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文檔簡介
1、<p> 一種曲柄搖桿式撥蛋機構的設計</p><p> 學生姓名 </p><p> 學 號 8031209121 </p><p> 所屬學院 機械電氣化工程學院 </p><p> 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 </
2、p><p> 班 級 13-1 </p><p> 指導教師 </p><p> 日 期 2013. 05 </p><p><b> 塔里木大學教務處制</b></p><p&g
3、t;<b> 前 言 </b></p><p> 我國國內(nèi)每年生產(chǎn)大量的禽蛋,但是由于沒有較為先進的包裝分級機構,所以需要大量的人力。用人力勞動處理雞蛋不僅勞動強度大,而且會消耗寶貴的時間,所以對禽蛋的及時加工處理設備的研制,一直是許多科研機構和單位的重點。本文根據(jù)市場的需求設計一種曲柄搖桿式撥蛋機構,實現(xiàn)了對禽蛋包裝分級的機械化以及自動化,節(jié)省人力和時間。同時為以后的研究開發(fā)打好
4、鋪墊。本文根據(jù)通過對我國的現(xiàn)狀的分析,在此基礎上設計了該曲柄搖桿撥蛋機構。本文中設計的機構適合大多數(shù)禽蛋的分級包裝,在此過程中完成了曲柄搖桿、傳動系統(tǒng)以及輸送部分的設計及計算。本機構采用簡單的機構、動力消耗小,從而保證本機械的工作性能及和工作可能性。</p><p> 關鍵詞:曲柄搖桿;撥蛋;設計;帶輪</p><p> 全套圖紙,完整版設計,加153893706</p>
5、<p><b> 目 錄</b></p><p><b> 1緒論1</b></p><p> 1.1研究對象及內(nèi)容1</p><p><b> 1.2研究目的1</b></p><p> 1.3可行性分析1</p><p>
6、;<b> 1.4研究現(xiàn)狀1</b></p><p> 1.5設計內(nèi)容及設計步驟2</p><p> 2曲柄搖桿式撥蛋機構的結構及工作原理2</p><p> 2.1曲柄搖桿式撥蛋機構的結構2</p><p> 2.2曲柄搖桿式撥蛋機構的工作過程3</p><p> 2.3曲
7、柄搖桿式撥蛋機構的工作原理3</p><p> 2.4各零件作用3</p><p> 3曲柄搖桿撥蛋機構的設計過程6</p><p> 3.1曲柄搖桿機構的設計6</p><p> 3.2電機的選擇6</p><p> 3.3皮帶及帶輪的選擇過程7</p><p> 3.
8、4接近開關的設計9</p><p> 3.5輸送帶速的選擇9</p><p> 3.7軸承的選型9</p><p> 3.8輸送部分減速器的設計11</p><p><b> 結 論15</b></p><p><b> 致 謝16</b></p&
9、gt;<p><b> 1緒論</b></p><p> 1.1研究對象及內(nèi)容</p><p> 雞蛋具有豐富的營養(yǎng)價值,從直接食用到各種食品行業(yè)的加工,都有雞蛋的身影,深得市場的歡迎。但是由于雞蛋的保質期較短,一般只能放一個月左右,但夏天入伏后到立秋這段時間的雞蛋放不住,只能放10~15天左右,特別是對于一些禽蛋產(chǎn)區(qū),每批次的產(chǎn)蛋量極大,用人力勞
10、動處理雞蛋不僅勞動強度大,而且會消耗寶貴的時間,所以對禽蛋的及時加工處理設備的研制,一直是許多科研機構和單位的重點。本文就目前世界上現(xiàn)有的禽蛋加工處理技術設備進行了全面的調(diào)查,就其各種禽蛋加工工藝流程和設備結構進行比較分析,在此基礎上設計開發(fā)出適合我國國情的可以應用與中等規(guī)模的雞蛋加工企業(yè)的需要。在工藝流程方面,遵循目前世界上較流行的雞蛋處理過程,采用雞蛋的導向、分級、包裝等主要順序步驟。</p><p><
