منشار كهربائي

ابتكر الطبيبان الاسكتلنديان جون أيتكن وجيمس جيفري ، في أواخر القرن الثامن عشر ( حوالي 1783-1785 )، "منشارًا مرنًا" يتألف من سلسلة حلقات مسننة دقيقة مثبتة بين مقبضين خشبيين، وذلك لإجراء بضع الارتفاق العاني واستئصال العظام المريضة، على التوالي. ^{[ 2 ]} وقد تم توضيحه في الطبعة الثانية من كتاب أيتكن " مبادئ التوليد، أو طب النفاس " (1785) في سياق عملية بضع الحوض . ^{[ 3 ]} وفي عام 1806، نشر جيفري كتاب "حالات استئصال المفاصل المتسوسة" ، الذي جمع فيه بحثًا سبق أن نشره هـ. بارك عام 1782 وترجمة بحث نُشر عام 1803 للطبيب الفرنسي ب. ف. مورو، مع ملاحظات إضافية من بارك وجيفري. ^{[ ٤ ]} ذكر جيفري في كتابه أنه توصل إلى فكرة منشار "بمفاصل تشبه سلسلة الساعة" بشكل مستقل بعد فترة وجيزة من نشر بارك لكتابه الأصلي عام ١٧٨٢، لكنه لم يتمكن من إنتاجه حتى عام ١٧٩٠، وبعدها استُخدم في مختبر التشريح وأُعير أحيانًا للجراحين. وصف بارك ومورو استئصالًا ناجحًا للمفاصل المصابة، وخاصة الركبة والمرفق، وأوضح جيفري أن المنشار الآلي سيسمح بجرح أصغر ويحمي العضلات والأعصاب والأوردة المجاورة. ^{[ ٥ ]} في حين أن عملية بضع الارتفاق العاني كانت تنطوي على مضاعفات كثيرة بالنسبة لمعظم أطباء التوليد، أصبحت أفكار جيفري حول استئصال نهايات العظام أكثر قبولًا، خاصة بعد الانتشار الواسع لاستخدام التخدير. خلال معظم القرن التاسع عشر، كانت المنشار الآلي أداة جراحية مفيدة، ولكن تم استبداله في عام 1894 بمنشار جيجلي ذي السلك الملتوي ، والذي كان أرخص بكثير في التصنيع، وأعطى قطعًا أسرع وأضيق، دون خطر الكسر والانحشار في العظم. ^{[ 6 ]}

كانت أداة طبية أخرى، طُوِّرت حوالي عام 1830 على يد الميكانيكي الألماني المتخصص في الميكانيكا الدقيقة وجراحة العظام، برنارد هاين ، بمثابة سلف للمنشار الآلي المعروف اليوم في صناعة الأخشاب. كانت هذه الأداة، المسماة "المِقْطَع العظمي" ، تتكون من حلقات سلسلة تحمل أسناناً قاطعة صغيرة ذات حواف مائلة؛ وكانت السلسلة تُحرَّك حول نصل موجه عن طريق تدوير مقبض عجلة مسننة. وكما يوحي الاسم، فقد استُخدمت هذه الأداة لقطع العظام. ^{[ 7 ]}

مُنحت إحدى أقدم براءات الاختراع لـ"آلة نشر بالسلسلة" تتألف من سلسلة من الحلقات تحمل أسنان منشار، إلى فريدريك إل. ماجاو من فلاتلاندز، نيويورك، عام 1883، على ما يبدو لغرض إنتاج ألواح خشبية عن طريق شد السلسلة بين أسطوانتين محززتين. ^{[ 8 ] [ 9 ]} وفي وقت لاحق، مُنحت براءة اختراع تتضمن إطار توجيه إلى صموئيل جيه. بنز من سان فرانسيسكو في 17 يناير 1905، وكان هدفه قطع أشجار الخشب الأحمر العملاقة. ^{[ 10 ]} طُوّر أول منشار كهربائي محمول وحصل على براءة اختراع عام 1918 على يد جيمس شاند، وهو صانع طواحين كندي. ^{[ 11 ] [ 12 ]} وبعد أن سمح بانقضاء حقوقه عام 1930، طُوّر اختراعه بشكل أكبر من قبل ما أصبح لاحقًا شركة فيستو الألمانية عام 1933. وتُنتج الشركة، التي تعمل الآن باسم فيستول ، أدوات كهربائية محمولة. ومن المساهمين المهمين الآخرين في المنشار الكهربائي الحديث جوزيف بوفورد كوكس وأندرياس ستيل . قام الأخير بتسجيل براءة اختراع وتطوير منشار كهربائي للاستخدام في مواقع تقطيع جذوع الأشجار عام 1926 ^{[ 13 ]} ، ومنشار يعمل بالبنزين عام 1929، وأسس شركة لإنتاجهما بكميات كبيرة. وفي عام 1927، قام إميل ليرب ، مؤسس شركة دولمار ، بتطوير أول منشار يعمل بالبنزين في العالم، وقام بإنتاجه بكميات كبيرة. ^{[ 14 ]}

