长期以来，国内测定油锯锯切效率一直采用手工操作油锯的方法，其测定结果受人为因素影响较大，测试精度不能达到应有的要求。本文中用于测定几种类型锯链锯切效率的试验装置，为国家重点合同标准项目“油锯锯切试验方法——工程法”中所研制的专用锯切试验机。该专用锯切试验机采用恒进锯力方式进锯，具有结构紧凑、进锯阻力小、测试精度高、重复性好、操作简便、适用范围广等优点。

1 锯切效率的测定方法¹⁾(盛大德，1989；林石等，1991)

1) 封晓强.油锯锯切生产率测试方法的研究.南京林业大学硕士学位论文，2000

当油锯直线运动垂直进给锯切等宽度试材时，油锯锯切效率的计算公式为

式中：S为锯切效率，cm²·s^-1；A为锯口面积，cm²；T为对应锯切锯口面积A的锯切时间，s；L为试材宽度，cm；H_m为锯口取值区间高度，cm。

由上式可知，要测定油锯的锯切效率，就是要求试验装置能测定试材宽度L、锯口取值区间高度H_m和锯切时间T的值。

影响油锯锯切效率的因素很多。为了获得具有代表性的测定结果，对试验用油锯的技术状态、木材材种和材性有较严格的规定，同时，锯切时油锯的调整状态、转速、机体温度等因素也有严格的限制。正是对以上诸多方面的改进，使锯切效率测试结果的精度超过了国外同类试验机。

1.1 锯切试验装置

图 1为测定油锯锯切效率的专用锯切试验机结构简图。

测定油锯锯切效率时的进锯方式很多，有摆动式进锯、人力进锯、恒速进锯等方式。摆动式进锯方式的摆臂长度大，试验台架结构笨重，占地面积大；对于恒速进锯方式，由于锯链切削的不连续性和木材材性的不均匀性，使得切削阻力波动较大。在这种情况下，发动机容易失去稳定而导致离合器打滑，不能充分发挥发动机的功率，因而也不能正确地测定油锯的锯切效率；人力进锯方式受人为因素较大，也不能充分发挥发动机的功率(LY/T1198- 1996)。

如果采用重力进锯的恒进锯力机构，就能保持发动机具有较稳定的转速，从而充分发挥发动机的功率，有效地测定油锯锯切效率。图 1中，由移动框架2、钢丝绳4、绳轮3和砝码7组成重力进锯机构。钢丝绳4一端的力为移动框架2及油锯6的重力之和，钢丝绳4另一端的力为砝码7的重力，进锯力为钢丝绳4两端力之差，改变砝码7的重力就可改变进锯力。绳轮3支承在滚动轴承上，并采用直径很小的钢丝绳4，使钢丝绳4绕过绳轮3的阻力降至最低。移动框架2上的滚轮12与导轨5之间的间隙可调节。在调整正常后，移动框架2上下运动的总摩擦阻力(总摩擦阻力包括导轨摩擦阻力及绳轮阻力，绳轮阻力含轴承阻力及钢丝绳僵直阻力等)可小于5N，朝一个方向运动时的阻力波动可小于1N，使进锯力的测试精度控制在±1N范围内。

1.2 锯口面积的测定

测定锯口面积A(A=L×H_m)，即为测定试材宽度L和锯口取值区间高度H_m。

本锯切试验方法中，选用横截面为矩形的试材，上下两面也可为圆柱面，如图 2所示。试材宽度L应为导板有效长度的75%左右。当整块试材达不到应有宽度L时，可用2~3块试材拼合而成。为了减小锯切初始阶段和锯切终了时不稳定性因素的影响，取值区间高度H_m约为试材高度H中部的2/3。视试材横截面的情况，H_m的大小和上下位置可有所调整，以便减少试材缺陷的影响。在图 1专用锯切试验机上，H_m值是由固定在机架1上的两个定触点9之间的距离来保证的。两个定触点可在机架上上、下调节，以获得所需的H_m值和锯链切齿齿尖轨迹在试材中的上下位置。

1.3 锯切时间的测定方法

图 3为图 2专用锯切试验机上测试系统简图。安装在机架上的上、下两个定触点5和安装在移动框架上的一个动触点4，两个定触点之间的距离即为取值区间高度H_m。试验锯切时，随着移动框架向下移动，动触点与上、下定触点相继接触，获得两次信号，通过转换电路6，控制时间记录仪7的走与停，以此测定在取值区间H_m内的锯切时间T，这种自动计时方法的精度可提高到±0.01 s。

本专用锯切试验机还可测定耗油率，即可直接测定油锯锯切时的混合油消耗量Q。在图 3中，安装在移动框架上的动触点4及固定在机架上的两个定触点5在控制转换电路6和控制时间记录仪7走与停的同时，还控制电磁三通阀10油路的切换。实现在锯切高度H_m内，对应锯切时间T内的锯切混合油消耗量Q。再根据机油与燃油混合比，计算得到油锯锯切耗油率。这种测试系统实现了锯切耗油率和锯切效率的同步测量。混合油消耗量Q的测定精度可达到±0.1 cm³(许林云等，2000)。

