CN204549901U - 一种数字式重力变幅液压系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种数字式重力变幅液压系统,包括油箱、主泵、先导泵、主阀、执行元件、高速开关阀、旁通阻尼、控制装置和电控手柄,其中主阀的进油口与主泵连接,出油口与执行元件连接,高速开关阀的进油口与先导泵连接,高速开关阀的出油口分别与主阀的弹簧腔、旁通阻尼和控制装置的输入端连接,控制装置的输出端与高速开关阀的电气端口连接,电控手柄与控制装置的输入端连接,控制装置根据先导油路的先导压力信号和电控手柄的指令信号,向高速开关阀发出控制指令,以使高速开关阀输出脉冲流量,从而控制主阀的开口大小,进而控制执行元件的运动速度,实现重力变幅液压系统的数字控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及起重机液压技术领域,尤其涉及一种数字式重力变幅液压系统。
背景技术
起重机上车液压系统主要分为回转液压系统、变幅液压系统、伸缩液压系统和卷扬液压系统。根据起重机吨位的不同,变幅液压系统又可以分为动力变幅液压系统和重力变幅液压系统两大类。动力变幅是指在变幅下落时,液压泵向变幅缸小腔通入压力油,使起重机在压力油和重力的共同作用下实现变幅动作。重力变幅则是指在变幅下落时,变幅缸小腔直接连接油箱,起重机只靠臂架和货物自身的重力作用实现变幅动作。
现有技术中的重力变幅液压系统主要由主泵、换向阀、平衡阀、液压缸和先导控制系统组成。目前,起重机上的先导控制系统主要有两种形式。一种是采用液压先导手柄输出压力油,对换向阀和平衡阀的开口大小进行控制,从而实现起重机的变幅动作;另一种是采用比例减压阀输出与电信号成比例的压力油,对换向阀和平衡阀的开口大小进行控制,从而实现起重机的变幅动作。
采用液压先导手柄控制的重力变幅液压系统,变幅稳定性受人为因素影响较大,对操作员的熟练度要求较高,因此变幅动作的稳定性差、重复精度低,并且无法进行闭环控制、实现特定的控制算法。
采用比例减压阀控制的重力变幅液压系统,滞环大,比例控制器的成本也较高。由于比例减压阀对油液污染的敏感度较高、故障率高,因此变幅可靠性差。这种变幅液压系统虽然可以对换向阀的阀芯位移进行闭环控制,但均是在阀体内增加阀芯位移传感器来检测,结构复杂、成本较高。另外,在现有重力变幅液压系统中,先导油源与液压先导手柄或比例减压阀直接连接,中间没有安全保护装置,容易发生误操作,造成事故。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种数字式重力变幅液压系统,实现重力变幅液压系统的数字化。
为实现上述目的,本实用新型提供了一种数字式重力变幅液压系统,包括油箱、主泵、先导泵、主阀、执行元件、高速开关阀、旁通阻尼、控制装置和电控手柄,其中所述主阀的进油口与所述主泵连接,所述主阀的出油口与所述执行元件连接,所述数字式重力变幅液压系统根据所述主阀的开口面积控制所述执行元件的运动速度,所述高速开关阀的进油口与所述先导泵连接,所述高速开关阀的出油口分别与所述主阀的弹簧腔、所述旁通阻尼和所述控制装置的输入端连接,所述控制装置的输出端与所述高速开关阀的电气端口连接,所述电控手柄与所述控制装置的输入端连接,所述控制装置根据先导油路的先导压力信号和所述电控手柄的指令信号,向所述高速开关阀发出控制指令,以使所述高速开关阀输出脉冲流量,进而控制所述主阀的开口面积。
