CN107743453A - 具有功率可分支驱动装置的工作设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工作设备，尤其是表面铣切设备，具有一个工作机组(2)，该机组由电机(5)进行驱动，其中，电机通过一个具有机械第一功率分支(7)和电气或者液压第二功率分支(8)的功率分支传动装置(6)和工作机组相连，其中，第一和第二功率分支通过一个叠加传动装置(9)结合在一起，该叠加传动装置在从动端和工作机组相连，在机械第一功率分支和工作机组之间设有可变传动比，该可变传动比通过电气或者液压第二功率分支的转速进行调节。根据本发明，设有一用于截止叠加传动装置传动比变化的截止装置(24)，该传动比在机械第一功率分支和叠加传动装置的从动端之间通过电气或者液压第二功率分支的转速进行调节。

Description

具有功率可分支驱动装置的工作设备
技术领域
本发明涉及一种工作设备，尤其是表面铣切设备，具有一个工作机组，该机组由电机进行驱动，其中，电机通过一个具有机械第一功率分支和电气或者液压第二功率分支的功率分支传动装置和工作机组相连，其中，第一和第二功率分支通过一个叠加传动装机构结合在一起，该叠加传动装置在从动端和工作机组相连，在机械第一功率分支和工作机组之间设有可变传动比，该可变传动比通过电气或者液压第二功率分支的转速进行调节。
背景技术
对于表面铣切设备，例如沥青铣切机或者露天采矿剥离挖掘设备(例如露天采矿机)以及其他的建筑设备或者例如大型的扫雪机而言，尤其在工作设备可移动或者可自行移动时，使用柴油机或者常规的内燃机或者有时也使用电动机驱动工作机组(例如铣切转子)，因为即使在移动使用过程中一方面内燃机可同时用作移动驱动装置，另一方面也可以顺利为工作设备实施能源供应。在移动距离较短或者电气化采矿或者露天采矿应用时有时甚至可以使用由电网供电的电动机。因为工作机组经常以恒定的工作速度或转速或者以有限的转速范围或工作速度范围被驱动，工作机组可以直接以固定的传动比连接在内燃机上，其中，此处自然也可以设有一个用于工作机组和内燃机连接和脱开连接的离合器，以便例如简化内燃机的启动和关闭工作机组。
对于工作机组在内燃机上以固定传动比进行的这一类连接而言，工作机组的转速或工作速度通过内燃机的转速变化加以控制，在许多情况下该控制类型虽然可以实施，但有时存在不少缺点。对此，如果内燃机同时用作移动驱动装置，且移动速度未强制和机组的转速相耦合，则需要一个额外的、通常为无级调节的移动驱动传动装置。另一方面，内燃机也经常会在一个内燃机的扭矩和/或效率或多或少明显降低的转速范围内工作。
为克服上述缺点，专利说明DE 10 2012 006 189 A1建议，内燃机通过一个功率分支传动装置连接在工作机组上，其中，部分驱动功率通过一个机械驱动系进行传递，而另一部分驱动功率通过一个电气或者液压第二功率分支进行传递。两个功率分支在一个由行星齿轮构成的叠加传动装置中结合，由此可以通过调节电气或者液压转换器的转速改变机械功率分支和叠加传动装置从动端之间的传动比，从而可以让工作机组的工作速度或转速相对于内燃机的转速进行变化。通过功率分支和叠加传动装置实现的内燃机转速和机组工作速度之间的分配可以使得表面铣切设备(例如沥青铣切机)可以在所谓的精细铣切(例如路面铣削)时以非常高的转速移动，以便铣削滚轮形成相应的较高的切割速度，而在粗加工时可以调节为较小的转速和同时较高的扭矩，从而使得铣削滚轮具有较低的切割速度，以便增大剥离量，同时只需要使用较少的能量，因为只有相当大的地块从地面剥离。另一方面，通过所谓的功率分支可以在较低的转子转速或工作机组工作速度下以更高的驱动力矩移动，因为剥离力矩并非直接取决于内燃机的特征曲线。尽管降低了工作机组的工作速度，内燃机在特定的转速范围内仍可以以有利的扭矩以及较高的功率工作，由此对于表面铣切设备而言，可以以较小的铣切滚轮转速或切割速度实施上述粗加工。由此，工作机组需要的功率较低，因而可以降低内燃机的峰值功耗。另一方面，通过该功率分支以及由此实现的分配也可以将铣切转子调节为较高的转速。因此可以在较大的转速范围内提供完整的功率。
