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./設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注一、負(fù)載分析1.1工作負(fù)載工作負(fù)載是液壓缸負(fù)載的主要組成部分,它與設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān),不同機(jī)械的工作負(fù)載其形式各不相同,對(duì)于機(jī)床,切削力是工作負(fù)載。工作負(fù)載可以是恒定的,也可以是變化的;可能是正值,也可能是負(fù)值,負(fù)載的方向與液壓缸〔或活塞的運(yùn)動(dòng)方向相反者為正,相同者為負(fù)。1.2摩擦負(fù)載摩擦阻力是指主機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)軌或支撐面間的摩擦力,其值恒為正值。靜摩擦力Ffs=1000N動(dòng)摩擦力Ffd=500N1.3慣性負(fù)載慣性負(fù)載是指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中,因速度變換由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載,可由牛頓第二定律計(jì)算。Fs=ma=G/g×△v/△t=32N式中:m——運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量,Kg;a——運(yùn)動(dòng)部件的加速度,m/s2;G——運(yùn)動(dòng)部件的重力Ng——重力加速度,m/s2;△v——速度的變化量,m/s;△t——速度變化所需要的時(shí)間,s。1.4運(yùn)動(dòng)分析按設(shè)備的工藝要求,把所研究的執(zhí)行元件在完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用圖表示出來(lái),一般用速度——時(shí)間〔v—t或速度——位移〔v—s曲線表示,稱執(zhí)行元件的速度循環(huán)圖〔速度圖。設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注二、負(fù)載圖和速度圖速度圖負(fù)載圖設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注三、確定液壓缸的主要參數(shù)3.1液壓缸主要尺寸的確定計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個(gè):缸筒徑D、活塞桿外徑d和缸筒長(zhǎng)度L。<1>缸筒徑D。液壓缸的缸筒徑D是根據(jù)負(fù)載的大小來(lái)選定工作壓力或往返運(yùn)動(dòng)速度比,求得液壓缸的有效工作面積,從而得到缸筒徑D,再?gòu)腉B2348—80標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計(jì)的缸筒徑。根據(jù)負(fù)載和工作壓力的大小確定D:①以無(wú)桿腔作工作腔時(shí)②以有桿腔作工作腔時(shí)<2>活塞桿外徑d?;钊麠U外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來(lái)選擇,然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。也可根據(jù)活塞桿受力狀況來(lái)確定,一般為受拉力作用時(shí),d=0.3~0.5D。受壓力作用時(shí):pI<5MPa時(shí),d=0.5~0.55D5MPa<pI<7MPa時(shí),d=0.6~0.7DpI>7MPa時(shí),d=0.7D<3>缸筒長(zhǎng)度L。缸筒長(zhǎng)度L由最大工作行程長(zhǎng)度加上各種結(jié)構(gòu)需要來(lái)確定,即:L=l+B+A+M+C式中:l為活塞的最大工作行程;B為活塞寬度,一般為<0.6-1>D;A為活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度,取<0.6-1.5>D;M為活塞桿密封長(zhǎng)度,由密封方式定;C為其他長(zhǎng)度。一般缸筒的長(zhǎng)度最好不超過(guò)徑的20倍。另外,液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H3.2工作壓力的確定工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定,現(xiàn)參閱表1取液壓缸工作壓力為3。表1液壓設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型機(jī)床類型農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力0.8~2.03~52~88~1010~1620~32表2執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值系統(tǒng)類型背壓中、低壓系統(tǒng)0~8簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2~0.