CN101313116B - 粘稠物质输送设备的铰链连接杆 - Google Patents
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Abstract
铰链连接杆,尤其是混凝土输送设备的铰链连接杆,包括至少两个通过旋转接头彼此连接的杆部件并具有一定的笔直纵向长度,其中一个杆部件可相对于相邻的杆部件围绕旋转接头轴进行旋转,使得铰链连接杆可从折叠的输运位置变成旋转出的工作位置,其中铰链连接杆的至少一个旋转接头具有倾斜的旋转接头轴。
Description
技术领域
本发明涉及一种铰链连接杆(articulated mast),包括数个杆部件,这些杆的连接使得它们可如权利要求1所定义的一起进行旋转。
背景技术
在输送粘稠物质例如混凝土、灰浆等期间,需要通过所谓的输送设备来克服高度不同的问题,这种设备通过输送线或管道系统将粘稠物质输送到预定的安置点。粘稠物质泵来产生输送压力和/或输送流量。这种输送设备通常设计为具有铰链连接的和/或套筒式杆的管道系统组合,安装在例如卡车上。当然,这种输送设备还可设计成固定不动的或设计成机械手。在这种输送设备安装在卡车上的情况下,首先将后者水平对准使用点并固定防止倾斜。只有铰链连接杆的单个杆部件或杆臂展开或向外旋转出,才能启动输送设备。随后粘稠物质泵将外部提供的粘稠物质通过沿着铰链连接杆部件的管道系统输送到预定的安置点,在那里粘稠物质例如经由筒形软管加长节流出管道系统。可以越过很大的高度差距,越过50米或更多。当然,这种输送设备还可用来克服水平距离,例如,在困境中或无法到达的地带。
通常铰链连接杆的单个杆部件(mast sections)通过旋转轴承或旋转接头彼此连接。通过已知方式例如液压缸来施加定位力,液压缸可设置在两个通过旋转结构彼此连接的相邻的杆部件之间。活塞杆的展开和缩回可使一个杆部件相对于通常是固定在这个接头上的另一个杆部件进行旋转。
整个铰链连接杆或桅杆上部结构安装在所谓的桅杆支座上并可围绕其垂直轴进行旋转。通常设置在桅杆支座上的杆部件称为第一杆部件,以此可连续对随后的杆臂进行编号。最常见的是,铰链连接杆具有两个、三个或四个单独的杆部件,并因而命名为2-、3-或4-组铰链连接杆。
当杆部件从工作位置折叠成运输或休息位置时,如果要避免出现不利的堆叠高度,通常将出现空间上的问题,即一个杆部件,特别是4-组铰链连接杆的第三根杆将折叠在一起,由于后者无法直接放置到在先的杆部件上,因此它必须移动越过在先或之前的杆部件。在折叠时还可能出现第二根杆必须移动越过第一根杆部件或其他上部结构的情况。出于这个原因,所述杆部件具有一种偏置的结构,使得可移动越过杆部件。这种偏置将使所述杆部件的重力线的中心移动成为展开状态。然而,这种偏置还将使杆部件的重量沿着包括旋转接头和输送管部件的偏置的杆部件发生横向位移。因此在展开状态中,较大的横向力将发挥作用,诱导单个杆部件出现扭力矩(扭力矩引起的应力将非常高,尤其是在偏置区域中)以及诱导出现弯曲或倾斜力矩,尤其是在旋转接头上以及铰链连接杆与桅杆支座固定的区域中。出于这个原因,与在桅杆支座上安装铰链连接杆相同,单个杆部件和旋转接头必须要一个相对稳定的设计,并由此出现额外的结构性支出。此外,较高的结构性支出还对铰链连接杆的相应重量起到不好的影响。
发明内容
本发明的目的是减小铰链连接杆上的合成横向力和弯曲力矩,由此可以保持较低的结构性支出。这个解决方案还可较现有技术实现较好的经济利益。
这个目的通过权利要求1特征部分的技术特征得以实现。从属权利要求提到的技术特征说明的是逻辑上的进一步改进和实施例。