أدت الحرب العالمية الثانية إلى انقطاع إمدادات المناشير الألمانية إلى أمريكا الشمالية، مما أدى إلى ظهور شركات تصنيع جديدة، بما في ذلك شركة الهندسة الصناعية المحدودة (IEL) في عام 1939، وهي الشركة السابقة لشركة بايونير ساو المحدودة وجزء من شركة أوت بورد مارين ، وهي أقدم شركة مصنعة للمناشير في أمريكا الشمالية. ^{[ 15 ]}

طُرحت أول منشار كهربائي فردي في عام 1950، على الرغم من أنه كان ثقيلاً نسبياً. وبحلول عام 1959، بلغ متوسط ​​وزنه حوالي 12  كيلوغراماً (أما اليوم، فيتراوح وزن المناشير الكهربائية عادةً بين 4 و5  كيلوغرامات، بينما تتراوح أوزان الطرازات الثقيلة بين 7 و9  كيلوغرامات)، وسرعان ما حظي باهتمام واسع. ^{[ 16 ]}

بدأت شركة ماكولوتش في أمريكا الشمالية بإنتاج المناشير الآلية عام 1948. كانت النماذج الأولى ثقيلة، وتتطلب شخصين، وتتميز بقضبان طويلة. في كثير من الأحيان، كانت المناشير الآلية ثقيلة لدرجة أنها كانت مزودة بعجلات مثل مناشير الجر . واستخدمت بعض الأنواع الأخرى أسلاكًا مدفوعة من وحدة طاقة ذات عجلات لتحريك قضيب القطع. ^{[ 17 ]}

طُوِّرت المكربنات المزودة بأغشية دوارة وعائمة بعد الحرب، مما مكّن المناشير الحديثة من العمل في أي وضعية دون خطر الفيضان أو نقص الوقود. بالإضافة إلى ذلك، لعب استخدام مواد أخف وزنًا دورًا حاسمًا في تطوير المنشار اليدوي الحديث. ^{[ 18 ]}

تستخدم عمليات قطع الأشجار مجموعة متنوعة من هذه الآلات المتخصصة، لكن القطع اليدوي باستخدام آلة سحب الكابلات (حيث لا يزال من الممكن استخدام الجرارات والخيول) لا يزال يمثل طريقة مجدية وفعالة من حيث التكلفة لكسب العيش كحطاب. ^{[ 19 ]}

تُصنع هذه المناشير بأحجام متنوعة، بدءًا من المناشير الكهربائية الصغيرة المُخصصة للاستخدام المنزلي والحدائقي، وصولًا إلى المناشير الكبيرة المُخصصة لقطع الأشجار. ويتلقى أفراد وحدات الهندسة العسكرية تدريبًا على استخدام المناشير الآلية، كما يتلقى رجال الإطفاء تدريبًا على مكافحة حرائق الغابات وتهوية المباني المُحترقة. ^{[ 20 ]}

تُستخدم ثلاثة أنواع رئيسية من أدوات شحذ المناشير: المبرد اليدوي، والمنشار الكهربائي، والمثبت على القضيب.

