CN101696708B - 分流比负载敏感多路阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分流比负载敏感多路阀,它主要由大负载阀片、负载敏感压力信号选择阀片、小负载阀片和常规负载阀片依次相连组成。由于分流比负载敏感多路阀的各联负载压力范围是可预知的,通过比较最大与最小负载压力的差值来决定是否增加最小负载联的节流口两端压差。当两负载压力差值小于设定值时,说明小负载联的节流口压差足够大,不需要使其增加;当两负载压力差值大于设定值时,说明小负载联的节流口压差已经小到影响了阀杆的灵敏度及整机工作的协调性,此时增大该节流口的压差,其压差的增值恰为大小负载压力的差值。从而在不同负载联压差较大时,保证了阀杆的灵敏度,提高了整机工作的协调性。

Description

分流比负载敏感多路阀
技术领域
本发明涉及一种用于工程机械及其他机械分流比负载敏感液压系统,尤其涉及一种具有小负载自动补偿的分流比负载敏感多路阀。
背景技术
在分流比负载敏感系统中,由于最高负载压力同时控制补偿阀和变量泵,一方面,变量泵几乎仅输出系统所需的液压功率,最大限度的减少了功率损失。另一方面,利用补偿阀的负载均衡的作用,所有操作阀两端的压差都相等,此时经过多路阀的流量仅与操纵阀杆的行程有关。当负载所需流量大于变量泵的最大流量时,各阀按比例分配流量,从而保证各个机构工作的协调性,而与负载大小无关。
然而在传统分流比负载敏感多路阀的实际应用过程中发现,当存在相差较大的两个负载且大负载压力接近变量泵的最高工作压力时,由于分流比负载敏感系统中选用最大负载压力信号控制每个补偿阀,因此经过压力补偿后,每联的出口压力均是一样的,相应的压差也是一样的,致使包括小负载联在内的每个负载联节流口的压差均变得很小,相应地每联控制的运动速度均变得很低。然而在很多情况下,为了保证机器的运动协调性,却是需要小负载联具有一个相对较高的的速度。为了提高小负载的运动速度,通常工作人员把小负载联阀杆的工作行程调至最大,然而小负载联的工作流量增值并不明显。因此,在降低阀杆的灵敏度及增加工作人员的操作难度的同时,也使机械的各个机构的工作协调性大为降低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种具有小负载自动补偿的分流比负载敏感多路阀。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种分流比负载敏感多路阀,它主要由大负载阀片、负载敏感压力信号选择阀片、小负载阀片和常规负载阀片依次相连组成。
进一步地,所述大负载阀片、小负载阀片和常规负载阀片均包括阀体、主阀阀芯、弹簧、单向阀、补偿阀阀芯、螺钉、密封圈及两个堵头。其中,阀体包括内孔、进油口、回油口、工作油口、第一流道、第二流道、第三流道、第四流道、第五流道、第六流道、第七流道、第八流道、第九流道、第十流道。补偿阀阀芯内有补偿阀内腔、阻尼孔及径向内孔。阀体有内孔,该内孔装有主阀阀芯,入口容腔通过阀口、第一流道与补偿阀下端容腔相连。补偿阀下端容腔经过补偿阀内腔、阻尼孔与径向内孔相通。螺钉通过密封圈与阀体密封连接,并通过弹簧与补偿阀阀芯顶部相连。第二流道通过单向阀与第三流道、第四流道相连。第三流道通过主阀阀芯开口与第六流道相连,再经过第五流道与工作油口相通。第五通道经过主阀阀芯的开口与第七流道相通,并最终与回油口相连;第四流道通过主阀阀芯的开口与第八流道相通,再经过第九流道与工作油口相连。第九流道经过主阀阀芯的开口与第十流道相通,并最终与回油口相连。
进一步地,,所述大负载阀片还包括第一负载敏感压力信号油口、第十一流道和第一负载压力油口。所述第一负载敏感压力信号油口通过第十一流道与第一负载敏感腔相连,第三流道、第四流道均与第一负载压力油口相通。
