CN110735904B - 装载机自适应液力机械传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装载机自适应液力机械传动系统,包括输入轴、中间轴、行星排、液力变矩器、能容系数自适应调节装置和挡位变速器,其中液力变矩器和能容系数自适应调节装置分别位于行星排的两侧;行星排包括行星架、太阳轮和齿圈,液力变矩器包括涡轮和泵轮,中间轴一端与输入轴连接,另一端与行星架连接,太阳轮与泵轮相连,涡轮与输入轴固连;能容系数自适应调节装置用于调整回流传动系统的能容系数,挡位变速器与齿圈动力连接。利用能容系数自适应调节装置的速比可调,可调节能容系数的特性,使轮式装载机在行走工况和作业工况铲装不同物料时,发动机与回流传动系统都能达到较好地匹配状态,具有较大的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于工程机械设备技术领域,具有涉及一种装载机自适应液力机械传动系统。
背景技术
诸多工程机械设备在工作过程中存在多种不同使用工况,且可能存在多种工况同时进行的方式,即动力机构输出动力同时传递给不同操作机构,存在功率分配是否合适的问题。
如公知的用于轮式装载机的液力机械传动系统包括液力变矩器和变速器,由于装载机需要在车辆行走时作业,发动机需要同时驱动行走装置和作业装置,驱动工作装置所占的发动机功率高达40%~60%,因此有必要在进行发动机与液力变矩器的匹配时将装载机的工况分为作业工况和运输工况两种工作模式:在行驶工况下,工作泵空载,发动机功率用于驱动车辆行走,此时属于全功率匹配;在作业工况下,发动机功率不仅用于驱动车辆行走,还应驱动工作装置作业,此时属于部分功率匹配。
而由于传统的液力机械传动系统的能容系数是固定的,因此无法同时兼顾满足装载机的全功率匹配和部分功率匹配,另外,在部分功率匹配中,由于轮式装载机铲装得物料不同,工作装置所占的发动机功率也不同,因此固定能容系数的液力变矩器很难满足轮式装载机及其类似工程机械设备的多种工作模式和铲装多种物料的匹配要求。
发明内容
为改进以上现有技术的不足,本发明提供一种装载机自适应液力机械传动系统,保证净化和再生效率,同时具有结构简单紧凑,便于小型化设计安装的优点。
为实现上述目的,本发明技术方案如下:
一种装载机自适应液力机械传动系统,其关键在于:包括输入轴、中间轴、行星排、液力变矩器、能容系数自适应调节装置和挡位变速器,其中液力变矩器和能容系数自适应调节装置分别位于行星排的两侧;
所述行星排包括行星架、太阳轮和齿圈,所述液力变矩器包括涡轮和泵轮,所述中间轴一端与所述输入轴连接,另一端与所述行星架连接,所述太阳轮与所述泵轮相连,所述涡轮与输入轴固连,所述挡位变速器的输入动力由齿圈提供;
所述能容系数自适应调节装置、液力变矩器和行星排构成回流传动系统,其中能容系数自适应调节装置用于调整该回流传动系统的能容系数,并使所述能容系数与装载机工况匹配。
采用以上结构,利用行星排形成功率回流系统,减少功率损失,同时利用容能调节装置速比对回流系统的能容系数具有较大的调节作用的特点,将能容调节装置可根据需要设置为多档位结构,根据轮式装载机或类似工程机械的行走工况和作业工况铲装不同物料时工作装置所占发动机功率的比值调节回流传动系统的能容系数,以实现发动机与液力传动系统的良好匹配,此外,利用行星排所固有的分流/合流功率和速度合成的特性,将液力变矩器反置于回流路径中以大幅降低功率损失,利用功率回流的特性继续保留整个变速传动系统低速增扭的效果,达到了传动效率高、功率损失小等目的,同时挡位变速器后置可拓宽传动系统的速比,增加高效率工作区间。