اخترعت شركة ستيل أول منشار كهربائي في عام 1926. ^{[ 21 ]} أصبحت المناشير السلكية متاحة للبيع للجمهور ابتداءً من ستينيات القرن العشرين، ^{[ 22 ]} لكنها لم تحقق نجاحًا تجاريًا مماثلًا للأنواع القديمة التي تعمل بالبنزين نظرًا لمدى عملها المحدود، واعتمادها على وجود مقبس كهربائي ، بالإضافة إلى مخاطر السلامة والصحة الناجمة عن قرب الشفرة من السلك. ^{[ 23 ]}

خلال معظم أوائل القرن الحادي والعشرين، ظلت المناشير التي تعمل بالبنزين هي النوع الأكثر شيوعًا، لكنها تواجه منافسة من المناشير اللاسلكية التي تعمل ببطاريات الليثيوم منذ أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. ^{[ 24 ]} على الرغم من أن معظم المناشير اللاسلكية صغيرة الحجم ومناسبة فقط لتقليم الأشجار والشجيرات ، ^{[ 25 ]} فقد بدأت شركتا هوسكفارنا وستيل في تصنيع مناشير كهربائية كاملة الحجم لقطع جذوع الأشجار خلال أوائل العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين. ^{[ 26 ]} من المتوقع أن تشهد المناشير التي تعمل بالبطاريات زيادة في حصتها السوقية في كاليفورنيا نظرًا للقيود الحكومية المقرر تطبيقها في عام 2024 على معدات البستنة التي تعمل بالبنزين. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

تُصنع محركات المناشير الآلية تقليديًا إما من محركات احتراق داخلي تعمل بالبنزين (عادةً ما يتراوح حجم أسطوانتها بين 30 و120 سم مكعب) ثنائية الأشواط أحادية الأسطوانة ، أو من محركات كهربائية تعمل ببطارية أو سلك كهربائي. في المنشار الآلي الذي يعمل بالبنزين، يُزود المحرك بالوقود عادةً عبر مكربن ​​عند مدخل الهواء. وقد فُضّلت المحركات ثنائية الأشواط في المناشير الآلية نظرًا لنسبة قدرتها العالية إلى وزنها وبساطتها. ^{[ 29 ]} 

يمكن استخدام الطاقة الهيدروليكية لتشغيل المناشير الآلية تحت الماء. ^{[ 30 ]}

لتمكين استخدامها في أي وضعية، تستخدم المناشير الحديثة التي تعمل بالبنزين مكربنًا غشائيًا، يسحب الوقود من الخزان باستخدام فرق الضغط المتناوب داخل علبة المرافق. أما المحركات القديمة فكانت تستخدم مكربنات ذات غرف عائمة تعمل بالجاذبية ، مما كان يتسبب في توقف المحرك عند إمالته. قد يلزم ضبط المكربن ​​للحفاظ على سرعة دوران مناسبة ونسبة هواء إلى وقود ملائمة ، كما هو الحال عند الانتقال إلى ارتفاعات أعلى أو أقل، أو عند انسداد فلتر الهواء. يتم ضبط المكربن ​​إما يدويًا أو تلقائيًا بواسطة وحدة تحكم إلكترونية في بعض المناشير .

للوقاية من الإصابات الناتجة عن الاهتزازات وتقليل إجهاد المستخدم، تحتوي المناشير عادةً على نظام مضاد للاهتزازات يفصل المقابض فعليًا عن المحرك والمنشار. ^{[ 31 ]} ويتحقق ذلك بتصميم المنشار من قطعتين متصلتين بنوابض أو مطاط، تمامًا كما يعزل نظام تعليق السيارة هيكل السيارة عن العجلات والطريق. ^{[ 32 ]} في الطقس البارد، قد يتجمد المكربن، لذا تحتوي العديد من المناشير على فتحة تهوية بين الأسطوانات والمكربن، يمكن فتحها للسماح بمرور الهواء الساخن. كما أن انخفاض درجة الحرارة قد يُسهم في الإصابات الناتجة عن الاهتزازات، ^{[ 33 ]} ولذا تحتوي بعض المناشير على مولد كهربائي صغير متصل بعناصر تسخين مقاومة في المقابض و/أو المكربن.