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.5~0.8回油路帶背壓閥0.5~1.0采用帶補(bǔ)液液壓泵的閉式回路0.8~1.5中高壓系統(tǒng)>8~16采用帶補(bǔ)液液壓泵的閉式回路比中低壓系統(tǒng)高~高壓系統(tǒng)>16~32鍛壓機(jī)械等初算時(shí)背壓可忽略不計(jì)3.3各階段壓力、流量、功率的計(jì)算工況推力F0/N回油腔壓力p2/MPa進(jìn)油腔壓力p1/MPa輸入流量q×10-3/m3/s輸入功率P/KW計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)1111—0.43——加速530p1+Δp0.77——恒速500p1+Δp0.660.50.33工進(jìn)260000.63.960.84×10-20.033快退啟動(dòng)1111—0.49——加速5300.51.43——恒速5000.51.310.450.59設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注四、液壓系統(tǒng)圖的擬定單頭臥式車床的工作循環(huán)是:快進(jìn)→工進(jìn)→二工進(jìn)→死擋鐵停留→快退→停止。完成這一動(dòng)作循環(huán)的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)工作原理圖如圖所示。系統(tǒng)中采用限壓式變量液壓泵供油,并使液壓缸差動(dòng)連接以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。由電液換向閥換向,用行程閥、液控順序閥實(shí)現(xiàn)快進(jìn)與工進(jìn)的轉(zhuǎn)換,用二位二通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)一工進(jìn)和二工進(jìn)之間的速度換接。為保證進(jìn)給的尺寸精度,采用了死擋鐵停留來(lái)限位。實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)的工作原理如下:快進(jìn)按下啟動(dòng)按鈕,三位五通電液動(dòng)換向閥5的先導(dǎo)電磁換向閥1YA得電,使之閥芯右移,左位進(jìn)入工作狀態(tài),這時(shí)的主油路是:進(jìn)油路:濾油器1→變量泵2→單向閥3→管路4→電液換向閥5的P口到A→管路10,11→形成閥17→管路18→液壓缸19左腔;回油路:缸19→右腔管路20→電液換向閥5的B口到T口→管路8→單向閥9→管路11→形成閥17→管路18→缸19左腔。這時(shí)形成差動(dòng)連接回路。因?yàn)榭爝M(jìn)時(shí),滑臺(tái)的載荷較小,同時(shí)進(jìn)油可以經(jīng)形成閥17直通油缸左腔,系統(tǒng)中壓力較低,所以變量泵2輸出流量大,動(dòng)力滑臺(tái)快速前進(jìn),實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。第一次工作進(jìn)給〔一工進(jìn)在快進(jìn)行程結(jié)束,滑臺(tái)上的擋鐵壓下形成閥17,形成閥上位工作,使管路11和18斷開(kāi)。電磁鐵1YA繼續(xù)通電,電液換向閥5左位仍在工作,電磁換向閥14的電磁鐵處于斷電狀態(tài)。進(jìn)油路必須經(jīng)調(diào)速閥12進(jìn)入液壓缸左腔,與此同時(shí),系統(tǒng)壓力升高,將液控順序閥7打開(kāi),并關(guān)閉單向閥9,使液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接的油路切斷?;赜徒?jīng)順序閥7和背壓閥6回到油箱。這時(shí)的主油路是:設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注進(jìn)油路:濾油器1→變量泵2→單向閥3→電液換向閥5的P口到A口→管路10→調(diào)速閥12→二位二通電磁換向閥14→管路18→液壓缸19左腔。這時(shí)形成差動(dòng)連接回路。因?yàn)榭爝M(jìn)時(shí),滑臺(tái)的載荷較小,同時(shí)進(jìn)油可以經(jīng)形成閥17直通油缸左腔,系統(tǒng)中壓力較低,所以變量泵2輸出流量大,動(dòng)力滑臺(tái)快速前進(jìn),實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。第一次工作進(jìn)給〔一工進(jìn)在快進(jìn)行程結(jié)束,滑臺(tái)上的擋鐵壓下形成閥17,形成閥上位工作,使管路11和18斷開(kāi)。電磁鐵1YA繼續(xù)通電,電液換向閥5左位仍在工作,電磁換向閥14的電磁鐵處于斷電狀態(tài)。進(jìn)油路必須經(jīng)調(diào)速閥12進(jìn)入液壓缸左腔,與此同時(shí),系統(tǒng)壓力升高,將液控順序閥7打開(kāi),并關(guān)閉單向閥9,使液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接的油路切斷。