另一方面，通过上述功率分支会出现效率损失，该损失在液压第二功率分支处因液压损失(例如牵引损失、液压油泄露损失和类似损失)导致。因此，相对于以固定传动比直接机械驱动工作机组，至少从内燃机在有利扭矩和功耗的转速范围内工作的负载曲线看其能量消耗上升。如果假定在标准工作状态下实施大量对于各自工作设备具有典型意义的工作，例如对于表面铣切设备而言，该负载曲线占工作设备整个工作时间的相当大的比例。例如，对于沥青铣切机而言，大量的工作以铣削滚轮的标准转速进行实施，该标准转速知识在固定传动比下有利于扭矩和功耗的内燃机转速范围。
就这方面而言，通过功率分支针对不同的、特殊工作范围实现的功耗和功率优势是通过效率损失以及在标准工作范围内的形成的功耗增大获得的。
发明内容
上述发明的任务在于，创造一种上述类型的改进型工作设备，该设备可以避免现有技术水平下的缺点，同时以有利的方式加以改进。尤其是，可以在内燃机有利于扭矩和/或功耗的转速范围内以特别高或者特别低的工作机组的工作速度实施特殊任务，而无需通过标准任务下的效率损失和功耗缺点加以实现。
根据本发明，上述任务通过根据权利要求1所述的工作设备加以解决。本发明优选的实施例是独立权利要求的说明对象。
对此建议，功率分支装置的电气或者液压功率分支在主电机和工作机组之间可接通和断开，从而使得该电气和/或液压功率分支仅在其实际需要时才被使用。对于以固定传动比在主电机有利的扭矩和/或功耗转速范围内实施的标准工作，功率分支装置被关闭，从而使得工作机组仅通过机械分支进行驱动，其中，机械驱动系在主电机和工作机组之间拥有固定的传动比，因此可以避免或至少显著降低液压或者电气功率分支的损失。根据本发明，设有一用于截止叠加传动装置传动比变化的截止装置，该传动比在机械第一功率分支和叠加传动装置的从动端之间通过电气或者液压第二功率分支的转速进行调节。如果电气或者液压第二传动系的对上述传动比变化被截止，机械功率分支直接以固定转速连接至叠加传动装置的从动端，即工作机组上，由此，整个驱动功率以纯机械的方式从内燃机或者主电机被传递至工作机组，因而避免在电气或者液压第二功率分支形成的损失。不再需要该电气或者液压功率分支，而是通过机械分支将功率经由叠加传动装置传递至工作机组。内燃机或者主电机与工作机组之间的驱动链接为可变方式，可由功率分支装置转换为固定传动装置。
通过上述截止装置，尤其是功率分支装置的液压装置被从驱动系中截止，从而使得仅水泵分配传动装置的水泵同步空转。由此可以改善其效率。通过利用至少一个机械无损失截止装置截止额外的功率流可以本质上改善驱动系的效率，因为在该情况下不再需要液压功率流。因而不再存在形成的液压油泄露损失以及用于保持液压压力的机械损失，包括停车(停止)状态下。由此可以节省能量。
此外，在液压装置损坏时，设备在锁定截止装置的情况下继续工作，其中，工作机组仅以直接驱动的转速进行工作，但可以完成大部分情况下时间紧迫的工地铣削工作，例如在封闭高速公路时。
原则上可以以不同的方式和方法跨接电气或者液压第二功率分支。在本发明的改进形式中，上述截止装置包含一固定装置，借助该固定装置可以固定传动输入系或者连接有上述电气或者液压第二功率分支的叠加传动系和/或和连接有机械第一功率分支的传动系相连。该传动系可以是叠加传动系，借助该传动系和机械第一功率分支驱动相连或者也可以时连接叠加传动装置其他的和机械第一功率分支相连的传动装置元件，以便通过该固定连接截止传动比的变化。