作为优选:所述能容系数自适应调节装置包括依次套装于输入轴四挡适应上的C1/C2离合器四挡适应和C3/C4离合器四挡适应,两个离合器的主动盘均固套在输入轴四挡适应上,其中C1/C2离合器四挡适应两侧的从动盘上分别固设有一档适应主动齿轮四挡适应和二挡适应主动齿轮四挡适应,所述C3/C4离合器四挡适应两侧的从动盘上分别固设有三档适应主动齿轮四挡适应和四挡适应主动齿轮四挡适应,所述一档适应主动齿轮四挡适应、二挡适应主动齿轮四挡适应、三档适应主动齿轮四挡适应和四挡适应主动齿轮四挡适应均空套于输入轴四挡适应上,所述中间轴四挡适应上固套有与一档适应主动齿轮四挡适应、二挡适应主动齿轮四挡适应、三档适应主动齿轮四挡适应和四挡适应主动齿轮四挡适应一一对应的一档适应从动齿轮四挡适应、二挡适应从动齿轮四挡适应、三挡变速适应齿轮四挡适应和四挡适应从动齿轮四挡适应。
采用以上方案,设置四挡结构,使其分别与装载机的行走工况和铲装三种不同物料四挡适应工况一一对应,有效分配发动机功率,确保不同工况下,液力变矩器的高效率工作区间与柴油发动机输出功率较高、燃油消耗率较少的工作区间匹配,有效提高发动机的工作效率。
作为优选:所述输入轴四挡适应和中间轴四挡适应平行设置,其中输入轴四挡适应上空套有过渡从动齿轮四挡适应,所述中间轴四挡适应上固套有与过渡从动齿轮四挡适应啮合的过渡主动齿轮四挡适应,所述太阳轮四挡适应空套在输入轴四挡适应上,所述行星架四挡适应与过渡从动齿轮四挡适应相连,所述输入轴四挡适应上空套有与齿圈四挡适应固连的换挡变速器主动齿轮四挡适应,所述齿圈四挡适应通过该换挡变速器主动齿轮四挡适应与挡位变速器动力连接。采用以上方案,实现各部件的合理连接,过渡主动齿轮与过渡从动齿轮啮合,实现动力从输入轴向中间轴的传递,而经行星架传递的动力经齿圈传递给档位变速器,而部分动力则有太阳轮传递给泵轮,然后通过液力变矩器的工作液传递给涡轮,因涡轮又与输入轴相连,从而构成功率回流,而通过能容系数自适应调节装置进行能容系数调整,使其适合不同的工况。
作为优选:所述挡位变速器具有三挡变速结构,其包括平行设置的第二输入轴四挡适应和输出轴四挡适应,其中第二输入轴四挡适应与齿圈四挡适应相连;
所述第二输入轴四挡适应上套装有KR/K1离合器四挡适应和K2/K3离合器四挡适应,所述KR/K1离合器四挡适应和K2/K3离合器四挡适应的主动盘均固套于第二输入轴四挡适应,所述KR/K1离合器四挡适应左侧的从动盘上连接有一档变速主动齿轮四挡适应,所述K2/K3离合器四挡适应的两侧从动盘上分别连接有二挡变速主动齿轮四挡适应和三挡变速主动齿轮四挡适应,所述一档变速主动齿轮四挡适应、二挡变速主动齿轮四挡适应和三挡变速主动齿轮四挡适应均空套于第二输入轴四挡适应上;
所述输出轴四挡适应上固套有与一档变速主动齿轮四挡适应、二挡变速主动齿轮四挡适应和三挡变速主动齿轮四挡适应一一对应的一档变速从动齿轮四挡适应、二挡变速从动齿轮四挡适应和三挡变速从动齿轮四挡适应。采用以上结构之后,在能容系数自适应调节装置对传动系统速比进行调节的基础上,拓宽传动系统的速比,增加高效率工作区间。
作为优选:所述KR/K1离合器四挡适应右侧从动盘上连接有倒挡主动齿轮四挡适应,该倒挡主动齿轮四挡适应空套在所述第二输入轴四挡适应上,所述输出轴四挡适应上对用倒挡主动齿轮四挡适应的位置固套有倒挡从动齿轮四挡适应;
所述挡位变速器还包括与输出轴四挡适应平行设置的倒挡轴四挡适应,该倒挡轴四挡适应上固套有与倒挡主动齿轮四挡适应和倒挡从动齿轮四挡适应啮合的中间惰轮四挡适应,所述泵轮四挡适应连接有制动器四挡适应。
采用以上方案,可实现装载机的倒挡功能,当制动器闭锁时,发动机输出功率经过渡主动齿轮输入第二输入轴,挡位变速器中的KR/K1离合器中的KR挡闭合、倒挡主动齿轮、中间惰轮和倒挡从动齿轮配合即达到输出轴的反转目的,使装载机可倒挡。