进一步地,,所述小负载阀片还包括第二负载敏感压力信号油口、第十二流道和第二最大负载敏感压力信号油口。所述第二负载敏感压力信号油口通过第十二流道与第二负载敏感腔相连。在阀体上有第二最大负载敏感压力信号油口。
进一步地,,所述常规负载阀片还包括第三最大负载敏感压力信号油口和第十三流道。所述第三最大负载敏感压力信号油口通过第十三流道与第三负载敏感腔相通。
进一步地,,所述负载敏感压力信号选择阀片包括阀体,第一换向阀及第二换向阀。阀体包括内孔、进油口、回油口、第十四流道、第十五流道、第十六流道、第十七流道、第十八流道、第一回油腔、第二回油腔、第一中位泄油口、第二中位泄油口、第二环形凹槽、第三环形凹槽、第二负载压力油口、第四负载压力油口、换向阀第一进油口、换向阀第二进油口、第一最大负载敏感压力信号油口、第二负载敏感压力信号油口、第四负载敏感压力信号油口。第一换向阀、第二换向阀均包括二位三通换向阀阀芯、螺帽、螺母、可调螺钉、端座、第三弹簧、弹簧座。第二负载压力信号与大负载阀片的第一负载压力信号相通。第二负载压力油口通过第十四流道分别与第一换向阀的换向阀第一进油口、第一换向阀阀芯上腔和第二换向阀阀芯下腔相连;第四负载压力油口与小负载阀片的第三负载压力油口相通。第四负载压力油口通过第十五流道分别与第二换向阀的换向阀第二进油口、第二换向阀阀芯上腔和第一换向阀阀芯下腔相连。第一换向阀的第二环形凹槽通过第十六流道与第二负载敏感压力信号油口相连,第二换向阀的第三环形凹槽通过第十七流道与第四负载敏感压力信号油口相连。第二负载压力油口经过第一回油腔、第一中位泄油口与回油口相连。第四负载压力油口经过第二回油腔、第二中位泄油口与回油口相连。第一换向阀的换向阀第二进油口与第二换向阀的换向阀第二进油口通过第十八流道相连,同时第十八流道与第一最大负载敏感压力信号油口相通。第一最大负载敏感压力信号油口通过小负载阀片的第二最大负载敏感压力信号油口、常规负载阀片的第三最大负载敏感压力信号油口、第十三流道与常规负载阀片的第三负载敏感腔相通。
本发明与现有技术相比,具有的有益效果是:由于分流比负载敏感多路阀的各联负载压力范围是可预知的,通过比较最大与最小负载压力的差值来决定是否增加最小负载联的节流口两端压差。当两负载压力差值小于设定值时,说明小负载联的节流口压差足够大,不需要使其增加;当两负载压力差值大于设定值时,说明小负载联的节流口压差已经小到影响了阀杆的灵敏度及整机工作的协调性,此时增大该节流口的压差,其压差的增值恰为大小负载压力的差值。从而在不同负载联压差较大时,保证了阀杆的灵敏度,提高了整机工作的协调性。
附图说明
图1是大负载阀片的剖面图;
图2是负载敏感压力信号选择阀片的剖面图;
图3是小负载阀片的剖面图;
图4是常规负载阀片的剖面图;
图5是本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面根据附图详细描述本发明,本发明的目的和效果将变得更加明显。
如图所示,本发明分流比负载敏感多路阀主要由大负载阀片、负载敏感压力信号选择阀片、小负载阀片和常规负载阀片依次相连组成,它们在四个螺栓孔处通过螺栓连接。
如图1所示,大负载阀片包括阀体101、主阀阀芯103、第一弹簧114、单向阀121、补偿阀阀芯129、螺钉160及堵头146、147。其中,阀体101包括内孔104、进油口105、回油口102、第一工作油口144、第二工作油口145、第一流道111、第二流道161、第三流道119、第四流道154、第五流道122、第六流道151、第七流道152、第八流道126、第九流道123、第十流道153、第十一流道62、第一负载压力油口7a、第一负载敏感压力信号油口6a。阀体101有内孔104,该内孔104装有主阀阀芯103,入口容腔112通过阀口118、第一流道111与补偿阀下端容腔110相连。补偿阀下端容腔110经过补偿阀内腔115、阻尼孔167与径向内孔120相通。第一负载敏感腔16a通过第十一流道62与第一负载敏感压力信号油口6a相连。