CN113978766A - 一种直线运动系统锁紧机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直线运动系统锁紧机构,涉及空间机构领域,运动端锁紧块两端侧壁为同轴设置且直径相同的运动端圆弧面;固定端锁紧组件包括固定端转动件和两个固定端锁紧块,两个固定端锁紧块相对于固定端转动件的转动轴线中心对称设置;固定端锁紧块的内侧具有依次衔接的渐开线面和固定端圆弧面,固定端圆弧面的直径小于或等于运动端圆弧面的直径,固定端圆弧面用于与运动端圆弧面配合锁紧。本发明的有益效果是:采用旋转锁紧设计,减小了体积,极大的节约了空间。固定端锁紧块采用渐开线面结合固定端圆弧面设计,渐开线面使运动端锁紧块对位,固定端圆弧面实现锁紧,具有很强的对位能力,对被锁运动机构有矫正、对位的作用。
Description
技术领域
本发明涉及空间机构领域,具体涉及一种直线运动系统锁紧机构。
背景技术
随着人们对空间技术及空间科学的探索,太空、月球、火星作业及深空探测的不断发展,对空间机构的需求越来越多。空间直线运动系统同样被越来越多的使用,为了避免直线运动系统的随意移动或误操作,在不使用时,需要采用锁紧机构进行锁紧。
传统锁紧机构构型复杂,体积大,重量大,加工精度要求较高,造成资源浪费。
传动锁紧机构利用锥销、锥齿等方式,通过丝杠螺母或连杆机构驱动压紧,对直线运动系统产生了额外负载。长期处于锁止状态,或锁紧机构控制不佳会造成直线运动系统产生细微形变,造成精度损失。同时为了适应火箭上行过程产生的振动及冲击,丝杠或连杆等主要承力件需要较大刚度,尺寸较大,造成空间及重量资源浪费。除此之外,在振动、冲击及高低温环境影响下,机构有卡死的风险。
因此,设计一种可靠性高、适应能力强、体积小的直线运动系统锁紧机构成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何对在太空中使用的直线运动系统进行锁紧。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种直线运动系统锁紧机构,包括:
运动端锁紧块,所述运动端锁紧块用于与直线运动系统固定连接,其两端侧壁为同轴设置且直径相同的运动端圆弧面;
固定端锁紧组件,所述固定端锁紧组件包括固定端转动件和两个固定端锁紧块,两个所述固定端锁紧块与所述固定端转动件固定连接,且相对于所述固定端转动件的转动轴线中心对称设置,两个所述固定端锁紧块之间具有供所述运动端锁紧块直线移动的移动通道;
其中,每个所述固定端锁紧块的内侧具有依次衔接的渐开线面和固定端圆弧面,所述固定端圆弧面的直径小于或等于所述运动端圆弧面的直径,所述固定端圆弧面用于与所述运动端圆弧面配合锁紧。
本发明的有益效果是:运动端锁紧块与固定端锁紧块相配合,运动端锁紧块移动到两个固定端锁紧块之间,随后固定端锁紧块旋转,在渐开线面的作用下,固定端圆弧面与运动端圆弧面逐渐移动至同轴,实现对位,随后两个固定端圆弧面转动至相应的运动端圆弧面外侧,由于固定端圆弧面的直径小于或等于运动端圆弧面的直径,因而,两个固定端圆弧面可以夹紧运动端圆弧面,从而实现运动端锁紧块锁紧。
锁紧机构采用旋转锁紧设计,减小了体积,极大的节约了空间。固定端锁紧块采用渐开线面结合固定端圆弧面设计,渐开线面使运动端锁紧块对位,固定端圆弧面实现锁紧,具有很强的对位能力,对被锁运动机构有矫正、对位的作用。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,每个所述固定端锁紧块为弹性材质,其中部具有变形腔。
采用上述进一步方案的有益效果是:固定端锁紧块为弹性材质且具有变形腔,极大提高了环境适应性,在保证紧密贴合、可靠锁紧的前提下,同时保证了对火箭上行振动冲击及冲击的适应性,可缓冲振动及冲击。并且在长期使用产生磨损的情况下仍能保证可靠的锁紧。锁止后对被锁机构不产生额外负载,不会造成直线运动系统的精度损失。运动端圆弧面与渐开线面配合,还可减小驱动力。
进一步,每个所述固定端锁紧块的内侧具有依次衔接的所述渐开线面、所述固定端圆弧面和固定端限位面,所述固定端限位面与所述移动通道垂直,所述运动端锁紧块的两侧侧壁分别具有运动端限位面,两个所述运动端限位面用于分别与两个固定端锁紧块的所述固定端限位面抵接。
