CN114320154B - 一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及公路桥梁领域,具体是一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置。钻进结构包括壳体;转轴设置于壳体的中心处;转轴底部连接有同轴设置的中心钻头;中心钻头与转轴的中心处设有连通的冲水通道;凸轮柱套设安装在转轴上,凸轮柱与转轴通过差速结构连接;推板套设安装在转轴上;外层钻头组件包括内外分布的多个钻头组,每个钻头组包括多个外层钻头;外层钻头顶端设有钻杆;外层钻头组件通过钻杆架可上下移动地套设安装在转轴上;每个调节结构配置成在一个钻头沿钻杆架径向方向移动时,带动对应的爪钉伸出外层钻头,以使爪钉扎住硬物并带动硬物向内移动。该装置能够高效排屑、适应不同硬度土层并且能自动识别硬物并进行高效处理破碎。
Description
技术领域
本发明涉及公路桥梁技术领域,具体涉及一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置。
背景技术
在公路桥梁建设工作中,常常会需要设桩,设桩就需要打桩基孔。而目前打桩基孔通常需要使用旋挖钻机,旋挖钻机的配套钻头多为空心钻,每钻进一定深度就要抬升钻头,然后通过快速正反转钻头或快速收放缆绳将钻头内的土甩出,这种方式不仅过程繁琐效率低下,还会产生大量噪音,加速缆绳的老化。而且进一步讲,当钻头遇到硬质土层或硬物时,由于钻头在不断下降,但是硬物或硬质土层对钻头有向上的阻力,对钻头会有损伤;钻头停滞不前,动力源又持续提供动力,很可能导致作为支撑的载体设备失衡或倾倒,因此需要一种高效排屑、能适应不同硬度土层并且能自动识别硬物的装置取代传统钻头。
发明内容
针对上述的需要一种高效排屑、能适应不同硬度土层并且能自动识别硬物的装置取代传统钻头以解决上述存在的技术问题,本发明提供一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置。
本发明的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置采用如下技术方案:
一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,包括钻进结构以及钻进结构相连的动力源;钻进结构包括:
壳体;
转轴,转轴上下延伸,可上下移动且可转动地设置于壳体的中心处,且转轴贯穿壳体;转轴底部连接有同轴设置的中心钻头;且中心钻头与转轴的中心处设有连通的冲水通道;
凸轮柱,其上端面为圆形平面、下端面为向中心内凹的斜面;凸轮柱可转动地套设安装在转轴上且设置于壳体内,且凸轮柱与转轴通过差速结构连接,以使转轴带动凸轮柱转动且转轴与凸轮柱转动不同速;
推杆件,包括推板、第一推杆和多个第二推杆,推板可上下移动地套设安装在转轴上以保持同步转动;第一推杆和第二推杆均可上下滑动地安装于推板;第一推杆和第二推杆与推板之间均设有弹簧,以保持第一推杆和第二推杆的顶端与凸轮柱下端面始终接触;第一推杆与转轴之间设有连接杆;每个第二推杆沿转轴的径向方向可移动地设置于推板上,且每个第二推杆与推板之间设置有复位装置;
外层钻头组件,包括内外分布的多个钻头组,每个钻头组包括环形分布的多个外层钻头;外层钻头顶端设有钻杆;外层钻头组件通过钻杆架可上下移动地套设安装在转轴上,以保持同步转动且可上下移动;且每个外层钻头沿推板径向可移动地设置,每个第二推杆与一个钻头组的多个钻杆之间通过同步件相连;
多个爪钉,每个爪钉可伸缩地设置在一个外层钻头内
