CN114664597A - 电机操动机构的电机失电锁止装置及断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压开关设备的电机操动机构领域，特别涉及断路器中电机操动机构的失电锁止，提供了一种电机操动机构的电机失电锁止装置及断路器。电机操动机构的电机失电锁止装置包括制动盘、活动压盘、施压弹簧，还包括与活动压盘对应的电磁铁；制动盘能够在活动压盘或电磁铁的带动下随活动压盘的轴向移动而移动，制动盘上用于套设在电机轴上的轴孔与所述电机轴之间设有沿电机轴的轴向滑动的花键结构，在活动压盘处于施压位时，花键结构的结合长度小于活动压盘从施压位到释放位的行程以在活动压盘处于释放位时处于相互脱离状态。上述方案能够解决现有技术中电机抱闸的制动盘会影响断路器的动作速度的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高压开关设备的电机操动机构领域，特别涉及断路器中电机操动机构的失电锁止。
背景技术
目前，高压断路器所配套的操动机构主要是液压机构、弹簧机构等，运动零部件多，装配误差大，难以保证断路器、三位开关的开距等技术要求，从而导致新产品在设计过程中需不断循环调试整个产品的各个技术参数，需要耗费大量的人力和物力。为了克服这种弊端，满足产品的技术性能，实现高压产品的智能化，目前也出现了一种电机操动机构，利用伺服电机直接驱动断路器进行分合闸操作。电机操动机构所需的操作运动(分闸和合闸)被编程到控制单元中，有命令时根据存储的触头行程控制程序执行所需操作，并且控制电机相应地驱动断路器主触头，能够通过以数字化方式调试驱动电机的转速和位置控制，确保断路器和三位开关的分合闸速度及分合闸触头的精确到位，克服了传统设备的合闸不到位、合闸力过大等机械运动故障，从而避免导电系统触头发热、烧毁开关等各种故障的发生。现有的电机操动机构如公开号为CN208923011U的中国专利文献中公开的电机操动机构。
电机操动机构的缓冲、脱扣等动作是依靠电气操作实现，产品的各种互锁和保护功能基本也是电气控制的。但是，一旦电机的驱动电源发生故障，出现失电情况，高压断路器的正常工作就会受到影响，并且会失去保护功能。例如，对于SF6断路器来说，电机失电后，其触头在重力作用下会出现失电慢分，即缓慢分闸；再如，对于真空断路器来说，电机失电后，其动静触头之间将无自保持力，同样影响触头系统的稳定工作。
现有技术中，为了避免电机失电后其驱动件发生运动，电机上往往一体或分体地设置有电机失电锁止装置，在电机失电时抱紧电机的输出轴。现有的抱电机失电锁止装置如专利文献CN203645460U公开的一种具有外置式抱闸装置的伺服电机，采用分体式抱闸，包括装置基座，还包括通过键和轴套与电机轴止转配合的制动盘，制动盘上固定有摩擦片；制动盘的一侧设有活动压盘，活动压盘与装置基座之间设有用于将制动盘和摩擦片压紧在制动盘另一侧的制动基体上的施压弹簧；装置基座上还设有与活动压盘对应的电磁铁，电磁铁失电时，活动压盘被施压弹簧顶压在制动盘上，处于施压位，电磁铁得电时，活动压盘被吸合，释放制动盘，处于释放位。
但是，对于断路器来说，其动作速度要求高，而现有的抱闸中，固定有摩擦片的制动盘一直与主轴保持止转配合，制动盘的自重所对应的质量会影响电机的加速度，并且摩擦片往往不能与制动基体完全分开，会存在一定不希望出现的摩擦，这些因素都会影响断路器的动作速度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机操动机构的电机失电锁止装置及断路器，解决现有技术中电机抱闸的制动盘会影响断路器的动作速度的问题。
本发明中采用如下技术方案：
电机操动机构的电机失电锁止装置，包括供电机失电锁止装置固定安装的装置基座，所述装置基座上设有制动基体；还包括用于与电机操动机构中的电机轴止转配合的制动盘，制动盘上固定有摩擦片；所述制动盘背向制动基体的一侧设有活动压盘，活动压盘与装置基座之间设有用于将制动盘上的摩擦片压紧在制动基体上的施压弹簧；装置基座上还设有与活动压盘对应的电磁铁，活动压盘具有在电磁铁失电时被施压弹簧顶压在制动盘上的施压位，还具有在电磁铁得电时被吸合以释放所述制动盘的释放位；所述制动盘能够在活动压盘或电磁铁的带动下随活动压盘的轴向移动而移动，制动盘上用于套设在电机轴上的轴孔与所述电机轴之间设有沿电机轴的轴向滑动的花键结构，在活动压盘处于施压位时，所述花键结构的结合长度小于活动压盘从施压位到释放位的行程以在活动压盘处于释放位时处于相互脱离状态。