采用上述进一步方案的有益效果是:固定端锁紧块转动至锁止位置后,固定端限位面与运动端限位面抵接,避免固定端锁紧块转动过量,保证机构的可靠性。
进一步,还包括驱动机构和安装支架,所述固定端转动件可转动的安装于所述安装支架上,所述驱动机构与所述安装支架固定连接,其输出端与所述固定端转动件传动连接。
采用上述进一步方案的有益效果是:安装支架用于固定各个零件,为整个机构提供足够的刚度和强度。使用时安装支架与外部结构可靠的固定。
进一步,还包括限位碰销、两个限位开关和控制器,所述限位碰销与所述固定端转动件固定连接,两个所述限位开关在所述限位碰销的圆周方向上间隔90°设置,并与所述安装支架固定连接,所述控制器分别与所述限位开关和所述驱动机构通讯连接。
采用上述进一步方案的有益效果是:限位开关及限位碰销,用于检测锁紧机构状态。
进一步,所述安装支架具有与所述固定端转动件同轴的支架圆弧段,所述支架圆弧段的圆心角为90°,所述限位碰销对应位于所述支架圆弧段的外侧,两个所述限位开关固定于所述支架圆弧段的两端。
采用上述进一步方案的有益效果是:固定端转动件、限位碰销及限位开关安装结构紧凑,占用体积小。
进一步,还包括卡簧和固定端转轴,所述安装支架具有安装套筒,所述固定端转动件的一侧与所述固定端锁紧块固定连接,另一侧与所述固定端转轴的一端固定连接,所述固定端转轴的另一端可转动的穿过所述安装套筒且具有环形卡槽,所述卡簧与所述环形卡槽卡接并与所述安装套筒的端面抵接。
采用上述进一步方案的有益效果是:安装方便、可靠性高,结构紧凑。
进一步,还包括润滑轴套,所述润滑轴套套在所述固定端转轴和所述安装套筒之间。
采用上述进一步方案的有益效果是:润滑轴套安装于固定端转轴和安装套筒之间,起到润滑作用。
进一步,还包括主动齿轮,所述固定端转动件为从动齿轮,所述驱动机构的输出端与所述主动齿轮固定连接,所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合传动。
采用上述进一步方案的有益效果是:主动齿轮在驱动机构的驱动下拖动从动齿轮做旋转运动。
进一步,所述安装支架包括依次连接的水平板和竖直板,所述驱动机构和所述固定端转动件均安装于所述水平板上,且分别位于所述水平板的上下两侧,所述驱动机构的输出端穿过所述水平板,所述竖直板上具有支架安装孔。
采用上述进一步方案的有益效果是:竖直板通过支架安装孔与外部结构安装固定,所述驱动机构和所述固定端转动件分别位于所述水平板的两侧,整体结构紧凑,安装方便。
附图说明
图1为本发明直线运动系统锁紧机构的爆炸图;
图2为本发明直线运动系统锁紧机构的其中一个视角下的三维图;
图3为本发明直线运动系统锁紧机构的另一个视角下的三维图;
图4为本发明运动端锁紧块和固定端锁紧块在锁止位置的三维图;
图5为本发明运动端锁紧块和固定端锁紧块在解锁位置的三维图;
图6为本发明运动端锁紧块和固定端锁紧块在解锁位置的结构图;
图7为本发明固定端锁紧块从解锁位置转动至锁止位置过程中的结构图;
图8为本发明运动端锁紧块和固定端锁紧块在锁止位置的结构图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、运动端锁紧块;101、运动端圆弧面;102、运动端限位面;2、固定端转动件;3、固定端锁紧块;301、渐开线面;302、固定端圆弧面;303、固定端限位面;304、变形腔;4、移动通道;5、驱动机构;6、安装支架;601、支架圆弧段;602、安装套筒;7、限位碰销;8、限位开关;9、固定端转轴;10、润滑轴套;11、主动齿轮。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1-图8所示,本实施例提供一种直线运动系统锁紧机构,包括:
运动端锁紧块1,所述运动端锁紧块1用于与直线运动系统固定连接,其两端侧壁为同轴设置且直径相同的运动端圆弧面101;
固定端锁紧组件,所述固定端锁紧组件包括固定端转动件2和两个固定端锁紧块3,两个所述固定端锁紧块3与所述固定端转动件2固定连接,且相对于所述固定端转动件2的转动轴线中心对称设置,两个所述固定端锁紧块3之间具有供所述运动端锁紧块1直线移动的移动通道4;