多个调节结构,每个调节结构配置成在一个钻头沿钻杆架径向方向移动时,带动对应的爪钉伸出外层钻头,以使爪钉扎住硬物并带动硬物向内移动。
优选的,每个同步件包括同步环和同步杆;同步环可转动地套设安装在转轴上;同步杆为多个,内端与同步环转动连接,外端与第二推杆和钻杆均可转动地连接;钻杆架套设安装在转轴上,钻杆架上还设有对应钻杆滑动的滑动槽。
进一步优选的,所述调节结构包括:
传动齿,其设置在滑动槽一侧壁以及钻杆外侧壁,以使钻杆在向滑动槽内移动的过程中进行转动;
转动杆,同轴设置在钻杆内,包括设置在上部的直杆、设置在下部的螺杆;直杆顶端与同步杆固定连接;
爪钉板,可上下移动地设置在外层钻头内,且与螺杆通过螺纹连接;多个爪钉设置于爪钉板。
进一步优选的,所述推板上设有环形均匀分布的多个凹槽,每个凹槽与第二推杆匹配安装;且每个凹槽内设置有沿推板径向延伸的固定杆;每个第二推杆上设置有套装于固定杆的贯通槽;复位装置为压簧,设置在固定杆上且处于第二推杆与凹槽内端之间。
进一步优选的,所述钻头组为内外分布的三组,分别为内层钻头组、中间层钻头组和最外层钻头组,三者对应的第二推杆在推板上呈同圆环形均匀分布,三者随着凸轮柱的转动保持交替上下运动,且三者对应连接的同步件互不干涉。
优选的,所述弹簧套设安装在第二推杆上,第二推杆上部设有挡台;弹簧顶端与挡台连接、底端与推板连接;第一推杆上的弹簧顶端与连接杆连接、底端与推板连接。
优选的,所述动力源包括液压马达、卷扬机和旋挖机;液压马达下部与转轴顶端相连保持同步转动且可上下滑动,上部连接有钻动连杆;旋挖机安装在地面,卷扬机安装在旋挖机前端并通过缆绳与钻动连杆相连实现钻进。
优选的,所述差速结构包括设置在转轴上的传动齿轮、设置在凸轮柱内侧壁的齿条、设置在齿条与传动齿轮之间的齿圈;齿圈内侧与传动齿轮啮合传动,外侧与齿条啮合传动;且齿条的齿数大于传动齿轮的齿数。
进一步优选的,所述凸轮柱的上端面与壳体之间还设有卡挡装置,所述卡挡装置包括挡杆以及设置在挡杆底端的挡板,以保持挡板始终与凸轮柱上端面接触;挡杆顶端在壳体顶端壁上可环形转动,挡板与齿圈固定连接。
优选的,所述壳体的外侧还设有可转动的导流外壳;导流外壳与钻杆架固定连接,其上还设有多个螺旋分布的导流板。
本发明的有益效果是:本发明通过在转轴与凸轮柱之间设置差速结构,实现了特殊结构的凸轮柱转动时带动下方连接的多个推杆实现交替上下移动,钻进时内外各层分布的钻头由于凸轮柱与转轴的差速作用会依次向下钻进,减小轴向压力,其中同层分布的钻头同步运动,分层交替钻进,可以减小每次钻进时的阻力,在土壤较硬时也可以一次性钻取更大孔径,提高了该装置对不同硬度土层的适应性;同时设置冲水通道使钻头钻松的泥土变成泥浆,并通过外螺旋导流到钻头上方通过泥水泵抽出防止阻碍钻进工作,提高了该装置的排屑的高效性;当外层钻头遇到硬物时,由于钻头轴向有持续向下的动力,使得第二推杆沿凸轮柱下方的斜面向中心方向滑动,带动钻杆向轴心滑动,并且由于钻杆的传动齿与钻杆架滑动槽内的传动齿啮合传动,钻杆开始自转,爪钉板与转动杆相对转动,同时爪钉板向内转动使得爪钉伸出扎住硬物并往中心钻头方向递送,减小其阻力臂,同时遇到硬物钻头向内转动使得相邻内侧分布的钻头变得密集,使其更容易被更靠中心的钻头或密集分布的钻头破碎,提高了该装置自动识别硬物并进行破碎处理的高效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构图;
图2为本发明的钻进结构的示意图;
图3为图2的仰视图;
图4为本发明的钻进结构的状态图一;
图5为本发明的钻进结构的状态图二;
图6为本发明的钻进结构的剖面图;
图7为本发明的第二推杆的分布示意图;
图8为本发明的钻进结构的局部结构剖面图;
图9为本发明的外层钻头的结构图;