当铰链连接杆处于休息或运输位置时,旋转接头轴倾斜的作用是将这个杆部件横向偏离之前的铰链连接杆,即斜接在连接的旋转接头上,移动越过的杆部件的一端通过旋转接头轴安装固定在之前的杆部件上。所述的杆部件的两个纵轴基本在旋转接头上相交并形成一个展开角α。如果杆部件从它们休息或运输位置旋转成工作位置,他们将自己在垂直基准面上对准,这个平面基本是相对于第一杆部件延伸的平面垂直的。
只有当其展开或折叠时才有较小的横向力作用在铰链连接杆上,结果是作用在杆部件和桅杆上部结构上的整个扭力矩和弯曲力矩比较小。所述结构部件负载越小,其尺寸越小,因此铰链连接杆的重量以及材料和制造成本也能相应减小。
当杆部件围绕倾斜的旋转接头轴旋转展开时,通过旋转接头连接的杆部件随着旋转角的增大逐渐接近共同对准的理想状态,直至它们在垂直基准面上成一直线。然而,即使在非理想的对准条件下,考虑到合成的横向力这样仍能较现有技术获得非常显著的改进。
通过倾斜角β来确定旋转接头轴的倾斜度,在之前杆部件的纵轴是垂直的情况下,这个角通常由安装在杆部件的第一桅杆支座决定。最后,为简单起见,倾斜角还可在水平面上确定。倾斜角β不能大于22.5°,尤其不能大于15°,优选不能大于10°,以及最优选不能大于8°,除非展开角α的合成角和合成扭力矩(或横向力)过大。
在一个水平面上确定倾斜的旋转接头轴的倾斜角β是非常有利的,这个水平面采取的是与垂直基准面相垂直的位置。在这种情况下,才能确定平面部分,即倾斜角才能投射到水平面上,而不会忽略任意的倾斜部分。
如果铰链连接杆包括多于两个的杆部件,在第三杆部件上沿着倾斜的杆部件也就是横向偏离的杆部件安装倾斜的旋转接头是非常有利的,这样当铰链连接杆处于展开的工作位置时,通过旋转接头(具有倾斜的旋转接头轴)安装的倾斜的杆部件才能确保其基本安装在垂直的基准面上,但是,在折叠的休息或运输位置上时,随后的杆部件必须设置得与在倾斜的杆部件之前的杆部件基本相平行。
在示出的数个倾斜旋转接头轴的情况中,倾斜角β和β’具有近似相等的角度是有利的。这将减小接头钻孔安置期间的成本支出,以及有助于上述的运动学计算。还可确保处于休息或运输位置的并在倾斜的杆部件之后的那个杆部件能设置得与在倾斜的杆部件之前的杆部件基本平行。
经常碰到的情况是铰链连接杆包括多于两组的杆部件,例如,四组杆部件,有利的是将处于休息位置的横向偏离倾斜的杆部件从安装在桅杆支座上的杆数起编号为第二或第三杆部件。在后者的情况中,处于休息或运输位置时第一和第二杆部件彼此设置在彼此的顶部,而两个随后的杆部件横向交错,因此可在休息位置上获得非常好的重量分布。在休息位置上,横向倾斜偏离的杆部件的纵轴与之前杆部件的纵轴形成一个展开角α,出于间接的原因,之前的杆部件还在水平面上确定了一个平面角。一般来说展开角α是倾斜的旋转接头轴的倾斜角β的值的两倍,即适用于以下数学关系:α≈2β或β≈α/2。
因此如上所述,在处于休息或运输位置的铰链连接杆中倾斜并因而横向偏离的杆部件之后的第三杆部件将被设置得与倾斜的杆部件之前的杆部件相平行,两个展开角α和α’,即倾斜的与其之前的杆部件的纵轴之间的角以及倾斜的与其之后的杆部件的纵轴之间的角必须具有近似相等的角度值。然而,这两个展开角α和α’还可能具有不同的角度值。
铰链连接杆的单个部件的共同对准的理想状态即均在垂直基准面中对准并不需要任意两个旋转相互连接的杆部件之间的最大旋转角γ是180°的角。在设计期间铰链连接杆可根据之后期望的用途进行优化来保证任意两个相邻杆部件之间的最大可能的旋转角γ明显低于180°,例如只有90°,或比180°大得多,例如220°。每个相应旋转的单个杆部件的末端位置可设计成例如作为旋转接头的停止点或受到使用的液压缸的相应的形成长度的影响。这将可减小重量以及降低成本。如果一个或多个倾斜的旋转接头轴位于铰链连接杆上,单个杆部件的共同对准的理想状态必须通过将它们在垂直基准面中对准来与预期的应用相匹配。换句话说,无论单个旋转角的可能的最大值的大小,铰链连接杆的杆部件必须在展开成工作位置的期间采取一个对准的位置,而工作位置就是它们在垂直基准面中对准。
