CN107524419B - 液压震击器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井设备技术领域，是一种液压震击器，包括上接头、外筒、扭矩套、芯轴、液压撞击单元和承击单元，上接头的下部内侧与外筒的上部外侧固定安装在一起，外筒的下部内侧与扭矩套的上部内侧固定安装在一起，上接头的下部内侧限位安装有芯轴，芯轴的外侧设有位于扭矩套上方的液压撞击单元；液压撞击单元包括动力套、控阀套、开关滑套和冲击锤体。本发明结构合理而紧凑，其通过文丘里效应的巧妙运用，可使得动力套能在循环流体作用下完成往复运动，从而使得本发明可无需上提下放即可实现对卡阻处的震击操作，尤其适用于有连续油管作业的管串中，其还具有卡阻消除效果好，操作简单，使用方便，工作效率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及钻井设备技术领域，是一种液压震击器。
背景技术
目前施工作业、钻井中震击器作为常用工具常用于切割、钻磨、侧钻、打捞等作业，其通常可分为机械式震击器和液压式震击器；钢丝作业时，可用机械式震击器通过上提后下放提供震击器；油管作业可用机械式震击器通过上提后下放提供震击器；也可用液力式震击器通过上提、下放或打压等多种方式，释放内部储能实现上震击和下震击。在连续油管作业时，由于连续油管加压存在自身弯曲，将其与现有的震击器组合使用时，大都存在无法通过上提或下放提供可靠的震击力，震击效果差，无法满足消除卡阻的需求的问题。
发明内容
本发明提供了一种液压震击器，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的液压震击器大都存在储能小，震击效果差，无法满足消除卡阻的需求的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种液压震击器，包括上接头、外筒、扭矩套、芯轴、液压撞击单元和承击单元，上接头的下部内侧与外筒的上部外侧固定安装在一起，外筒的下部内侧与扭矩套的上部内侧固定安装在一起，上接头的下部内侧限位安装有芯轴，芯轴的外侧设有位于扭矩套上方的液压撞击单元；液压撞击单元包括动力套、控阀套、开关滑套和冲击锤体，芯轴的上部外侧套装有位于上接头下方的动力套，动力套的下部外侧与控阀套的上部内侧固定安装在一起，动力套的上部内侧设有上环槽，动力套的下部内侧设有下环槽，上环槽的槽底为动力套的下行承压面，下环槽的槽顶为动力套的上行承压面，上行承压面的面积大于下行承压面的面积；控阀套的下部设有通液孔；芯轴的内孔包括由上至下依次连接在一起的入口段、收缩段、喉道、大径段、扩散段和出口段，出口段内侧固定有芯轴堵头，入口段上分布有与下行承压面相通的第一通孔，大径段的上端分布有与上行承压面相通的第二通孔，扩散段的下部分布与通液孔相通的第三通孔，对应动力套下方位置的控阀套内侧套装有能够交替启闭第三通孔的开关滑套；扭矩套内安装有能相对扭矩套上下移动且能与扭矩套传递扭矩的承击单元，承击单元的下端位于扭矩套下方。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述承击单元可包括活塞杆、扭矩限位件、活塞阀座、弹簧和下接头，扭矩套内设有能沿其上下移动的活塞杆，且扭矩套与活塞杆之间设有能传递扭矩的扭矩限位件，活塞杆的上部内侧设有内环槽，内环槽内由下至上依次套装有弹簧和能承受液压撞击单元冲击的活塞阀座，内环槽的顶部设有能限位活塞阀座上行位置的上行限位件，活塞杆的下部外侧固定安装有位于扭矩套下方的下接头。
上述扭矩限位件可为扭矩销，扭矩套的上部外侧分布有至少一个滑移长孔，对应各个滑移长孔位置的活塞杆外壁上均固定安装有外端卡入滑移长孔内且能沿滑移长孔上下移动的扭矩销。