11、;b> 1.2研究目的</b></p><p> 為了滿足工程設計的需要,說明曲柄搖桿機構的尺寸變化對機構性能的影響,一些專供設計者使用的四桿機構綜合圖譜已經(jīng)被總結出來。例如德國工程師手冊中有很多機構的性能圖譜,但是很難查明給定機構尺寸所對應的性能是這些機構的運動性能(如從動件和原動件所能實現(xiàn)的擺角)為坐標的圖譜缺點所在。前蘇聯(lián)學著繪制了擺角圖譜、類角速度和類角加速度圖譜、極為夾角圖譜等等一
12、系列機構性能圖譜,但容納機構的尺寸類型不全,也不能形象的顯示機構實際尺寸特點,而且這些圖譜的空間坐標軸的實際尺寸的換算很復雜,雖能實現(xiàn)將機構尺寸型都容納與有限的封閉三維空間,但是應用上很難實現(xiàn)。因此,機構完整的、系統(tǒng)的、可供技術人員在設計中查找的圖譜成為當今機構學著的任務之一。</p><p> 所以建立一種簡單、方便、實用的設計方法,繪制便于查閱的圖譜,再利用多目標函數(shù)限定選擇最優(yōu)方案成為連桿機構設計的首要任
13、務。</p><p><b> 1.3可行性分析</b></p><p> (1)減少包裝設備成本。與大型的禽蛋分級裝備所配置的末端分級執(zhí)行機構相比該實用新型可以采用較少的硬件設施,能夠降低成本。</p><p> (2)擴大了末端分級機構的試用范圍。因為末端分級執(zhí)行機構的設計為曲柄搖桿可調(diào)試機構,在不同的機構具有不同的運動學和動力學特性
14、,所以可以針對多種類型的禽蛋實施末端分級,具有通用性。</p><p> (3)本實用新型使撥蛋動作用力適當、可控,實現(xiàn)撥蛋機構參數(shù)精確調(diào)節(jié);并可實現(xiàn)對電機對本實用新型撥蛋機構的撥蛋動作的精確控制。</p><p><b> 1.4研究現(xiàn)狀</b></p><p> 世界上禽蛋產(chǎn)量最大的5個國家依次是中國、美國、日本、俄羅斯、印度。但我國
15、禽蛋出口量僅占世界總出口量的不到十分之一,原因之一我國禽蛋精深加工水平低。目前我過禽蛋加工專業(yè)化程度僅為0.26%,遠低于發(fā)達國家水平。</p><p> 本課題實用新型涉及禽蛋的分級設備尤其設計一種禽蛋末端分級機構。雞蛋具有豐富的營養(yǎng)價值,從直接食用到各種食品行業(yè)的加工,都有雞蛋的身影,深得市場的歡迎。但是由于雞蛋的保質期較短,一般只能放一個月左右,但夏天入伏后到立秋這段時間的雞蛋放不住,只能放10~15天左
16、右,特別是對于一些禽蛋產(chǎn)區(qū),每批次的產(chǎn)蛋量極大,用人力勞動處理雞蛋不僅勞動強度大,而且會消耗寶貴的時間,所以對禽蛋的及時加工處理設備的研制,一直是許多科研機構和單位的重點。本文就目前世界上現(xiàn)有的禽蛋加工處理技術設備進行了全面的調(diào)查,就其各種禽蛋加工工藝流程和設備結構進行比較分析,在此基礎上設計開發(fā)出適合我國國情的可以應用與中等規(guī)模的雞蛋加工企業(yè)的需要,在工藝流程方面,遵循目前世界上較流行的雞蛋處理過程,采用雞蛋的導向、分級、包裝等主要順
17、序步驟。本研究的主要研究內(nèi)容和結果如下:1、綜述了國內(nèi)外的禽蛋自動化分級設備的應用研究進展和現(xiàn)狀,通過對國外同類產(chǎn)品的研制生產(chǎn)與應用情況,結合國內(nèi)禽蛋業(yè)的產(chǎn)業(yè)化處理情況,指出開展自主設備研發(fā)的迫切需求。2、通過分析國內(nèi)外禽蛋分級末端執(zhí)行器的類型綜述,結合三維設計軟件實現(xiàn)對雞蛋分級裝備中末端執(zhí)行器的機構</p><p> 1.5設計內(nèi)容及設計步驟 </p><p><b> 1