2 锯链锯切效率的测试实例

参加试验的锯链为德国STIHL 0.404″半方齿锯链、美国OREGON52型方齿锯链和某国产JL10型半方齿锯链。3种锯链的节距都是10.26mm，齿数均相同。切齿的主要几何参数列于表 1中。每种锯链均锋利。试验用油锯为YJ-4型油锯。试验用木材为水曲柳方材，锯口顺序从树梢至树根方向顺序锯切。试验时，进锯力从小到大，再从大到小，测定对应的锯链锯切效率值。并循环重复3次计算得平均值。测试结果见表 2和图 4。

3 测试结果的初步分析

锯链是链锯的切削部件。它是由切齿链片、传动链片、连接片和链轴组合而成的环状封闭链条。在驱动链轮的驱动下，锯链沿着锯导板的导槽作高速回转运动进行锯木。

如图 5所示，切齿有两个切削刃，即侧刃和顶刃。横向锯木时，切齿的侧刃进行端向切削，形成锯口的侧壁。顶刃进行横向切削，形成锯口的底面。切齿的前端为进给量限制器。它的作用是控制切齿切入木材的深度，以使屑片的厚度保持在一定的范围内。切齿的几何参数很多，其中尤以限料量m、侧刃的切削角δ₁、侧刃外形前角γ以及顶刃的切削角δ₂等几何参数对锯切效率的影响最大。

侧刃切削角δ₁对锯切效率有显著的影响。δ₁增大时，侧刃的锋利程度降低，导致单位锯切功上升。反之，δ₁也不是越小越好。δ₁过小引起顶刃偏斜角ψ₁的增大和锯齿上受到的侧向分力的增大，锯链容易失去侧向稳定而使锯切过程恶化。本试验中所用的国产JL10型锯链是一种结构特殊的获得专利申请号的侧平衡锯链，可以采用较小的侧刃切削角δ₁及较大的顶刃偏斜角ψ₁而仍能保持侧向稳定，因而获得了较高的锯切效率。

侧刃外形前角γ对油锯的锯切效率的影响也较大。随着前角γ的增大，导致总的进给阻力减小。适当增大前角γ可以较大程度地降低锯链的进给阻力，减轻操作者的劳动强度。由于顶刃楔角β₂与前角γ密切相关，随着γ的增大，β₂减小。这使顶刃刨起屑片的阻力下降，从而降低了锯切阻力，提高了锯切效率。有人曾对国产JL10型锯链作过试验，发现当γ从-6°55′增加至9°32′时，单位锯切功下降了6%，锯切效率上升了6%。但γ也不是越大越好，γ过大反而会使单位锯切功增大，这是由于过大的γ角将导致锯切过程的不稳定。

限料量m增大时，限料齿上所受到的法向推出力减小，使总的进锯阻力减小。这说明在一定的驱动功率和链速条件下，增大m值可以明显地减小进锯阻力。与此同时，在一定的进锯力条件下，m的增大导致切削力的增大和锯切效率的提高，但这受到油锯发动机输出功率的限制。m的增大在使限料齿上所受到的法向阻力减小的同时，也使限料齿上所受到的切向摩擦阻力减小。这会使单位锯切功变小。但m大于一定值以后，会使屑片厚度过大, 引起锯链停转。

本试验中JL10型锯链采用较小的顶刃楔角β₂，提高了顶刃的锋利性，从而提高了锯切效率(如图 4所示)。在这同时，采用适当的限料量m值，保证了切齿切削时的法向稳定性。

切齿齿形有圆弧形齿、半方型齿和方型齿三种形状。一般认为，圆弧形齿锯链的锯切效率最低，方型齿锯链的锯切效率最高，半方型齿锯链的锯切效率介于两者之间。但实际情况要复杂得多。在切齿角参数相同情况下，方齿锯链因无重复切削而锯切阻力最小。然而切齿的诸多角参数之间存在着一定的制约关系。由于齿尖强度的限制，方齿锯链的切削角β₁、β₂不能太小，前角γ不能太大。而半方齿锯链实际上无齿尖，而是一段过渡刃。因此，半方齿锯链可以采用比方齿锯链更小的β₁、β₂，更大的γ。这样，半方齿锯链的切削阻力不一定比方齿锯链大。这一点，我们在以前的测试中早已被证实。

综合以上分析及图 4中的测试结果可以看出，在实现有效锯切的有限进锯力范围内，三种锯链中国产JL10型半方齿锯链的锯切效率最高，德国STIHL型半方齿锯链其次，美国OREGON52型方齿锯链最低，且前两者的锯切效率比较接近。即国产JL10型锯链和德国STIHL型锯链这两种半方齿锯链的锯切效率反而高于美国OREGON52型方齿锯链的锯切效率。因此锯链的锯切效率不仅与切齿齿形有关，还受许多因素的影响。由于国产JL10型锯链的侧刃切削角δ₁、侧刃楔角β₁、顶刃楔角β₂在三种锯链中最小，侧刃外形前角γ最大，从而减小了切削阻力，有利于增大锯切效率。同时，该锯链采用了特殊的结构，可以平衡锯切过程中产生的侧向力，并选用适当的限料量m值，因而获得了较高的锯切效率。美国OREGON52型锯链尽管是方齿型锯链，但因其侧刃切削角δ₁和顶刃楔角δ₂均较大，所以锯切效率反而最低。