CN107366728A - 抽油机自动差速启动器 - Google Patents

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Abstract

本发明属机械设备,具体涉及一种油田抽油机自动差速启动器,用于解决现有的行星变速启动装置结构复杂、制造成本高、故障率高、操作维修不方便的问题。其结构主要包括箱体、输入轴、输出轴、传动轴、操作杆、皮带轮、调速齿轮、活动齿盘、电磁阀、继电器。传动轴上装有大、小齿轮,用于启动时减速并增大扭矩输出。输出轴上装有调速齿轮和活动齿盘。继电器用于控制电磁阀和电机启动,电磁阀带动操作杆拨动活动齿盘向左或向右移动,实现低速启动到同速运转的转换。该启动器结构简单,成本低,运行可靠,维护方便,具有一键式自动变速启动功能,适用于油田抽油机及类似重负载机械设备的启动和运行,节能效果显著。

Description

抽油机自动差速启动器
技术领域
本发明属机械设备,具体涉及一种油田抽油机自动差速启动器。
背景技术
采油机动力普遍使用电力,电力消耗在采油生产中占据了较大份额的费用支出。在采油生产过程中,电机的启动电流是正常工作电流的3-5倍。为了在启动阶段保持足够大的输出扭矩,只能按照启动过程的最大扭矩来配置电机,即采用大功率电机,大容量变压器的供电方式,这样造成抽油机大功率电动机启动后功率浪费严重,生产成本高。为此,人们发明了变速启动装置,其基本原理是:采用较小功率电机,在启动阶段通过变速启动装置减速运行,以输出较大扭矩,启动抽油机低速运转,然后再切换至正常工作状态,机器恢复到标定输出转速,实现“提高功率因数,降低无功损耗,节省能源”的目的。
现有专利“抽油机节能用行星变速传动装置”(申请号201320032058.5)采用行星变速结构,存在的问题有:
1、结构复杂,构件过多,多达100多个零件,制造成本过高;
2、受结构空间限制,行星机构和部分主要构件过于弱小,负载时变速冲击力过大,难以保证机构的可靠运行,极易出现故障,故障率高,可靠性低;
3、加工精度要求高,制造难度大;
4、安装维修复杂,易损件多,维修期长,维护成本高;
5、采用手动变速操作,并且一人无法操作,无自动变速功能。
发明内容
为解决上述技术的不足,本发明提供一种结构简单、制造成本低、运行稳定可靠、故障率低、维护方便、具有一键式自动变速启动功能的抽油机自动差速启动器。
技术方案:
抽油机自动差速启动器,包括箱体28、输入轴16、输出轴32、传动轴22、操作杆、皮带轮2、调速齿轮4、活动齿盘12、电磁阀15。箱体28横截面为矩形,上端开口用螺钉固定装有顶盖,底部前、后设有向外延伸的箱体底脚,该底脚上布置有4个螺栓通孔。输入轴16右端穿过安装在箱体28右壁的轴承A17的内孔,从箱体28右侧伸出,其端部设有花键,通过联轴器连接电动机用于输入动力。输出轴32左端穿过安装在箱体28左壁的轴承B31的内孔,从箱体28左侧伸出,其端部设有花键与皮带轮2内孔相结合用于输出动力。皮带轮2左端面上用螺钉固定装有圆形盖1,其中心部再用一螺钉将圆形盖1固定在输出轴32左端面上。传动轴22位于输入轴16和输出轴32下方,其左部装有小齿轮25,右部装有大齿轮21,两端分别用轴承安装在箱体28的左壁和右壁上。输入轴16与输出轴32位于同一轴线上,输入轴16左端面设有同轴的孔,内装有轴承C19,输出轴32右端插接在该轴承C19内圈中。输入轴16中部外圆设有外齿,与传动轴22右部的大齿轮21相啮合。调速齿轮4的内孔用轴承D27套接在输出轴32的中部,其外齿与传动轴22左部的小齿轮25相啮合,其右端面设有内齿孔26。输出轴32在调速齿轮4右端与输入轴16左端之间段上设有外齿18,套接有活动齿盘12,即活动齿盘12通过其中心孔内齿套接在外齿18上,可沿外齿18左右滑动。