图10为本发明的凸轮柱的结构剖面图。
图中:1-钻进结构,2-壳体,3-转轴,4-凸轮柱,5-推杆件,51-推板,52-第一推杆,53-第二推杆,54-弹簧,55-连接杆,56-挡台,6-外侧钻头组件,61-钻头组,62-外层钻头,63-钻杆,64-同步件,65-同步环,66-同步杆,7-爪钉,8-差速结构,81-传动齿轮,82-齿条,83-齿圈,9-中心钻头,10-冲水通道,11-卡挡装置,111-挡杆,112-挡板,12-调节结构,121-传动齿,122-转动杆,123-爪钉板,124-直杆,125-螺杆,13-钻杆架,131-滑动槽,14-复位装置,141-凹槽,142-贯通槽,143-固定杆,144-压簧,15-动力源,151-液压马达,152-卷扬机,153-旋挖机,154-钻动连杆,16-导流外壳,161-导流板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置的实施例,如图1至图10所示;
一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,包括钻进结构1以及钻进结构1相连的动力源15;钻进结构1包括:壳体2;壳体2为向下开口的空腔结构。转轴3,转轴3上下延伸,可上下移动且可转动地设置于壳体2的中心处,且转轴3贯穿壳体2;转轴3底部连接有同轴设置的中心钻头9;且中心钻头9与转轴3的中心处设有连通的冲水通道10;设置冲水通道使钻头钻松的泥土变成泥浆,并通过外螺旋导流到钻头上方通过泥水泵抽出防止阻碍钻进工作。
凸轮柱4,其上端面为圆形平面、下端面为向中心内凹的斜面;凸轮柱4可转动地套设安装在转轴3上且设置于壳体2内,且凸轮柱4与转轴3通过差速结构8连接,以保持转轴3与凸轮柱4转动不同速,如此设置,保证凸轮柱能够相对转轴有转动保证凸轮柱能够带动下方的推杆进行交替的往复上下运动。
推杆件5,包括推板51、第一推杆52和第二推杆53,第一推杆52和第二推杆53的顶端均为球形面,减少摩擦阻力。推板51可上下移动地套设安装在转轴3上以保持同步转动;第一推杆52和第二推杆53均可上下滑动地安装于推板51。第一推杆52和第二推杆53与推板51之间均设有弹簧54,以保持第一推杆52和第二推杆53的顶端与凸轮柱4下端面始终接触。弹簧54套设安装在第二推杆53上,第二推杆53上部设有挡台56。弹簧54顶端与挡台56连接、底端与推板51连接;第一推杆52上的弹簧54顶端与连接杆55连接、底端与推板51连接。第一推杆52与转轴3之间设有连接杆55,使得第一推杆52在凸轮柱4转动过程中实现上下往复移动,进而第一推杆52带动连接杆55和转轴3上下往复移动,使得中心钻头9能够进行上下往复运动实现钻进。每个第二推杆53沿转轴3的径向方向可移动地设置于推板51上,且每个第二推杆与推板51之间设置有复位装置14。
外层钻头组件6,包括内外分布的多个钻头组61,每个钻头组61包括环形分布的多个外层钻头62;外层钻头62顶端设有钻杆63;外层钻头62底部设有钻刀。外层钻头组件6通过钻杆架13可上下移动地套设安装在转轴3上,以保持同步转动且可上下移动;且每个外层钻头62沿推板51径向可移动地设置,每个第二推杆53与一个钻头组61的多个钻杆63之间通过同步件64相连。多个爪钉7,每个爪钉7可伸缩地设置在一个外层钻头62内;多个调节结构12,每个调节结构12配置成在一个外层钻头62沿钻杆架13径向方向移动时,带动对应的爪钉7伸出外层钻头62,以使爪钉7扎住硬物并带动硬物向内移动。