18、.5.1設計內(nèi)容</b></p><p> (1)查閱有關資料選擇相關參數(shù)及材料,設計曲柄搖桿式撥蛋機構。</p><p> (2)設計完各零部件后,進行裝配組合,試驗設計的可靠性。</p><p> (3)運用Solidworks軟件,繪制三維零件圖和裝配圖。</p><p> (4)運用三維設計軟件完成整機各零部件的三
19、維建模并進行運動仿真。 </p><p><b> 1.5.2設計步驟</b></p><p> (1)禽蛋分級執(zhí)行機構的選用。</p><p> (2)電機的選用要適合。</p><p> (3)曲柄搖桿式撥蛋機構主要零部件的設計。</p><p> (4)曲柄搖桿式撥蛋機構參數(shù)的精確
20、調(diào)節(jié)。</p><p> (5)繪制所有零部件并查閱相關說明,各零部件尺寸要嚙合達到合適效果。</p><p> (6)組裝裝配圖并生成三維立體模型,觀察效果并加以改進。</p><p> 2曲柄搖桿式撥蛋機構的結構及工作原理</p><p> 2.1曲柄搖桿式撥蛋機構的結構</p><p> 圖2-1 曲柄
21、搖桿機構</p><p> 2.2曲柄搖桿式撥蛋機構的工作過程</p><p> 使用撥蛋機構時,將一組曲柄搖桿式撥蛋機構并排安裝于安裝平臺上,撥片位置靠近輸送鏈,保證撥片擺動時,能將雞蛋從輸送連上撥下,掉到雞蛋包裝臺上。</p><p> 2.3曲柄搖桿式撥蛋機構的工作原理</p><p> 電機的轉動驅動皮帶輪轉動,通過皮帶將扭矩
22、傳遞給曲柄輪,固定在曲柄輪的第一滑槽內(nèi)的曲柄會隨著曲柄輪一起繞曲柄輪的旋轉中心旋轉,曲柄通過連桿把力傳遞給搖桿,搖桿會伴隨著曲柄輪的轉動而往復擺動,與搖桿固定連接的傳動軸也會圍繞自身軸線旋轉同樣角度,由于搖桿輪與傳動軸固定,因此搖桿輪伴隨著搖桿的擺動而擺動,固定在搖桿輪上的撥片可以在擺動過程中完成撥蛋過程。本實用新型通過調(diào)節(jié)曲柄在第一滑槽的位置可改變曲柄搖桿機構中曲柄與連桿的連接點到曲柄輪的旋轉中心的距離,由此相應地改變撥片的轉動角度,
23、使撥蛋動作用力適當、可控。</p><p><b> 2.4各零件作用</b></p><p><b> (1)電機</b></p><p> 電動機(Motors)是把電能轉換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉磁場并作用于轉子鼠籠式式閉 合鋁框形成磁電動力旋轉扭矩,如圖2-2。</
24、p><p><b> 圖2-2 電動機</b></p><p><b> (2)接近開關</b></p><p> 接近開關也叫近接開關,又稱無觸點行程開關,它除可以完成行程控制和限位保護外,還是一種非接觸型的檢測裝置,用作檢測零件尺寸和測速等,也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。特點有工
25、作可靠、壽命長、功耗低、復定位精度高、操作頻率高以及適應惡劣的工作環(huán)境等。</p><p><b> (3)皮帶和輸送帶</b></p><p> 連接皮帶輪與被傳動物體,傳遞動力和輸送雞蛋到指定的位置,同時皮帶傳動比較平穩(wěn)。</p><p><b> 圖2-3 皮帶</b></p><p>
26、<b> (4)皮帶輪</b></p><p> 主要用于傳送動力及改變向曲柄搖桿輸入的速度和傳動方向。</p><p><b> 圖2-4 皮帶輪</b></p><p><b> (5)撥片</b></p><p> 將輸送帶上傳送到指點位置的雞蛋撥到包裝蛋盤里完