其中,每个所述固定端锁紧块3的内侧具有依次衔接的渐开线面301和固定端圆弧面302,所述固定端圆弧面302的直径小于或等于所述运动端圆弧面101的直径,所述固定端圆弧面302用于与所述运动端圆弧面101配合锁紧。
具体的,固定端转动件2可绕其自身的转动轴线转动,固定端锁紧块3与固定端转动件2固定连接,跟随固定端转动件2做旋转运动。
如图5和图6所示,固定端锁紧块3在解锁位置,运动端锁紧块1固定于直线运动系统的直线移动部件上,例如直线滑台的滑块上。如图6所示,此时运动端锁紧块1可以左右直线移动。当需要锁定直线运动系统的直线移动部件时,运动端锁紧块1沿移动通道4移动到两个固定端锁紧块3之间。如图6-图8所示,随后固定端锁紧块3旋转,在渐开线面301的导向作用下,固定端圆弧面302与运动端圆弧面101逐渐移动至同轴,实现对位,随后两个固定端圆弧面302转动至相应的运动端圆弧面101外侧,由于固定端圆弧面302的直径小于或等于运动端圆弧面101的直径,因而,两个固定端圆弧面302可以夹紧运动端圆弧面101,从而实现运动端锁紧块1锁紧。如图8所示,固定端锁紧块3转动到锁止位置后,运动端锁紧块1不可以左右直线移动。
锁紧机构采用旋转锁紧设计,减小了体积,极大的节约了空间。固定端锁紧块3采用渐开线面301结合固定端圆弧面302设计,渐开线面301使运动端锁紧块1对位,固定端圆弧面302实现锁紧,具有很强的对位能力,对被锁运动机构有矫正、对位的作用。
具体的,如图6所示,从远离固定端圆弧面302的一端至靠近固定端圆弧面302的一端,所述渐开线面301的曲率半径逐渐减小,直至与固定端圆弧面302的半径相同。
具体的,固定端锁紧块3与所述固定端转动件2可以采用螺栓固定连接或者也可以采用粘接的方式进行固定。
其中,运动端锁紧块1可以为独立的块状结构,直接与直线运动系统连接;或者,如图4所示,运动端锁紧块1固定至一个表面积较大的基板上,基板与直线运动系统固定连接,从而便于设置用于连接的螺栓孔等连接结构。
其中,固定端锁紧块3的相邻两个面的衔接处均采用圆角过渡,从而使锁紧和解锁过程更为顺畅,避免卡顿。
在上述方案的基础上,每个所述固定端锁紧块3为弹性材质,其中部具有变形腔304。
固定端锁紧块3为弹性材质且具有变形腔304,极大提高了环境适应性,在保证紧密贴合、可靠锁紧的前提下,同时保证了对火箭上行振动冲击及冲击的适应性,可缓冲振动及冲击。并且在长期使用产生磨损的情况下仍能保证可靠的锁紧。锁止后对被锁机构不产生额外负载,不会造成直线运动系统的精度损失。运动端圆弧面101与渐开线面301配合,还可减小驱动力。
具体来说,锁紧过程中,当所述固定端圆弧面302旋转至接近所述运动端圆弧面101时,固定端锁紧块3受到运动端锁紧块1的挤压开始产生弹性变形,由于渐开线曲率渐变的特性,此处渐开线面301曲率略大于固定端圆弧面302,并且在锁紧过程中趋向于相同,将压力产生的周向分量降至最低,也就是说可以降低沿运动端圆弧面101切线方向的力,从而减小锁紧过程需要的驱动力。
优选的,固定端锁紧块3远离固定端转动件2转动轴线的一侧与所述固定端转动件2固定。这样,固定端锁紧块3靠近固定端转动件2转动轴线的一侧可以灵活形变。
其中,所述弹性材质可以为橡胶或塑料等材料。
在上述方案的基础上,每个所述固定端锁紧块3的内侧具有依次衔接的所述渐开线面301、所述固定端圆弧面302和固定端限位面303,所述固定端限位面303与所述移动通道4垂直,所述运动端锁紧块1的两侧侧壁分别具有运动端限位面102,两个所述运动端限位面102用于分别与两个固定端锁紧块3的所述固定端限位面303抵接。
如图8所示,固定端锁紧块3转动至锁止位置后,固定端限位面303与运动端限位面102抵接,避免固定端锁紧块3转动过量,保证机构的可靠性。
其中,如图4-图8所示,运动端锁紧块1可以为一个圆形的块,用两个平行的平面对称的切除两侧,从而在两侧形成两个相互平行的运动端限位面102。或者,如图4所示,仅在运动端锁紧块1会与固定端锁紧块3接触的位置加工为平面,除了两个运动端圆弧面101和两个运动端限位面102,其余可以为任意形状。
