CN105473746B - 用于轨道热处理的系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于轨道热处理的系统包括:‑冷却装置(4),冷却装置(4)用于将冷却介质(8)喷射到待处理的轨道上,所述冷却装置限定用于接纳待处理的轨道的冷却路径;‑传送装置(7),传送装置(7)用于使待热处理的轨道移动通过所述冷却路径,该系统还包括用于使所述冷却装置中的至少一个冷却装置竖向地移位的装置(18、22、28),以便调节所述冷却装置相对于待处理的轨道的位置。
Description
本发明涉及用于轨道热处理的系统。
现今,火车的重量和速度的快速上升不可避免地迫使轨道磨损率(由于车轮与轨道之间的滚动/滑动而引起的材料损失)增大,因此需要增加硬度以减少磨损。
通常,钢轨在几何轮廓和机械性能方面的最终特性是通过一系列的热机械处理过程所获得的:热轨道滚压过程,然后是热处理和矫直步骤。
热滚压过程根据所设计的几何形状而成型最终的产品,并且为后续处理提供预先期望的金相组织。特别地,该步骤能够实现优良的微观结构,通过后续处理,优良的微观结构将会保证实现高水平要求的机械性能。
到目前为止用于轨道热处理的系统有以下四种不同的类型:
-通过抓住轨道的足部使轨道倾斜而将轨道头部浸入到水箱中,
-仅喷射水,
-仅喷射空气,
-喷射空气/水雾。
文献US 6 432 230公开了一种用于使轨道硬化的装置。该文献中提出的解决方案建议将待冷却的轨道固定以便用冷却液体对该轨道进行冷却。
在该文献中,提出了一种不能够实现冷却过程的灵活性的浸没系统。
此外,只有在轨道能够被夹紧的情况下才能够应用该解决方案,而轨道被夹紧的情况对于热处理而言并不总是最佳情况。
另外,现有的喷射装置仅使用水或者仅使用空气或者使用空气和水的混合物对轨道进行局部冷却。然而,对于容易且快速地互换喷射给定类型的冷却介质的系统与喷射不同类型的冷却介质的另一系统的问题没有得到解决。考虑到待处理的轨道的可能的轮廓的可变性,现有的基于喷射的系统通常不能容易且精确地定位喷嘴。
本发明的主要目的在于提出用于轨道热处理的这样的一种系统:该系统能够适应于不同几何形状的待处理的轨道,并且适应于所要求实现的不同的冶金特性/生产率。
本发明的伴随目的在于提供这样的解决方案:该解决方案既能够竖向地限制轨道以防止轨道弯曲,又能够水平地限制轨道以防止非对称轨道弯曲并且防止在热处理期间轨道在辊道上波动。
本发明的补充目的在于提出这样的解决方案:在该解决方案中,能够容易且快速地实现不同冷却介质之间的转换。
本发明通过用于轨道热处理的这样的一种系统的特征实现了这些和其它目的及优点,其中,该系统包括:
-冷却装置,该冷却装置用于将冷却介质喷射到待处理的轨道上,所述冷却装置限定用于接纳待处理的轨道的冷却路径,
-传送装置,该传送装置用于使待热处理的轨道移动通过所述冷却路径,该系统还包括用于使所述冷却装置中的至少一个冷却装置竖向地移位的装置,以便调节所述冷却装置相对于待处理的轨道的位置。
根据单独地或组合地采用的其它特征:
-该系统还包括在运行时在传送装置之上的多个冷却支承件,每个冷却支承件承载有所述冷却装置中的至少一个冷却装置;
-该系统包括用于将每个冷却支承件以可释放的方式紧固至所述竖向移位装置的紧固装置;
-紧固装置适于并且定位成以便将具有能够喷射不同种类的冷却介质的不同类型的冷却装置的不同的冷却支承件以可替代的方式紧固至竖向移位装置;
-该系统还包括第一冷却块,该第一冷却块包括连接在一起的第一组冷却支承件,所述第一冷却块能够连接至所述竖向移位装置以形成所述冷却路径,所述第一冷却块能够与至少一个第二冷却块互换,其中,第二冷却块包括通过用以对第二类型的冷却装置进行供给的第二管而被连接在一起的第二组冷却支承件,所述第二冷却块也能够连接至所述同一竖向移位装置以形成所述冷却路径;