在本实施例中,同步件64包括同步环65和同步杆66;同步环65可相对转动地套设安装在转轴3上;同步杆66为多个,内端与同步环65转动连接,外端与第二推杆53和钻杆63可相对转动地连接;钻杆架13套设安装在转轴3上,钻杆架13上还设有对应钻杆63滑动的滑动槽131,以保持一个钻头组61内多个钻杆63同步转动,且钻杆63能够沿滑动槽131向转轴3中心轴线方向移动。
在本实施例中,调节结构12包括:传动齿121,其设置在滑动槽131一侧壁以及钻杆63外侧壁,以保持钻杆63相对滑动槽131可转动且可移动。钻杆63上的传动齿与滑动槽131侧壁一排的传动齿啮合传动。转动杆122,同轴设置在钻杆63内,包括设置在上部的直杆124、设置在下部的螺杆125。直杆124顶端与同步杆66固定连接。爪钉板123,可上下移动地设置在外层钻头62内,且与螺杆125螺纹连接,初始状态下,爪钉板123与外层钻头62内腔一侧面接触,进而使得外层钻头62转动带动爪钉板123转动,实现爪钉7伸出,爪钉板123上设置多个所述爪钉7;以保持爪钉板123向转轴3中心方向转动使得爪钉7伸出外层钻头62。
在本实施例中,所述推板51上设有环形均匀分布的多个凹槽141,每个凹槽141与第二推杆53匹配安装;且每个凹槽141内设置有沿推板51径向延伸的固定杆143。每个第二推杆53上设置有套装于固定杆的贯通槽142。复位装置14为压簧,设置在固定杆143上且处于第二推杆53与凹槽141内端之间,以保持第二推杆53在正常工作状态下始终与凹槽141外端接触。
在本实施例中,钻头组61为内外分布的三组,分别为内层钻头组、中间层钻头组和最外层钻头组,三者对应的三个第二推杆53在推板51上呈同圆环形均匀分布,由于初始位置,三者各自对应的第二推杆处于凸轮柱斜面的不同位置,三者随着凸轮柱4的转动保持交替上下运动,且三者对应各自的第二推杆53连接的同步件64互不干涉。
在本实施例中,动力源15包括液压马达151、卷扬机152和旋挖机153;液压马达151下部与转轴3顶端相连保持同步转动且可上下滑动,上部连接有钻动连杆154;旋挖机153安装在地面,卷扬机152安装在旋挖机153前端并通过缆绳与钻动连杆154相连实现钻进。
在本实施例中,差速结构8包括设置在转轴3上的传动齿轮81、设置在凸轮柱4内侧壁的齿条82、设置在齿条82与传动齿轮81之间的齿圈83;齿圈83内侧与传动齿轮81啮合传动,外侧与齿条82啮合传动;且齿条82的齿数大于传动齿轮81的齿数。
在本实施例中,凸轮柱4的上端面与壳体2之间还设有卡挡装置11,卡挡装置11包括挡杆111以及设置在挡杆111底端的挡板112,以保持挡板112始终与凸轮柱4上端面接触;挡杆111顶端在壳体2顶端壁上可环形转动,挡板112与齿圈83固定连接。
在本实施例中,壳体2的外侧还设有可转动的导流外壳16;导流外壳16与钻杆63架固定连接,导流外壳16上还设有多个螺旋分布的导流板161。
工作过程:
动力源15的旋挖机153设备到达指定钻进点,并固定好位置,连接转轴3与液压马达151实现同步转动,并设置花键和键槽的结构配合,实现转轴3可相对液压马达151上下滑动。在常规正常钻进过程中,钻进时内外各层分布的钻头由于凸轮柱4与转轴3的差速作用会依次带动第一推杆52和多个第二推杆53向下钻进,减小轴向压力。具体是通过设置差速结构8,在液压马达151带动转轴3同步转动的过程中,转轴3上部的传动齿轮81带动齿圈83旋转进而带动齿条82和凸轮柱4转动,由于齿条82的齿数大于传动齿轮81的齿数。通过齿轮啮合传动比可知,凸轮柱4的转速低于转轴3的转速,二者之间形成速度差,因此,凸轮柱4会带动下方的多个第二推杆53实现交替运动。