螺钉160通过第一密封圈148与阀体101密封连接,并通过第一弹簧114与补偿阀阀芯顶部117相连。第二流道161通过单向阀121与第三流道119、第四流道154相连。第三流道119上有第一负载压力油口7a。第三流道119通过主阀阀芯103开口与第六流道151相连,再经过第五流道122与第一工作油口144相通。第五通道122经过主阀阀芯103的开口与第七流道152相通,并最终与回油口102相连;第四流道154通过主阀阀芯103的开口与第八流道126相通,再经过第九流道123与工作油口145相连。第九流道123经过主阀阀芯103的开口与第十流道153相通,并最终与回油口102相连。
如图2所示,负载敏感压力信号选择阀片包括阀体201,第一换向阀及第二换向阀。阀体201包括内孔70a、内孔70b、进油口205、回油口202、第十四流道38a、第十五流道38b、第十六流道63、第十七流道64、第十八流道41、第一回油腔37a、第二回油腔37b、第一中位泄油口36a、第二中位泄油口36b、第二环形凹槽42a、第三环形凹槽42b、第二负载压力油口7b、第四负载压力油口27b、第二负载敏感压力信号油口6b、第四负载敏感压力信号油口28b。第一换向阀包括二位三通换向阀阀芯31a、螺帽35a、螺母34a、可调螺钉33a、端座55a、第二弹簧32a、弹簧座43a。第二换向阀包括二位三通换向阀阀芯31b、螺帽35b、螺母34b、可调螺钉33b、端座55b、第三弹簧32b、弹簧座43b。第二负载压力油口7b通过第十四流道38a分别与换向阀第一进油口68a、第一换向阀阀芯上腔40a和第二换向阀阀芯下腔39b相连;第四负载压力油口27b通过第十五流道38b分别与换向阀第二进油口68b、第二换向阀阀芯上腔40b和第一换向阀阀芯下腔39a相连。第一换向阀的第二环形凹槽42a通过第十六流道63与第二负载敏感压力信号油口6b相连,第二换向阀的第三环形凹槽42b通过第十七流道64与第四负载敏感压力信号油口28b相连。第二负载压力油口7b经过第一回油腔37a、第一中位泄油口36a与回油口202相连。第四负载压力油口27b经过第二回油腔37b、第二中位泄油口36b与回油口202相连。换向阀第二进油口69a与换向阀第二进油口69b通过第十八流道41相连,同时第十八流道41与第一最大负载敏感压力信号油口30a相通。第一最大负载敏感压力信号油口30a通过小负载阀片的第二最大负载敏感压力信号油口30b、常规负载阀片的第三最大负载敏感压力信号油口30c、第十三流道66与常规负载阀片的第三负载敏感腔16c相通。
如图3所示,小负载阀片包括阀体301、主阀阀芯303、第一弹簧314、单向阀321、补偿阀阀芯329、螺钉360及堵头346、347。其中,阀体301包括内孔304、进油口305、回油口302、第一工作油口344、第二工作油口345、第一流道311、第二流道361、第三流道319、第四流道354、第五流道322、第六流道351、第七流道352、第八流道326、第九流道323、第十流道353、第十二流道65、第三负载敏感压力信号油口28a、第三负载压力信号油口27a、第三最大负载敏感压力信号油口30b。阀体301有内孔304,该内孔304装有主阀阀芯303,入口容腔312通过阀口318、第一流道311与补偿阀下端容腔310相连。补偿阀下端容腔310经过补偿阀内腔315、阻尼孔367与径向内孔320相通。第二负载敏感腔16b通过第十二流道65与第三负载敏感压力信号油口28a相连。螺钉360通过第一密封圈348与阀体301密封连接,并通过第一弹簧314与补偿阀阀芯顶部317相连。第二流道361通过单向阀321与第三流道319、第四流道354相连。第四流道354上有第三负载压力油口27a。第三流道319通过主阀阀芯303开口与第六流道351相连,再经过第五流道322与第一工作油口344相通。第五通道322经过主阀阀芯303的开口与第七流道352相通,并最终与回油口302相连;第四流道354通过主阀阀芯303的开口与第八流道326相通,再经过第九流道323与工作油口345相连。第九流道323经过主阀阀芯303的开口与第十流道353相通,并最终与回油口302相连。在阀体301上有第二最大负载敏感压力信号油口30b。