–用于使所述冷却装置的中至少一个冷却装置竖向地移位的装置包括:
i.至少一个可变形的平行四边形体,该可变形的平行四边形体包括多个侧部,并且所述侧部中的一个侧部是固定的,
ii.多个支承臂,每个支承臂连接至所述至少一个铰接式平行四边形体,
iii.驱动装置,该驱动装置紧固至所述至少一个可变形的平行四边形体,所述驱动装置的致动引起所述至少一个可变形的平行四边形体变形,并且引起至少一个支承臂竖向地平移。
用于使每个冷却装置竖向地移位的装置包括通过至少一个梁被紧固在一起的至少两个可变形的平行四边形体,所述驱动装置紧固至所述梁并且能够使两个可变形的平行四边形体平移;
-每个可变形的平行四边形体紧固至连接轴,所述连接轴被接纳在每个支承臂的凸缘中,所述连接轴将支承臂彼此连接;
–该系统包括用于使至少一个冷却支承件在工作位置与非工作位置之间可逆地旋转的装置,在工作位置中,所述冷却支承件位于传送装置上方,在非工作位置中,每个冷却支承件位于传送装置旁边;
该系统包括用以在轨道传送期间对轨道进行导引的导引装置,所述导引装置包括:
○至少一个导引轴,
○至少一个导引轮,所述至少一个导引轮连接至所述导引轴,所述导引轮包括第一半轮和第二半轮,每个半轮能够相对于另一半轮自由地旋转并且能够绕所述导引轴自由地旋转;
-至少一个导引轮被设计并且定尺寸成使得在轨道导引期间,每个第一半轮与轨道的足部接触并且每个第二半轮与轨道的腹板接触,以便将轨道保持在预定位置中;
–所述导引轮中的至少两个导引轮位于与轨道的路径垂直的平面中;
-每个导引轮仅在两种轮之间进行选择;
-该系统包括用于使至少一个导引轴和相应的导引轮在工作位置与非工作位置之间可逆地旋转的装置,在工作位置中,所述导引轮能够接触到待热处理的轨道,在非工作位置中,所述导引轮不再能够接触到轨道。
现在将参照附图对本发明的其它目的、特征和优点进行更详细的描述,其中,在附图中:
图1是根据本发明的实施方式的热处理系统的三维图,
图2是图1的横向局部截面图,其示出冷却装置处于第一工作位置,
图3是图1的横向截面图,其示出冷却装置处于第二工作位置,
图4是图1的横向截面图,其示出冷却装置处于非工作位置,
图5是在热处理期间对轨道进行导引的装置的实施方式的二维图和三维图,
图6是与图2相似的视图,其示出了根据本发明的系统的另外的细节,
图7是根据本发明的导引装置的截面图;
图8是示出在根据本发明的系统中使用的不同种类的冷却装置的截面图。
在附图中,相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出了根据本发明的可能的实施方式的用于轨道热处理的系统2的三维图。在该实施方式中,该系统包括多个冷却装置4,这些冷却装置4限定冷却路径,轨道6向前移动穿过该冷却路径。
在操作过程中且如图1至图3、图6以及图8上所见,冷却装置将冷却介质8喷射到轨道上,用于对轨道的特定部分例如头部或足部进行冷却。
每个冷却装置4紧固至冷却支承件或倾斜件10。在图1的实施方式中,每个冷却支承件呈C形形状,并且承载有以一定角度(例如90°)间隔开的三个冷却装置。每个冷却支承件10及其相应的冷却装置形成所谓的冷却模块5。在附图的实施方式中,冷却模块5包括三个冷却装置4,这三个冷却装置4定位成使得将冷却介质8喷射在轨道头部的顶部上并且喷射在所述头部的每个侧部上。
此外,在图1中示出的实施方式中,根据本发明的系统包括四个冷却模块,但能够根据所需处理的轨道来改变冷却模块的数量。
还应当指出的是,为了清楚起见,图1上主要只对附图右手侧的一个冷却模块标注了附图标记。当然,用于该冷却模块的一个给定元件的附图标记也适用于图1中示出的任何其它三个冷却模块的任何类似的元件。
在图1中示出的工作位置中,根据本发明的系统包括这样的多个冷却模块5:这些冷却模块5在纵向上对齐以形成轨道被引导通过的冷却路径。每个冷却模块5在轨道所要沿着行进的冷却路径之上。