有益效果：通过将制动盘设置为随活动压盘的轴向移动而移动，当电磁铁得电时，活动压盘和制动盘均能够产生轴向移动，由于花键结构的结合长度小于活动压盘从施压位到释放位的行程，因此，在活动压盘处于释放位时，制动盘和电机轴能够处于相互脱离的状态，电机轴不会负担制动盘和摩擦片的转动，与现有技术中制动盘和摩擦片与电机轴始终保持固定连接相比，能够减小整体的转动惯量，从而有利于提高断路器的动作速度、减小操作功，降低对驱动电机的性能要求，也有利于降低电机成本。
进一步地：所述活动压盘为带有磁性的盘体，所述制动盘能够被活动压盘磁性吸附而随活动压盘沿轴向移动。
有益效果：活动压盘与制动盘为相邻布置的结构，活动压盘采用带有磁性的盘体能够可靠地吸附制动盘，使得制动盘随活动压盘轴向移动，动作可靠性好，并且结构简单。
进一步地：所述制动盘包括盘体和轴套，所述盘体固定连接在轴套上，所述轴孔由轴套的中心孔形成。
有益效果：将制动盘设置为由盘体和轴套构成能够便于盘体和轴套的分开设计，在匹配不同的电机轴或摩擦盘需要不同的参数时，能够减少设计工作量和加工工作量。
进一步地：所述轴孔靠近电磁铁的一端为用于与电机轴间隙配合的光孔，远离电磁铁的一端设有用于形成所述花键结构的内花键，内花键用于在制动盘随活动压盘运动到释放位时与电机轴上的外花键脱离。
有益效果：采用上述方案有利于减小内花键的长度，从而降低加工量，并且光孔能够与电机轴间隙配合，有利于保证制动盘的动作稳定性，使内外花键能够准确结合。
断路器，包括灭弧室和用于驱动灭弧室动作的电机操动系统，电机操动机构包括驱动电机，驱动电机的电机轴连接有电机失电锁止装置；其特征在于，电机失电锁止装置包括供电机失电锁止装置固定安装的装置基座，所述装置基座上设有制动基体；电机失电锁止装置还包括用于与电机操动机构中的电机轴止转配合的制动盘，制动盘上固定有摩擦片；所述制动盘背向制动基体的一侧设有活动压盘，活动压盘与装置基座之间设有用于将制动盘上的摩擦片压紧在制动基体上的施压弹簧；装置基座上还设有与活动压盘对应的电磁铁，活动压盘具有在电磁铁失电时被施压弹簧顶压在制动盘上的施压位，还具有在电磁铁得电时被吸合以释放所述制动盘的释放位；其特征在于，所述制动盘能够在活动压盘或电磁铁的带动下随活动压盘的轴向移动而移动，制动盘上用于套设在电机轴上的轴孔与所述电机轴之间设有沿电机轴的轴向滑动的花键结构，在活动压盘处于施压位时，所述花键结构的结合长度小于活动压盘从施压位到释放位的行程以在活动压盘处于释放位时处于相互脱离状态。
有益效果：通过将制动盘设置为随活动压盘的轴向移动而移动，当电磁铁得电时，活动压盘和制动盘均能够产生轴向移动，由于花键结构的结合长度小于活动压盘从施压位到释放位的行程，因此，在活动压盘处于释放位时，制动盘和电机轴能够处于相互脱离的状态，电机轴不会负担制动盘和摩擦片的转动，与现有技术中制动盘和摩擦片与电机轴始终保持固定连接相比，能够减小整体的转动惯量，从而有利于提高断路器的动作速度、减小操作功，降低对驱动电机的性能要求，也有利于降低电机成本。
进一步地：所述活动压盘为带有磁性的盘体，所述制动盘能够被活动压盘磁性吸附而随活动压盘沿轴向移动。
有益效果：活动压盘与制动盘为相邻布置的结构，活动压盘采用带有磁性的盘体能够可靠地吸附制动盘，使得制动盘随活动压盘轴向移动，动作可靠性好，并且结构简单。
进一步地：所述制动盘包括盘体和轴套，所述盘体固定连接在轴套上，所述轴孔由轴套的中心孔形成。
有益效果：将制动盘设置为由盘体和轴套构成能够便于盘体和轴套的分开设计，在匹配不同的电机轴或摩擦盘需要不同的参数时，能够减少设计工作量和加工工作量。
进一步地：所述轴孔靠近电磁铁的一端为用于与电机轴间隙配合的光孔，远离电磁铁的一端设有用于形成所述花键结构的内花键，内花键用于在制动盘随活动压盘运动到释放位时与电机轴上的外花键脱离。