يُستخدم عادةً قابض طرد مركزي مع ترس  . يتمدد القابض مع زيادة السرعة، مُشغِّلاً أسطوانة. على هذه الأسطوانة، يوجد إما ترس ثابت أو ترس قابل للاستبدال. للقابض ثلاث وظائف: عندما يكون المحرك في وضع الخمول (عادةً 2500-2700 دورة في الدقيقة)، لا تتحرك السلسلة. عندما يكون القابض مُشغَّلاً وتتوقف السلسلة في الخشب لأي سبب آخر، فإنه يحمي المحرك. والأهم من ذلك، أنه يحمي المُشغِّل في حالة الارتداد. في هذه الحالة، تُوقف فرامل السلسلة الأسطوانة، ويتحرر القابض فورًا.

يُستخدم قضيب توجيه، وهو عادةً قضيب طويل ذو طرف مستدير مصنوع من فولاذ سبيكي مقاوم للتآكل، ويتراوح طوله عادةً بين 40 و90 سم (15.5 إلى 35.5 بوصة) . ويقوم شقٌّ على حافته بتوجيه سلسلة القطع. كما استُخدمت في السابق قضبانٌ خاصة على شكل حلقات، تُسمى قضبان القوس، لتقطيع جذوع الأشجار وإزالة الشجيرات، إلا أنها أصبحت نادرة الاستخدام الآن بسبب ازدياد مخاطر التشغيل.  

يتحرك الجزء السفلي من السلسلة داخل المقياس. هنا، تسحب السلسلة زيت التشحيم إلى طرفها. وهذا يمثل في الأساس سُمك حلقات القيادة.

• 0.063 بوصة أو 1.6 مم  
• 0.058 بوصة أو 1.5 مم  
• 0.050 بوصة أو 1.3 مم  
• 0.043 بوصة أو 1.1 مم  

يحتوي طرف رأس منشار الطاقة على فتحتين لتزييت الزيت، واحدة على كل جانب. يجب أن تتطابق هاتان الفتحتان مع مخرج مضخة الزيت. تقوم المضخة بضخ الزيت عبر الفتحة الموجودة في الجزء السفلي من مقياس الزيت. توفر شركات تصنيع قضبان المناشير تشكيلة واسعة من القضبان التي تناسب مختلف أنواع المناشير.

يتم ضخ الشحم من خلال فتحة في مقدمة القضيب، وعادة ما يتم ملء كل خزان للحفاظ على تزييت ترس المقدمة بشكل جيد.

يمر مسمار أو اثنان من المنشار عبر فتحة توجيه. يوضع غطاء القابض فوق القضيب ويُثبّت بواسطة هذه المسامير. يتحدد عدد المسامير بحجم المنشار.

تتوفر أنواع مختلفة من القضبان:

• تتكون القضبان المصفحة من طبقات مختلفة لتقليل وزن القضيب.
• القضبان الصلبة مصنوعة من الفولاذ الصلب، وهي مصممة للاستخدام المهني. وعادةً ما يكون لها طرف قابل للاستبدال، لأن الترس الموجود في طرف القضيب يتآكل أسرع من القضيب نفسه.
• قضبان الأمان عبارة عن قضبان مصفحة مزودة بترس صغير في مقدمتها. يقلل هذا الترس الصغير من ارتداد المنشار. تُستخدم هذه القضبان في المناشير المنزلية.

عادةً، تحتوي كل قطعة في السلسلة (المصنوعة من أجزاء معدنية مثبتة بمسامير تشبه سلسلة الدراجة ، ولكن بدون بكرات ) على أسنان صغيرة حادة قاطعة. يأخذ كل سن شكل لسان مطوي من الفولاذ المطلي بالكروم بزاوية حادة أو منحنية وحافتين قاطعتين مشطوفتين، واحدة على الصفيحة العلوية والأخرى على الصفيحة الجانبية. تتناوب الأسنان اليمنى واليسرى في السلسلة. تُصنع السلاسل بأطوال وسماكات مختلفة؛ يُعرَّف طول السلسلة بأنه نصف الطول الذي تغطيه أي ثلاثة مسامير متتالية (مثل 8  مم، 0.325  بوصة)، بينما السماكة هي سُمك وصلة القيادة عند نقطة تثبيتها في قضيب التوجيه (مثل 1.5  مم، 0.05  بوصة). تحتوي السلسلة التقليدية "كاملة العدد" على سن واحد لكل وصلتي قيادة. أما السلسلة "كاملة التخطي" فتحتوي على سن واحد لكل ثلاث وصلات قيادة. يحتوي كل سن من أسنان المنشار على مقياس عمق أو "محدد" يتحرك أمام السن ويحد من عمق القطع، عادةً إلى حوالي 0.5  مم (0.025 بوصة). تُعد مقاييس العمق بالغة الأهمية لضمان التشغيل الآمن للسلسلة. فإذا كانت مرتفعة جدًا، فإنها تتسبب في قطع بطيء للغاية؛ وإذا كانت منخفضة جدًا، تصبح السلسلة أكثر عرضة للارتداد. كما أن انخفاض مقاييس العمق يتسبب في اهتزاز المنشار بشكل مفرط. هذا الاهتزاز غير مريح للمستخدم ويضر بالمنشار.