其中一组钻头组内同层分布的外层钻头62在同步环65、同步杆66和钻杆架13的作用下保持同步运动。具体是第二推杆53顶端的球形面在弹簧54的作用下始终与凸轮柱4下端的斜面保持接触,下端与其中一个同步杆66转动连接。一个钻头组61内的多个同步杆66内端均与同步环65转动连接,外端分别连接钻杆63和第二推杆53,钻杆63下方连接外层钻头62。一个钻头组62内同层分布的多个外层钻头62处于同圆。因此,第二推杆53在凸轮柱4的转动作用下,进行往复上下移动,带动与其连接同步杆66和同步环65进行往复上下运动,实现一个钻头组内同层分布的多个外层钻头同步运动。由于凸轮柱4下端特殊结构的斜面,带动第一推杆52和多个第二推杆53交替向下,同时钻杆架13与转轴3连接保持同步转动,实现带动中心钻头和外层钻头内外分层交替向下钻进,可以减小每次钻进时的阻力,在土壤较硬时也可以一次性钻取更大孔径,提高了该装置对不同硬度土层的适应性。
在钻进不断进行时,冲水通道10与外界水源相连,在水泵的作用下通过冲水通道10向钻头处冲水,使下方钻头钻松的泥土变成泥浆,并通过导流外壳16上分布的外螺旋导流板161,导流到钻头上方,进而通过泥水泵抽出,防止钻头黏附的泥土阻碍钻进工作,提高了该装置的排屑的高效性。
由于中心钻头9硬度高,破碎效果最佳,在遇到硬物时,也会对硬物进行较好的破碎处理效果,故而不在考虑。当外层钻头组件的某一外层钻头遇到硬物时,由于外层钻头62在轴向有持续向下的动力,由于硬物在外圈给外层钻头62的阻力较大、内圈的阻力相对较小,若外层钻头62遇到硬物,外层钻头62会向转轴3中心方向阻力小的一侧移动。使得第二推杆53沿凸轮柱4下方的斜面向中心方向滑动,进而带动钻杆63向轴心滑动,并且由于钻杆63下部的传动齿121与钻杆架13的滑动槽131内的传动齿121啮合传动,钻杆63与同步杆66也是铰接,钻杆63内部的转动杆122与同步杆66固定连接,因此钻杆63向滑动槽131内端移动的同时转动,钻杆63开始自转一定角度。爪钉板123处于外层钻头62内腔,进而带动爪钉板123沿螺杆向下转动使得爪钉7伸出,初始状态下,爪钉板123与外层钻头内腔侧壁接触,爪钉7不伸出外层钻头62和钻刀,同时爪钉7伸出扎住硬物并往中心钻头9方向递送,减小其阻力臂,同时遇到硬物的外层钻头62向内转动使得相邻内侧分布的钻头变得密集,使其更容易被更靠中心的钻头或密集分布的钻头破碎,提高了该装置自动识别硬物并进行破碎处理的高效性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,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 (8)
1.一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,其特征在于:包括钻进结构以及钻进结构相连的动力源;钻进结构包括:
壳体;
转轴,转轴上下延伸,可上下移动且可转动地设置于壳体的中心处,且转轴贯穿壳体;转轴底部连接有同轴设置的中心钻头;且中心钻头与转轴的中心处设有连通的冲水通道;
凸轮柱,其上端面为圆形平面、下端面为向中心内凹的斜面;凸轮柱可转动地套设安装在转轴上且设置于壳体内,且凸轮柱与转轴通过差速结构连接,以使转轴带动凸轮柱转动且转轴与凸轮柱转动不同速;
推杆件,包括推板、第一推杆和多个第二推杆,推板可上下移动地套设安装在转轴上以保持同步转动;第一推杆和第二推杆均可上下滑动地安装于推板;第一推杆和第二推杆与推板之间均设有弹簧,以保持第一推杆和第二推杆的顶端与凸轮柱下端面始终接触;第一推杆与转轴之间设有连接杆;每个第二推杆沿转轴的径向方向可移动地设置于推板上,且每个第二推杆与推板之间设置有复位装置;