在上述方案的基础上,还包括驱动机构5和安装支架6,所述固定端转动件2可转动的安装于所述安装支架6上,所述驱动机构5与所述安装支架6固定连接,其输出端与所述固定端转动件2传动连接。
安装支架6用于固定各个零件,为整个机构提供足够的刚度和强度。使用时安装支架6与外部结构可靠的固定。
在上述方案的基础上,还包括限位碰销7、两个限位开关8和控制器,所述限位碰销7与所述固定端转动件2固定连接,两个所述限位开关8在所述限位碰销7的圆周方向上间隔90°设置,并与所述安装支架6固定连接,所述控制器分别与所述限位开关8和所述驱动机构5通讯连接。
限位碰销7用于触碰限位开关8,用于检测锁紧机构状态。
具体来说,采用本实施例的直线运动系统锁紧机构,直线运动系统锁紧机构只需要旋转90°即可以实现锁止,反向旋转90°实现解锁。两个限位开关8分别称为第一限位开关和第二限位开关,两个限位开关8均与控制器通讯连接,根据限位开关8的安装位置,可以在控制器中预先设定,若限位碰销7与第一限位开关接触并触发第一限位开关,则为解锁位置;若限位碰销7与第二限位开关接触并触发第二限位开关,则为锁止位置。当需要锁止直线运动系统时,控制器控制驱动机构5向预设方向转动,直到限位碰销7与第二限位开关接触并触发第二限位开关,控制器控制驱动机构5停止;反之,当需要解锁直线运动系统时,控制器控制驱动机构5向预设方向转动,直到限位碰销7与第一限位开关接触并触发第一限位开关,控制器控制驱动机构5停止。
在上述方案的基础上,如图2所示,所述安装支架6具有与所述固定端转动件2同轴的支架圆弧段601,所述支架圆弧段601的圆心角为90°,所述限位碰销7对应位于所述支架圆弧段601的外侧,两个所述限位开关8固定于所述支架圆弧段601的两端。
固定端转动件2、限位碰销7及限位开关8安装结构紧凑,占用体积小。
具体的,所述支架圆弧段601的半径小于所述限位碰销7的转动半径,如图2所示,从而,限位碰销7及限位开关8的安装不会明显增加直线运动系统锁紧机构的整体尺寸,固定端转动件2、限位碰销7及限位开关8的外形轮廓,仅比固定端转动件2的外轮廓略大一点。
在上述方案的基础上,还包括卡簧和固定端转轴9,所述安装支架6具有安装套筒602,所述固定端转动件2的一侧与所述固定端锁紧块3固定连接,另一侧与所述固定端转轴9的一端固定连接,所述固定端转轴9的另一端可转动的穿过所述安装套筒602且具有环形卡槽,所述卡簧与所述环形卡槽卡接并与所述安装套筒602的端面抵接。
固定端转轴9安装方便、可靠性高,结构紧凑。所述卡簧实现固定端转轴9的轴向定位。
在上述方案的基础上,还包括润滑轴套10,所述润滑轴套10套在所述固定端转轴9和所述安装套筒602之间。
润滑轴套安装于固定端转轴9和安装套筒602之间,起到润滑作用。润滑轴套采用自润滑材料制成,从而实现润滑,减少阻力和运动损耗。润滑轴套极大的提高了承载能力,同时可保证整体结构的紧凑性。
在上述方案的基础上,还包括主动齿轮11,所述固定端转动件2为从动齿轮,所述驱动机构5的输出端与所述主动齿轮11固定连接,所述主动齿轮11与所述从动齿轮啮合传动。
主动齿轮11在驱动机构5的驱动下拖动从动齿轮做旋转运动。
驱动机构5可以为任意形式的电机或其他可驱动主动齿轮11旋转的机构。
在上述方案的基础上,所述安装支架6包括依次连接的水平板和竖直板,所述驱动机构5和所述固定端转动件2均安装于所述水平板上,且分别位于所述水平板的上下两侧,所述驱动机构5的输出端穿过所述水平板,所述竖直板上具有支架安装孔。
竖直板通过支架安装孔与外部结构安装固定,所述驱动机构5和所述固定端转动件2分别位于所述水平板的两侧,整体结构紧凑,安装方便。
具体的,驱动机构5的输出端从所述水平板的上侧穿过所述水平板,并与位于下侧的所述主动齿轮11固定连接,所述主动齿轮11与同样位于下侧的从动齿轮啮合传动。
具体的,如图1-图3所示,所述竖直板可以位于水平板的下侧,或者所述竖直板也可以位于所述水平板的上侧。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,包括:
运动端锁紧块(1),所述运动端锁紧块(1)用于与直线运动系统固定连接,其两端侧壁为同轴设置且直径相同的运动端圆弧面(101);