通过上述固定装置，功率分支装置被关闭和/或电气或者液压第二功率分支被跨接，其中，用于调节机械功率分支和从动端之间传动比以及和电气或者液压第二功率分支固定相连的传动装置元件被完全停止或者固定连接在被机械第一功率分支驱动的传动系上。通过截止连接有第二功率分支的传动输入系的自由度，可以将作用于第二功率分支的功率将至零或降低，因为不再需要该功率分支。
整个驱动功率通过机械第一功率分支被传递至叠加传动装置，并由内燃机传递至工作机组。
在本发明的改进形式中，所述的固定装置可以包含一个制动器，该制动器可以将可驱动上述第二功率分支的传动装置元件直接或者间接制动。这一类的制动器可以直接作用于待截止的传动装置元件上或者作用于和该传动装置元件相连的其他传动装置元件上。例如，上述制动器可以在传动装置外壳段处对上述传动装置元件进行制动，以便上述传动装置元件不再旋转。
上述制动器可以具有不同的结构，例如为多盘式制动器或者其他的摩擦制动。也可以选择形状配合作用的制动器，例如爪形制动器或者爪形离合器，借助其可以制动上述传动装置元件。除了这一类爪形离合器，备选或者附加方案是，也可以规定上述传动装置元件通过其他的、优选为可拆卸连接进行固定，例如螺栓连接在外壳件或者其他部件上。由此，根据不可变结构形式的积木原理可以实现固定传动比驱动，其中，如果用户或者客户期望，功率分支装置可以被舍去。
通过完全制动上述传动输入系可以完全避免在和该传动输入系相连的电气或者液压能量转换器区域的损失，因为其在制动状态下不再旋转，因此不会再形成损失。
在本发明的一种备选改进形式中，该固定装置也可以包含一个离合器，借助该离合器将由电气或者液压功率分支驱动的上述传动输入系固定连接在由机械功率分支驱动的其他传动输入系上，从而使得两个传动输入系共同或者相互以固定的转速比旋转。此外，上述离合器将两个传动输入系相互直接固定连接在一起，从而使得两个传动输入系相互同步旋转。备选方案是，离合器也可以将上述与电气或者液压第二功率分支相连的传动输入系固定连接在其他相对于连接在机械第一功率分支上的传动输入系进行减速或者传动旋转的传动输入系上。
对于传动输入系和液压或者电气第二功率分支的这一类转速固定的连接而言，与之相连的电气或者液压能量转换器以相应的转速同时转动，其中，所述的能量转换器以空转方式被驱动，以便将牵引损失或者旋转阻力降至最低。
上述用于截止传动比变化或者用于跨接电气或液压第二功率分支的截止装置比较有利的方式是集成在叠加传动装置中。尤其是，上述制动器和/或离合器被安排在叠加传动装置的传动装置外壳内部。
上述叠加传动装置可以具有不同的结构，其中，根据本发明的一种有利的实施例，叠加传动装置为行星齿轮传动器，其中，所述的行星齿轮传动器为单级或者多级结构。
功率分支装置的两个功率分支原则上以不同的方式连接至上述行星齿轮中。在本发明的一种有利的改进形式中，机械第一功率分支可以驱动行星齿轮传动器的一个连接杆，行星齿轮以可旋转方式安装在该连接杆上，其中，由内燃机驱动的传动装置轴可以直接是所述的连接杆，或者在本发明的备选改进形式中，通过一个例如形式为正齿轮级的传动级驱动上述连接杆。这一类的传动装置或者正齿轮级有利于离心或者偏心安排传动输入轴。
电气或者液压第二功率分支可以连接至行星齿轮级的太阳轮上，其中，由电气或者液压能量转换器驱动的第二传动输入轴直接和上述太阳轮相连或者太阳轮在中间连接一个例如形式为正齿轮级的传动级的情况下进行驱动。
由行星齿轮驱动的齿圈构成行星齿轮级的从动端，并直接驱动工作机组，例如直接和表面铣切设备的铣削滚轮相连。备选方案是，上述齿圈构成第二个行星齿轮及的输入轴和/或和从动轴相连，该从动轴构成另一个传动级的输入轴。
在本发明的改进形式中，借助其固定电气或者液压能量转换器驱动的第二传动输入轴的上述制动器可以直接制动上述太阳轮或者制动与之固定相连的其他传动装置元件，例如和上述太阳轮固定相连的正齿轮级的正齿轮。