活动齿盘12的外径上设有沟槽23,其左端设有可与调速齿盘4右端内齿孔26相套接的外齿圈24。电磁阀15安装在箱体28的顶盖上面,操作杆上端伸出箱体28顶盖的孔,与电磁阀15的拉杆8端部通过销轴相连接。操作杆中部设有转轴9,下端设有拨轴33,该拨轴33端部伸入活动齿盘12外径上的沟槽23内。工作时由电磁阀15提供动力使拉杆8产生推拉动作,操作杆绕转轴9旋转,通过拨轴33拨动活动齿盘12向左或向右滑动,当活动齿盘12向左紧靠调速齿轮4时,活动齿盘12左端的外齿圈24与调速齿轮4右端的内齿孔26相套接联动,当活动齿盘12向右紧靠输入轴16左端面时,活动齿盘12右端面上的结合部A13与输入轴16左端面上的结合部B14相结合联动。
在上述技术方案中:
安装在箱体28右壁上用于套接输入轴16的轴承A17为钢球轴承。在输入轴16左端面上的同轴孔内用于套接输出轴32右端的轴承C19采用圆柱滚子轴承。在输出轴32中部用于套接调速齿轮4的轴承D27设有2个,均采用钢球轴承。安装在箱体28左壁上用于套接输出轴32左端的轴承B31设有2个,均采用圆柱滚子轴承,该2个轴承安装在一个套筒3内,该套筒3套接在箱体28左壁的孔内。
为使活动齿盘12与输入轴16联动时结合紧密,活动齿盘12上还设有导杆弹簧结构:输出轴32中部套接有一环形的靠板30,该靠板30紧靠在调速齿轮4内孔轴承D27右端面位置,该靠板30右侧面上沿一圆周上均布固定装有三根垂直于靠板30的导杆10,该导杆10上装有弹簧11,导杆10右端穿插在活动齿盘12上相应位置的通孔内。弹簧11右端位于活动齿盘12左端面上相应位置的扩孔内,其顶端顶靠在该扩孔底部,在弹簧11弹性作用下给予活动齿盘12向右的推力,使活动齿盘12右端面的结合部A13与输入轴16左端面的结合部B14相互套接。其中,活动齿盘12右端面的结合部A13为同轴的圆柱齿轮部或圆锥齿轮部,输入轴16左端面的结合部B14为可与结合部A13相套接的圆柱齿孔或圆锥齿孔。
操作杆由连接杆7、横板6及拨杆5组成。横板6为一条形板,其中部固定连接在连接杆7下端,其长度方向垂直于箱体28前壁、后壁布置。拨杆5设有2条,其上端分别固接在横板6前、后两端,其中部均设有孔,分别套接在前、后2个转轴9上,该2个转轴9分别固定连接在箱体28前壁、后壁上。2条拨杆5下端均装有拨轴33,前后相向对称布置,该拨轴33端部伸入活动齿盘12外径的槽沟23内,用于从该沟槽23前、后两个位置拨动活动齿盘12向左或向右移动。
为便于转轴9固定安装,在箱体28的前壁、后壁上安装转轴9的位置均设有安装孔,转轴9垂直固接在一圆形板上,转轴9根部套接有O型密封圈,安装时将转轴9从箱体28外插入该安装孔内,再将该圆形板用螺钉固定在箱体28前壁或后壁的外侧面上。
为减少活动齿盘12旋转时与拨轴33之间的摩擦,拨轴33通过轴承安装在拨杆5下端,该轴承安装在拨杆5下端的轴承座34内,拨轴33一端套接在该轴承内孔中。
为配合操作杆绕转轴9旋转,电磁阀15底部右端用一合页安装在箱体28顶盖上。当电磁阀15拉杆8产生推拉动作、使操作杆绕转轴9旋转时,电磁阀15可绕该合页轴旋转。
为保护电磁阀15及操作杆在箱体28外的部分,箱体28顶盖上面装有矩形的防水罩,防水罩底脚部用螺钉固定在箱体28顶盖上。
电磁阀15的工作通过继电器来控制,继电器输出电线穿过防水罩上的孔与电磁阀15连接。电磁阀15的工作时间由继电器控制,可根据采油现场抽油机动作的时间来决定继电器的控制时间。
整个机构的润滑采用油浴式(飞溅式)润滑。在箱体28侧面底部设有放油螺纹孔,拧入一装有O型密封圈的丝堵密封。箱体28侧面下部设有油窗,并在箱体28顶盖上装有油气分离器。在箱体28左壁、右壁外侧面上输出轴16、输出轴32及传动轴22左右两端位置均装有端盖,并且均设有密封圈,防止润滑油漏出。