有益效果：采用上述方案有利于减小内花键的长度，从而降低加工量，并且光孔能够与电机轴间隙配合，有利于保证制动盘的动作稳定性，使内外花键能够准确结合。
进一步地：所述电机失电锁止装置与驱动电机连接至同一供电线路，用于依靠同一电源供电。
有益效果：通过同一电源供电能够保证电机失电锁止装置与驱动电机的动作一致性，提高反应速度，更好地避免出现失电慢分问题。
进一步地：所述电机操动机构还包括手动驱动装置，手动驱动装置包括转动装配在电机操动机构的传动装置壳体上的手动齿轮，还包括设置在灭弧室的动端绝缘拉杆上的齿条，齿条与手动齿轮形成齿轮齿条机构，手动齿轮上连接有手动操作轴。
有益效果：采用上述技术方案，通过手动驱动装置能够在失电情况下实现断路器的手动操作，使得断路器使用更方便，运行更可靠。
附图说明
图1是本发明中断路器的实施例1的结构示意图；
图2是图1中电机操动机构的电机失电锁止装置的结构示意图；
图3是图1中A处的局部放大图，即电机操动机构的手动驱动装置的结构示意图；
图4是本发明中断路器的实施例2的结构示意图。
图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：11、六氟化硫气体灭弧室；12、真空灭弧室；13、动端绝缘拉杆；21、电动操动机构；22、电机控制装置；23、机构外壳；24、电机；31、装置基座；32、法兰盘；33、线圈座；34、环槽；35、制动盘；36、活动压盘；37、施压弹簧；38、轴套；39、摩擦片；310、电磁线圈；41、手动齿轮；42、齿条。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，本发明的具体实施方式中，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明中断路器的实施例1：
如图1所示，该断路器为六氟化硫断路器，六氟化硫断路器包括六氟化硫气体灭弧室11、电动操动系统，电动操动系统包括电动操动机构21和电机控制装置22，电动操动机构21包括机构外壳23、驱动电机24和传动机构。电机控制装置22用于控制驱动电机24动作。传动机构为连杆机构，连接在驱动电机24的电机轴与六氟化硫气体灭弧室11上的动端绝缘拉杆13之间，用于将电机轴的转动转换为动端绝缘拉杆13的伸缩运动。动端绝缘拉杆13与灭弧室内的动触头连接，用于驱动动触头动作。六氟化硫气体灭弧室11、传动机构的具体结构均可以采用现有技术，此处不再具体说明。
本发明中，电动操动机构21还包括电机失电锁止装置。电机失电锁止装置的结构如图2所示，包括装置基座31，装置基座31的底部设有法兰盘32，用于与驱动电机24的机身固定连接，实现电机失电锁止装置的固定安装。装置基座31的中心部位设有穿孔，供驱动电机24的电机轴穿过。电机失电锁止装置可以与电机厂家配合进行设计，以保证产品的稳定运行。
装置基座31的顶部设有电驱单元，电驱单元包括设置在装置基座31的顶部的线圈座33，线圈座33上设有环槽34，环槽34内嵌装有环形的电磁线圈310，形成电磁铁。线圈座33既能够为环形的电磁线圈310提供支撑，又能够形成磁轭，使得磁场更为集中。
电机失电锁止装置还包括制动盘35、活动压盘36和施压弹簧37。制动盘35包括盘体部分和设置在盘体部分中心的套体部分，套体部分内设有轴套38，轴套38的中心孔形成轴孔，用于套设到电机操动机构中的电机轴上并与电机轴止转配合。轴套38的中心孔分为上下两端，上部为光孔，用于与电机轴间隙配合，下部设有内花键。电机轴上设有与内花键对应并沿轴向滑动配合的外花键，内花键与外花键形成的花键结构具有一端沿轴向的结合长度，能够实现止转配合，并且能够沿轴向相对移动而脱离，使得电机轴能够与轴套相对转动。
活动压盘36位于制动盘35与电磁线圈310之间，其两侧盘面上均固定有摩擦片39，用于与制动盘35的盘面摩擦以将制动盘35锁止。环槽34的内侧环壁的高度低于外侧环壁的高度，施压弹簧37设置在环槽34的内侧环壁与法兰盘32之间，沿周向均匀布置。所述活动压盘36为带磁盘体，能够使制动盘35被活动压盘36磁性吸附而随活动压盘36沿轴向移动。电磁铁失电时，活动压盘被施压弹簧顶压在制动盘上，制动盘上的摩擦片与活动压盘36和装置基座31形成的制动基体结合，依靠摩擦片使制动盘制动，处于施压位；电磁铁得电时，活动压盘被吸合，释放制动盘，制动盘能够自由转动，处于释放位。轴套38与电机轴之间的花键结构的结合长度小于活动压盘36从施压位到释放位的行程，能够在活动压盘处于释放位时处于相互脱离状态。