如果上述截止装置包含一个用于截止两个传动输入轴的离合器，上述离合器例如将上述太阳轮固定连接在由内燃机或者由与之相连的机械第一功率分支驱动的连接杆上，从而使得上述机械第一功率分支既可以驱动连接杆，也可以驱动行星齿轮级的太阳轮。该机械传动系以固定传动比连接至齿圈，进而连接至叠加传动装置的从动端。
附图说明
本发明在下文中根据优选的实施例和相关的附图进行更详细的说明。其中：
图1示出了一种表面铣切设备的铣削滚轮和其中设有的叠加传动装置的截面示意图，该叠加传动装置拥有两个传动输入系，其中的一个传动输入系可以通过一个直接相连的制动器制动，另一个传动输入系和机械传动系以及与机械传动系相连的内燃机相连，
图2示出了一种和图1类似的表面铣切设备的铣削滚轮的截面示意图，其中，用于制动叠加传动装置两个传动输入系其中一个传动输入系的制动器间接通过一个传动级连接在该传动输入系上，
图3示出了一种和上述附图类似的表面铣切设备的铣削滚轮和其中包含的叠加传动装置的截面示意图，其中，两个传动输入系通过一个离合器相互固定连接在一起，
图4示出了一种转子扭矩与转子转速的曲线比较示意图，其中，一方面以实线表示具有功率分支装置时的扭矩曲线，即制动器和/或离合器打开，另一方面以虚线表示制动器闭合和/或离合器闭合或者跨接液压功率分支时的扭矩曲线，
图5示出了一种和图1类似的表面铣切设备的铣削滚轮的截面示意图，其中，用于制动和电气或者液压功率分支驱动相连的叠加传动系的制动器连接在电气或者液压功率分支的能量转换器或者与之相连的叠加传动输入轴上，
图6示出了和图5类似的表面铣切设备的铣削滚轮的截面示意图，其中用于制动和电气或者液压功率分支驱动相连的叠加传动系的制动器连接在电气或者液压功率分支的能量转换器上。
具体实施方式
附图中仅截面和示意示出的工作设备1可以包含一个形式为工作机组2的旋转驱动工作转子3，该工作转子例如可以是表面铣切设备(沥青铣切机)的铣削滚轮。简言之，上述工作转子3可以是一个圆柱状长形和/或管状转子体，在其外圆周上可以安排工作工具(例如铣切凿子)。
上述工作转子3由一个仅示意示出的内燃机5驱动，该内燃机同时驱动工作设备1的其他辅助机组和/或如果上述工作设备1为自行移动结构，也可以用作工作设备1的移动驱动装置。上述内燃机5必要时也可以是其他电机，例如如果供电情况允许，也可以是电动机。
上述电机，尤其是内燃机5可以通过功率分支传动装置6和上述工作转子3相连，其中，上述功率分支传动装置6可以包含至少一个机械第一功率分支7和一个电器或者液压第二功率分支8。两个功率分支7和8被结合在一个叠加传动装置9中，比较有利的方案是，该叠加传动装置容纳于由工作转子3包裹的转子内部空间区域内。
上述第一机械功率分支7可以是一个机械传动系，该机械传动系直接或者在中间连接一个或者多个传动级10的情况下连接至内燃机5的涡轮轴。如图1所示，上述传动级10例如包含一个皮带或者链式驱动级4。上述构成第一功率分支7的机械传动系此外也包含一个离合器，以便将内燃机5和工作机组2连接在一起和断开连接。
上述电气或者液压第二功率分支8包含至少一个电气或者液压能量转换器11，该转换器将电气或者液压驱动能量转化为机械，尤其是旋转驱动移动。对于电气功率分支装置而言，上述能量转换器11可以是一个电动机。对于液压结构的能量转换器11而言，该能量转换器可以是一个优选可调节的液压装置或者液压电机(例如形式为可调节旋转斜盘电机/轴向活塞电机)，但也可以使用其他的转换器结构。
上述能量转换器11通过一个此处未示出的电气发电机或者液压泵进行电气或者液压供应，其中，上述发电机或者上述液压泵由内燃机5驱动。
为了将两个上述功率分支7和8结合在叠加传动装置9中，上述叠加装置9可以包含两个传动输入系12和13，在该传动器输入系的一端连接有来自内燃机的机械传动系，另一端连接有能量转换器11。对此可以设有一种永久性的固定连接，或者可以中间连接一个离合器，以便将可以脱开机械传动系和/或能量转换器和叠加传动装置9的连接。作为连接有上述功率分支7和8的传动输入元件，上述传动输入系可以具有一个传动输入轴或者也可以具有一个传动输入棘爪或者齿轮，该输入轴或者齿轮将输入功率传递至叠加有两个输入功率的传动装置中。