进一步地,所述高速开关阀和所述旁通阻尼均包括两个,分别为第一高速开关阀、第二高速开关阀、第一旁通阻尼和第二旁通阻尼,所述第一高速开关阀的进油口和所述第二高速开关阀的进油口均与所述先导泵连接,所述第一高速开关阀的出油口分别与所述主阀左位的弹簧腔、所述第一旁通阻尼和所述控制装置的输入端连接,所述第二高速开关阀的出油口分别与所述主阀右位的弹簧腔、所述第二旁通阻尼和所述控制装置的输入端连接,所述第一高速开关阀的电气端口和所述第二高速开关阀的电气端口均与所述控制装置的输出端连接。
进一步地,所述控制装置包括梭阀、压力传感器和控制器,所述梭阀通过比较所述第一高速开关阀所在油路的先导压力和所述第二高速开关阀所在油路的先导压力的大小,将其中先导压力较大的一侧的先导压力信号传递到所述压力传感器,所述压力传感器将接收到的所述先导压力信号转变为反馈信号并传递给所述控制器,所述控制器对所述反馈信号和所述指令信号进行比较,并根据比较结果控制所述第一高速开关阀和第二高速开关阀的输出脉冲流量。
进一步地,所述数字式重力变幅液压系统还包括两位三通换向阀,所述两位三通换向阀位于所述先导泵和所述第一高速开关阀、所述第二高速开关阀之间,用于控制所述先导泵与所述第一高速开关阀、所述第二高速开关阀的连通与断开。
进一步地,所述数字式重力变幅液压系统还包括平衡阀,所述平衡阀位于所述主阀和所述执行元件之间,所述平衡阀用于控制所述执行元件的静态锁止和下落限速。
进一步地,所述平衡阀的弹簧腔与所述第一高速开关阀的出油口连通。
进一步地,所述平衡阀包括两个工作位,其中左位为带有阻尼的通道,右位为单向阀。
基于上述技术方案,本实用新型通过设置与先导泵和控制装置连接的高速开关阀,控制装置可以接收先导压力信号和操作手柄的指令信号,将两种信号进行比较后,控制装置根据比较结果可以控制高速开关阀输出一定占空比的脉冲流量,从而控制主阀的开口大小,进而控制执行元件的运动速度,实现重力变幅液压系统的数字控制。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本申请的一部分,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
图1为本实用新型数字式重力变幅液压系统一个实施例的结构原理图。
图中:1-油箱,2-主泵,3-主阀,4-平衡阀,5-执行元件,6-先导泵,7-两位三通换向阀,8-第一高速开关阀,9-第一旁通阻尼,10-第二高速开关阀,11-第二旁通阻尼,12-梭阀,13-压力传感器,14-控制器,15-电控手柄。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对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实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例,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,都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述,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实用新型保护范围的限制。
如图1所示,为本实用新型数字式重力变幅液压系统一个实施例的结构原理图,该数字式重力变幅液压系统,包括油箱1、主泵2、先导泵6、主阀3、执行元件5、高速开关阀、旁通阻尼、控制装置和电控手柄15,其中所述主阀3的进油口与所述主泵2连接,所述主阀3的出油口与所述执行元件5连接,所述数字式重力变幅液压系统根据所述主阀3的开口面积控制所述执行元件5的运动速度,所述高速开关阀的进油口与所述先导泵6连接,所述高速开关阀的出油口分别与所述主阀3的弹簧腔、所述旁通阻尼和所述控制装置的输入端连接,所述控制装置的输出端与所述高速开关阀的电气端口连接,所述电控手柄15与所述控制装置的输入端连接,所述控制装置根据先导油路的先导压力信号和所述电控手柄15的指令信号,向所述高速开关阀发出控制指令,以使所述高速开关阀输出脉冲流量,进而控制所述主阀3的开口面积。