27、成雞蛋包裝。</p><p> (6)帶滑槽的曲柄輪</p><p> 在曲柄輪上開滑槽目的是為了根據(jù)撥片撥蛋過程中需要的擺角來調(diào)節(jié)搖桿的長度,從而達到調(diào)節(jié)撥片擺角,調(diào)節(jié)曲柄搖桿的運動規(guī)律。</p><p><b> 圖2-5 曲柄輪</b></p><p><b> (7)感應塊</b>&
28、lt;/p><p> 通過感應塊來控制接近開關已達到控制電機。</p><p> 3曲柄搖桿撥蛋機構的設計過程</p><p> 3.1曲柄搖桿機構的設計</p><p><b> 此處已刪除</b></p><p><b> -9)</b></p>&l
29、t;p> 式中:P1 為電機的實際功率;</p><p> P為電機的額定功率;</p><p> T1為軸傳遞的轉矩;</p><p><b> 為電機的效率。</b></p><p> 3.6.2計算軸承的受力</p><p> (3-10)
30、 </p><p> 式中:為軸所受的軸向力;</p><p><b> 為軸所受的軸向力;</b></p><p><b> 軸承軸向力;</b></p><p&
31、gt;<b> 為接觸角。</b></p><p> 3.6.3計算當量動載荷</p><p><b> ?。?)求比值</b></p><p> (3-11) </p><p> 根據(jù)參考文獻[16]中表13-5,深溝球軸承的最大e值為0.44
32、,故此時</p><p> ?。?)初步計算當量動載荷P2,</p><p><b> (3-12)</b></p><p> 式中:為徑向動載荷系數(shù);</p><p><b> 為軸向動載荷系數(shù);</b></p><p> 為載荷系數(shù)。
33、 </p><p> 查參考文獻[16]中表13-6,,取。</p><p> 按照參考文獻[16]中表13-5,,取中間值,則</p><p><b> 基本額定動載荷值</b></p><p> 式中:為軸承的基本額定動載荷。</p><p> 3.6.4計算軸承
34、壽命</p><p><b> (3-13)</b></p><p> 式中:為軸承的額定壽命;</p><p><b> 為軸承的計算壽命。</b></p><p> 根據(jù)上述計算結果可以得出所選擇的的軸承符合機構和使用的要求。</p><p> 3.7輸送部分減
35、速器的設計</p><p><b> 由公式</b></p><p> 式中:為電動機的出角速度;</p><p> 為減速器的輸出角速度。</p><p> 得帶入電機的輸出角速度和輸送帶的輸入角速度可知傳動比i=2.85</p><p> 參照參考文獻[16] 表13-5 及上述所得
36、的傳動比可選擇減速器的類型為水平軸一級圓柱齒輪減速器,此減速器的特點是:效率高,工藝簡單,精度易于保證,制造簡單等優(yōu)點。由于在此機構中減速器起到減速變向,且速度較小,因此選用直齒圓柱齒輪傳動,此機構用于雞蛋的輸送,轉速不宜太高,故選用8級精度,齒輪材料為45鋼(調(diào)制),硬度為240HBS。</p><p> 選齒輪1齒數(shù)為Z1=10,則齒輪2的齒數(shù)為Z2=2.85×25=28,n2=573r/min。
37、</p><p> 3.7.1按接觸強度進行初步計算</p><p> 由參考文獻[16]中設計計算公式10-9a進行試算,即</p><p><b> ?。?-14)</b></p><p> 式中:ZE為彈性影響系數(shù);</p><p><b> 為齒寬系數(shù);</b>
38、;</p><p> T1為小齒輪傳遞扭矩;</p><p> 為齒輪疲勞強度許用應力;</p><p><b> 為兩輪的齒數(shù)比;</b></p><p> d1t為小齒輪的標準園直徑。</p><p> (1)試選載荷系數(shù)Kt=1.3</p><p> ?。?