如图4所示,常规负载阀片包括阀体401、主阀阀芯403、第一弹簧414、单向阀121、补偿阀阀芯429、螺钉460及堵头446、447。其中,阀体401包括内孔404、进油口405、回油口402、第一工作油口444、第二工作油口445、第一流道411、第二流道461、第三流道419、第四流道454、第五流道422、第六流道451、第七流道452、第八流道426、第九流道423、第十流道453、第十三流道66、第三最大负载敏感压力信号油口30c。阀体401有内孔404,该内孔404装有主阀阀芯403,入口容腔412通过阀口418、第一流道411与补偿阀下端容腔410相连。补偿阀下端容腔410经过补偿阀内腔415、阻尼孔467与径向内孔420相通。第三负载敏感腔16c通过第十三流道66与第三最大负载敏感压力信号油口30c相连。螺钉460通过第一密封圈448与阀体401密封连接,并通过第一弹簧414与补偿阀阀芯顶部417相连。第二流道461通过单向阀421与第三流道419、第四流道454相连。第三流道419通过主阀阀芯403开口与第六流道451相连,再经过第五流道422与第一工作油口444相通。第五通道422经过主阀阀芯403的开口与第七流道452相通,并最终与回油口402相连;第四流道454通过主阀阀芯403的开口与第八流道426相通,再经过第九流道423与工作油口445相连。第九流道423经过主阀阀芯403的开口与第十流道453相通,并最终与回油口402相连。
对于图1,不论主阀阀芯103处于左位还是处于右位,液压油均通过进油口105进入入口容腔112,接着通过阀口118的节流控制以后依次进入第一环形凹槽113、第一流道111及补偿阀下端容腔110、第二流道161,单向阀121,再通过第三流道119或者第四流道154。我们不难发现,第一负载压力油口7a的压力始终为大负载阀片的负载压力。同理,在图3中我们不难发现,第三负载压力信号油口27a的压力也始终为小负载阀片的负载压力。
由于分流比负载敏感多路阀的每联负载压力范围是可预知的,我们假设大负载阀片为大负载联、小负载阀片为小负载联,为了实现本发明的目的,再在大负载联及大负载联之间增加负载敏感压力信号选择阀片,负载敏感压力信号选择阀片主要用于根据大负载阀片的最大压力与小负载阀片的最小压力的差值来决定小负载阀片的节流口压差是否需要增加。
记大负载阀片的负载压力为PL1,小负载阀片的负载压力为PL2,每个换向阀阀芯上端受力面积为A,负载敏感压力信号选择阀片的第二弹簧32a及第三弹簧32b的弹簧力均为Fs,每个换向阀阀芯的重量均为G。其中(G+Fs)/A的值应大于最大负载压力与最小负载压力的差值,以保证在多路阀达到最终压力且流量饱和时各联流量按阀杆行程比例分配的实现。在大负载阀片中,第一负载压力油口7a的压力为PL1;在小负载阀片中,第三负载压力油口27a的压力为PL2,则在负载敏感压力信号选择阀片中,第二负载压力油口7b的压力为PL1,第四负载压力油口27b的压力为PL2,第二负载压力油口7b的压力油同时进入第一换向阀的阀芯上腔40a和第二换向阀的阀芯下腔39b,第四负载压力油口27b的压力油同时进入第一换向阀的阀芯下腔39a和第二换向阀的阀芯上腔40b。