其中旁通阻尼的一端分别与高速开关阀的出油口、主阀的弹簧腔和控制装置的输入端连接,另一端与油箱连接,这样当先导泵与高速开关阀之间处于中断状态时,主阀弹簧腔内的先导油可以通过旁通阻尼进行卸荷。旁通阻尼与高速开关阀一起组成C型液压半桥,实现调压功能。另外,旁通阻尼还可以衰减高速开关阀输出脉冲流量引起的压力波动。
本实用新型提供的数字式重力变幅液压系统,通过设置与先导泵和控制装置连接的高速开关阀,高速开关阀是一种用PWM信号驱动的电磁换向阀,只工作于全开和全关两种状态。高速开关阀在机能上与普通换向阀无异,但其换向频率很高,因此可以接收数字信号实现对流量和压力的连续控制。控制装置可以接收先导压力信号和操作手柄的指令信号,将两种信号进行比较后,控制装置根据比较结果可以输出一定占空比的电信号,控制高速开关阀输出一系列脉冲流量,从而控制主阀的开口大小,进而控制执行元件的运动速度,实现重力变幅液压系统的数字控制。
在一个实施例中,所述高速开关阀和所述旁通阻尼均包括两个,分别为第一高速开关阀8、第二高速开关阀10、第一旁通阻尼9和第二旁通阻尼11,所述第一高速开关阀8的进油口和所述第二高速开关阀10的进油口均与所述先导泵6连接,所述第一高速开关阀8的出油口分别与所述主阀3左位的弹簧腔、所述第一旁通阻尼9和所述控制装置的输入端连接,所述第二高速开关阀10的出油口分别与所述主阀3右位的弹簧腔、所述第二旁通阻尼11和所述控制装置的输入端连接,所述第一高速开关阀8的电气端口和所述第二高速开关阀10的电气端口均与所述控制装置的输出端连接。
上述实施例中,第一旁通阻尼的一端分别与第一高速开关阀的出油口、主阀左位的弹簧腔和控制装置的输入端连接,另一端与油箱连接,这样,当先导泵与第一高速开关阀之间处于中断状态时,主阀左位的弹簧腔内的先导油可以通过第一旁通阻尼进行卸荷;第二旁通阻尼的一端分别与第二高速开关阀的出油口、主阀右位的弹簧腔和控制装置的输入端连接,另一端与油箱连接,这样,当先导泵与第二高速开关阀之间处于中断状态时,主阀右位的弹簧腔内的先导油可以通过第二旁通阻尼进行卸荷。
另外,高速开关阀和旁通阻尼均设置为两个,当然也可以设置为三个或三个以上,根据主阀的不同结构,可以设置不同数量的高速开关阀和旁通阻尼,相应地,控制装置的输入端和输出端也可以设置为多个,只要控制装置能够实现其作用即可。
在另一个实施例中,所述控制装置包括梭阀12、压力传感器13和控制器14,所述梭阀12通过比较所述第一高速开关阀8所在油路的先导压力和所述第二高速开关阀10所在油路的先导压力的大小,将其中先导压力较大的一侧的先导压力信号传递到所述压力传感器13,所述压力传感器13将接收到的所述先导压力信号转变为反馈信号并传递给所述控制器14,所述控制器14对所述反馈信号和所述指令信号进行比较,并根据比较结果控制所述第一高速开关阀8和第二高速开关阀10的输出脉冲流量。
在上述实施例中,梭阀和压力传感器的具体连接关系可以为:梭阀的上侧进油口分别与第一高速开关阀的出油口连接,所述梭阀的下侧进油口分别与所述第二高速开关阀的出油口、主阀右位的弹簧腔和第二旁通阻尼连接,梭阀的出油口与压力传感器的输入端连接,压力传感器的输出端与控制器的输入端连接,控制器的输入端还与电控手柄连接,控制器的输出端分别与第一高速开关阀和第二高速开关阀的弹簧腔连接。其中梭阀的上侧进油口和下侧进油口是相对的,在不同的应用场景下,也可能为左侧进油口和右侧进油口,所以此处的上侧和下侧并不构成对本实用新型的限制。