固定端锁紧组件,所述固定端锁紧组件包括固定端转动件(2)和两个固定端锁紧块(3),两个所述固定端锁紧块(3)与所述固定端转动件(2)固定连接,且相对于所述固定端转动件(2)的转动轴线中心对称设置,两个所述固定端锁紧块(3)之间具有供所述运动端锁紧块(1)直线移动的移动通道(4);
其中,每个所述固定端锁紧块(3)的内侧具有依次衔接的渐开线面(301)和固定端圆弧面(302),所述固定端圆弧面(302)的直径小于或等于所述运动端圆弧面(101)的直径,所述固定端圆弧面(302)用于与所述运动端圆弧面(101)配合锁紧。
2.根据权利要求1所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,每个所述固定端锁紧块(3)为弹性材质,其中部具有变形腔(304)。
3.根据权利要求1所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,每个所述固定端锁紧块(3)的内侧具有依次衔接的所述渐开线面(301)、所述固定端圆弧面(302)和固定端限位面(303),所述固定端限位面(303)与所述移动通道(4)垂直,所述运动端锁紧块(1)的两侧侧壁分别具有运动端限位面(102),两个所述运动端限位面(102)用于分别与两个固定端锁紧块(3)的所述固定端限位面(303)抵接。
4.根据权利要求1所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,还包括驱动机构(5)和安装支架(6),所述固定端转动件(2)可转动的安装于所述安装支架(6)上,所述驱动机构(5)与所述安装支架(6)固定连接,其输出端与所述固定端转动件(2)传动连接。
5.根据权利要求4所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,还包括限位碰销(7)、两个限位开关(8)和控制器,所述限位碰销(7)与所述固定端转动件(2)固定连接,两个所述限位开关(8)在所述限位碰销(7)的圆周方向上间隔90°设置,并与所述安装支架(6)固定连接,所述控制器分别与所述限位开关(8)和所述驱动机构(5)通讯连接。
6.根据权利要求5所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,所述安装支架(6)具有与所述固定端转动件(2)同轴的支架圆弧段(601),所述支架圆弧段(601)的圆心角为90°,所述限位碰销(7)对应位于所述支架圆弧段(601)的外侧,两个所述限位开关(8)固定于所述支架圆弧段(601)的两端。
7.根据权利要求4所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,还包括卡簧和固定端转轴(9),所述安装支架(6)具有安装套筒(602),所述固定端转动件(2)的一侧与所述固定端锁紧块(3)固定连接,另一侧与所述固定端转轴(9)的一端固定连接,所述固定端转轴(9)的另一端可转动的穿过所述安装套筒(602)且具有环形卡槽,所述卡簧与所述环形卡槽卡接并与所述安装套筒(602)的端面抵接。
8.根据权利要求7所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,还包括润滑轴套(10),所述润滑轴套(10)套在所述固定端转轴(9)和所述安装套筒(602)之间。
9.根据权利要求4-8任一项所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,还包括主动齿轮(11),所述固定端转动件(2)为从动齿轮,所述驱动机构(5)的输出端与所述主动齿轮(11)固定连接,所述主动齿轮(11)与所述从动齿轮啮合传动。
10.根据权利要求4-8任一项所述一种直线运动系统锁紧机构,其特征在于,所述安装支架(6)包括依次连接的水平板和竖直板,所述驱动机构(5)和所述固定端转动件(2)均安装于所述水平板上,且分别位于所述水平板的上下两侧,所述驱动机构(5)的输出端穿过所述水平板,所述竖直板上具有支架安装孔。
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