上述活塞杆的上部外侧可设有位于扭矩套上方的外环台，外环台与外筒之间设有上密封圈，对应上密封圈下方位置的外环台的外侧设有外环槽，外环槽内安装有能与外筒内壁相适配的上导向环，对应上密封圈下方位置的活塞杆上设有外口大内口小的台阶孔，在台阶孔的外口内固定安装有筒形压帽，筒形压帽的内侧与台阶孔的台阶面之间设有滤网；扭矩套的下部内侧与活塞杆之间设有下密封圈，对应下密封圈上方位置的扭矩套内侧设有导向环槽，导线环槽内安装有能与活塞杆外径相适配的下导向环。
上述芯轴可包括芯轴上体和芯轴下体，芯轴上体的下部内侧与芯轴下体的上部内侧固定安装在一起，芯轴上体的上部外侧与上接头的上部内侧限位安装在一起，动力套套装在芯轴上体外侧，芯轴下体的下部内侧固定有芯轴堵头；入口段位于芯轴上体内，对应芯轴上体下方位置的芯轴下体外侧设有位于上行承压面下方的限位环台，喉道位于芯轴下体的上部内侧，呈L形的第二通孔包括水平段和竖直段，水平段的外端与竖直段的下端连接在一起，水平段位于限位环台与大径段上端的重叠区域，且竖直段位于芯轴上体外侧。
上述上接头的下部内侧可设有连接环台，芯轴上体的上部外侧套装在连接环台内，对应连接环台上方位置的芯轴上体外侧设有芯轴环台，对应芯轴上体上方位置的上接头内侧设有限位挡圈，对应限位挡圈与芯轴上体之间位置的上接头内套装有垫套；芯轴上体的上部内侧设位于入口段上方的导入段，导入段呈漏斗状。
上述芯轴环台与上接头之间可设有通用密封圈，活塞阀座与内环槽之间设有通用密封圈，上接头的下部内侧与外筒的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉和通用密封圈，外筒的下部内侧与扭矩套的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉和通用密封圈，活塞杆的下部外侧与下接头的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉和通用密封圈，动力套的下部外侧与控阀套的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉和通用密封圈。
上述冲击锤体可包括梭子堵头和冲头，梭子堵头的下部内侧固定有下端伸出于梭子堵头外侧的冲头。
上述对应第一通孔下方位置的芯轴外侧可由上至下间隔分布有迷宫密封环槽。
上述控阀套的下部内侧可设有限位环台，且当动力套上行至极限位置时限位环台的上端面的位置不低于第三通孔。
本发明结构合理而紧凑，其通过文丘里效应的巧妙运用，可使得动力套能在循环流体作用下完成往复运动，从而使得本发明可无需上提下放即可实现对卡阻处的震击操作，尤其适用于有连续油管作业的管串中，其还具有卡阻消除效果好，操作简单，使用方便，工作效率高的特点。
附图说明
附图1为本发明最佳实施例上部的主视半剖视结构示意图。
附图2为本发明最佳实施例下部的主视半剖视结构示意图。
附图中的编码分别为：1为上接头，2为外筒，3为扭矩套，4为动力套，5为控阀套，6为开关滑套，7为下行承压面，8为上行承压面，9为通液孔，10为芯轴堵头，11为第一通孔，12为第二通孔，13为第三通孔，14为芯轴上体，15为芯轴下体，16为连接环台，17为芯轴环台，18为限位挡圈，19为垫套，20为活塞杆，21为通用密封圈，22为活塞阀座，23为弹簧，24为下接头，25为紧固螺钉，26为扭矩销，27为滑移长孔，28为外环台，29为上密封圈，30为下密封圈，31为上导向环，32为筒形压帽，33为滤网，34为梭子堵头，35为冲头，36为迷宫密封环槽，37为限位环台，38为下导向环,29为上行限位件。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