梭阀能够接收主阀两侧的先导压力信号,并通过比较将主阀两侧的先导压力较大的一侧的先导压力信号传递给压力传感器,压力传感器将接收到的先导压力信号转变为控制器能够识别的反馈信号,控制器接收到该反馈信号后,将该反馈信号与电控手柄发出的指令信号相比较,控制器根据比较结果,对先导压力较大的一侧的高速开关阀的电气端口输出具有一定占空比的PWM信号,控制该高速开关阀不停地开关动作,输出一系列脉冲流量,实现该侧先导压力的闭环控制,从而提高变幅动作的稳定性、可靠性以及重复精度,同时能够减小滞环、降低成本。
优选地,所述数字式重力变幅液压系统还可以包括两位三通换向阀7,所述两位三通换向阀7位于所述先导泵6和所述第一高速开关阀8、所述第二高速开关阀10之间,用于控制所述先导泵6与所述第一高速开关阀8、所述第二高速开关阀10的连通与断开。
该两位三通换向阀的具体连接关系为:两位三通换向阀的进油口与先导泵的出油口连接,两位三通换向阀的工作油口分别与所述第一高速开关阀的进油口和所述第二高速开关阀的进油口连接,所述两位三通换向阀的左位工作时,进油口与工作油口连通,出油口堵死,所述两位三通换向阀的右位工作时,工作油口堵死,进油口与出油口连通,出油口与油箱连通。
在一个实施例中,所述数字式重力变幅液压系统还可以包括平衡阀4,所述平衡阀4位于所述主阀3和所述执行元件5之间,所述平衡阀4用于控制所述执行元件5的静态锁止和下落限速。其中,优选地,所述平衡阀4的弹簧腔与所述第一高速开关阀8的出油口连通,即平衡阀的弹簧腔分别与梭阀的上侧进油口、第一旁通阻尼和第一高速开关阀的出油口连接。比如,平衡阀可以选择大吨位汽车起重机上常见的布赫平衡阀,这种平衡阀的阀口开度基本上与负载无关,而与左端的先导压力成比例。
平衡阀的结构形式有很多种,只要能够起到其作用即可。比如,平衡阀可以包括两个工作位,左位为带有阻尼的通道,右位为单向阀。这样,当第一高速开关阀中通入先导油后,从第一高速开关阀的出油口出来的先导油可以控制平衡阀向右运动,也就是使得平衡阀的左位处于工作状态,这样当第一高速开关阀与第一旁通阻尼一起组成一个C型液压半桥时,此液压半桥的输出压力既可以用来控制主阀向左位运动,又可以同时控制平衡阀的开口大小,执行元件的大腔内的高压油在臂架和货物的重力作用下,依次通过平衡阀、主阀回到油箱,实现变幅下落,执行元件的小腔在负压作用下从油箱补充液压油。本实用新型中,起重机的变幅动作不是在瞬间完成的。即,在变幅上升过程中,数字式重力变幅液压系统通过主阀控制上升的速度,在变幅下落过程中,通过平衡阀控制速度,此时可认为主阀的开口为最大。另外,当先导油被切断时,也就是说第一高速开关阀不输出先导油时,平衡阀工作于右位,此时平衡阀起到锁止作用,右位的单向阀能够防止执行元件的大腔内液压油的回流,即可以阻止臂架和货物的下落。也就是说,本发明的数字式重力变幅液压系统在静止状态时,平衡阀起到锁止的作用,保证液压系统的工作安全;在下落过程中,平衡阀则起到限速的作用。
上述两位三通换向阀不得电时,工作于右位,两位三通换向阀的工作油口被堵死,进油口与出油口连通,出油口与油箱连通,所以先导泵处于卸荷状态,主阀的弹簧腔内的先导油分别通过第一旁通阻尼和第二旁通阻尼卸荷,平衡阀锁止,此时无论怎么操作电控手柄,数字式重力变幅液压系统都不工作。所以两位三通换向阀可以防止操作人员的误操作,提高数字式重力变幅液压系统的安全性。
下面对本实用新型提供的数字式重力变幅液压系统的工作原理进行说明:
初始状态下,两位三通换向阀7不得电,工作于右位,两位三通换向阀7的工作油口被堵死,进油口与出油口连通,出油口与油箱连通,所以先导泵6处于卸荷状态,主阀3的弹簧腔内的先导油分别通过第一旁通阻尼9和第二旁通阻尼11卸荷,平衡阀4锁止,此时无论怎么操作电控手柄15,数字式重力变幅液压系统都不工作。
