許浸泡在深度不超過1 m 的水中進行清潔”，因此有對應(yīng)的標識和測試要求，測試要求主要對應(yīng)IP 防止水進入工具等級中的M（電機旋轉(zhuǎn)時進行防水測試）和S（電機靜止時進行防水測試）。防潮性測試需要對整機（區(qū)分是否帶電池包）、單獨對電池以及對電池和充電器接合面（區(qū)分是否帶排水系統(tǒng)）測試后的多方面判定。此外，K.9.3 中電池包可觸及獨立端子的接觸面積可能隨不同工作電壓而變化。

4 結(jié)語

綜上所述，已發(fā)布的草坪和園林機械部分的標準與IEC 62841-1 ED1.0 配套使用，尚未完成轉(zhuǎn)化的部分也將跟隨IEC 62841-1 ED1.0要求對應(yīng)形成專用要求。這些標準因其對應(yīng)產(chǎn)品本身的特點以及其受作業(yè)環(huán)境的影響與手持式、可移式電動工具的專用要求有所不同，未來還將伴隨著IEC 62841-1 的更新而產(chǎn)生一套新的草坪和園林機械部分標準，由此可見，標準化的過程始終伴隨著科技發(fā)展和市場驅(qū)動，而安全類標準的目的就是為了將人身受危險的風險程度降到最低，因此標準將始終處于不斷完善中。