作为优选:所述液力变矩器包括壳体,以及设置于壳体内的单向器、一级导轮四挡适应和二级导轮四挡适应,所述单向器的内圈与壳体连成一体,所述一级导轮四挡适应和二级导轮四挡适应分别与单向器的外圈相连。采用以上方案,与现有液力机械传动系统相比,本发明的液力变矩器处于回流支路且反置,因结构组成和调速机理的巨大差异导致其性能出现显著变化,配合前置的能容系数自适应装置,通过改变能容系数自适应调节装置的速比,对回流传动系统的能容系数具有很大的调节作用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
采用本发明提供的装载机自适应液力机械传动系统,利用能容系数自适应调节装置的速比可调,对回流传动系统的能容系数具有很大的调节作用的特性,根据轮式装载机的行走工况和作业工况铲装不同物料时工作装置所占发动机功率大小的变化,将能容系数自适应装置设计为四挡变速装置,使轮式装载机在行走工况和作业工况铲装不同物料时,发动机与回流传动系统都能达到较好地匹配状态。
其次,通过后置的挡位变速器大大拓宽传动系统的速比,增加了发动机的高效率工作区间,因此采用本传动装置可带来较大的效益经济。
此外,因为提高了液力传动效率和拓宽了高效率工作区间,对于液力变矩器不闭锁的轮式装载机、推土机等工程机械以及特种军用车辆等具有明显的应用价值。
附图说明
图1为本发明的原理图;
图2为本发明传动系统的工作原理图;
图3为装载机传统传动系统功率流向示意图;
图4为装载机不同工况时柴油机分配给液力变矩器的转矩和柴油机的总输出功率和燃油消耗率;
图5为装载机传统液力传动系统与柴油机匹配结果示意图;
图6为回流传动系统的能容系数与能容调节装置速比之间的关系;
图7为带有本发明传动系统的装载机在行走工况下,回流传动系统的匹配结果示意图;
图8为带有本发明传动系统的装载机铲沙工况下,回流传动系统的匹配结果示意图;
图9为带有本发明传动系统的装载机铲土工况下,回流传动系统的匹配结果示意图;
图10为带有本发明传动系统的装载机铲装大块石子工况下,回流传动系统的匹配结果示意图。
图中:1-输入轴;2-四挡适应主动齿轮;3-四挡适应从动齿轮;4-中间轴;5-三挡适应从动齿轮;6-二挡适应从动齿轮;7-一挡适应从动齿轮;8-过渡主动齿轮;9-齿圈;10-换挡变速器主动齿轮;11-涡轮;12-泵轮;13-一级导轮;14-二级导轮;15-制动器;16-行星架;17-太阳轮;18-过渡从动齿轮;19-一档适应主动齿轮;20-C1/C2离合器;21-二档适应主动齿轮;22-能容系数自适应调节装置三档变速主动齿轮;23-C3/C4离合器;24-第二输入轴;25-输出轴;26-KR/K1离合器;27-K2/K3离合器;28-一档变速主动齿轮;29-二挡变速主动齿轮;30-三挡变速主动齿轮;31-一档变速从动齿轮;32-二挡变速从动齿轮;33-三挡变速从动齿轮;34-倒挡主动齿轮;35-倒挡从动齿轮;36-倒挡轴;37-中间惰轮。
图中:iC1~C4-能容系数自适应调节装置1~4挡速比;iK1~K3-挡位变速器1~3挡速比;iKR-挡位变速器倒挡速比。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
首先参考图3至图5,轮式装载机需要在行进时转向或驱动工作装置进行作业,因此发动机的功率不仅用于驱动车辆行走,还需要驱动工作装置、转向装置和其他附件。如图3所示的装载机传统传动功率流向示意图,从功率流向来看,发动机的一部分功率通过液压泵传递至工作泵和转向泵用于驱动工作装置作业和驱动转向装置完成车辆的转向;一部分功率通过液力变矩器、变速箱和主减速器传递至车轮用于驱动车辆行驶;一部分功率用于驱动发动机附件、散热风扇和变速泵等其他附件。