当变幅上升时,两位三通换向阀7得电,并工作于左位,两位三通换向阀7的出油口被堵死,进油口与工作油口连通,即第一高速开关阀8的进油口和第二高速开关阀10的进油口均与先导泵6的出油口连通,先导泵6给第一高速开关阀8和第二高速开关阀10供油;这时,操纵电控手柄15向前倾斜,发出指令信号,梭阀12通过比较主阀3两侧的先导压力后,将主阀3右侧的先导压力传递至压力传感器13,压力传感器13再将检测到的先导压力信号转变为反馈信号,并将该反馈信号传递给控制器14,控制器14将反馈信号与指令信号进行比较,比较之后,控制器可以输出一定占空比的PWM信号至第二高速开关阀10的电气端口,控制第二高速开关阀10不停地做开关动作,即输出一系列的脉冲流量,从而实现右侧先导压力的闭环控制。此时,第二高速开关阀10类似于一个可变节流口,它与第二旁通阻尼11一起组成了一个C型液压半桥,此液压半桥的输出压力用来控制主阀3向右位运动,从而使高压油通过平衡阀4进入执行元件5的大腔,实现变幅上升。
其中,电控手柄15的倾斜角度越大,PWM信号的占空比就越大,则第二高速开关阀10在每个调制周期内的通电时间越长、节流作用减弱,从而C型液压半桥的输出压力增加、主阀3的阀口变大,变幅上升的速度加快。反之,则第二高速开关阀10节流作用增强、主阀3的阀口变小,变幅上升的速度减慢。
当变幅下落时,两位三通换向阀7得电,并工作于左位,两位三通换向阀7的出油口被堵死,进油口与工作油口连通,即第一高速开关阀8的进油口和第二高速开关阀10的进油口均与先导泵6的出油口连通,先导泵6给第一高速开关阀8和第二高速开关阀10供油;这时,操纵电控手柄15向后倾斜,发出指令信号,梭阀12通过比较主阀3两侧的先导压力后,将主阀3左侧的先导压力传递到压力传感器13,压力传感器13再将检测到的先导压力信号转变为反馈信号,并将该反馈信号传递给控制器14,控制器14将反馈信号与指令信号进行比较,比较之后,控制器可以输出一定占空比的PWM信号至第一高速开关阀8的电气端口,控制第一高速开关阀8不停地做开关动作,即输出一系列的脉冲流量,从而实现左侧先导压力的闭环控制。此时,第一高速开关阀8与第一旁通阻尼9一起组成了另一个C型液压半桥,此液压半桥的输出压力既用来控制主阀3向左位运动,又同时控制平衡阀4的开口大小。执行元件5大腔内的高压油在臂架和货物的重力作用下,依次通过平衡阀4、主阀3回到油箱1,实现变幅下落,执行元件5的小腔在负压作用下从油箱补充液压油。
其中,电控手柄15的倾斜角度越大,PWM信号的占空比就越大,则第一高速开关阀8在每个调制周期内的通电时间越长、节流作用减弱,从而C型液压半桥的输出压力增加、平衡阀4和主阀3的阀口变大,变幅下落的速度加快。反之,则第一高速开关阀8节流作用增强、平衡阀4和主阀3的阀口变小,变幅下落的速度减慢。
通过对本实用新型数字式重力变幅液压系统的多个实施例的说明,可以看到本实用新型数字式重力变幅液压系统实施例至少具有以下一种或多种优点:
(1)该系统利用高速开关阀与旁通阻尼组成C型液压半桥,对主阀和平衡阀的先导压力进行连续控制,实现了变幅液压系统的数字控制;
(2)由于高速开关阀只工作在全开和全关状态,并且响应速度快、重复精度高、对液压油污染敏感度低,从而减小了系统滞环,提高了变幅液压系统的可靠性;
(3)高速开关阀接收的是离散数字信号,因此抗干扰能力强,并且对其控制不需要D/A转换,可用价格低廉的单片机作为控制器,降低系统成本;
(4)该系统通过梭阀、压力传感器和控制器实现了对主阀和平衡阀先导压力的闭环控制,从而达到变幅动作的精确控制,提高变幅动作的稳定性,该系统还可以通过软件编程便捷地实现复杂的控制算法;