每个冷却支承件或倾斜件10还对与冷却装置连接的给送管12进行支承。为此,通过螺纹连接在所述冷却支承件或倾斜件10中的阻挡凸缘16将多个保持凸缘14(见图2至图4)紧固至每个冷却支承件10,保持凸缘14限定了用于接纳所述管12的通道。
包括用于连接冷却模块5的所有给送管和冷却模块本身的组件形成了一体的冷却块3。如随后将说明的,如上面定义的这种冷却块的刚性足够强,从而能够马上被如下另外的冷却块替换:该另外的冷却块能够将不同冷却介质喷射到轨道上,并且这种替换不需要使用另外的提升工具。
根据本发明的系统还包括用以使所需处理的轨道在冷却路径内移位的传送装置。在附图中示出的实施方式中,传送装置包括多个辊子7,轨道6在这些辊子7上。每个辊子的旋转轴线垂直于轨道冷却路径。辊子7能够由一个或多个马达进行驱动。
根据本发明的系统还包括用以在该系统运行期间使每个冷却装置4和每个冷却支承件10——在优选实施方式中,仅使位于冷却路径上方或者位于传送装置上方的冷却装置——竖向地移位的装置。这些移位装置包括多个支承臂18。每个支承臂18通过紧固装置以可释放的方式紧固至冷却支承件10。在附图的实施方式中,紧固装置包括紧固螺钉19,紧固螺钉19被接纳在限定于每个支承臂18中的通道和限定于每个冷却支承件10中的通道中。每个支承臂18在其末端中的一个末端处包括凸缘25,凸缘25接纳有水平连接轴20。这意味着每个支承臂18固定地紧固至所述连接轴。此外,所述连接轴20平行于轨道冷却路径延伸,并且将支承臂18彼此连接起来。
移位装置还包括在水平方向上间隔开的两个可变形的平行四边形体22、22’。每个平行四边形体的一个侧部22a、22a’固定地紧固至支承结构24。每个可变形的平行四边形体22、22’在与轨道冷却路径垂直的平面中延伸。两个连接梁26在每个可变形的平行四边形体的可动的竖向侧部22b与22b’(平行于固定的侧部22a与22b)之间水平地延伸以便将它们固定地紧固在一起。每个可动的竖向侧部22b、22b’固定地紧固至支承件32(为了清楚起见,称为平行四边形体的支承件),支承件32也接纳连接轴20。
竖向移位装置还包括用于使平行四边形体移位的驱动致动器。在一个实施方式中,该驱动致动器是螺旋千斤顶28,螺旋千斤顶28由马达30驱动。螺旋千斤顶28紧固至水平连接梁26中的一个水平连接梁。
螺旋千斤顶28的致动引起每个可变形的平行四边形体22和22’的可动的平行四边形体竖向侧部22b和22b’竖向地平移,这进而使水平连接轴20、支承臂18以及冷却支承件或倾斜件10(具有冷却装置4和给送管12)竖向地平移。
图2示出了根据本发明的系统处于用以处理第一类型的轨道6的升高的工作位置的情形。
图3是与图2相似的视图,其中,根据本发明的系统处于用以处理第二不同类型的轨道6的降低的工作位置。该图中示出了具有不同高度的两种类型的轨道6,目的是为了示出利用本发明所能够实现的竖向高度差。例如,本发明的系统能够使冷却装置竖向地平移至少75mm。
根据本发明的系统还包括可选的用以缩回冷却装置4的装置。这些伸缩装置可以包括卧式的伸缩千斤顶或缸34。缸34借助通过凸缘被固定地紧固至水平连接轴20的伸缩臂36而被紧固至水平连接轴20。所述缸34由平台38承载并且被紧固至平台38,所述平台又紧固至上连接梁26。
当被致动时,伸缩缸34拉动伸缩臂36,伸缩臂36进而使水平连接轴20旋转。水平轴20在平行四边形体的支承件32中且相对于平行四边形体的支承件32旋转。而且,这种旋转驱动支承臂18和所有的冷却模块5。
伸缩装置能够将冷却模块5从工作位置(如图2和图3所示)可逆地旋转至非工作位置或倾斜位置(如图4所示),在工作位置中,冷却装置4位于传送装置7上方,在非工作位置或倾斜位置中,每个冷却装置位于传送装置旁边,因而,允许维护操作人员容易地接近冷却装置4。