附图说明
参看下图更详细地描述和解释铰链连接杆的实施例。附图是:
图1现有技术中的铰链连接杆的透视图;
图2图1的铰链连接杆的旋转接头的透视图;
图3图2的旋转接头的局部横截面图;
图4图2的旋转接头的横向视图;
图5具有倾斜的旋转接头轴的旋转接头的局部横截面图;
图6图1的展开的铰链连接杆的简图的透视图;
图7a图6的铰链连接杆的简图的俯视图;
图7b处于休息或运输条件中的图6的铰链连接杆的简图的俯视图。
具体实施方式
图1示出了与现有技术和标记1相对应的铰链连接杆或桅杆上部结构处于工作位置的实施例,所述桅杆或上部结构与桅杆支座2相连接,因此它通常可与桅杆支座2一起围绕垂直轴(z-轴)进行旋转。例如,桅杆支座2可安装在未示出的混凝土输送车辆的卡车上,或与静态的设备相连接。铰链连接杆1由系列单个杆部件或杆臂4-7组成。示出的铰链连接杆1是一个4-组桅杆的上部结构。在所有情况下旋转接头8结合两个相邻的杆部件。因此示出的4-组桅杆的上部结构包括3个旋转接头8以及第四旋转接头8a,桅杆上部结构经由旋转接头8a将其自身通过铰链连接到桅杆支座2上。为了清晰期间,图1没有示出其他结构元件,诸如混凝土输送线及其连接结构或液压旋转缸及其连接缆绳等。
当铰链连接杆1处于折叠的休息或运输位置时,必须考虑空间因素,根据单个杆部件的长度或由于混凝土输送车辆的底盘上必需的上部结构,至少一个杆部件得设置得与另一个杆部件横向交错,并因而必须被引导地横向越过另一个杆部件。这种方案还可降低车辆的重心。在图1的实施例中,当铰链连接杆1位于休息或运输位置时,第二杆部件5可紧密地设置在第一杆部件4之下,而无需在杆部件4和5之下存在设置第三杆部件6或甚至第四杆部件7的空间,因此第三杆部件6至少必须被横向引导越过。最后,第三杆部件6具有指定的偏置9,第三杆部件的后部61和随后的第四杆部件7可横向与其交错。由于偏置9的存在,当铰链连接杆1从工作位置折叠成休息或运输位置时,单个杆部件到达其末端位置至一定程度并排放置,偏置的存在还可获得一个较紧凑的折叠位置。
铰链连接杆1通过将第四杆部件7折叠在第三杆部件6之下,将第三杆部件6折叠到第二杆部件5之上以及将第二杆部件5折叠到第一杆部件4之下来移动成为运输或休息位置。在运输位置中,因此,第二杆部件5和第三杆部件6均设置在第一杆部件4下,最下面的第三杆部件6从其偏置9的堆叠处朝外以及横向凸起,第四杆部件7位于其交错的杆部件的背部61。这仅仅是例举性的结构,可根据铰链连接杆的实施不同而不同。一方面的目的是减小堆叠的高度,另一方面是优化重心。
图2示出了旋转接头8的可能的实施例的透视图,这里举例了标记为A和B的两个相邻杆部件彼此连接使得它们可进行旋转。杆部件A具有分叉端(bifurcated end)10,可容纳相邻杆部件B的杆状端块。同时分叉端10的内表面起到防止旋转方向倾斜的引导作用。两个杆部件A和B通过接头螺栓或接头销11连接(参见图3),该接头螺栓或接头小设置在接头套筒或钻孔15内,图2仅仅可看到接头圈12。
如图2可见,两个相互连接的示范性杆部件A和B可进行围绕旋转接头轴13的旋转运动。旋转接头轴13与接头销11的中心线以及接头套筒15的中心线相一致,并与共同中心线14相平行延伸。两个杆部件A和B相对于彼此的瞬间位置可通过旋转角γ进行描述。