当装载机处于作业工况时,发动机的功率不仅用于驱动车辆行驶,还要用于驱动工作装置;另外根据铲装物料种类的不同,发动机分流至液压泵的功率也不同。当装载机处于行驶工况时,发动机的功率除去附件消耗的功率外,全部通过传动系统用于驱动车辆行驶。因此,发动机功率的分流状态会随着液压泵功率需求的改变而改变,结合图4可知,该柴油机的高输出功率、低燃油消耗工作区间在转速为1750(r/min)附近。
柴油发动机与液力变矩器联合工作时,发动机传递至传动系统的转矩-转速曲线与液力变矩器泵轮负荷曲线的交点为稳定工作的匹配点,然而随着发动机功率的分流状态的改变,发动机与液力变矩器稳定工作的匹配点也将发生变化。柴油发动机具有一段输出功率较高、燃油消耗率较少的工作区间(即前述本实施例发动机的1750r/min附近,当然根据柴油机型号不同,该数值也会相应发生变化),在进行功率匹配的时候,希望可以使液力变矩器的高效率工作区间与柴油机输出功率较高、燃油消耗率较少的工作区间匹配。
然后传统的液力传动系统的能容系数是固定值,而且驱动工作装置所占的发动机功率高达40%~60%,因此稳定工作的匹配点的变化也很大,很容易脱离发动机输出功率较高、燃油消耗率较少的工作区间。
参考图5,可以看出,传统的液力传动系统在铲装大块石子的工况中,液力变矩器的高效区间与发动机高输出功率、低燃油消耗率区间匹配,然而在行走工况中,液力变矩器的高效区间的匹配点却脱离了发动机高输出功率、低燃油消耗率区间匹配,此时具有较大的油耗,却不能获得较高的输出功率,大大降低了燃油利用经济性。
因此,本发明提出了一种适合装载机类具有多工况适应的装载机自适应液力机械传动系统,以充分适应该类工程机械的多种工况,如图1至图2所示,其主要包括输入轴1、中间轴4、行星排、液力变矩器、能容系数自适应调节装置和挡位变速器,其中液力变矩器和能容系数自适应调节装置分别位于行星排的两侧,且挡位变速器相对能容系数自适应调节装置后置。
其中行星排包括行星架16、太阳轮17和齿圈9,液力变矩器11包括涡轮11(w)和泵轮12(p),中间轴4的第一段与输入轴1动力连接,另一端与行星架17固连,太阳轮17与泵轮12固连,涡轮11与输入轴1固连,齿圈9则与挡位变速器动力连接,这样即可通过前置的能容系数自适应调节装置进行输入轴轴速比的调节,再配合后置挡位变速器工作,使液力变矩器的高效率工作区间与柴油机输出功率较高、燃油消耗率较少的工作区间匹配。
具体如图2所示,本实施例中,输入轴1和中间轴4平行设置,其中能容系数自适应调节装置主要包括依次套装于输入轴1上的C1/C2离合器20和C3/C4离合器23,C1/C2离合器20和C3/C4离合器23两个离合器的主动盘均固套于输入轴1上,其中C1/C2离合器20位于行星排与C3/C4离合器23之间,且C1/C2离合器20两侧分别设有一档适应主动齿轮19和二挡适应主动齿轮21,一档适应主动齿轮19和二挡适应主动齿轮21分别与C1/C2离合器20两侧的从动盘固定连接,并空套于输入轴1上,同样的C3/C4离合器23的两侧从动盘上固定连接有三档适应主动齿轮22和四挡适应主动齿轮2,三档适应主动齿轮22和四挡适应主动齿轮2同样空套于输入轴1上。
中间轴4上固套有一档适应从动齿轮7、二挡适应从动齿轮6、三挡变速适应齿轮5和四挡适应从动齿轮3,四者分别与一档适应主动齿轮19、二挡适应主动齿轮21、三档适应主动齿轮22和四挡适应主动齿轮2一一对应啮合,构成能容系数自适应调节装置的C1、C2、C3和C4挡位。