整个机构的启动由继电器控制。启动时,按下启动按钮,在继电器控制下,电磁阀15先通电,拉动操作杆绕转轴9顺时针旋转,拨轴33拨动活动齿盘12向左移动,弹簧11被压缩,使活动齿盘12左端的外齿圈24与调速齿轮4右端的内齿孔26相套接,再由继电器启动电机,经联轴器带动输入轴16旋转,通过输入轴16外齿与大齿轮21啮合、小齿轮25与调速齿轮4啮合二次减速,带动活动齿盘12、输出轴32、皮带轮2旋转,实现低速、大扭矩动力输出。当低速运转平稳,达到预先设定的继电器控制时间后,电磁阀15由继电器发出断电动作,拉杆8失去拉力,弹簧8推动活动齿盘12向右移动,使活动齿盘12右端面上的结合部A13与输入轴16左端面上的结合部B14相结合,带动活动齿盘12、输出轴32与输入轴16保持同速旋转,将电机动力直接输出至皮带轮2,即完成启动,抽油机投入正常工作。启动完成后,由于调速齿轮4脱离活动齿盘12,并且与输出轴32之间通过轴承27套接,调速齿轮4连同小齿轮25、大齿轮21始终处于空转状态。
本自动差速启动器也适用于其他领域中重负载启动、轻负载运行的类似机械设备的启动。
有益效果:
本发明有以下显著效果:
1、与原行星变速机构相比,结构大为简化,零件数减少一半左右,显著降低了制造成本:采用独特、新颖的输入/输出轴同轴、嵌套、差速结构,调速齿轮4与输出轴之间空转/联动结构,以及活动齿盘12离合变速结构,使传动机构紧凑简单,显著减小了整机体积。
2、将原行星变速启动改为齿轮轴二级减速启动,显著增强了扭矩输出能力,抗负载冲击力强,运行稳定可靠,有效降低故障率,减少停机事故的发生,使用寿命长,安全性高。
3、采用继电器、电磁阀自动控制操作杆结构,实现了一键自动变速启动,无需手动变速操作,避免了人手操作失误造成机器故障损坏,引起安全事故。
4、加工精度要求低于行星变速机构,加工制造简单,显著降低了制造难度。
5、安装维修简单,易损件少,显著降低了维修成本。
6、因结构简单,能保证各传动部件润滑、散热良好,同时整个机构密封良好,防水、防沙尘性能佳,适合野外恶劣环境长时间运行,能满足油田抽油机野外长期作业要求。
7、节能、节支效果显著:因安全可靠性高,使用寿命长,能野外长期作业,真正实现了安全可靠的小功率电机的启动和运行,使用电机功率可降至原有大功率启动电机的一半,同时故障少,维修方便,因此节能效果显著,使用成本低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明内部结构示意图。
图2是本发明操作杆结构图。
具体实施方式
如图1、图2所示,本发明包括箱体28、输入轴16、输出轴32、传动轴22、操作杆、皮带轮2、调速齿轮4、活动齿盘12、电磁阀15。箱体28横截面为矩形,上端开口用螺钉固定装有顶盖,底部前、后设有向外延伸的箱体底脚,该底脚上布置有4个螺栓通孔。输入轴16右端穿过安装在箱体28右壁的轴承A17的内孔,从箱体28右侧伸出,其端部设有花键,通过联轴器连接电动机用于输入动力。输出轴32左端穿过安装在箱体28左壁的轴承B31的内孔,从箱体28左侧伸出,其端部设有花键与皮带轮2内孔相结合用于输出动力。皮带轮2左端面上用螺钉固定装有圆形盖1,其中心部再用一螺钉将圆形盖1固定在输出轴32左端面上。传动轴22位于输入轴16和输出轴32下方,其左部装有小齿轮25,右部装有大齿轮21,两端分别用轴承安装在箱体28的左壁和右壁上。输入轴16与输出轴32位于同一轴线上,输入轴16左端面设有同轴的孔,内装有轴承C19,输出轴32右端插接在该轴承C19内圈中。输入轴16中部外圆设有外齿,与传动轴22右部的大齿轮21相啮合。调速齿轮4的内孔用轴承D27套接在输出轴32的中部,其外齿与传动轴22左部的小齿轮25相啮合,其右端面设有内齿孔26。