回油經(jīng)順序閥7和背壓閥6回到油箱。這時(shí)的主油路是:進(jìn)油路:濾油器1→變量泵2→單向閥3→電液換向閥5的P口到A口→管路10→調(diào)速閥12→二位二通電磁換向閥14→管路18→液壓缸19左腔。回油路:缸19右腔→管路20→電液換向閥5的B口到T口→管路8→順序閥7→背壓閥6→油箱。因?yàn)楣ぷ鬟M(jìn)給時(shí)油壓升高,所以變量泵2的流量自動(dòng)減小,動(dòng)力滑臺(tái)向前作第一次工作進(jìn)給,進(jìn)給量的大小可以用調(diào)速閥12調(diào)節(jié)。第二次工作進(jìn)給<二工進(jìn)>在第一次工作進(jìn)給結(jié)束時(shí),滑臺(tái)上的擋鐵壓下行程開(kāi)關(guān),使電磁閥14的電磁鐵3YA得電,閥14右位接入工作,切斷了該閥所在的油路,經(jīng)調(diào)速閥12的油液必須經(jīng)過(guò)調(diào)速閥13進(jìn)入液壓缸的右腔,其它油路不變。由于調(diào)速閥13的開(kāi)口量小于閥12,進(jìn)給速度降低,進(jìn)給量的大小可由調(diào)速閥13來(lái)調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注死擋鐵停留當(dāng)動(dòng)力滑臺(tái)第二次工作進(jìn)給終了碰上死擋鐵后,液壓缸停止不動(dòng),系統(tǒng)的壓力進(jìn)一步升高,達(dá)到壓力繼電器15的調(diào)定值后,經(jīng)過(guò)時(shí)間繼電器的延時(shí),在發(fā)出電信號(hào),使滑臺(tái)退回。在時(shí)間繼電器延時(shí)動(dòng)作前,滑臺(tái)停留在死擋塊限定的位置上。快退時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)后,2YA得電,1YA失電,3YA斷電,電液換向閥5右位工作,這時(shí)的主油路是:進(jìn)油路:濾油器1→變量泵2→單向閥3→管路4→換向閥5的P口到B口→管路20→缸19的右腔?;赜吐罚焊?9的左腔→管路18→單向閥16→管路11→電液換向閥5的A口到T口→油箱。這時(shí)系統(tǒng)的壓力較低,變量泵2輸出流量大,動(dòng)力滑臺(tái)快速退回。由于活塞桿的面積大約為活塞的一半,所以動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)、快退的速度大致相等。原位停止當(dāng)動(dòng)力滑臺(tái)退回原始位置時(shí),擋塊壓下行程開(kāi)關(guān),這時(shí)電磁鐵1YA、2YA、3YA都失電,電液換向閥5處于中位,動(dòng)力滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng),變量泵2輸出油液的壓力升高,使泵的流量自動(dòng)減至最小。電磁鐵動(dòng)作順序如表3:表3電磁鐵和形成閥的動(dòng)作表工作循環(huán)電磁鐵形成閥1YA2YA3YA快進(jìn)+___+___+二工進(jìn)+_++死擋鐵停留+_++快退_+_+/-原位停止____設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注通過(guò)以上分析可以看出,為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán),該液壓系統(tǒng)應(yīng)用了下列一些基本回路:調(diào)速回路:采用了有限壓式變量泵和調(diào)速閥的調(diào)速回路,調(diào)速閥放在進(jìn)油路上,回油經(jīng)過(guò)背壓閥;快速運(yùn)動(dòng)回路:應(yīng)用限壓式變量泵在低壓時(shí)輸出的流量大的特點(diǎn),并采用差動(dòng)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)快速前進(jìn);換向回路:應(yīng)用電液換向閥實(shí)現(xiàn)換向,工作平穩(wěn)、可靠,并由壓力繼電器與時(shí)間繼電器發(fā)出的電信號(hào)控制換向信號(hào);快速運(yùn)動(dòng)與工作進(jìn)給的換接回路:采用形成換向閥實(shí)現(xiàn)速度的換接,換接的性能較好,同時(shí)利用換向后,系統(tǒng)中的壓力升高使液控順序閥接通,系統(tǒng)由快速進(jìn)給的差動(dòng)連接轉(zhuǎn)換使回油排回油箱;兩種工作進(jìn)給的換接回路:采用了兩個(gè)調(diào)速閥串聯(lián)的回路結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注五、液壓元件的選擇5.1液壓泵的選擇根據(jù)壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本,并考慮液壓泵存在容積損失,最后確定選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和33mL/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí),其理論流量分別為5.6L/min和31L/min。