如图1所示，上述叠加传动装置9由行星齿轮传动器构成，其中，上述行星齿轮传动器可以为单级或者也可以为多级结构。
如图1所示，和机械第一功率分支7相连的第一传动输入轴14驱动的行星齿轮传动器的具有大量行星齿轮17的连接杆16。上述第一传动输入轴14可以通过一个正齿轮级18驱动连接杆16，必要时该传动输入轴也可以直接由连接杆16构成。
第二传动输入轴15可以驱动行星齿轮传动器的太阳轮19，其中太阳轮19直接和第二输入轴15相连或者在中间连接一个正齿轮级20的情况下进行驱动。
如图1所示，以可旋转方式安装在连接杆16上的和上述太阳轮19相咬合或者形成滚动咬合的行星齿轮17驱动行星齿轮传动器的齿圈21，该齿圈构成行星齿轮传动器的从动端。上述齿圈21可以直接和工作转子3相连或者备选方案是构成另一个行星齿轮传动级的输入轴，该输入轴的从动端和工作转子3相连。叠加传动装置必要时也可以通过一个离合器和工作转子3相连，以便例如在进行维护时将工作转自从传动系上断开连接。
上述太阳轮19可以通过制动器22进行制动，该制动器可以将上述太阳轮19例如固定在叠加传动装置9的传动装置外壳上。此外，如图1所示，制动器22可以直接作用于上述太阳路19，或者如图2所示，制动器可以例如在中间连接一个传动级的情况下间接作用于太阳轮19。
这一类的制动器也可以集成在能量转换器11中或者隶属于该能量转换器，如图5和6所示，例如直接在用作能量转换器11的电动机处设有制动器22。此外，制动器22连接在和能量转换器11驱动相连的传动输入轴15上或者也可以连接在能量转换器11的输出轴上，必要时也可以连接在转换器输出传动器的转换器传动轴上，参见图5。备选方案是，制动器22也可以直接固定在能量转换器11上，例如位于和传动输入轴15相对的电动机侧的电动机电机轴上，参见图6。
此外，上述制动器22可以由摩擦制动器构成，例如形式为多盘式制动器，或者也可以由形状配合制动器构成，例如形式为爪形离合器或者制动器。
如图3所示，太阳轮19也可以固定连接在连接杆16上，其中，在连接杆16和太阳轮19之间设有一离合器23，以便以相互固定的方式连接两个传动输入系12和13。上述离合器23也可以相互连接叠加传动装置的两个其他传动元件或者传动系，以便停止传动比的变化，其中，其中一个待连接的传动系和电气/液压功率分支驱动相连，另一个传动系和机械功率分支驱动相连，从而使得电气/液压分支随机械分支一起移动。
上述制动器22和离合器23分别是截止装置24的部件，借助该截止装置可以固定叠加传动装置9的机械第一功率分支7和从动端之间的传动比，以便以和内燃机5的固定传动比驱动工作机组2。
此外，上述制动器和/或离合器23可以手动和/或半自动和/或全自动控制。比较有利的方案是，为了控制上述截止装置24，上述制动器22或者离合器23设有一个控制装置26，该控制装置根据工作转子3的转速和/或根据内燃机5的转速进行工作。
尤其是，如果工作机组2的工作速度位于范围27内，电气或者液压第二功率分支8通过闭合制动器22或者通过闭合离合器23进行跨接，在该范围内，在工作机组2处通过从内燃机5进行纯机械功率传递，即在闭合制动器22和/闭合或离合器23或者内燃机和工作机组之间以固定传动比时，与接通功率分支装置或者将驱动功率分配至机械或者电气功率分支时可以实现更高的驱动扭矩。
尤其是，上述控制装置26将激活截止装置24，即制动器22或者离合器23闭合，如果工作转子3所需的转子转速可以通过内燃机转速实现，该转速范围在内燃机转速曲线有利于扭矩和/或功耗的范围内且具有固定传动比/减速比，在转化期望的工作转子转速的截止装置24截止时叠加传动装置9拥有该传动比。