输出轴32在调速齿轮4右端与输入轴16左端之间段上设有外齿18,套接有活动齿盘12,即活动齿盘12通过其中心孔内齿套接在外齿18上,可沿外齿18左右滑动。活动齿盘12的外径上设有沟槽23,其左端设有可与调速齿盘4右端内齿孔26相套接的外齿圈24。电磁阀15安装在箱体28的顶盖上面,操作杆上端伸出箱体28顶盖的孔,与电磁阀15的拉杆8端部通过销轴相连接。操作杆中部设有转轴9,下端设有拨轴33,该拨轴33端部伸入活动齿盘12外径上的沟槽23内。工作时由电磁阀15提供动力使拉杆8产生推拉动作,操作杆绕转轴9旋转,通过拨轴33拨动活动齿盘12向左或向右滑动,当活动齿盘12向左紧靠调速齿轮4时,活动齿盘12左端的外齿圈24与调速齿轮4右端的内齿孔26相套接联动,当活动齿盘12向右紧靠输入轴16左端面时,活动齿盘12右端面上的结合部A13与输入轴16左端面上的结合部B14相结合联动。
在上述实施方式中:
安装在箱体28右壁上用于套接输入轴16的轴承A17为钢球轴承。在输入轴16左端面上的同轴孔内用于套接输出轴32右端的轴承C19采用圆柱滚子轴承。在输出轴32中部用于套接调速齿轮4的轴承D27设有2个,均采用钢球轴承。安装在箱体28左壁上用于套接输出轴32左端的轴承B31设有2个,均采用圆柱滚子轴承,该2个轴承安装在一个套筒3内,该套筒3套接在箱体28左壁的孔内。
为使活动齿盘12与输入轴16联动时结合紧密,活动齿盘12上还设有导杆弹簧结构:输出轴32中部套接有一环形的靠板30,该靠板30紧靠在调速齿轮4内孔轴承D27右端面位置,该靠板30右侧面上沿一圆周上均布固定装有三根垂直于靠板30的导杆10,该导杆10上装有弹簧11,导杆10右端穿插在活动齿盘12上相应位置的通孔内。弹簧11右端位于活动齿盘12左端面上相应位置的扩孔内,其顶端顶靠在该扩孔底部,在弹簧11弹性作用下给予活动齿盘12向右的推力,使活动齿盘12右端面的结合部A13与输入轴16左端面的结合部B14相互套接。其中,活动齿盘12右端面的结合部A13为同轴的圆柱齿轮部或圆锥齿轮部,输入轴16左端面的结合部B14为可与结合部A13相套接的圆柱齿孔或圆锥齿孔。
操作杆由连接杆7、横板6及拨杆5组成。横板6为一条形板,其中部固定连接在连接杆7下端,其长度方向垂直于箱体28前壁、后壁布置。拨杆5设有2条,其上端分别固接在横板6前、后两端,其中部均设有孔,分别套接在前、后2个转轴9上,该2个转轴9分别固定连接在箱体28前壁、后壁上。2条拨杆5下端均装有拨轴33,前后相向对称布置,该拨轴33端部伸入活动齿盘12外径的槽沟23内,用于从该沟槽23前、后两个位置拨动活动齿盘12向左或向右移动。
为便于转轴9固定安装,在箱体28的前壁、后壁上安装转轴9的位置均设有安装孔,转轴9垂直固接在一圆形板上,转轴9根部套接有O型密封圈,安装时将转轴9从箱体28外插入该安装孔内,再将该圆形板用螺钉固定在箱体28前壁或后壁的外侧面上。
为减少活动齿盘12旋转时与拨轴33之间的摩擦,拨轴33通过轴承安装在拨杆5下端,该轴承安装在拨杆5下端的轴承座34内,拨轴33一端套接在该轴承内孔中。
为配合操作杆绕转轴9旋转,电磁阀15底部右端用一合页安装在箱体28顶盖上。当电磁阀15拉杆8产生推拉动作、使操作杆绕转轴9旋转时,电磁阀15可绕该合页轴旋转。
为保护电磁阀15及操作杆在箱体28外的部分,箱体28顶盖上面装有矩形的防水罩,防水罩底脚部用螺钉固定在箱体28顶盖上。
电磁阀15的工作通过继电器来控制,继电器输出电线穿过防水罩上的孔与电磁阀15连接。电磁阀15的工作时间由继电器控制,可根据采油现场抽油机动作的时间来决定继电器的控制时间。