图3示出了从垂直方向(从上以及与图1的z轴相对的方向)看到的图2的铰链连接杆接头的局部横截面图。杆部件A和B的接头螺栓11设置在接头套筒或钻孔15内并通过已知方式紧固。由于杆部件A的分叉端10的内导向面,安装的杆部件B的端块与旋转方向横向对准,并引导得使两个杆部件A和B无论瞬间旋转角大小均对准公共轴14。旋转接头轴13和公共纵轴14彼此通常成直角。
图4示出了从图1的水平方向看到的图2和3的旋转接头8的侧视图。假定两个旋转连接的杆部件A和B彼此之间的旋转角成180°,使得所述杆部件彼此分离开距离最大距离。实际上,最大的旋转角通常是大于或小于180°的。最大旋转角可通过结构测量手段,例如通过旋转接头中的末端停止点或通过启动液压缸的最大行程长度进行设置。
之前所述的现有技术的缺点是:当铰链连接杆展开时,很重要的,当其处于工作位置时,偏置将产生与重量相关的横向力,使杆部件受到合力d的影响发生横向交错(参见图1)。横向力使杆部件产生高的扭力矩,尤其在偏置9的区域中,还引起弯曲力矩以及作用在整个铰链连接杆1的合成的倾斜力矩。出于这个原因,所述杆部件必须具有较大刚性因而重量较大。类似地,旋转接头8以及铰链连接杆1与桅杆支座2的连接必须通过一定设计来承受这些高的负载。这将导致高的结构性和材料的指出,还意味着铰链连接杆1和桅杆支座2的总重将非常大。
图5示出了具有倾斜的旋转接头轴131的旋转接头的本发明的实施例。在示出的图中,两个例证性杆部件A和B采取的位置如图4所示,也就是旋转角γ为大约180°,两个杆部件A和B在这个位置上将沿着公共纵轴14对准,如图5所示。将接头钻孔151设计成与旋转接头轴131相一致的其中心线与公共纵轴14成非直角。如果位于分叉点10中的杆部件B围绕歪斜的旋转接头轴131旋转,其将在空间上偏斜移动并因而移动到垂直基准面外部,该垂直基准面与公共纵轴14垂直延伸。当杆部件B与杆部件A一起旋转出其对准的位置(如图5)时,其将移动到与杆部件A横向交错的位置上。对铰链连接杆1来说,这意味着处于工作位置的最初与之前杆部件对准的杆部件将折叠变成休息或运输位置,其采取的位置是它横向越过之前的杆部件并偏离精确的位置。因此可消除这个杆部件的不利的偏置。以下将详细描述整个复杂的机制。
在图6、7a和7b的帮助下以较为简单的方式描述了与铰链连接杆1的折叠和展开相关的运动的复杂的顺序。图6示出了依据图1的包括总共4个杆部件4-7的展开的铰链连接杆的透视简图。从垂直的方向(与空间坐标系统的z轴相反的)可以看到,全部四个杆部件4-7均沿着公共轴14对准设置,如图7a所示。与该公共轴14相垂直的,但至少与第一杆部件4的纵轴相垂直的,可产生一个垂直平面,其被定义为垂直基准面16。在图6示出的实施例中,垂直基准面仅仅是偶然地沿着空间坐标系统的y轴延伸。
在依据图2-4的实施例的具有传统设计的旋转接头的铰链连接杆的情况中,杆部件4-7在折叠和展开期间仅仅在垂直基准面16内移动。如果铰链连接杆具有偏置杆部件,交错的杆部件在折叠和展开期间仅在与垂直基准面16相平行的平面上移动。如上所述的,横向力将使杆部件交错并引起扭力矩、弯曲力矩和铰链连接力矩负载。
在包括具有倾斜的旋转接头轴131(依据图5的实施例)的旋转接头81的铰链连接杆1的情况中,可围绕倾斜的旋转接头轴131旋转并与例举性杆部件B相对应的铰链连接杆部件相对于垂直基准面16偏斜地移动,在旋转运动期间这个偏斜的位置是持续改变的。只有在预定的位置中,例如由所述杆部件形成的旋转角γ描述的位置,这两个杆部件才能位于垂直基准面16中,也就是,处于理想的对准工作位置。当铰链连接杆从其工作位置折叠成休息或运输位置时,可围绕倾斜的旋转接头轴131旋转并与例举性杆部件B相对应的铰链连接杆部件从之前的杆部件将张开形成展开角α,也就是与其横向偏离开。这意味着基本上可如此形成与杆部件B相对应的铰链连接杆使其具有一个延展的结构,即没有偏置,因此可消除与偏置相关的缺点。由于不出现横向力,杆部件可设计成刚性较小的,因此也减小了制造支出和降低了成本。对于铰链连接杆1与位置支座2的连接部分也是如此,其也可以由于铰链连接杆1的横向倾斜力矩降低而相对的变小。