(5)该系统在先导泵与高速开关阀之间增加了一个两位三通换向阀,可以有效地防止操作人员误操作,提高变幅动作的安全性。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本实用新型技术方案的精神,其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (7)
1.一种数字式重力变幅液压系统,其特征在于,包括油箱(1)、主泵(2)、先导泵(6)、主阀(3)、执行元件(5)、高速开关阀、旁通阻尼、控制装置和电控手柄(15),其中所述主阀(3)的进油口与所述主泵(2)连接,所述主阀(3)的出油口与所述执行元件(5)连接,所述数字式重力变幅液压系统根据所述主阀(3)的开口面积控制所述执行元件(5)的运动速度,所述高速开关阀的进油口与所述先导泵(6)连接,所述高速开关阀的出油口分别与所述主阀(3)的弹簧腔、所述旁通阻尼和所述控制装置的输入端连接,所述控制装置的输出端与所述高速开关阀的电气端口连接,所述电控手柄(15)与所述控制装置的输入端连接,所述控制装置根据先导油路的先导压力信号和所述电控手柄(15)的指令信号,向所述高速开关阀发出控制指令,以使所述高速开关阀输出脉冲流量,进而控制所述主阀(3)的开口面积。
2.根据权利要求1所述的数字式重力变幅液压系统,其特征在于,所述高速开关阀和所述旁通阻尼均包括两个,分别为第一高速开关阀(8)、第二高速开关阀(10)、第一旁通阻尼(9)和第二旁通阻尼(11),所述第一高速开关阀(8)的进油口和所述第二高速开关阀(10)的进油口均与所述先导泵(6)连接,所述第一高速开关阀(8)的出油口分别与所述主阀(3)左位的弹簧腔、所述第一旁通阻尼(9)和所述控制装置的输入端连接,所述第二高速开关阀(10)的出油口分别与所述主阀(3)右位的弹簧腔、所述第二旁通阻尼(11)和所述控制装置的输入端连接,所述第一高速开关阀(8)的电气端口和所述第二高速开关阀(10)的电气端口均与所述控制装置的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的数字式重力变幅液压系统,其特征在于,所述控制装置包括梭阀(12)、压力传感器(13)和控制器(14),所述梭阀(12)通过比较所述第一高速开关阀(8)所在油路的先导压力和所述第二高速开关阀(10)所在油路的先导压力的大小,将其中 先导压力较大的一侧的先导压力信号传递到所述压力传感器(13),所述压力传感器(13)将接收到的所述先导压力信号转变为反馈信号并传递给所述控制器(14),所述控制器(14)对所述反馈信号和所述指令信号进行比较,并根据比较结果控制所述第一高速开关阀(8)和第二高速开关阀(10)输出的脉冲流量。
4.根据权利要求2所述的数字式重力变幅液压系统,其特征在于,所述数字式重力变幅液压系统还包括两位三通换向阀(7),所述两位三通换向阀(7)位于所述先导泵(6)和所述第一高速开关阀(8)、所述第二高速开关阀(10)之间,用于控制所述先导泵(6)与所述第一高速开关阀(8)、所述第二高速开关阀(10)的连通与断开。
5.根据权利要求2所述的数字式重力变幅液压系统,其特征在于,所述数字式重力变幅液压系统还包括平衡阀(4),所述平衡阀(4)位于所述主阀(3)和所述执行元件(5)之间,所述平衡阀(4)用于控制所述执行元件(5)的静态锁止和下落限速。
6.根据权利要求5所述的数字式重力变幅液压系统,其特征在于,所述平衡阀(4)的弹簧腔与所述第一高速开关阀(8)的出油口连通。
7.根据权利要求6所述的数字式重力变幅液压系统,其特征在于,所述平衡阀(4)包括两个工作位,其中左位为带有阻尼的通道,右位为单向阀。
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