整个机构的润滑采用油浴式(飞溅式)润滑。在箱体28侧面底部设有放油螺纹孔,拧入一装有O型密封圈的丝堵密封。箱体28侧面下部设有油窗,并在箱体28顶盖上装有油气分离器。在箱体28左壁、右壁外侧面上输出轴16、输出轴32及传动轴22左右两端位置均装有端盖,并且均设有密封圈,防止润滑油漏出。
启动操作时,按下启动按钮,在继电器控制下,电磁阀15先通电,拉动操作杆绕转轴9顺时针旋转,拨轴33拨动活动齿盘12向左移动,与调速齿轮4相结合,再由继电器启动电机,依次通过输入轴16、大齿轮21、小齿轮25、调速齿轮4、活动齿盘12、输出轴32,减速传动,并增大扭矩将动力输出至皮带轮2。当达到预先设定的继电器控制时间后,电磁阀15断电,弹簧8推动活动齿盘12向右移动,使其结合部A13与输入轴16的结合部B14相结合,实现输出轴32与输入轴16同速旋转,即完成启动。

Claims (10)

1.抽油机自动差速启动器,包括箱体(28)、输入轴(16)、输出轴(32)、传动轴(22)、操作杆、皮带轮(2);所述箱体(28)横截面为矩形,上端开口用螺钉固定装有顶盖,底部前、后设有向外延伸的箱体底脚,该底脚上布置有4个螺栓通孔;所述输入轴(16)右端穿过安装在箱体(28)右壁的轴承A(17)的内孔,从箱体(28)右侧伸出,其端部设有花键,通过联轴器连接电动机用于输入动力;所述输出轴(32)左端穿过安装在箱体(28)左壁的轴承B(31)的内孔,从箱体(28)左侧伸出,其端部设有花键与皮带轮(2)内孔相结合用于输出动力;所述传动轴(22)位于输入轴(16)和输出轴(32)下方,其左部装有小齿轮(25),右部装有大齿轮(21),两端分别用轴承安装在箱体(28)的左壁和右壁上;其特征在于:所述抽油机自动差速启动器还包括分别安装在输出轴(32)中部和右部的调速齿轮(4)和活动齿盘(12)、安装在箱体(28)顶部的电磁阀(15);所述输入轴(16)与输出轴(32)位于同一轴线上,输入轴(16)左端面设有同轴的孔,内装有轴承C(19),输出轴(32)右端插接在该轴承C(19)内圈中;所述输入轴(16)中部外圆设有外齿,与传动轴(22)右部的大齿轮(21)相啮合;所述调速齿轮(4)的内孔用轴承D(27)套接在输出轴(32)的中部,其外齿与传动轴(22)左部的小齿轮(25)相啮合,其右端面设有内齿孔(26);所述输出轴(32)在调速齿轮(4)右端与输入轴(16)左端之间段上设有外齿(18),与活动齿盘(12)的中心孔内齿相套接,活动齿盘(12)可沿该外齿(18)左右滑动;所述活动齿盘(12)的外径上设有沟槽(23),其左端设有可与调速齿盘(4)右端内齿孔(26)相套接的外齿圈(24);所述操作杆上端伸出箱体(28)顶盖的孔,与电磁阀(15)的拉杆(8)端部通过销轴相连接,操作杆中部设有转轴(9),下端设有拨轴(33),该拨轴(33)端部伸入活动齿盘(12)外径上的沟槽(23)内;工作时由电磁阀(15)提供动力使拉杆(8)产生推拉动作,操作杆绕转轴(9)旋转,通过拨轴(33)拨动活动齿盘(12)向左或向右滑动,当活动齿盘(12)向左紧靠调速齿轮(4)时,活动齿盘(12)左端的外齿圈(24)与调速齿轮(4)右端的内齿孔(26)相套接联动,当活动齿盘(12)向右紧靠输入轴(16)左端面时,活动齿盘(12)右端面上的结合部A(13)与输入轴(16)左端面上的结合部B(14)相结合联动。
2.根据权利要求1所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:安装在箱体(28)右壁上用于套接输入轴(16)的轴承A(17)为钢球轴承,在所述输入轴(16)左端面上的同轴孔内用于套接输出轴(32)右端的轴承C(19)采用圆柱滚子轴承。