如附图1、2所示，该液压震击器包括上接头1、外筒2、扭矩套3、芯轴、液压撞击单元和承击单元，上接头1的下部内侧与外筒2的上部外侧固定安装在一起，外筒2的下部内侧与扭矩套3的上部内侧固定安装在一起，上接头1的下部内侧限位安装有芯轴，芯轴的外侧设有位于扭矩套3上方的液压撞击单元；液压撞击单元包括动力套4、控阀套5、开关滑套6和冲击锤体，芯轴的上部外侧套装有位于上接头1下方的动力套4，动力套4的下部外侧与控阀套5的上部内侧固定安装在一起，动力套4的上部内侧设有上环槽，动力套4的下部内侧设有下环槽，上环槽的槽底为动力套4的下行承压面7，下环槽的槽顶为动力套4的上行承压面8，上行承压面8的面积大于下行承压面7的面积；控阀套5的下部设有通液孔9；芯轴的内孔包括由上至下依次连接在一起的入口段、收缩段、喉道、大径段、扩散段和出口段，出口段内侧固定有芯轴堵头10，入口段上分布有与下行承压面7相通的第一通孔11，大径段的上端分布有与上行承压面8相通的第二通孔12，扩散段的下部分布与通液孔9相通的第三通孔13，对应动力套4下方位置的控阀套5内侧套装有能够交替启闭第三通孔13的开关滑套6；扭矩套3内安装有能相对扭矩套3上下移动且能与扭矩套3传递扭矩的承击单元，承击单元的下端位于扭矩套3下方。
根据需求，本申请所述的入口段、喉道和大径段均为直孔段，且大径段直径大于喉道直径，喉道呈狭长状，收缩段和扩散段均为变径段；第一通孔11、第二通孔12、第三通孔13和通液孔9的数量均可为多个，且均可呈沿圆周均布状；通液孔9可为长圆孔，这样可使循环流体的流通更加顺畅，第三通孔13的直径可大于第二通孔12的直径，进一步增强第二通孔12处形成的负压效果。现场施工过程中，可选择与作业需求一致的规格，以管柱重量的形式给工具施加680-910Kg的压力，当通过工具的循环流体排量达到一定值时，工具便会产生一定频率的震击力；不同排量会有不同的震击。具体可为：将本发明连接在预设管串中下入井内，此时连续油管位于本发明的上方，且下接头24下方可连接有打捞工具，当遇到卡阻时，下接头24的下行被限，循环流体将通过管串进入芯轴内，并作用于液压撞击单元，此时，由入口段、收缩段、喉道、大径段和扩散段形成的芯轴内孔相当于文丘里管，适用于文丘里效应，因此，当第三通孔13呈开启状态时，第二通孔12处将形成负压，下行承压面7所承受的压力将大于上行承压面8的压力，从而可确保动力套4能顺利下行，动力套4下行后冲击锤体将会撞击承击单元，此时由于承击单元将向卡阻处施加向下的震击作用力，同时承击单元还会受到卡阻处的反向作用力而反弹；随着动力套4的下行会带动开关滑套6下行从而关闭第三通孔13，此时由于循环流体无法排出，文丘里效应将消失，由于上行承压面8的面积大于下行承压面7，动力套4将在压差作用下上行，由此可通过动力套4的上下往复动作带动承击单元向卡阻处施加震击操作，从而消除卡阻，便于施工的顺利进行。本发明结构合理而紧凑，其通过文丘里效应的巧妙运用，可使得动力套4能在循环流体作用下完成往复运动，从而使得本发明可无需上提下放即可实现对卡阻处的震击操作，尤其适用于有连续油管作业的管串中，其还具有卡阻消除效果好，操作简单，使用方便，工作效率高的特点。
可根据实际需要，对上述液压震击器作进一步优化或/和改进：