如前所述,根据所需处理的轨道的类型及期望的结果,能够在根据本发明的系统2中使用不同类型的冷却装置。例如,冷却块的冷却装置能够是喷射水和空气的喷嘴或者能够是气刀。更准确地说,如图8上所见,冷却块能够包括对喷射水和空气的喷嘴8进行支承的多个冷却支承件10或者对仅喷射空气的气刀8’进行支承的多个冷却支承件10’。
因此,根据本发明的系统设计成使得能够用另一类型的块快速地掉换如上所定义的完整的冷却块(能够在1/4小时内完成替换)。为此,每个冷却块的连接装置标准化以对应于与支承臂18连接的点,并且每种冷却块的冷却支承件10之间的距离与支承臂18之间的距离相同。
根据本发明的系统2还包括缆链40(见图6),缆链40容纳、导引且支承向每个冷却块进行给送的挠性软管12。在该描述内容的上下文中,缆链是包括有用于挠性软管的导引件/支承件的组件。在一个实施方式中,根据本发明的系统设置有两种给送管12,水和空气两者由同一缆链进行给送。
上述两种类型的冷却块具有相同种类的与缆链40以及与支承臂18的连接装置。这使得能够在冷却块之间容易且快速地进行交换,因而能够获得不同的钢的等级和不同冶金特性的轨道,这进而使得能够提高灵活性。
管链40设计成以便容纳空气/水型冷却块和气刀型冷却块所需的两种管,以允许将冷却支承件从水/空气型快速地更换为气刀型以及将冷却支承件从气刀型快速地更换为水/空气型。挠性给送管的使用允许竖向地调节冷却块以及将冷却块倾斜。这可以在图6中看出,图6中示出了缆链40的两个不同的位置,用实线表示的一个位置以及用虚线表示的另一个位置。用于这两种类型的冷却块3的管不同,但这两类型的冷却块3的与管链40连接的装置相似。当气刀型冷却块的给送管连接至管链40时,气管以其容量的低百分比被使用,其中,气管的容量是根据管的截面所考虑的。
不同类型的冷却块与系统的其余部分之间的标准化连接装置使得能够例如在1/4小时内进行更换。这也允许实现系统的灵活性。
根据本发明的系统还包括用以在热处理期间对轨道进行导引的装置。这些导引装置包括多个导引轴,每个轴接纳有导引轮。每个导引轴还被紧固至缸。缸的致动引起导引轴旋转,导引轴旋转进而使其相应的导引轮朝向轨道或远离轨道旋转。
在图5a和图5b中示出的实施方式中,导引轴42通过杆45、45’连接至其相应的缸46、46’。每个杆45、45’呈C形形状并且相对于水平平面成45°角度。每个杆45、45’被接纳在固定地紧固至支承结构24的支承件47中。缸46、46’的致动引起杆45、45’旋转,杆45、45’旋转进而使导引轴42、42’和导引轮44围绕支承件47的倾斜的轴线旋转。此外,杆45、45’绕所述倾斜的轴线旋转还使得能够在轨道严重弯曲的情况下打开导引装置而不会对根据本发明的系统(导引装置和冷却系统)造成损害。
每个导引轮44是惰轮(能够绕轴42、42’自由地旋转),并且分为第一半轮44a、44a’和第二半轮44b、44b’。每个半轮44a、44a’、44b、44b’能够相对于其另一相应的半轮自由地旋转,并且能够绕其导引轴42、42’自由地旋转。
每个导引轮44、44’的轮廓设计成使得与轨道的不太关键的部分——足部的上部部分及腹板——接触。此外,在热处理期间,轨道具有恒定不变的速度,因此,轨道与每个轮44、44’的两个接触点具有相同的切向速度,但可以位于距相应的轮的中心不同的距离处。这意味着对于两个轮44、44’而言半径不同并且因此角速度不同,因此产生不期望的摩擦点。该速度差问题通过下述事实而得以解决:每个半轮44a、44b、44a’、44b能够一个相对于另一个绕导引轮的轴线自由地旋转。
缸46、46’设置成:通过将每个导引轮44、44’旋转成使得所述轮44、44’与轨道接触而使所述轮44、44’的位置适应不同的轨道轮廓。这样,导引轮44、44’通过导引轮与轨道之间的接触点而竖向且水平地导引轨道。