外层钻头组件,包括内外分布的多个钻头组,每个钻头组包括环形分布的多个外层钻头;外层钻头顶端设有钻杆;外层钻头组件通过钻杆架可上下移动地套设安装在转轴上,以保持同步转动且可上下移动;且每个外层钻头沿推板径向可移动地设置,每个第二推杆与一个钻头组的多个钻杆之间通过同步件相连;
多个爪钉,每个爪钉可伸缩地设置在一个外层钻头内;
多个调节结构,每个调节结构配置成在一个钻头沿钻杆架径向方向移动时,带动对应的爪钉伸出外层钻头,以使爪钉扎住硬物并带动硬物向内移动;每个同步件包括同步环和同步杆;同步环可转动地套设安装在转轴上;同步杆为多个,内端与同步环转动连接,外端与第二推杆和钻杆均可转动地连接;钻杆架套设安装在转轴上,钻杆架上还设有对应钻杆滑动的滑动槽;
所述调节结构包括:
传动齿,其设置在滑动槽一侧壁以及钻杆外侧壁,以使钻杆在向滑动槽内移动的过程中进行转动;
转动杆,同轴设置在钻杆内,包括设置在上部的直杆、设置在下部的螺杆;直杆顶端与同步杆固定连接;
爪钉板,可上下移动地设置在外层钻头内,且与螺杆通过螺纹连接;多个爪钉设置于爪钉板。
2.根据权利要求1所述的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,其特征在于:所述推板上设有环形均匀分布的多个凹槽,每个凹槽与第二推杆匹配安装;且每个凹槽内设置有沿推板径向延伸的固定杆;每个第二推杆上设置有套装于固定杆的贯通槽;复位装置为压簧,设置在固定杆上且处于第二推杆与凹槽内端之间。
3.根据权利要求2所述的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,其特征在于:所述钻头组为内外分布的三组,分别为内层钻头组、中间层钻头组和最外层钻头组,三者对应的第二推杆在推板上呈同圆环形均匀分布,三者随着凸轮柱的转动保持交替上下运动,且三者对应连接的同步件互不干涉。
4.根据权利要求1所述的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,其特征在于:所述弹簧套设安装在第二推杆上,第二推杆上部设有挡台;弹簧顶端与挡台连接、底端与推板连接;第一推杆上的弹簧顶端与连接杆连接、底端与推板连接。
5.根据权利要求1所述的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,其特征在于:所述动力源包括液压马达、卷扬机和旋挖机;液压马达下部与转轴顶端相连保持同步转动且可上下滑动,上部连接有钻动连杆;旋挖机安装在地面,卷扬机安装在旋挖机前端并通过缆绳与钻动连杆相连实现钻进。
6.根据权利要求1所述的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,其特征在于:所述差速结构包括设置在转轴上的传动齿轮、设置在凸轮柱内侧壁的齿条、设置在齿条与传动齿轮之间的齿圈;齿圈内侧与传动齿轮啮合传动,外侧与齿条啮合传动;且齿条的齿数大于传动齿轮的齿数。
7.根据权利要求6所述的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,其特征在于:所述凸轮柱的上端面与壳体之间还设有卡挡装置,所述卡挡装置包括挡杆以及设置在挡杆底端的挡板,以保持挡板始终与凸轮柱上端面接触;挡杆顶端在壳体顶端壁上可环形转动,挡板与齿圈固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种节能型公路桥梁桩基水钻成孔装置,其特征在于:所述壳体的外侧还设有可转动的导流外壳;导流外壳与钻杆架固定连接,导流外壳上还设有多个螺旋分布的导流板。
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