对于上述控制装置26的全自动结构而言，如果工作转子3位于上述转速范围27内，该控制装置将控制制动器22或者离合器23，参见图4。对于半自动结构而言，例如在显示装置上向设备驾驶人员发出一个信号，然后触发对截止装置24的控制。

Claims (14)

1.一种工作设备，尤其是表面铣切设备，具有一个工作机组(2)，该机组由电机，尤其是内燃机(5)进行驱动，其中，电机(5)通过一个具有机械第一功率分支(7)和电气或者液压第二功率分支(8)的功率分支传动装置(6)和工作机组(2)相连，其中，第一和第二功率分支(7，8)通过一个叠加传动装装置(9)结合在一起，该叠加传动装置在从动端和工作机组(2)相连，且在机械第一功率分支(7)和从动端之间的可变传动比通过由电气或者液压第二功率分支(8)提供的叠加传动装置输入转速进行调节，其特征在于，设有一截止装置(24)，用于截止由电气或者液压第二功率分支(8)导致的传动比变化。
2.根据上述权利要求所述的工作设备，其中，截止装置(24)包含一用于固定叠加传动系(13)的固定装置(25)，在该叠加传动系处连接有上述电气或者液压第二功率分支(8)。
3.根据上述权利要求其中任意一项所述的工作设备，其中，截止装置(24)具有用于将叠加传动系(13)固定连接在其他传动系(12)上的固定装置，上述电气或者液压第二功率分支(8)和该叠加传动系相连，在其他传动系上连接有机械第一功率分支(7)。
4.根据权利要求2所述的工作设备，其中，上述固定装置(25)具有一个用于停止叠加传动输入系(13)的制动器(22)，在该叠加传动输入系上连接有电气或者液压第二功率分支(8)。
5.根据权利要求3所述的工作设备，其中，上述固定装置(25)具有一个用于将叠加传动输入系(13)固定连接在其他传动输入系(12)上的的离合器(23)，在该叠加传动输入系上连接有电气或者液压第二功率分支(8)，在其他传动输入系上连接有机械第一功率分支(7)。
6.根据上述权利要求其中任意一项所述的工作设备，其中，叠加传动装置(9)具有一个行星齿轮传动器。
7.根据上述权利要求所述的工作设备，其中，机械第一功率分支(7)和行星齿轮传动器的支撑有行星齿轮(17)的连接杆(16)驱动相连，电气或者液压第二功率分支(8)和太阳轮(19)驱动相连，该太阳轮和上述行星齿轮(17)形成滚动咬合，其中，和行星齿轮(17)滚动咬合的齿圈(21)构成行星齿轮传动器的从动端和/或和工作机组(2)驱动相连。
8.根据上述权利要求其中任意一项结合权利要求3所述的工作设备，其中，太阳轮(19)由制动器(22)直接或者间接制动。
9.根据权利要求6结合权利要求4所述的工作设备，其中，太阳轮(19)和连接杆(16)通过离合器(23)相互截止。
10.根据上述权利要求其中任意一项所述的工作设备，其中，根据工作机组(2)的工作速度和/或根据电机(5)的转速设有用于自动控制控制装置(24)的控制装置(26)。
11.根据上述权利要求其中任意一项所述的工作设备，其中，控制装置(26)在设计时使得，如果工作机组(2)的工作速度在一个预先规定的范围(27)内，截止装置(24)将对叠加传动装置(9)的传动比进行截止，且在上述截止的固定传动/减速比时，电机(5)的转速在相应的预先规定的范围内。
12.根据上述权利要求其中任意一项所述的工作设备，其中，叠加传动装置(9)被集成在工作机组(2)中，尤其是容纳于圆柱状、长形工作转子构成的工作机组(2)的内部空间内。
13.根据上述权利要求其中任意一项所述的工作设备，其中，工作设备(1)为自行移动结构，电机(5)构成移动驱动装置。
14.根据上述权利要求其中任意一项所述的工作设备，其中，第二功率分支(8)包含一个优选可调节液压装置作为能量转换器(11)，该能量转换器优选和叠加传动装置(9)一起安排在工作机组的内部。
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