草坪和园林机械国际标准体系趋势研究

顾菁

（上海电动工具研究所（集团）有限公司，上海 200233）

0 引言

基于对全球生态环境的保护，用于家庭绿化作业的手持式或步行移动操作的草坪和园林机械市场需求量呈现强劲上升趋势。草坪和园林机械作为电动工具产品体系中的重要分支，其在国际电工委员会(International Electro technical Commission，IEC)层级的标准化依赖于电动工具标准体系的整体发展，同时也独树一帜，呈现出自身的特色。本文结合IEC 电动工具国际标准化工作最新进展，分析草坪和园林机械安全标准体系的基础特点，研究未来发展趋势。

1 体系概况

随着科技的发展，新技术迅速渗入电动工具领域，尤其是动力锂离子电池、无刷电机、智能控制、变频技术等新能源、新技术、新材料、新工艺的开发和应用，给电动工具行业带来了新一轮能源和技术升级，跨学科的基因诱发的不仅是整体技术要求和能力的上升，更是与未来发展的对接。为了匹配这些变化，IEC TC116 目前已经发布了包括IEC 62841-1:2014《手持式、可移式电动工具和草坪和园林机械的安全 第1 部分：通用要求》[1]以及对应专用要求在内的第2 部分（手持式电动工具）、第3部分（可移式电动工具）、第4 部分（草坪和园林机械），共计27 项标准，从而形成了一个适应最新技术发展的标准体系。

IEC 62841 标准体系统一了三大类电动工具产品（IEC 60745 系列手持式电动工具、IEC 61029 系列可移式电动工具和IEC 60335 系列园林电动工具），在安全技术要求上的内在联系，既有共性安全要求的统一性，又充分反映特定类型工具安全要求的特殊性，相辅相成，使安全标准的结构更合理、更科学、更完整、更统一，同时规范了产品的设计、生产，为相关产品的质量提供了充分保障，也为产品在世界范围的贸易提供了便利，有利于相关的认证和检测。

2 草坪和园林机械安全标准

近年来，IEC TC116 发布了匹配IEC 62841-1 要求的草坪和园林机械安全标准5 项[2-6]，匹配IEC 60335-1:2020 要求的草坪和园林机械安全标准1 项，[7]相关标准号及对应产品如下：

1）IEC 62841-4-1:2017 Chainsaws（链锯）；

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

3）IEC 62841-4-3:2020Pedestrian controlled walk-behind lawnmowers（步行控制的电动割草机）；

4）IEC 62841-4-4:2020 Lawn trimmers,lawn edge trimmers,grass trimmers,brush cutters and brush saws（草坪修整机、草坪修边机、打草机、灌木切割机和灌木锯）；

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（电池供电的智能草坪割草机）。

目前尚处于制修订的标准10 项，分别是：

1）IEC 62841-4-1 Chainsaws A1（DC 阶段）；

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

3）IEC 62841-4-6 Garden blowers,garden vacuums and garden blower/vacuums（吹屑机、吸屑机及吹吸两用机，处于CDV 阶段）；

4）IEC 62841-4-7 Pedestrian controlled walk-behind lawn scarifiers and aerators（步行控制的电动草坪松土机和松砂机，处于CDV阶段）；

5）IEC 62841-4-x Chain saws for tree service（林用链锯，处于DC 阶段）；

6）IEC 62841-4-x Pole-mounted Pruners（高枝锯，处于DC 阶段）；

7）IEC 62841-4-x Shredders/chippers（碎枝机/削片机，处于DC 阶段）；

8）IEC 62841-4-x Robotic Lawnmowers（智能草坪割草机，处于工作组讨论阶段）；

9）IEC 62841-4-x Ride-on Mowers（骑乘式割草机，处于工作组讨论阶段）；

10）IEC 62841-4-x Pruner Saws（剪枝锯，处于工作组讨论阶段）。

上述两部分标准对应产品的某些要求曾出现在IEC 60745 和IEC 60335（园林部分）体系中，即IEC 62841 草坪和园林机械部分的标准还是充分评估了原有要求的合理性，同时按照技术的发展融入新内容。此外，草坪和园林机械本身处于产品的迭代和创新中，新产品层出不穷，IEC TC116 也考虑到了市场的需求，同时还对新产品进行必要的安全要求规范，以达到保护人身安全的目的。