如附图1、2所示，承击单元包括活塞杆20、扭矩限位件、活塞阀座22、弹簧23和下接头24，扭矩套3内设有能沿其上下移动的活塞杆20，且扭矩套3与活塞杆20之间设有能传递扭矩的扭矩限位件，活塞杆20的上部内侧设有内环槽，内环槽内由下至上依次套装有弹簧23和能承受液压撞击单元冲击的活塞阀座22，内环槽的顶部设有能限位活塞阀座22上行位置的上行限位件39，活塞杆20的下部外侧固定安装有位于扭矩套3下方的下接头24。使用时，当液压撞击单元在下行至冲击锤体作用于活塞阀座22后，其将继续推动活塞阀座22下行并压缩弹簧23，弹簧23的释放作用力将迅速向活塞杆20施加强烈的下行冲击作用力，该冲击作用力将被传递至下接头24上，此时下接头24由于下行被限，将会受到卡阻处传递出来的反向作用力而反弹上行后下落，由此可通过液压撞击单元的上下往复运动带动承击单元实现对卡阻处的连续震击，从而消除卡阻，便于施工的顺利进行。根据需求，上行限位件39可采用现有公知技术，如卡簧、内挡圈等。
如附图1、2所示，扭矩限位件为扭矩销26，扭矩套3的上部外侧分布有至少一个滑移长孔27，对应各个滑移长孔27位置的活塞杆20外壁上均固定安装有外端卡入滑移长孔27内且能沿滑移长孔27上下移动的扭矩销26。这样可确保活塞杆20能沿扭矩套3上下移动，且同时能通过扭矩套3向活塞杆20传递扭矩。
如附图1、2所示，活塞杆20的上部外侧设有位于扭矩套3上方的外环台28，外环台28与外筒2之间设有上密封圈29，对应上密封圈29下方位置的外环台28的外侧设有外环槽，外环槽内安装有能与外筒2内壁相适配的上导向环31，对应上密封圈29下方位置的活塞杆20上设有外口大内口小的台阶孔，在台阶孔的外口内固定安装有筒形压帽32，筒形压帽32的内侧与台阶孔的台阶面之间设有滤网33；扭矩套3的下部内侧与活塞杆20之间设有下密封圈30，对应下密封圈30上方位置的扭矩套3内侧设有导向环槽，导线环槽内安装有能与活塞杆20外径相适配的下导向环38。上导向环31的设置可起到扶正作用，防止下接头24偏心，延长其使用寿命；滤网33的设置可对循环流体进行过滤，防止杂质进入有上密封圈29和下密封圈30封堵的环空腔，有效避免外筒2内壁的拉伤，延长其使用寿命。根据需求，上密封圈29和下密封圈30均可采用现有公知技术，如T形密封圈等；上导向环31和下导向环38均可采用现有公知技术，如弹性圈或有开口缝通过粘贴形成的耐磨圈或由两个对扣的半环形成的分体圈等；外环槽可位于台阶孔的上方或下方。
如附图1、2所示，芯轴包括芯轴上体14和芯轴下体15，芯轴上体14的下部内侧与芯轴下体15的上部内侧固定安装在一起，芯轴上体14的上部外侧与上接头1的上部内侧限位安装在一起，动力套4套装在芯轴上体14外侧，芯轴下体15的下部内侧固定有芯轴堵头10；入口段位于芯轴上体14内，对应芯轴上体14下方位置的芯轴下体15外侧设有位于上行承压面8下方的限位环台37，喉道位于芯轴下体15的上部内侧，呈L形的第二通孔12包括水平段和竖直段，水平段的外端与竖直段的下端连接在一起，水平段位于限位环台37与大径段上端的重叠区域，且竖直段位于芯轴上体14外侧。这样可确保第二通孔12与上行承压面8连通，同时限位环台37还可对动力套4的下行起到限位作用，防止其滑脱。
如附图1、2所示，上接头1的下部内侧设有连接环台16，芯轴上体14的上部外侧套装在连接环台16内，对应连接环台16上方位置的芯轴上体14外侧设有芯轴环台17，对应芯轴上体14上方位置的上接头1内侧设有限位挡圈18，对应限位挡圈18与芯轴上体14之间位置的上接头1内套装有垫套19；芯轴上体14的上部内侧设位于入口段上方的导入段，导入段呈漏斗状。由此可通过限位挡圈18、连接环台16和芯轴环台17实现上接头1与芯轴上体14之间的限位安装；导入段的设计可便于将循环流体引入入口段。根据需求，限位挡圈18还可采用其它现有公知技术，如卡簧、弹性挡圈等。