图7a和7b根据4-组铰链连接杆1的实施例示出了不具有偏置杆部件6的情况下的处于工作位置的第三杆部件采取的位置(图7a)以及处于休息或运输位置的第三杆部件采取的位置(图7b)。在工作位置中,由于倾斜的旋转接头轴131,第三杆部件6将沿着公共轴14与之前杆部件4和5对准,并因而在垂直基准面16中对准(参见图6)。这将消除杆部件的偏置引起的横向力。在其休息或运输位置中,然而,由于倾斜的旋转接头轴131同一个杆部件6从其之前的杆部件5以展开角α凸起。因此,其将被引导越过之前的杆部件,更为精确地是与其发生偏离。因而旋转接头轴131的倾斜将可避免与偏置9相关的缺点。因此,可节省材料和减小重量以及减少制造支出。
同时,在偏置的情况下,通常横向力将完全起作用,也就是,在铰链连接杆1的折叠和展开期间,在本发明具有倾斜的旋转接头轴131的技术方案的情况下,在展开过程期间张开的杆部件引起的横向力将不断减小并且实际上在理想的工作位置上将不再出现。因此,在横向力和合成力矩方面较现有技术来说,具有本发明的铰链连接杆1,即使铰链连接杆无法处于理想的工作位置的杆部件结构中进行操作,也能获得明显的改善。
由于在图7、7a和7b的实施例中第三杆部件6之后有另一个第四杆部件7,但借助于倾斜的旋转接头轴也很容易地进行安装。在休息或运输位置的铰链连接杆1中,依据图7b示出的第四杆部件7本身与已经倾斜的第三杆部件6以一个展开角α偏离开,并因而再次与第一或第二杆部件4或5基本平行。如果在多组铰链连接杆的第二杆部件通过倾斜的旋转接头轴与之前的第一杆部件进行安装,在随后的第三杆部件上将进行类似的考虑。因此另外的偏离的杆部件将具有依据本发明的笔直的设计,但倾斜的旋转接头轴131将与铰链连接杆1合并。
图7a还示出了倾斜平面角β和β’的确定,其中倾斜的旋转接头轴131与公共纵轴14相垂直,公共纵轴14至少与第一杆部件(4)的延伸相一致。为简单期间,倾斜角β和β’在水平面中确定,该水平面根据定义是与垂直基准面16垂直延伸的。依据图2-4的实施例,传统旋转接头8的旋转接头轴13也与公共纵轴14相垂直。
通常倾斜角β为半个展开角(参见图7b),条件是经由该旋转接头81连接的杆部件的横向旋转角γ在折叠和展开期间均至少为180°。角β’与α具有相同的关系。
由于上述的考虑,通过倾斜的旋转接头轴131将杆部件安装在倾斜的杆部件之后是很容易的,在这种情况下,两个倾斜角β和β’可理想地具有相同的角度值,如图7a所示。在这种情况中,展开角α和α’相等,因此随后的杆部件将设置在其休息或运输位置上,使得其与之前的杆部件尤其是第一杆部件4基本平行。然而,这仅仅在两个旋转接头81在折叠和展开时的横向旋转角γ相等的情况下才能实现。如果旋转角不同,旋转接头轴131将必须在相等的倾斜角β和β’之外进行额外的倾斜以确保展开角α和α’相等。
倾斜角β和β’的方向将由杆部件的折叠和展开顺序决定。通常,倾斜角β和β’具有相同的方向,但也可能具有不同的方向。