如图2所示,输入轴1上空套有过渡从动齿轮18,过渡从动齿轮18位于行星排与C1/C2离合器20之间,中间轴4的端部具有与过渡从动齿轮18啮合的过渡主动齿轮8,同时过渡从动齿轮18还与行星排的行星架16相连,行星排的太阳轮17则空套于输入轴1上,输入轴1上还空套有换挡变速主动齿轮10,换挡变速主动齿轮10位于行星排的另一侧,并与行星排的齿圈9固定连接,换挡变速主动齿轮10与挡位变速器动力连接。
本实施例中挡位变速器为三挡变速结构,其主要包括相互平行设置的第二输入轴24和输出轴25,其中第二输入轴24通过换挡变速主动齿轮10与齿圈9相连,第二输入轴24上依次套装有KR/K1离合器26和K2/K3离合器27,且KR/K1离合器26和K2/K3离合器27二者的主动盘均固套于第二输入轴24,其中KR/K1离合器26左侧的从动盘上连接有一档变速主动齿轮28,K2/K3离合器27的两侧从动盘上分别连接有二挡变速主动齿轮29和三挡变速主动齿轮30,一档变速主动齿轮28、二挡变速主动齿轮29和三挡变速主动齿轮30均空套于第二输入轴24上;
相应的,输出轴25上固套有与一档变速主动齿轮28、二挡变速主动齿轮29和三挡变速主动齿轮30一一对应的啮合的一档变速从动齿轮31、二挡变速从动齿轮32和三挡变速从动齿轮33,从而分别构成挡位变速器的K1、K2和K3挡。
此外,为实现装载机的倒车功能,故本实施例中在第二输入轴24上海固套有倒挡主动齿轮34,倒挡主动齿轮34与KR/K1离合器26右侧的从动盘固定连接,输出轴25上对应倒挡主动齿轮34的位置则设有倒挡从动齿轮35,与此同时,挡位变速器内对应倒挡主动齿轮34的位置设有倒挡轴36,倒挡轴36与输出轴25平行设置,其上固套有中间惰轮37,中间惰轮27位于倒挡从动齿轮35和挡主动齿轮34之间,并与二者同时啮合,泵轮12连接有制动器15。
本实施例中的液力变矩器还包括壳体以及设置于壳体内的单向器、一级导轮13(D1)和二级导轮14(D2),其中单向器的内圈与壳体连城一体,一级导轮13和二级导轮14分别与单向器的外圈固定连接。
如图6所示,装载机采用本实施例中的传动系统,通过改变能容调节装置的速比,可以大范围地对传动系统的能容系数进行调节。
以能容系数自适应调节装置挡位处于二挡为例,此时C1/C2离合器20的C2挡结合,本发明的驱动功率流程为:柴油发动机+涡轮11→输入轴1→C1/C2离合器20→二挡适应主动齿轮21→二挡适应从动齿轮6→过渡主动齿轮8→过渡从动齿轮18→行星架16→齿圈9→挡位变速器…车轮,经行星排功率分流,部分功率经太阳轮17、液力变矩器传回输入轴1,作为调速之用。
回流功率传递流程为:…行星架16→太阳轮17→泵轮12→涡轮11→输入轴1…。当装载机由行走工况切换至作业工况或在作业工况中目标铲装物料变化时,根据预先设计的铲装该物料所需的系统能容系数对应的档位对能容系数自适应调节装置进行换挡,从而改变回流传动系统的能容系数,使轮式装载机在行走工况和作业工况铲装不同类型的物料时,发动机与回流传动系统都能达到较好的匹配结果,其具体匹配结果可参考图8至图10,并结合图4和图5,图示中“行走”表示行走工况,“土”表示铲土工况,“沙”表示铲沙工况,“大块石子”表示铲石工况,由图示可知不同工况下,在不同工况下,通过调节使传动系统的负荷曲线发生改变,从而使得液力变矩器的高效区间基本处于发动机高输出功率、低燃油消耗率区间内,提高了液力传动效率和拓宽了高效率工作区间,具有较大的经济效益。
最后需要说明的是,上述描述仅仅为本发明的优选实施例,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下,可以做出多种类似的表示,这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种装载机自适应液力机械传动系统,其特征在于:包括输入轴(1)、中间轴(4)、行星排、液力变矩器、能容系数自适应调节装置和挡位变速器,其中液力变矩器和能容系数自适应调节装置分别位于行星排的两侧;