如附图1、2所示，芯轴环台17与上接头1之间设有通用密封圈21，活塞阀座22与内环槽之间设有通用密封圈21，上接头1的下部内侧与外筒2的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉25和通用密封圈21，外筒2的下部内侧与扭矩套3的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉25和通用密封圈21，活塞杆20的下部外侧与下接头24的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉25和通用密封圈21，动力套4的下部外侧与控阀套5的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉25和通用密封圈21。这样可使装有通用密封圈21的两者之间具有良好的密封性。根据需求，通用密封圈21可采用现有公知技术，如O型密封圈等。
如附图1、2所示，冲击锤体包括梭子堵头34和冲头35，梭子堵头34的下部内侧固定有下端伸出于梭子堵头34外侧的冲头35。这样可便于冲击锤体的生产加工，提高强度的同时降低生产成本，还可在冲头35磨损较大时对其单独进行更换。根据需求，冲头35的上部内侧可镶嵌在梭子堵头34的下部内侧。
如附图1、2所示，对应第一通孔1下方位置的芯轴外侧由上至下间隔分布有迷宫密封环槽36。这样可在动力套4相对芯轴上下移动的时使两者之间保持良好的密封性。
如附图1、2所示，控阀套5的下部内侧设有限位环台37，且当动力套4上行至极限位置时限位环台37的上端面的位置不低于第三通孔13。限位环台37可对开关滑套6的滑移起到限位作用，确保其能对第三通孔13交替启闭。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种液压震击器，其特征在于包括上接头、外筒、扭矩套、芯轴、液压撞击单元和承击单元，上接头的下部内侧与外筒的上部外侧固定安装在一起，外筒的下部内侧与扭矩套的上部内侧固定安装在一起，上接头的下部内侧限位安装有芯轴，芯轴的外侧设有位于扭矩套上方的液压撞击单元；液压撞击单元包括动力套、控阀套、开关滑套和冲击锤体，芯轴的上部外侧套装有位于上接头下方的动力套，动力套的下部外侧与控阀套的上部内侧固定安装在一起，动力套的上部内侧设有上环槽，动力套的下部内侧设有下环槽，上环槽的槽底为动力套的下行承压面，下环槽的槽顶为动力套的上行承压面，上行承压面的面积大于下行承压面的面积；控阀套的下部设有通液孔；芯轴的内孔包括由上至下依次连接在一起的入口段、收缩段、喉道、大径段、扩散段和出口段，出口段内侧固定有芯轴堵头，入口段上分布有与下行承压面相通的第一通孔，大径段的上端分布有与上行承压面相通的第二通孔，扩散段的下部分布与通液孔相通的第三通孔，对应动力套下方位置的控阀套内侧套装有能够交替启闭第三通孔的开关滑套；扭矩套内安装有能相对扭矩套上下移动且能与扭矩套传递扭矩的承击单元，承击单元的下端位于扭矩套下方。
2.根据权利要求1所述的液压震击器，其特征在于承击单元包括活塞杆、扭矩限位件、活塞阀座、弹簧和下接头，扭矩套内设有能沿其上下移动的活塞杆，且扭矩套与活塞杆之间设有能传递扭矩的扭矩限位件，活塞杆的上部内侧设有内环槽，内环槽内由下至上依次套装有弹簧和能承受液压撞击单元冲击的活塞阀座，内环槽的顶部设有能限位活塞阀座上行位置的上行限位件，活塞杆的下部外侧固定安装有位于扭矩套下方的下接头。
3.根据权利要求2所述的液压震击器，其特征在于扭矩限位件为扭矩销，扭矩套的上部外侧分布有至少一个滑移长孔，对应各个滑移长孔位置的活塞杆外壁上均固定安装有外端卡入滑移长孔内且能沿滑移长孔上下移动的扭矩销。