此外,每个导引轮在足部的上部部分上与轨道接触的事实能够避免轨道在竖向方向上出现任何偏差,并且每个导引轮在腹板处与轨道接触能够避免轨道在水平方向上出现任何偏差。这样,在热处理期间,轨道被导引并且保持成处于正确的位置,并且各种弯曲得以防止。
如图5a中所见,成对的组件各自包括轮44、44’、导引轴42、42’和缸46、46’并且能够位于与轨道路径垂直的平面中。在优选实施方式中,在运行时以及在对称轨道的情况下,每个组件相对于其它组件对称地定位并且相对于轨道的竖向中央平面对称地定位。
图7a至图7f示出了用于不同形状的轨道的导引轮44、44’、44”和44”’的类型。如图7a至图7d上所见,在轨道是对称的情况下,轨道的两侧上使用的导引轮或辊子的类型相同。在非对称轨道的情况下,如图7e和图7f上所示出的,导引轮的几何形状使得每个导引轮与所述轨道的最不关键的部分(足部的上部部分及腹板)接触。在后一情形中,轨道的每侧上使用的是具有不同几何形状的不同种类的导引轮。
必须指出的是,即使该描述内容中提出的导引装置与轨道技术有关,但能够在需要进行不同的角速度的导引的各种应用中使用所述导引装置。
此外,根据本发明的系统配备有用于减少该区域中的污染的抽吸装置(suctionmeans),抽吸装置包括总可动罩48(见图1和图8)。能够通过缸50使罩48倾斜以便允许冷却支承件10倾斜。
如上所述,通过平行四边形体22、22’实现的竖向平移使得冷却支承件能够做纯粹的竖向运动,冷却支承件将一直正确地符合喷射系统距轨道的头部的水平距离,因而,对于每种类型的轨道(不同的标准,对称/不对称),都能够实现轨道的头部的均匀且对称的冷却。
采用完全兼容的水/空气型倾斜件和空气型倾斜件能够实现这样的一种可靠且灵活的系统:该系统能够容易地满足不同生产批量和不同客户的不同需求。
轨道导引装置在轨道的不太重要的部分处与轨道接触,并且既能够竖向地限制轨道(防止轨道弯曲),又能够水平地限制轨道(防止非对称轨道弯曲并且防止轨道在传送装置上波动)。
轨道导引装置还将轨道的头部保持在预定的位置中以使硬化处理的均匀性最大化。
仅在两种轮廓的导引辊或导引轮的情况下导引装置就能够适用于每种类型的轨道(不同的标准,对称/非对称)(因而,使得更换操作时间短并且备用零件少)。只有在非对称轨道的情况下才需要更换导引轮。
轨道导引系统以机械的方式将对称轨道的头部自动定心在预定位置中;因此,不需要手动或电子调节。
轨道导引装置的斜轮分为能够独立旋转的两个半轮,以避免由于接触点的切向速度差而引起的摩擦。
冷却装置的倾斜设计成以便将喷射系统(水/空气喷嘴和气刀)定位在维护操作人员能够容易接近的高度处。
为了实现最快且更可靠的操作以及运营或维护操作人员的最低可能的手动干预,所有的操作(倾斜件的竖向调节、用于倾斜件的倾斜系统的打开/关闭、悬置式罩的打开/关闭)都是自动操作完成的。
Claims (14)
1.一种用于轨道热处理的系统,所述系统包括:
-冷却装置(4),所述冷却装置(4)用于将冷却介质(8)喷射到待处理的轨道上,所述冷却装置限定用于接纳待处理的轨道的冷却路径,
-传送装置(7),所述传送装置(7)用于使待热处理的轨道移动通过所述冷却路径,
其特征在于,所述系统还包括用于使所述冷却装置中的至少一个冷却装置竖向地移位的竖向移位装置(18、22、28),以便调节所述冷却装置相对于待处理的轨道的位置,
其中,用于使每个冷却装置竖向地移位的所述竖向移位装置包括:
i.至少一个可变形的平行四边形体(22、22’),所述平行四边形体(22、22’)包括多个侧部,并且所述侧部中的一个侧部是固定的,
ii.多个支承臂(18),每个支承臂连接至至少一个铰接式的所述平行四边形体(22、22’),