39、)計算軸2傳遞的轉矩</p><p><b> ?。?-15)</b></p><p><b> ?。?-16)</b></p><p> (3)由參考文獻[2]中表10-7選取齒寬系數(shù)φd=1。</p><p> ?。?)由參考文獻[2]中表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)</p>
40、<p> ?。?)由參考文獻[2]中圖10-21d按齒面硬度查得齒輪1與齒輪2的接觸疲勞強度極限值為</p><p><b> (4-17)</b></p><p> 式中:為小齒輪的解除疲勞極限;</p><p> 為大齒輪的解除疲勞極限。 </p><p> ?。?)由參考文獻[2]中式10-13計算
41、應力循環(huán)次數(shù)。</p><p><b> ?。?-18)</b></p><p> ?。?)由參考文獻[2]中圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.94。</p><p> ?。?)計算接觸疲勞許用應力。</p><p> 取失效概率為,安全系數(shù)S=1,由參考文獻[2]中式10-12得</p>&l
42、t;p><b> ?。?-19)</b></p><p> ?。?)計算齒輪1分度圓直徑d1t,將[σH]代入上式得</p><p><b> (4-20)</b></p><p> (10)計算圓周速度</p><p><b> ?。?-21)</b></p&
43、gt;<p><b> ?。?1)計算齒寬</b></p><p> ?。?-22) (4-23)</p><p><b> ?。?-24)</b></p><p><b> ?。?-25)</b></p>
44、;<p> ?。?2)計算載荷系數(shù)</p><p> 根據(jù)v=2.7m/s,8級精度,由參考文獻[16]中圖10-8查得動載系數(shù)Kv=1.12;</p><p> 直齒輪,KHα=KFα=1;</p><p> 由參考文獻[16]中表10-2查得使用系數(shù)KA=1.0;</p><p> 由參考文獻[16]中表10-4用插
45、值法查得8級精度,非對稱布置,KHβ=1.315。</p><p> 由b/h=12.23,查參考文獻[16]中圖10-13得KFβ=1.3;故載荷系數(shù) </p><p><b> ?。?-26)</b></p><p> 式中:Kv動載荷系數(shù);</p><p> 為按齒面接觸疲勞強度計算時的齒間載荷分配系數(shù);&l
46、t;/p><p> 按齒根彎曲疲勞強度計算時的齒間載荷分配系數(shù)。</p><p> ?。?3)按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由文獻[16]式10-10a得</p><p><b> (4-27)</b></p><p><b> ?。?-28)</b></p><p>
47、;<b> 式中:m為模數(shù);</b></p><p> d1為小齒輪分度圓直徑;</p><p> 3.7.2按齒根彎曲強度設計</p><p> 由參考文獻[16]中式10-5得彎曲強度得設計公式為</p><p><b> ?。?-29)</b></p><p>
48、<b> 式中:為齒形系數(shù);</b></p><p><b> 為應力校正系數(shù)。</b></p><p> (1)由參考文獻[16]中圖10-20c查得齒輪1得彎曲疲勞強度極限σFE1=420MPa;</p><p> ?。?)由參考文獻[16]中圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85;</p>
49、<p> ?。?)計算彎曲疲勞許用應力</p><p> 取彎曲疲勞安全系數(shù)SF=1.4,由參考文獻[16]中式10-12得</p><p><b> ?。?-30)</b></p><p> ?。?)計算載荷系數(shù)K</p><p><b> (4-31)</b></p>
50、;<p><b> ?。?)查取齒形系數(shù)</b></p><p> 由參考文獻[16]中表10-5查得YFa1=2.62;YSa1=1.59</p><p><b> 代入上式</b></p><p><b> ?。?-32)</b></p><p><
51、b> 3.7.3確定模數(shù)</b></p><p> 對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關??扇∮蓮澢鷱姸人愕玫哪?shù)m=2.35mm,并就近原則為標準值m=2.5mm。</p><p><b>
52、 3.7.4確定齒數(shù)</b></p><p> 按接觸強度算得的分度圓直徑d1=57mm ,算出齒輪1的齒數(shù)</p><p><b> ?。?-34)</b></p><p> 這樣設計出的齒輪傳動,既滿足了齒面接觸強度,又滿足了齒根彎曲疲勞強度,并做到結構緊湊,避免浪費。</p><p> 3.7.