所述行星排包括行星架(16)、太阳轮(17)和齿圈(9),所述液力变矩器包括涡轮(11)和泵轮(12),所述中间轴(4)一端与所述输入轴(1)连接,另一端与所述行星架(16)连接,所述太阳轮(17)与所述泵轮(12)相连,所述涡轮(11)与输入轴(1)固连,所述挡位变速器的输入动力由齿圈(9)提供;
所述能容系数自适应调节装置、液力变矩器和行星排构成回流传动系统,其中能容系数自适应调节装置用于调整该回流传动系统的能容系数,并使所述能容系数与装载机工况匹配;
所述能容系数自适应调节装置包括依次套装于输入轴(1)上的C1/C2离合器(20)和C3/C4离合器(23),两个离合器的主动盘均固套在输入轴(1)上,其中C1/C2离合器(20)两侧的从动盘上分别固设有一档适应主动齿轮(19)和二挡适应主动齿轮(21),所述C3/C4离合器(23)两侧的从动盘上分别固设有三档适应主动齿轮(22)和四挡适应主动齿轮(2),所述一档适应主动齿轮(19)、二挡适应主动齿轮(21)、三档适应主动齿轮(22)和四挡适应主动齿轮(2)均空套于输入轴(1)上,所述中间轴(4)上固套有与一档适应主动齿轮(19)、二挡适应主动齿轮(21)、三档适应主动齿轮(22)和四挡适应主动齿轮(2)一一对应的一档适应从动齿轮(7)、二挡适应从动齿轮(6)、三挡变速适应齿轮(5)和四挡适应从动齿轮(3);
所述挡位变速器具有三挡变速结构,其包括平行设置的第二输入轴(24)和输出轴(25),其中第二输入轴(24)与齿圈(9)相连;
所述第二输入轴(24)上套装有KR/K1离合器(26)和K2/K3离合器(27),所述KR/K1离合器(26)和K2/K3离合器(27)的主动盘均固套于第二输入轴(24),所述KR/K1离合器(26)左侧的从动盘上连接有一档变速主动齿轮(28),所述K2/K3离合器(27)的两侧从动盘上分别连接有二挡变速主动齿轮(29)和三挡变速主动齿轮(30),所述一档变速主动齿轮(28)、二挡变速主动齿轮(29)和三挡变速主动齿轮(30)均空套于第二输入轴(24)上;
所述输出轴(25)上固套有与一档变速主动齿轮(28)、二挡变速主动齿轮(29)和三挡变速主动齿轮(30)一一对应的一档变速从动齿轮(31)、二挡变速从动齿轮(32)和三挡变速从动齿轮(33);
所述输入轴(1)和中间轴(4)平行设置,其中输入轴(1)上空套有过渡从动齿轮(18),所述中间轴(4)上固套有与过渡从动齿轮(18)啮合的过渡主动齿轮(8),所述太阳轮(17)空套在输入轴(1)上,所述行星架(16)与过渡从动齿轮(18)相连,所述输入轴(1)上空套有与齿圈(9)固连的换挡变速器主动齿轮(10),所述齿圈(9)通过该换挡变速器主动齿轮(10)与挡位变速器动力连接;
所述KR/K1离合器(26)右侧从动盘上连接有倒挡主动齿轮(34),该倒挡主动齿轮(34)空套在所述第二输入轴(24)上,所述输出轴(25)上对用倒挡主动齿轮(34)的位置固套有倒挡从动齿轮(35);
所述挡位变速器还包括与输出轴(25)平行设置的倒挡轴(36),该倒挡轴(36)上固套有与倒挡主动齿轮(34)和倒挡从动齿轮(35)啮合的中间惰轮(37),所述泵轮(12)连接有制动器(15)。
2.根据权利要求1所述的装载机自适应液力机械传动系统,其特征在于:所述液力变矩器包括壳体,以及设置于壳体内的单向器、一级导轮(13)和二级导轮(14),所述单向器的内圈与壳体连成一体,所述一级导轮(13)和二级导轮(14)分别与单向器的外圈相连。
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