4.根据权利要求2所述的液压震击器，其特征在于活塞杆的上部外侧设有位于扭矩套上方的外环台，外环台与外筒之间设有上密封圈，对应上密封圈下方位置的外环台的外侧设有外环槽，外环槽内安装有能与外筒内壁相适配的上导向环，对应上密封圈下方位置的活塞杆上设有外口大内口小的台阶孔，在台阶孔的外口内固定安装有筒形压帽，筒形压帽的内侧与台阶孔的台阶面之间设有滤网；扭矩套的下部内侧与活塞杆之间设有下密封圈，对应下密封圈上方位置的扭矩套内侧设有导向环槽，导线环槽内安装有能与活塞杆外径相适配的下导向环。
5.根据权利要求1所述的液压震击器，其特征在于芯轴包括芯轴上体和芯轴下体，芯轴上体的下部内侧与芯轴下体的上部内侧固定安装在一起，芯轴上体的上部外侧与上接头的上部内侧限位安装在一起，动力套套装在芯轴上体外侧，芯轴下体的下部内侧固定有芯轴堵头；入口段位于芯轴上体内，对应芯轴上体下方位置的芯轴下体外侧设有位于上行承压面下方的限位环台，喉道位于芯轴下体的上部内侧，呈L形的第二通孔包括水平段和竖直段，水平段的外端与竖直段的下端连接在一起，水平段位于限位环台与大径段上端的重叠区域，且竖直段位于芯轴上体外侧。
6.根据权利要求2或3或4所述的液压震击器，其特征在于芯轴包括芯轴上体和芯轴下体，芯轴上体的下部内侧与芯轴下体的上部内侧固定安装在一起，芯轴上体的上部外侧与上接头的上部内侧限位安装在一起，动力套套装在芯轴上体外侧，芯轴下体的下部内侧固定有芯轴堵头；入口段位于芯轴上体内，对应芯轴上体下方位置的芯轴下体外侧设有位于上行承压面下方的限位环台，喉道位于芯轴下体的上部内侧，呈L形的第二通孔包括水平段和竖直段，水平段的外端与竖直段的下端连接在一起，水平段位于限位环台与大径段上端的重叠区域，且竖直段位于芯轴上体外侧。
7.根据权利要求6所述的液压震击器，其特征在于上接头的下部内侧设有连接环台，芯轴上体的上部外侧套装在连接环台内，对应连接环台上方位置的芯轴上体外侧设有芯轴环台，对应芯轴上体上方位置的上接头内侧设有限位挡圈，对应限位挡圈与芯轴上体之间位置的上接头内套装有垫套；芯轴上体的上部内侧设位于入口段上方的导入段，导入段呈漏斗状。
8.根据权利要求7所述的液压震击器，其特征在于芯轴环台与上接头之间设有通用密封圈，活塞阀座与内环槽之间设有通用密封圈，上接头的下部内侧与外筒的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉和通用密封圈，外筒的下部内侧与扭矩套的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉和通用密封圈，活塞杆的下部外侧与下接头的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉和通用密封圈，动力套的下部外侧与控阀套的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起且两者之间设有紧固螺钉和通用密封圈。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或7或8所述的液压震击器，其特征在于冲击锤体包括梭子堵头和冲头，梭子堵头的下部内侧固定有下端伸出于梭子堵头外侧的冲头；或/和，对应第一通孔下方位置的芯轴外侧由上至下间隔分布有迷宫密封环槽；或/和，控阀套的下部内侧设有限位环台，且当动力套上行至极限位置时限位环台的上端面的位置不低于第三通孔。
10.根据权利要求6所述的液压震击器，其特征在于冲击锤体包括梭子堵头和冲头，梭子堵头的下部内侧固定有下端伸出于梭子堵头外侧的冲头；或/和，对应第一通孔下方位置的芯轴外侧由上至下间隔分布有迷宫密封环槽；或/和，控阀套的下部内侧设有限位环台，且当动力套上行至极限位置时限位环台的上端面的位置不低于第三通孔。
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