假设1:PL1>PL2,PL1-PL2<(G+Fs)/A,由于最大负载压力与最小负载压力的差值小于设定值(G+Fs)/A,此时小负载联的节流口压差不需增加。在负载敏感压力信号选择阀片中,对于第一换向阀,由于PL1+(G+Fs)/A>PL2,二位三通换向阀阀芯31a处于下位,第二负载敏感压力信号油口6b与第十八流道41相通;对于第二换向阀,由于PL1<PL2+(G+Fs)/A,二位三通换向阀阀芯31b也处于下位,第四负载敏感压力信号油口28b也与第十八流道41相通。此时第二负载敏感压力信号油口6b与第四负载敏感压力信号油口28b通过第十八流道41相通。又由于大负载阀片的第一负载敏感压力油口6a与负载敏感压力信号选择阀片的第二负载敏感压力油口6b相通,小负载阀片的第三负载敏感压力油口28a与大负载阀片的第四负载敏感压力油口28b相通,此时,大负载阀片的第一负载敏感腔16a与小负载阀片的第二负载敏感腔16b是相通的,由于补偿阀的最大负载敏感压力信号的选择作用,第一负载敏感腔16a和第二负载敏感腔16b中将充满最大负载敏感压力的压力油液。
假设2:PL1>PL2,PL1-PL2>(G+Fs)/A,由于最大负载压力与最小负载压力的差值大于设定值(G+Fs)/A,此时小负载联的节流口压差需要增加。在负载敏感压力信号选择阀片中,对于第一换向阀,由于PL1+(G+Fs)/A>PL2,二位三通换向阀阀芯31a处于下位,第二负载敏感压力信号油口6b与第十八流道41相通;对于第二换向阀,由于PL1>PL2+(G+Fs)/A,二位三通换向阀阀芯31b处于上位,第四负载敏感压力油口28b不再与第十八流道41相通,而是通过第十五流道38b与自身的第四负载压力信号27b相通。此时,大负载阀片的负载敏感压力信号是自身的负载压力信号,小阀片的负载敏感压力信号也是自身的负载压力信号。此时,小负载阀片的节流口压差不再与大负载阀片的节流口压差一致,而是比大负载阀片的节流口压差大了一个差值,此差值恰为最大负载压力与最小负载压力的差值PL1-PL2。
从以上的假设中可以知道,第六道通41中压力始终为最大负载敏感压力信号,此最大负载敏感压力信号可以通过第一最大负载敏感压力信号油口30a、第二最大负载敏感压力信号油口30b、第三最大负载敏感压力信号油口30c供给常规负载阀片的第三负载敏感腔16c.
当多路阀阀芯处于中位时,第二负载压力油口7b和第四负载压力油口27b分别通过第一回油腔37a中的第一泄油口36a、第二回油腔37b中的第二泄油口36b泄荷。
根据本发明原理图4,大负载阀片、负载敏感压力信号选择阀片、小负载阀片及常规负载阀片的具体推导关系为:
假设1:PL1>PL3>PL2,PL1-PL2<(G+Fs)s/A
此时第一通向阀、第二通向阀均上位通,且PLmax=PL1
对于补偿阀1:PM1=PLmax
对于补偿阀2:PM2=PLmax
对于补偿阀3:PM3=PLmax
推出:PM1=PM2=PM3
操纵阀1压差:ΔP1=P0-PM1=P0-PLmax
操纵阀2压差:ΔP2=P0-PM2=P0-PLmax
操纵阀3压差:ΔP3=P0-PM3=P0-PLmax
推出:ΔP1=ΔP2=ΔP3
补偿阀1压差:ΔP=PM1-PL1=0
补偿阀2压差:ΔP=PM2-PL2=PL1-PL2
补偿阀3压差:ΔP=PM3-PL3=PL1-PL3
可知:补偿阀2和补偿阀3实现压力补偿
假设2:PL1>PL3>PL2,PL1-PL2>(G+Fs)/A
此时第一通向阀上位通,第二换向阀下位通,且PLmax=PL1
对于补偿阀1:PM1=PLmax
对于补偿阀2:PM2=PL2
对于补偿阀3:PM3=PLmax
推出:PM1=PM3=PLmax,PM2=PL2
操纵阀1压差:ΔP1=P0-PM1=P0-PLmax
操纵阀2压差:ΔP2=P0-PM2=P0-PL2
=P0-PL2=P0-PL1+PL1-PL2
=P0-PLmax+(PL1-PL2)
可知:在操纵阀处压差增加(PL1-PL2),同时实现压力补偿
操纵阀3压差:ΔP3=P0-PM3=P0-PLmax
补偿阀1压差:ΔP=PM1-PL1=0
补偿阀2压差:ΔP=PM2-PL2=0
补偿阀3压差:ΔP=PM3-PL3=PL1-PL3