5.2閥類元件及輔助元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各閥類元件及輔件的實(shí)際流量,查閱產(chǎn)品樣本,選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表3所列。其中,溢流閥9按小流量泵的額定流量選取,調(diào)速閥4選用Q—6B型,其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min,小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/min。5.3油管的選擇<1>油管徑d按下式計(jì)算:式中:q為通過(guò)油管的最大流量<m3/s>;為管道允許的流速<m/s>。一般吸油管取0.5~5<m/s>;壓力油管取2.5~5<m/s>;回油管取1.5~2<m/s>。<2>油管壁厚δ按下式計(jì)算:式中:p為管最大工作壓力;〔σ〕為油管材料的許用壓力,〔σ〕=σb/n;σb為材料的抗拉強(qiáng)度;n為安全系數(shù),鋼管p<7MPa時(shí),取n=8;p<17.5MPa時(shí),取n=6;p>17.5MPa時(shí),取n=4。根據(jù)計(jì)算出的油管徑和壁厚,查手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管。5.4油箱的計(jì)算初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定油箱的容量:V=式中--液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積--經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表4液壓元件規(guī)格及型號(hào)序號(hào)元件名稱通過(guò)的最大流量q/L/min規(guī)格型號(hào)額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降?Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵—PV2R12-6/335.1/27.9*16—2三位五通電液換向閥7035DY—100BY1006.30.33行程閥62.322C—100BH1006.30.34調(diào)速閥<1Q—6B66.3—5單向閥70I—100B1006.30.26單向閥29.3I—100B1006.30.27液控順序閥28.1XY—63B636.30.38背壓閥<1B—10B106.3—9溢流閥5.1Y—10B106.3—10單向閥27.9I—100B1006.30.211濾油器36.6XU—80×200806.30.0212壓力表開(kāi)關(guān)—K—6B———13單向閥70I—100B1006.30.214壓力繼電器—PF—B8L—14—表5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管管路名稱通過(guò)流量/<L/s>允許流速/<m/s>管道徑/m實(shí)際取值/m主泵吸油管2.50.80.04210.045主泵排油管2.5640.0170.024表6油箱經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金系統(tǒng)1~22~45~76~1210設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注六、液壓系統(tǒng)性能的運(yùn)算必要時(shí),對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗(yàn)算,如果有經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類設(shè)備可供類比參考,或有可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,那么液壓可以不再進(jìn)行驗(yàn)算。6.1壓力損失的驗(yàn)算在前面確定液壓泵的最高工作壓力時(shí),關(guān)于壓力損失是進(jìn)行估算的?,F(xiàn)在系統(tǒng)的元件、管道直徑、管接頭等都確定下來(lái)了,所以需要驗(yàn)算一下管路系統(tǒng)的壓力損失,看其是否在假設(shè)圍,借此可以較準(zhǔn)確地確定液壓泵的工作壓力,并可確定各種壓力閥的調(diào)定壓力值,保證系統(tǒng)的工作性能。液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲(chǔ)備量,如果計(jì)算出的系統(tǒng)調(diào)整壓力大于液壓泵的額定壓力的75%,則應(yīng)該重新選擇元件規(guī)格和管道尺寸,以減小壓力損失,或者另選額定壓力較高的液壓泵。液壓系統(tǒng)的的壓力損失包括管道的沿程損失和局部損失以及閥類元件的局部損失三項(xiàng)。計(jì)算系統(tǒng)壓力損失時(shí),不同的工作階段要分開(kāi)來(lái)計(jì)算?;赜吐飞系膲毫p失要折算到進(jìn)油路上。