3 基础特点及发展趋势

1）承袭与拓展

体系中的一些园林式产品原先在IEC 60745 和IEC 60335（园林部分）体系中有相应的要求，例如修枝剪，IEC 60745-2-15:2006转化为IEC 62841-4-2:2017 时，保留了较多的IEC 60745 体系要求。相关产品经过多年的发展，也出现了新的变化，作为应对，标准中特别增加了针对最大长度不大于3.5 m 延长杆修枝剪的技术要求，主要体现在标志和说明书、防潮性、机械安全（手柄尺寸、手柄个数、运行中可调节手柄的要求、手部保护、切割器件要求、刀片停止时间、延长杆修枝剪重量分布和肩带等）、机械强度和附录等章节。

在已发布的标准中，除修枝剪以外，IEC 62841-4-4:2020 对应的产品范围也扩大到了草坪修整机、草坪修边机、打草机、灌木切割机和灌木锯。尚在制定中的标准，例如高枝锯，在制定过程中综合考虑了链锯和修枝剪的要求，再结合产品的风险确定技术要求。

2）完善标志和警示文字

草坪和园林机械作业期间风险较大，需要对使用者如实告知以确保其操作安全，因此在标志和说明书章节中首先规定了安全说明和警告的安全标志，很多源于ISO 3767-3《拖拉机、农林机械、动力草坪和园艺设备操作者控制符号和其它显示符号动力草坪和园艺设备用符号》。

此外，在安全说明部分则按照对应产品给出了安全警告，对于一些产品还特别列出了较为常见的风险应对，例如对链锯有“反弹原因及操作者预防”，对灌木切割机、灌木锯和可以被转化成灌木切割机、灌木锯的打草机有“刀片推力原因及相应警告”。其次，大部分草坪和园林机械标准都对通用要求中的投入使用说明、操作说明、保养和售后服务说明进行了补充和完善，目的就是给使用者足够的信息以确保安全并且符合预期设计的使用产品。

3）SCF 识别

在通用要求基础上列举每个产品在机械危险、结构、组件等章节对应要求可能使用的SCF（关键安全功能），按照风险高低等级分别规定了最低允许的性能等级（PL）。ISO 13849-1:2015 附录A 介绍了如何确定PL，其高低由伤害的严重度（S）进行估计，而对于其发生的频率，采用辅助参数暴露于危险的频率和时间（F）以及避免危险或限制伤害的可能性（P）来改进估计。这些参数组成由高到低的风险等级，是一个定性的概念，如图1 所示。

图1 用于确定关键安全功能要求的PL的风险图

目前标准中允许的性能最高等级为c，之后将考虑新增附录，以允许SCF 对应的性能等级为d，即可使用单个MCU 进行保护（由实现SCF 的MCU 进行监控，即包含诊断），同时提高SCF 电路并提出监控电路的平均危险失效时间（MTTFd）及其测试速率等要求。

4）机械防护要求

基于作业对象的特殊性，草坪和园林机械部分标准在机械危险、机械强度和结构等章节浓墨重彩地修改和补充了通用要求，特别关注到一系列可能产生的机械方面的风险。不少标准条款的制定也是基于较多基础标准的要求，例如ISO 13857:2019《机械安全——防止上肢和下肢触及危险区的安全距离》，确定了工业和非工业环境中的安全距离值，以防止到达机械危险区。该安全距离值适用于防护结构，标准还提供了关于阻碍下肢自由进入的距离信息。IEC 62841-4-3、IEC 30335-2-107 直接引用了该标准。

草坪和园林机械部分针对手持式产品主要考虑了对手部可能产生的危险和防护，例如IEC 62841-4-1、IEC 62841-4-2、IEC 62841-4-4 和IEC 62841-4-5 规定了握持手柄的尺寸、数量和位置、挡板设置的要求，对于延长杆，也会有相应的规定。如果产品存在可调节手柄或可调切割器件，在相关章节也会给出例如调节范围、强度、耐久性等要求的规定。对于步行式或便携式产品，考虑手部和脚部的危险。此外，对于吹吸机、碎枝机等正在制定标准的产品，规定了风口、进料口、排屑口等各类开口的位置和尺寸，主要目的是防止触及切割器件。