当多路阀达到最终压力时,由于(G+Fs)/A的值始终大于最大负载压力与最小负载压力的差值,保证了负载敏感压力信号选择阀片中的两个换向阀始终处于下位,大负载阀片与小负载阀片的负载敏感腔直接相连,这也就保持了与经典分流比负载敏感多路阀的一致,当流量饱和时,各阀片按照阀杆的行程大小成比例的分配流量,以保证各负载工作的协调性。

Claims (1)

1.一种分流比负载敏感多路阀,其特征在于,它主要由大负载阀片、负载敏感压力信号选择阀片、小负载阀片和常规负载阀片依次相连组成;所述大负载阀片、小负载阀片和常规负载阀片均包括阀体、主阀阀芯、弹簧、单向阀、补偿阀阀芯、螺钉、密封圈及两个堵头;其中,阀体包括内孔、进油口、回油口、工作油口、第一流道、第二流道、第三流道、第四流道、第五流道、第六流道、第七流道、第八流道、第九流道、第十流道;补偿阀阀芯内有补偿阀内腔、阻尼孔及径向内孔;阀体有内孔,该内孔装有主阀阀芯,入口容腔通过阀口、第一流道与补偿阀下端容腔相连;补偿阀下端容腔经过补偿阀内腔、阻尼孔与径向内孔相通;螺钉通过密封圈与阀体密封连接,并通过弹簧与补偿阀阀芯顶部相连;第二流道通过单向阀与第三流道、第四流道相连;第三流道通过主阀阀芯开口与第六流道相连,再经过第五流道与工作油口相通;第五流道经过主阀阀芯的开口与第七流道相通,并最终与回油口相连;第四流道通过主阀阀芯的开口与第八流道相通,再经过第九流道与工作油口相连;第九流道经过主阀阀芯的开口与第十流道相通,并最终与回油口相连;所述大负载阀片还包括第一负载敏感压力信号油口、第十一流道和第一负载压力油口;所述第一负载敏感压力信号油口通过第十一流道与第一负载敏感腔相连,第三流道、第四流道均与第一负载压力油口相通;所述小负载阀片还包括第二负载敏感压力信号油口、第十二流道和第二最大负载敏感压力信号油口;所述第二负载敏感压力信号油口通过第十二流道与第二负载敏感腔相连;在阀体上有第二最大负载敏感压力信号油口;所述常规负载阀片还包括第三最大负载敏感压力信号油口和第十三流道;所述第三最大负载敏感压力信号油口通过第十三流道与第三负载敏感腔相通;所述负载敏感压力信号选择阀片包括阀体,第一换向阀及第二换向阀;阀体包括内孔、进油口、回油口、第十四流道、第十五流道、第十六流道、第十七流道、第十八流道、第一回油腔、第二回油腔、第一中位泄油口、第二中位泄油口、第二环形凹槽、第三环形凹槽、第二负载压力油口、第四负载压力油口、换向阀第一进油口、换向阀第二进油口、第一最大负载敏感压力信号油口、第二负载敏感压力信号油口、第四负载敏感压力信号油口;第一换向阀、第二换向阀均包括二位三通换向阀阀芯、螺帽、螺母、可调螺钉、端座、第三弹簧、弹簧座;第二负载压力信号与大负载阀片的第一负载压力信号相通;第二负载压力油口通过第十四流道分别与第一换向阀的换向阀第一进油口、第一换向阀阀芯上腔和第二换向阀阀芯下腔相连;第四负载压力油口与小负载阀片的第三负载压力油口相通;第四负载压力油口通过第十五流道分别与第二换向阀的换向阀第二进油口、第二换向阀阀芯上腔和第一换向阀阀芯下腔相连;第一换向阀的第二环形凹槽通过第十六流道与第二负载敏感压力信号油口相连,第二换向阀的第三环形凹槽通过第十七流道与第四负载敏感压力信号油口相连;第二负载压力油口经过第一回油腔、第一中位泄油口与回油口相连;第四负载压力油口经过第二回油腔、第二中位泄油口与回油口相连;第一换向阀的换向阀第二进油口与第二换向阀的换向阀第二进油口通过第十八流道相连,同时第十八流道与第一最大负载敏感压力信号油口相通;第一最大负载敏感压力信号油口通过小负载阀片的第二最大负载敏感压力信号油口、常规负载阀片的第三最大负载敏感压力信号油口、第十三流道与常规负载阀片的第三负载敏感腔相通。
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Assignor: Zhejiang University

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