所述电机操动机构还包括手动驱动装置，如图1和图3，手动驱动装置包括手动齿轮41和齿条42，手动齿轮41通过轴承转动装配在电机操动机构的传动装置壳体上，手动齿轮41上连接有手动操作轴；齿条42固定在灭弧室的动端绝缘拉杆13上，与手动齿轮41形成齿轮齿条机构。
采用本发明中的电机操动机构，需要进行装配调试作业时，或者在失电情况下需要进行分合闸时，能够通过齿轮齿条机构依靠机械结构进行动触头位置的调整操作，正常运行状态下，又不会影响正常的电气操作，保证断路器自由分合闸。具体地，正常工作时，所述电机失电锁止装置与驱动电机24连接至同一供电线路，依靠同一电源供电，不可用其它电源替代。当断路器的电机操动机构正常运行时，电机失电锁止装置的电驱单元中的电磁线圈310得电，电磁吸力吸合活动压盘36，克服施压弹簧37的作用力，使活动压盘36向上运动，此时制动盘35在活动压盘36的作用下也上下运动，摩擦片与制动基体脱离，同时轴套38上的内花键与电机轴上的外花键沿脱离。此时，电机轴与制动盘35能够相对自由转动，从而能够实现断路器的正常分合闸操作，并且制动盘35和摩擦片均不需跟随电机轴转动，摩擦片也不会与制动基体产生摩擦，能够避免增加转动惯量、影响操动机构速度，有利于减小操作功。当驱动电机24失电或电机控制装置22发生故障时，电磁线圈310失电，此时施压弹簧37施压于活动压盘36，迫使制动盘35与活动压盘36和法兰盘32之间通过摩擦片39产生摩擦力矩，同时制动盘35上连接的轴套与电机轴之间的花键结构重新结合，使电机轴锁止，从而避免出现六氟化硫断路器失电慢分的故障。
如果需要手动调节灭弧室的动触头位置或者手动进行分合闸操作，则需断掉驱动电机24的电源，用外接电源，如UPS电源，仅将电驱单元接通，使活动压盘36与制动盘35脱离，即可通过驱动手动齿轮41转动，带动齿条42和动端绝缘拉杆13动作。通过在动端绝缘拉杆13处设置齿轮齿条机构，相比于现有技术中直接通过电机轴对断路器进行操作，所需操作力小，也不需与驱动电机相连，作业方便。
本发明中断路器的实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，电磁铁依靠线圈座33形成磁轭。而本实施例中，电磁铁具有铁芯，依靠铁芯实现磁场聚集。
本发明中断路器的实施例3：
本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，制动盘35的两侧均设有摩擦片39。而本实施例中，摩擦片39设置在制动盘35的径向外侧，且厚度大于制动盘35的厚，两侧面分别与活动压盘36和制动基体对应。
本发明中断路器的实施例4：
本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，活动压盘36为带有磁性的盘体，所述制动盘能够被活动压盘36磁性吸附而随活动压盘36沿轴向移动。而本实施例中，制动盘36直接由电磁铁产生的磁场吸附而随活动压盘沿轴向移动。
在上述实施例中，断路器为六氟化硫断路器。而其他实施例中，断路器也可以为采用真空灭弧室12的断路器，如图4所示，能够在驱动电机24失电情况下对驱动电机24进行锁止，维持真空断路器的动静触头之间的合闸保持力，并且同样能够方便地进行断路器的装配调试以及手动分合闸。
本发明中电机操动机构的电机失电锁止装置的实施例：电机操动机构的电机失电锁止装置的实施例即上述断路器的任一实施例中记载的电机失电锁止装置，此处不再具体说明。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.