iii.驱动装置(28),所述驱动装置(28)紧固至至少一个可变形的所述平行四边形体,所述驱动装置的致动引起至少一个可变形的所述平行四边形体变形并且引起至少一个支承臂竖向地平移。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述系统还包括多个冷却支承件(10),所述多个冷却支承件(10)在运行时高耸于所述传送装置之上,每个冷却支承件承载有所述冷却装置中的至少一个冷却装置。
3.根据权利要求2所述的系统,还包括用于将每个冷却支承件(10)以可释放的方式紧固至所述竖向移位装置的紧固装置(19)。
4.根据权利要求3所述的系统,其中,所述紧固装置适于并且定位成以便将具有能够喷射不同种类的冷却介质(8)的不同类型的冷却装置的不同的冷却支承件(10)以可替代的方式紧固至所述竖向移位装置(18、22、28)。
5.根据权利要求2所述的系统,还包括第一冷却块,所述第一冷却块包括连接在一起的第一组冷却支承件(10),所述第一冷却块能够连接至所述竖向移位装置(18、22、28)以形成所述冷却路径,所述第一冷却块能够与至少一个第二冷却块互换,其中,所述第二冷却块包括通过用以对第二类型的冷却装置进行供给的第二管而被连接在一起的第二组冷却支承件,所述第二冷却块也能够连接至相同的所述竖向移位装置以形成所述冷却路径。
6.根据权利要求1所述的系统,其中,用于使每个冷却装置竖向地移位的所述竖向移位装置包括通过至少一个梁(26)被紧固在一起的至少两个可变形的平行四边形体(22、22’),所述驱动装置紧固至所述梁并且能够使两个可变形的平行四边形体平移。
7.根据权利要求1所述的系统,其中,每个可变形的平行四边形体(22、22’)紧固至连接轴(20),所述连接轴被接纳在每个支承臂(18)的凸缘(25)中,所述连接轴将所述支承臂彼此连接。
8.根据权利要求2所述的系统,还包括用于使至少一个冷却支承件在工作位置与非工作位置之间可逆地旋转的装置(34),在所述工作位置中,所述冷却支承件位于所述传送装置(7)上方,在所述非工作位置中,所述冷却支承件位于所述传送装置旁边。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统,还包括用以在轨道传送期间对所述轨道进行导引的导引装置,所述导引装置包括:
○至少一个导引轴(42),
○至少一个导引轮(44、44’),所述至少一个导引轮(44、44’)连接至所述导引轴,所述导引轮包括第一半轮(44a、44a’)和第二半轮(44b、44b’),每个半轮能够相对于另一半轮自由地旋转并且能够绕所述导引轴(42)自由地旋转。
10.根据权利要求9所述的系统,其中,至少一个导引轮被设计并且被定尺寸成使得:在轨道导引期间,每个第一半轮(44a、44a’)与所述轨道的足部接触并且第二半轮(44b、44b’)与所述轨道的腹板接触,以便将所述轨道保持在预定位置中。
11.根据权利要求9所述的系统,其中,所述导引轮中的至少两个导引轮位于与所述轨道的路径垂直的平面中。
12.根据权利要求9所述的系统,其中,每个导引轮仅在两种轮之间进行选择。
13.根据权利要求9所述的系统,还包括用于使至少一个导引轴(42)和相应的导引轮(44、44’)在工作位置与非工作位置之间可逆地旋转的装置,在所述工作位置中,所述导引轮能够接触到待热处理的轨道,在所述非工作位置中,所述导引轮不再能够接触到所述轨道。
14.根据权利要求13所述的系统,其中,所述用于使所述导引轴可逆地旋转的装置包括:
i.至少一个缸(46、46’);
ii.至少一个杆(45、45’),所述杆将所述缸与所述导引轴连接,
所述缸的致动引起所述杆的旋转,所述杆的旋转进而使所述导引轴(42、42’)和相应的导引轮(44、44’)旋转。
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