يتم ضبط شدّ السلسلة التي تقوم بالقطع بحيث لا تنحشر ولا تنفصل عن قضيب التوجيه. ويتم تشغيل الشدّاد إما بتدوير برغي أو عجلة يدوية. ويكون الشدّاد إما في وضع جانبي أسفل العادم أو مدمجًا في غطاء القابض.

تتميز شدادات القابض الجانبية بسهولة تركيب غطاء القابض، لكن يعيبها صعوبة الوصول إليها بالقرب من ذراع القابض. أما شدادات القابض التي تمر عبر غطاء القابض، فهي أسهل في التشغيل، لكن تركيب غطاء القابض أصعب.

عند تدوير البرغي، يتحرك خطاف في فتحة القضيب، مما يؤدي إلى تحريك القضيب إما للخارج (لشد السلسلة) أو للداخل، مما يؤدي إلى ارتخاء السلسلة. يكون الشد صحيحًا عندما يمكن تحريكه بسهولة باليد ولا يكون مرتخيًا على القضيب. عند الشد، ارفع طرف القضيب لأعلى واسحب صواميل القضيب بإحكام. وإلا، فقد تنزلق السلسلة.

يحتوي الجانب السفلي لكل وصلة على نتوء معدني صغير يُسمى "وصلة القيادة"، وهو يُثبّت السلسلة على القضيب، ويُساعد في نقل زيت التشحيم حوله، ويتصل بترس قيادة المحرك داخل جسم المنشار. يُحرّك المحرك السلسلة حول المسار بواسطة قابض طرد مركزي، حيث يُشغّل السلسلة مع ازدياد سرعة المحرك أثناء التشغيل، ويتوقف عند انخفاض سرعة المحرك إلى سرعة التباطؤ.

شهدت تصميمات المناشير الآلية تحسينات مستمرة على مر السنين، بما في ذلك إضافة ميزات أمان . وتشمل هذه التحسينات أنظمة فرامل السلسلة، وتصميمًا أفضل للسلسلة، ومناشير أخف وزنًا وأكثر راحة في الاستخدام، بما في ذلك أنظمة مضادة للاهتزاز تقلل من الإجهاد.

مع ازدياد شعبية فن النحت بالمنشار، يقوم المصنّعون بإنتاج قضبان قصيرة ذات رؤوس رفيعة (تُسمى "قضبان ربعية الرأس" أو "قضبان نيكل الرأس" أو "قضبان عشرة سنتات"، وذلك بحسب حجم رؤوسها). بعض المناشير مصممة خصيصًا لأغراض النحت. ^{[ 34 ]} ترعى شركة إيكو سلسلة دروس في النحت. ^{[ 35 ]}

تتميز المناشير الآلية الحديثة بالعديد من ميزات السلامة لحماية المستخدم، ومنها:

• مكبح السلسلة
  • يوجد مُشغّل فرامل السلسلة أمام المقبض العلوي، ويتم تفعيله عند حدوث ارتداد. عند تشغيله، يقوم بشد شريط حول أسطوانة القابض، مما يؤدي إلى إيقاف السلسلة في غضون أجزاء من الثانية.
  • يوجد ماسك السلسلة بين جسم المنشار وغطاء القابض. في معظم الحالات، يشبه خطافًا مصنوعًا من الألومنيوم. يُستخدم هذا الماسك لإيقاف السلسلة عند خروجها عن مسارها من القضيب، كما أنه يُقصر طولها. عند خروج السلسلة عن مسارها، تتأرجح من أسفل المنشار باتجاه المستخدم. هذا يمنع السلسلة من الاصطدام به، فتصطدم بدلًا من ذلك بواقي المقبض الخلفي.
  • يحمي واقي المقبض الخلفي يد المشغل عند خروج السلسلة عن مسارها.
• تحتوي بعض السلاسل على حلقات أمان، كما هو الحال في مناشير القطع الدقيقة. تُبقي هذه الحلقات المنشار قريبًا من الفجوة بين حلقتي القطع، وترفع السلسلة عندما تمتلئ هذه الفجوة بنشارة الخشب، مما يُبطئ من سرعة القطع. أما السلاسل غير الاحترافية، فتتميز بأسنان أقل حدة، نظرًا لعمق قطعها الأقل.

عند تثبيتها في إطار توجيه خاص، يمكن استخدام المنشار الآلي كمنشرة متنقلة لتقطيع الأخشاب بكميات كبيرة إلى ألواح. ويُطلق على هذا الاستخدام اسم منشرة المنشار الآلي أو منشرة ألاسكا.

تستطيع المناشير الكهربائية الخاصة قطع الخرسانة والطوب والحجر الطبيعي . تستخدم هذه المناشير سلاسل مشابهة لتلك المستخدمة في المناشير العادية، ولكن بحواف قطع مرصعة بحبيبات الماس . قد تعمل هذه المناشير بالبنزين أو الطاقة الهيدروليكية ، ويتم تزييت السلسلة بالماء نظرًا للاحتكاك العالي ولإزالة غبار الحجر. تُستخدم هذه الآلة في أعمال البناء، على سبيل المثال، لقطع ثقوب مربعة عميقة في الجدران أو الأرضيات، وفي نحت الحجر لإزالة قطع كبيرة من الحجر أثناء مرحلة ما قبل النحت، ومن قبل فرق الإطفاء للوصول إلى المباني، وفي ترميم المباني والمعالم الأثرية لإزالة الأجزاء بأقل قدر من الضرر للهيكل المحيط. ومؤخرًا، تم تطوير مناشير كهربائية للخرسانة بمحركات كهربائية بجهد 230 فولت. ^{[ 47 ]}

نظرًا لأن المادة المراد قطعها ليست ليفية، فإن الارتداد يكون أقل بكثير. لذا، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا للقطع هي القطع الغاطس، وذلك بدفع طرف النصل داخل المادة. بهذه الطريقة، يمكن الحصول على قطع مربعة صغيرة بحجم عرض النصل. قد يحدث ارتداد إذا تحركت قطعة الخشب عند اقترابها من القطع وضغطت على النصل، ولكن بشكل عام، تُعد هذه الآلة أقل خطورة من منشار السلسلة المستخدم لقطع الخشب.

يستخدم الغواصون المحترفون المناشير الآلية للقطع تحت الماء. وعادةً ما يتم تشغيلها بواسطة طاقة هيدروليكية تُستمد من السطح، ويقوم بتشغيلها غواصون تجاريون باستخدام معدات غوص مزودة بالطاقة من السطح. وقد يستخدم غواصو السلامة العامة أيضًا المناشير الآلية للقطع تحت الماء. ^{[ 30 ]}

يمكن استخدام المناشير الهيدروليكية لقطع الخشب والخرسانة والطوب والصلب عند استخدام السلسلة المناسبة. قد يتم القطع تحت الماء في ظروف المياه الجارية وانخفاض مستوى الرؤية، مما قد يزيد من المخاطر، لذا يلزم اتخاذ احتياطات السلامة المناسبة واتباع الإجراءات الملائمة لضمان السلامة. ^{[ 30 ]}

قد تشمل الهياكل الخشبية تحت الماء ركائز الجسور، وأرصفة الموانئ، وأخشاب الأحواض. وتحتوي المناشير الآلية عمومًا على زناد أمان متشابك مع واقي لليد. ^{[ 30 ]}