53、5確定幾何尺寸</p><p> ?。?)計算分度圓直徑</p><p><b> (4-35)</b></p><p><b> (4-36) </b></p><p> 式中:d1為小齒輪的分度圓直徑;</p><p><b> (2)計算中心距<
54、/b></p><p><b> (4-37) </b></p><p><b> ?。?)計算齒輪寬度</b></p><p><b> (4-38) </b></p><p> 取B1=B2=61mm。</p><p> 式中:B1為小
55、齒輪齒寬;</p><p><b> B2大齒輪的齒寬。</b></p><p><b> 結 論</b></p><p> 通過本次對對該曲柄搖桿撥蛋機構的設計經(jīng)歷得出如下結論:</p><p> 由于禽蛋是比較容易打破的,所以再設計撥片的撥蛋速度時不宜太快,本文選擇了以0.8m/s的速度
56、利用撥片將指定位置的禽蛋撥入包裝盒內(nèi),完成對禽蛋的包裝。</p><p> 該機構的安裝尺寸較小,不宜添加減速箱以及撥片的速度也比較小,通過計算得出的結論是需要選擇安裝尺寸為、轉速為的小型電動機,這樣不僅可以滿足安裝空間的需求,同時也可以取得較小的輸出速度,已達到保護禽蛋的作用,并且不影響撥蛋的效率。</p><p> 根據(jù)實際情況知,不同禽類有大小不同的禽蛋,所以再設計曲柄輪時,曲柄
57、輪上上開有適當?shù)幕?,這樣可以確保不同類別的禽蛋都可以運用該機構來實現(xiàn)包裝分級。這樣來不僅可以擴大該機構的適用范圍,同時也可以通過調(diào)節(jié)實現(xiàn)最優(yōu)的撥蛋速度及角度。</p><p> 為了實現(xiàn)將禽蛋安全撥到包裝盤內(nèi)并且不會影響該機構的工作效率,所以本文通過使用接近開關來控制電動機的轉動,實現(xiàn)曲柄搖桿的間歇運動,使得撥片能夠準確的將禽蛋撥到包裝盤中。</p><p> 由于輸送帶是為了將禽蛋
58、輸送到規(guī)定的位置,實現(xiàn)撥蛋包裝,所以選擇帶有牙型表面的皮帶,這樣可以確保禽蛋在輸送過程中較為平穩(wěn)并且能夠安全到達目標位置。通過計算得知所用的傳動系統(tǒng)中,載荷較小。選擇安裝一根皮帶即可達到要求,所以選擇一根A型V帶帶動曲柄搖桿工作。</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 致謝對于這次畢業(yè)設計的完成,首先感謝母校---塔里木大學的辛勤培育,感謝學
59、校給我提供了如此難得的學習環(huán)境和機會,使我將以前學到的知識又重新回顧了一遍,知道了學習的可貴與獲取知識的辛勤。承蒙指導老師肖老師的耐心指導,使我順利地完成了畢業(yè)設計。在此,深深地感謝指導老師肖愛玲老師,給予了我耐心的指導和幫助,體現(xiàn)出了她對工作高度負責的精神,特別肖愛玲老師,她利用上班后的休息時間趕來為我指導,同時,在周末她也會隨時過來檢查進度。在整個設計的過程中,她耐心的指導,才使我的設計順利完成,同時也感謝在這幾年中給予我知識的各位
60、老師。</p><p> 對于這次畢業(yè)設計,由于時間倉促和自己所學軟件掌握熟練程度等因素,使這次畢業(yè)設計的仿真沒有達到最完美的效果,這不能不說是本次設計的遺憾之處。不過,它至少啟發(fā)了我的思維,提高了我的動手能力,使我應用了以前solid works軟件中沒有用到的工具,同時,使我將以前所學的書本知識又重新復習了一遍,這為我在今后的工作崗位上發(fā)揮自己的才能奠定了堅實的基礎。</p><p>
61、; 本次畢業(yè)設計的順利完成離不開老師和同學的協(xié)助指導,借此只言片語,對他們熱心而無私的幫助表示衷心的感謝!</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 黃國幀,鄧建明,王克忠,孫北波.曲柄搖桿式原木抓斗旋轉機構[P].江西:CN2131841.</p><p> 1993-05-05.</p>&
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