草坪和园林机械部分的产品可能带有不同功能的刹车，刹车的可靠性至关重要。标准通过测量耐久性或跑停等测试后的刹车时间，作为合格性判定的依据。刹车本身的设置位置、触发条件、强度等也在标准中有所规定。大部分产品的刹车采用SCF，所以其考核更为复杂。

此外，草坪和园林机械部分标准中出现频率较高的要求还包括平衡性、单肩/双肩带、抛物试验、切割器件外壳、护罩等结构完整性、不平衡、对覆盖在金属手柄上绝缘材料的试验等，其中一些要求的测试方法和评价依据也是通用和经典的。

5）对通用要求中21.18 补充

IEC 62841-1 中，21.18 明确草坪和园林机械产品的电源开关要求由专用要求规定，因此草坪和园林机械部分的标准必须对这部分进行补充。专用要求中的电源开关的功能通常由刀片控制器、操作者在场传感器等实现，通常为不带接通锁定装置的瞬动电源开关，电源开关还应带断开锁定装置以防止意外启动，标准就此提出相应的考核要求。同时，以上各功能之间兼顾触发顺序和触发时间的要求。

6）噪声测试方法

草坪和园林机械部分标准对附录I 中噪声的测量做了较大修改，其主要原因是草坪和园林机械属于户外工作产品，需要符合欧盟的噪声指令2000/14/EC。简单而言，这部分产品主要使用半球面按照ISO 3744 的规定测量声功率，产品则置于符合要求的人工地面或自然地面。手持式产品的声压级和手持式工具类似，即没有唯一定义的工作场所，认为在距离工具1 m 的声压值是适用的。对于步行式产品，声压级则通过一个1.75 m 的成人或仿制品按照要求佩戴扬声器并在一定的环境条件下进行规定的测量后获得。

7）与ISO 安全标准联动

IEC、ISO（国际标准化组织）和ITU（国际电信联盟）共同构成了国际三大标准化组织。其中，ISO TC23 SC13 动力草坪和花园设备和ISO TC23 SC17 手动便携式（手持式）动力草坪和花园设备及林业机械已发布部分以内燃机为动力的草坪和园林机械标准。IEC 和ISO制定的标准各有侧重，IEC 主要基于电动类产品，而ISO 主要基于内燃机为动力的产品。涉及机械安全方面，IEC 在制定标准时会充分评估ISO 相关内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 林业机械 便携式链锯前护手器的尺寸规格和间隙在内的8 份涉及机械安全的ISO 标准；IEC 62841-4-3:2021 引用了包含ISO 5395-2:2013 园林机械——以内燃机为动力的草坪修剪机安全要求 第2 部分：步进式草坪修剪机在内的4 份涉及机械安全的ISO 标准。这种模式有利于标准的相互协调与认可，也为制造商在产品设计方面提供便捷，确保了机械安全要求的一致性。因此，相关的标准化组织也已经建立了横向关联，在各自领域起草标准时邀请对方共同讨论技术要求的确定，以便于标准可以得到相关利益方的广泛认可。

IEC TC116 已在2020 年启动电池式驱动的骑乘式割草机标准的起草工作，邀请ISO TC23 SC13 建立了联合工作组进行共同研究，主要是因为ISO TC23 SC13 在这些产品的机械方面相当专业，希望双方的合作能有利于标准的推进。

8）智能要素体现

事实上，电动工具的智能化概念很早就已被嵌入，主要是结合电子电气技术、软件控制技术和信息通讯技术的发展，使得传统电动工具概念得到扩展和延伸。电动工具的智能化体现在安全的实现与功能的完善方面，SCF 概念的引入就是为了保障这些智能要素达到一定的可靠性。