3.根据权利要求1所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:在所述输出轴(32)中部用于套接调速齿轮(4)的轴承D(27)设有2个,均采用钢球轴承;所述安装在箱体(28)左壁上用于套接输出轴(32)左端的轴承B(31)设有2个,均采用圆柱滚子轴承,该2个轴承安装在一个套筒(3)内,该套筒(3)套接在箱体(28)左壁的孔内。
4.根据权利要求1所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:所述输出轴(32)中部套接有一环形的靠板(30),该靠板(30)紧靠在调速齿轮(4)内孔轴承D(27)右端面位置,该靠板(30)右侧面上沿一圆周上均布固定装有三根垂直于靠板(30)的导杆(10),该导杆(10)上装有弹簧(11),导杆(10)右端穿插在活动齿盘(12)上相应位置的通孔内;所述弹簧(11)右端位于活动齿盘(12)左端面上相应位置的扩孔内,其顶端顶靠在该扩孔底部,在弹簧(11)弹性作用下给予活动齿盘(12)向右的推力,使活动齿盘(12)右端面的结合部A(13)与输入轴(16)左端面的结合部B(14)相互套接。
5.根据权利要求1所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:所述活动齿盘(12)右端面的结合部A(13)为同轴的圆柱齿轮部或圆锥齿轮部,输入轴(16)左端面的结合部B(14)为可与结合部A(13)相套接的圆柱齿孔或圆锥齿孔。
6.根据权利要求1所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:所述电磁阀(15)底部右端用一合页安装在箱体(28)顶盖上,用于电磁阀(15)拉杆(8)产生推拉动作、使操作杆绕转轴(9)旋转时,电磁阀(15)可绕该合页轴旋转;所述箱体(28)顶盖上面装有矩形的防水罩,用于保护电磁阀(15)及操作杆在箱体(28)外的部分,该防水罩底脚部用螺钉固定在箱体(28)顶盖上。
7.根据权利要求1所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:所述操作杆由连接杆(7)、横板(6)及拨杆(5)组成;所述横板(6)为一条形板,其中部固定连接在连接杆(7)下端,其长度方向垂直于箱体(28)前壁、后壁布置;所述拨杆(5)设有2条,其上端分别固接在横板(6)前、后两端,其中部均设有孔,分别套接在前、后2个转轴(9)上,该2个转轴(9)分别固定连接在箱体(28)前壁、后壁上;所述2条拨杆(5)下端均装有拨轴(33),前后相向对称布置,该拨轴(33)端部伸入活动齿盘(12)外径的槽沟(23)内,用于从该沟槽(23)前、后两个位置拨动活动齿盘(12)向左或向右移动。
8.根据权利要求1或7所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:在箱体(28)的前壁、后壁上安装所述转轴(9)的位置均设有安装孔,所述转轴(9)垂直固接在一圆形板上,转轴(9)根部套接有O型密封圈,安装时将转轴(9)从箱体(28)外插入该安装孔内,再将该圆形板用螺钉固定在箱体(28)前壁或后壁的外侧面上。
9.根据权利要求1或8所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:所述拨轴(33)通过轴承安装在拨杆(5)下端,该轴承安装在拨杆(5)下端的轴承座(34)内,拨轴(33)一端套接在该轴承内孔中。
10.根据权利要求1所述的抽油机自动差速启动器,其特征在于:还包括用于控制电磁阀(15)工作的继电器,继电器输出电线穿过防水罩上的孔与电磁阀(15)连接。
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