因此,某一工作階段液壓系統(tǒng)的總的壓力損失為式中——系統(tǒng)進(jìn)油路的總壓力損失;設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注——進(jìn)油路總的沿程壓力損失——進(jìn)油路總的局部損失——進(jìn)油路上閥的總損失——閥的額定壓力損失,由產(chǎn)品樣本中查到;——閥的額定流量;——通過(guò)閥的實(shí)際流量;——系統(tǒng)回油路的總壓力損失;——回油路總的沿程損失;——回油路總的局部損傷;——回油路上閥的總損失,計(jì)算方法同進(jìn)油路;——液壓缸進(jìn)油腔的面積;——液壓缸回油腔的面積。設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注式中——液壓缸工作腔的壓力。6.2油液溫升驗(yàn)算液流經(jīng)液壓泵、執(zhí)行元件、溢流閥或其它閥及管道的功率損失都將轉(zhuǎn)化為熱能,使系統(tǒng)發(fā)熱,油溫升高。油溫升高過(guò)多,會(huì)造成系統(tǒng)的泄漏增加,運(yùn)動(dòng)件動(dòng)作失靈,油液變質(zhì),縮短橡膠圈的壽命等不良后果,所以,為了使液壓缸保持正常工作,應(yīng)使油溫保持在許可的圍之。〔1系統(tǒng)發(fā)熱量計(jì)算在單位時(shí)間液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量〔即損失功率可由下式計(jì)算。式中——液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量〔W;Pp——液壓泵的輸入功率〔W,Pp=pq/η;Pe——執(zhí)行元件的有效功率〔W,P=Fv?!?散熱面積計(jì)算當(dāng)油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)之比為1:1:1到1:2:3圍,且油位是油箱高度的0.8時(shí),其散熱面積可用下式計(jì)算。A=<m2>〔3系統(tǒng)的溫升設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)說(shuō)明及計(jì)算過(guò)程備注——系統(tǒng)的散熱功率,KW;——油液的溫升,℃;——油箱散熱系數(shù),見(jiàn)表——油箱散熱面積,m2。在液壓系統(tǒng)中,工作介質(zhì)溫度一般不應(yīng)超過(guò)70℃,因此在進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算時(shí),工作介質(zhì)溫度不應(yīng)超過(guò)65℃,如果計(jì)算溫度過(guò)高,就必須采取增大油箱散熱面積或增加冷卻器等措施。表7油箱散熱系數(shù)散熱條件散熱系統(tǒng)散熱條件散熱系數(shù)通風(fēng)很差8~9風(fēng)扇冷卻23通風(fēng)良好15~17.5循環(huán)水冷卻110~175設(shè)計(jì)小結(jié)這是本學(xué)期最有難度的一次課程設(shè)計(jì),除了工作量大,相關(guān)資料的缺乏是我們遇到的最大困難。本次的設(shè)計(jì)課題是《單頭車床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》,設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是:?jiǎn)晤^臥式車床,擬采用零件固定、刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的加工方式。工作循環(huán)是:快進(jìn)→工作進(jìn)給Ⅰ→工作進(jìn)給Ⅱ→快退→原位停止。車床的最大鉆削力為Fmax=2000N,鉆削頭部件質(zhì)量為m=500kg,快進(jìn)速度為2m/min;工進(jìn)Ⅰ速度為0.6m/min;工進(jìn)Ⅱ速度為0.4m/min;加、減速時(shí)間Δt≦0.2s,鉆削頭部件運(yùn)動(dòng)時(shí),靜摩擦力Ffs=1000N,動(dòng)摩擦力Ffd=500N,執(zhí)行元件的總效率為0.9,系統(tǒng)總壓力損失為0.5MPa。這需要我們更多的了解車床的工作原理以及液壓回路、液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。總之,本次課程設(shè)計(jì)是我們更好的運(yùn)用本學(xué)期所學(xué)的課程,同時(shí)未畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。感想通過(guò)對(duì)本次單頭臥式車床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),使我對(duì)液壓傳動(dòng)有了比較全面的認(rèn)識(shí),并且將理論應(yīng)用于實(shí)踐,巧妙的理論、實(shí)際的結(jié)合,是我的各項(xiàng)能力有了全面的認(rèn)識(shí)與

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