最后要强调,具有倾斜的旋转接头轴131的旋转接头81必须一体化设计以进行改良的旋转机制。例如,图5的实施例在杆部件B的端块和杆部件A的分叉端之间存在缝隙形式的一些缝。为了使这个实施例中的围绕与旋转方向相反倾斜的旋转接头轴131进行旋转的杆部件A和B不再倾斜,可具有导向设置17,这也将为该旋转接头提供同样是必须的横向导向面。例如,这种导向设置的第一导向面与杆部件A的分叉10具有一体化结构,相匹配的部件也与杆部件B的杆状形式的端块具有一体化结构。导向设置17还可由数个隔离块形成,这些隔离块具有适当设计的倾斜面。还可能由其他实施例。
对于具有倾斜的旋转接头轴或倾斜的旋转接头轴131的铰链连接杆1的具体实施例来说,倾斜角β和β’不应超过最大角度值10°,优选不超过8°。这将获得达实际值近乎两倍的展开角α或α’。
Claims (10)
1.粘稠物质输送设备的铰链连接杆(1),具有至少两个杆部件(A、B),杆部件基本沿着纵轴(14)延伸并通过旋转接头(8)相连接,其中相对于之前的第一杆部件(A),第二杆部件(B)可从铰链连接杆(1)的折叠的休息或运输位置旋转成展开的工作位置,其中休息或运输的位置是第二杆部件部分横向引导越过之前的第一杆部件(A),
其特征在于:
被部分横向引导的第二杆部件(B)在其一端通过倾斜的旋转接头轴(131)与之前的第一杆部件(A)固定,使在展开的工作位置的铰链连接杆(1)中的两个杆部件(A,B)在这个位置上将沿着公共纵轴(14)对准,以及在折叠的运输位置中被引导的第二杆部件(B)偏离之前的第一杆部件(A)预定的第一展开角(α)
2.依据权利要求1的铰链连接杆(1),
其特征在于:
所述粘稠物质输送设备是混凝土输送设备。
3.依据权利要求1的铰链连接杆(1),
其特征在于:
倾斜的旋转接头轴(131)与第一杆部件(A)的纵轴(14)相垂直的轴或第一杆部件(A)的延伸形成一个第一倾斜角 (β)当在水平面上测定第一倾斜角 (β)时,所述倾斜角最大为10°。
4.依据权利要求3的铰链连接杆(1),
其特征在于:
所述第一倾斜角最大为8°。
5.依据权利要求3的铰链连接杆(1),
其特征在于:
在部分横向偏离的第二杆部件(B)的另一端上,经由一个倾斜的旋转接头轴(131)固定随后的第三杆部件,使得在展开的工作位置的铰链连接杆(1)中 横向偏离的第二和随后的第三杆部件基本对准在垂直基准面中,以及在折叠的运输位置中随后的第三杆部件设置得基本与之前的第一杆部件(A)相平行,其中横向偏离的第二杆部件的纵轴与随后的第三杆部件的纵轴形成第二展开角 (α’)与该公共纵轴相垂直的,但至少与第一杆部件的纵轴相垂直的,可产生一个垂直平面,其被定义为垂直基准面。
6.依据权利要求5的铰链连接杆(1),
其特征在于:
第一展开角 (α)是第一倾斜角 (β)的两倍,第二展开角 (α’)是对应的
第二倾斜角 (β’)的两倍。
7.依据权利要求6的铰链连接杆(1),
其特征在于:
所有倾斜的旋转接头轴(131)的倾斜角 (β、β’)均是相等的。
8.依据权利要求1的铰链连接杆(1),
其特征在于:
铰链连接杆(1)包括至少三个杆部件,其中横向偏离的杆部件从与桅杆支座相连接的铰链连接杆部分开始编号是第二杆部件(5)、第三杆部件(6)。
9.依据权利要求1的铰链连接杆。
其特征在于:
如此设计铰链连接杆(1)的工作位置,其中杆部件基本在垂直基准面(16)中对准,使得其末端位置可分别进行单个杆部件的旋转运动,与公共纵轴相垂直的,但至少与第一杆部件的纵轴相垂直的,可产生一个垂直平面,其被定义为垂直基准面。
10.一种粘稠物质输送设备,具有设置在铰链连接杆(1)上的至少一个输送粘稠物质的泵以及一个粘稠物质输送线,其中铰链连接杆(1)由通过铰链连接的 杆部件(4、5、6、7)构成,其特征在于:铰链连接杆(1)是依据之前任一项权利要求的铰链连接杆。
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