电机操动机构的电机失电锁止装置，包括供电机失电锁止装置固定安装的装置基座(31)，所述装置基座(31)上设有制动基体；还包括用于与电机操动机构中的电机轴止转配合的制动盘(35)，制动盘(35)上固定有摩擦片(39)；所述制动盘(35)背向制动基体的一侧设有活动压盘(36)，活动压盘(36)与装置基座(31)之间设有用于将制动盘(35)上的摩擦片(39)压紧在制动基体上的施压弹簧(37)；装置基座(31)上还设有与活动压盘(36)对应的电磁铁，活动压盘(36)具有在电磁铁失电时被施压弹簧(37)顶压在制动盘(35)上的施压位，还具有在电磁铁得电时被吸合以释放所述制动盘(35)的释放位；其特征在于，所述制动盘(35)能够在活动压盘(36)或电磁铁的带动下随活动压盘(36)的轴向移动而移动，制动盘(35)上用于套设在电机轴上的轴孔与所述电机轴之间设有沿电机轴的轴向滑动的花键结构，在活动压盘(36)处于施压位时，所述花键结构的结合长度小于活动压盘(36)从施压位到释放位的行程以在活动压盘(36)处于释放位时处于相互脱离状态。
2.根据权利要求1所述的电机操动机构的电机失电锁止装置，其特征在于，所述活动压盘(36)为带有磁性的盘体，所述制动盘(35)能够被活动压盘(36)磁性吸附而随活动压盘(36)沿轴向移动。
3.根据权利要求1或2所述的电机操动机构的电机失电锁止装置，其特征在于，所述制动盘(35)包括盘体和轴套(38)，所述盘体固定连接在轴套(38)上，所述轴孔由轴套(38)的中心孔形成。
4.根据权利要求1或2所述的电机操动机构的电机失电锁止装置，其特征在于，所述轴孔靠近电磁铁的一端为光孔，远离电磁铁的一端设有用于形成所述花键结构的内花键，内花键用于在制动盘(35)随活动压盘(36)运动到释放位时与电机轴上的外花键脱离。
5.断路器，包括灭弧室和用于驱动灭弧室动作的电机操动系统，电机操动机构包括驱动电机(24)，驱动电机(24)的电机轴连接有电机失电锁止装置；其特征在于，电机失电锁止装置包括供电机失电锁止装置固定安装的装置基座(31)，所述装置基座(31)上设有制动基体；电机失电锁止装置还包括用于与电机操动机构中的电机轴止转配合的制动盘(35)，制动盘(35)上固定有摩擦片(39)；所述制动盘(35)背向制动基体的一侧设有活动压盘(36)，活动压盘(36)与装置基座(31)之间设有用于将制动盘(35)上的摩擦片(39)压紧在制动基体上的施压弹簧(37)；装置基座(31)上还设有与活动压盘(36)对应的电磁铁，活动压盘(36)具有在电磁铁失电时被施压弹簧(37)顶压在制动盘(35)上的施压位，还具有在电磁铁得电时被吸合以释放所述制动盘(35)的释放位；其特征在于，所述制动盘(35)能够在活动压盘(36)或电磁铁的带动下随活动压盘(36)的轴向移动而移动，制动盘(35)上用于套设在电机轴上的轴孔与所述电机轴之间设有沿电机轴的轴向滑动的花键结构，在活动压盘(36)处于施压位时，所述花键结构的结合长度小于活动压盘(36)从施压位到释放位的行程以在活动压盘(36)处于释放位时处于相互脱离状态。
6.根据权利要求5所述的断路器，其特征在于，所述活动压盘(36)为带有磁性的盘体，所述制动盘(35)能够被活动压盘(36)磁性吸附而随活动压盘(36)沿轴向移动。
7.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述制动盘(35)包括盘体和轴套(38)，所述盘体固定连接在轴套(38)上，所述轴孔由轴套(38)的中心孔形成。
8.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述轴孔靠近电磁铁的一端为光孔，远离电磁铁的一端设有用于形成所述花键结构的内花键，内花键用于在制动盘(35)随活动压盘(36)运动到释放位时与电机轴上的外花键脱离。
9.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述电机失电锁止装置与驱动电机(24)连接至同一供电线路，用于依靠同一电源供电。
10.根据权利要求9所述的断路器，其特征在于，所述电机操动机构还包括手动驱动装置，手动驱动装置包括转动装配在电机操动机构的传动装置壳体上的手动齿轮(41)，还包括设置在灭弧室的动端绝缘拉杆(13)上的齿条(42)，齿条(42)与手动齿轮(41)形成齿轮齿条(42)机构，手动齿轮(41)上连接有手动操作轴。
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