IEC 60335-2-107:2021(ED2.1)电池供电的智能草坪割草机是整个IEC 62841 体系中第一份在产品范围中即予以明确的智能工具标准。该产品不仅会“爬高走低”，修剪山坡以及洼地草坪，还能辨别并有效避让草地上戏耍的孩童、宠物，确保工具本身安全作业。这些功能的实现离不开抬起传感器、倾斜传感器、障碍物传感器和翻转传感器，制造商的设计方案也不尽相同。当产品的电量不足时，工具可自行返回充电站充电。产品工作时可与互联网相连，通过大数据系统收集用户使用信息。目前，产品不仅基于边界分割器，还可以通过GPS 以及3D 视觉识别技术完成导航。此外，产品涉及路径规划，不排除在未来结合AI 技术完成自我学习后的优化路径，结合目前已在运用中的视觉系统使得割草机真正做到“眼观六路、耳听八方”，继而拥有自己的“思维”实施作业，当然前提条件是所有功能都处于可靠且受控的状态。

9）定义的修改

考虑到“草坪和园林机械”的范围有或无法完全覆盖IEC TC 116 未来准备起草的标准所对应的产品范围，因此在IEC 62841-1《手持式、可移式电动工具和草坪和园林机械的安全 第1 部分：通用要求》第二版中将对草坪和园林机械定义进行修改，即加入“注”，体现包含manually portable forestry machinery（手动便携式林业机械）的信息，但并不修改标准正文，此外也不修改IEC TC 116 范围。

10）IP 分类及防潮性要求

IP 等级概念由来已久，电动工具产品安全要求其一章节即是“分类”，要求工具应按照GB 4208 具有恰当的防止有害进水的防护等级。在“标志和说明书”中也要求标识IPX 0 以外的IP 代码，“防潮性”则要求按照标识的IP 进行测试。此外，如果标有IP 等级，标准的其余相关章节也会有对应要求。草坪和园林机械大多在户外使用，因此产品上的IP 等级高低标识甚至会成为产品参与市场竞争的筹码。然而，作为使用者，未必能对此加以深究。IPX 4 与“雨中使用”的标识意义是否相同？IP 等级对带电源线的产品和电池式的产品有何不同？

GB 4208-2008《外壳防护等级(IP 代码) 》（IEC 60529：2001，IDT）明确表明，IP 代码的配置中明确可以有“附加字母”和“补充字母”，“补充字母”为“H、M、S、W”，分别代表了不同的含义，见表1。由此可见，补充字母对应的测试方法是可以被草坪和园林机械所借鉴的。

表1 补充字母及其含义

为了较好地解决这些问题，IEC TC 116 经历了长时间的讨论，并于近期形成DC 文件的第二稿。主要内容有：交流链锯不应有对应于防止水进入工具的等级，且明确“不能暴露雨中”（从分类、标志、防潮性等多方面规范）。电池式链锯、可拆卸电池包和分体式电池包不应有对应于防止水进入工具的等级，分类变更为“暴露在雨中”、“允许在雨中使用”、“允许用低压水清洗”和“允许浸泡在深度不超过1 m 的水中进行清洁”，因此有对应的标识和测试要求，测试要求主要对应IP 防止水进入工具等级中的M（电机旋转时进行防水测试）和S（电机静止时进行防水测试）。防潮性测试需要对整机（区分是否带电池包）、单独对电池以及对电池和充电器接合面（区分是否带排水系统）测试后的多方面判定。此外，K.9.3 中电池包可触及独立端子的接触面积可能随不同工作电压而变化。

4 结语

综上所述，已发布的草坪和园林机械部分的标准与IEC 62841-1 ED1.0 配套使用，尚未完成转化的部分也将跟随IEC 62841-1 ED1.0要求对应形成专用要求。这些标准因其对应产品本身的特点以及其受作业环境的影响与手持式、可移式电动工具的专用要求有所不同，未来还将伴随着IEC 62841-1 的更新而产生一套新的草坪和园林机械部分标准，由此可见，标准化的过程始终伴随着科技发展和市场驱动，而安全类标准的目的就是为了将人身受危险的风险程度降到最低，因此标准将始终处于不断完善中。