CN104477206A - 铁路轴箱中的滚动轴承温度测量***及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量***(1)，包括：径向孔(17)，其在朝向轴箱的滚动轴承(2)的盖(5)的边缘(14)的侧面上被制成在铁路轴箱(3)的盖(5)的外部上；更小的轴向孔(18)，其被制成在所述盖的边缘(14)上，以便在使用中朝向所述轴承的圈(8)并且在所述径向孔(17)中是打开的；容纳在所述径向孔内的杯形体(21)；由所述杯形体的底壁(24)一体支承以便在轴向孔(18)的前部伸出的叉形弹簧(23)；滑动地容纳在所述轴向孔(18)内的温度探头(28)，其中温度探头包括合并电温度传感器(30)的管状元件(29)和从容纳在杯形体(21)内的管状元件的第一端(32)凸出的电缆(31)；以及邻接元件(33)，其可移除地连接到第一端(32)，用于与所述叉形弹簧(23)配合，其中叉形弹簧(23)将探头(28)的第二端(45)推出轴向孔(18)。

Description

铁路轴箱中的滚动轴承温度测量***及相关方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量铁路轴箱中的滚动轴承的温度的***或装置，以及一种用于获得这种***或装置的方法，特别是以简单的方式适用于尚未预备容纳温度传感器的铁路轴箱。
背景技术
铁路技术的当前需求提出具有可靠的***，用于测量装备铁路轴箱的滚动轴承的工作温度。
众所周知，铁路轴箱是支承铁路轮轴的每个端部的零件组件，铁路轮轴由在其上热嵌车轮的轮轴组成，轮轴的相对端以空载的方式由一对轴箱精密地承载，该轴箱通过适当的悬架被限制在铁路车辆上。每个轴箱包括环形支承件以及闭合盖，环形支承件将滚动轴承容纳在其中。滚动轴承在内圈上接收该轮轴的一端，并且盖朝向铁路车辆的外侧关闭轴箱，从而覆盖并保护轴承和轮轴的端部，轮轴通常还带有音轮，音轮的转速由盖支撑的特定传感器读取。
由于铁路轴箱和相应的盖可能具有最不同的形状，所以目前无法布置通用的***，以及一个标准化部件来读取轴箱轴承的工作温度。出于同样的原因，将现有的铁路轴箱改装成带有温度传感器也是极其困难的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于测量铁路轴箱中的滚动轴承的温度的***或装置，所述轴箱是简单且易于实施的，是可靠的且可以标准化的，因此被普遍使用。本发明的另一个目的是提供一种用于获得这种***或装置的方法，其同样易于在现有的尚未预备容纳温度传感器的铁路轴箱上实施。
因此，基于本发明，提供了一种用于测量铁路轴箱中的滚动轴承的温度的***或装置，以及一种用于获得这种***或装置的方法，其具有在所附的权利要求中所述的特征。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行描述，这些附图示出了本发明非限制性的示例性的实施例，其中：
-图1示意性地示出了铁路轮轴的终端，所述铁路轮轴带有相关的装配有根据本发明的测量轴箱内轴承温度的***的支承轴箱；
-图2示意性地示出了图1中的铁路轴箱的盖的放大比例的径向截面正视图，所述盖带有已放置在现场的本发明的测量***的某些元件；
-图3示出了图2中的盖和本发明测量***中的主要部件的分解透视图；
-图4A和4B示出了本发明的测量***的操作；
-图5、图6和图7示出了放大比例的透视图，并且图5和图7示出了本发明测量***中的主要部件的横截面视图；以及
-图8和图9示出了图1中用于测量轴箱内轴承温度的***的细节的优选实施例的、从底部和在截面的放大比例的四分之三透视图。
具体实施方式
参照图1至图4，标号1表示***(“***”一词旨在表示“装置”)，作为一个整体，用于测量已知类型的铁路轴箱3内的滚动轴承2的温度。
轴箱3，不管其形状和大小，包括环形支承件4(其将滚动轴承2容纳在其中)和闭合盖5。滚动轴承2包括内圈6，其接收铁路轮轴7的终端；外圈8，其倾斜一体地安装在环形支承件4内；以及多个滚动体9，其***在圈6和8之间。盖5朝向铁路车辆(其是已知的，且为了简单起见，并未示出)的外侧关闭轴箱3，从而覆盖并保护轴承2和轮轴7的端部，轮轴通常还带有音轮10(其是已知的)，其绕着轴线A(该轴线同样是彼此同轴的轴承2、轮轴7和轴箱4的对称轴线)的转速由径向穿过盖5的通常为圆柱形的侧壁12的基座11(图2和3)中的、通过盖5所携带的特定传感器(其已知的，且为了简单起见，并未示出)读取。
盖5通常为杯形的，在所示的例子中，基座11在紧邻盖5的环形边缘14的侧壁12的扁平部分13，盖5设有环形颈部15，其具有的直径小于边缘14的外直径。在使用中(图1和图4B)，边缘14轴向地靠着环形支承件4，通过螺钉16将盖5一体地抵靠在环形支承件4上(图1)，而颈部15抵靠着轴承2的外圈8，从而轴向地将其抵靠在环形支承件4内。
根据本发明，测量***1包括第一孔17，其在相对于轴承2的对称轴线A的径向方向上制成在铁路轴箱4的盖5的外部，在使用中朝向滚动轴承2的边缘14的侧面上；以及第二孔18，其具有比孔17更小的直径，且在轴向方向(即，平行于轴线A)上被制成在盖5的边缘14上，在所示的非限制性示例中穿过颈部15，以便在使用中面向轴承2的圈8，所述第二孔通过颈部15配合抵靠盖5的边缘14。
在所示的非限制性实施例中，孔17优选地包括由盖5的外部所制成的径向盲孔，优选地但并非必要地，当这样被提供时，孔17倾斜地在基座11上，即与其相一致。在任何情况下，在所示的非限制性实施例中，孔17在盖5的边缘14的周向外侧部分19被获得，优选地但并非必要地，紧邻扁平部分13以及相关的基座11，用于轴承2以及由其支撑的轮轴7的旋转速度传感器。更一般地，孔17可以在边缘14的任何点被获得。
孔18是从边缘14(在图示的情况下是颈部15)的外侧正面平坦表面20(图2、3)开始的通孔，其从边缘14轴向突出，并在孔17中打开；孔18还优选地具有比孔17的直径小约一个数量级的直径。
测量***1还包括容纳在孔17中的杯形体21(图3和4)，术语“杯形”在此处以及在整个说明书中表示凹形体或元件(例如盖5)，其由环形侧壁和底壁限定且在与底壁相对的侧面上是打开的。
杯形体21容纳在对着轴向孔18的径向孔17中，从而使孔17的端部伸展22是自由的，在这个意义上该伸展22布置在孔18的相对侧上；杯形体21优选地但并非必要地由电绝缘的合成模制塑料材料制成；其在任何情况下因在孔17中的干涉而被驱动。
根据本发明的测量***1进一步包括(与此处所描述的各元件结合)弹簧23，其由杯形体21一体支承，以与杯形体21一体地成为一个件；弹簧23被设置在杯形体21内，以在与杯形体21的内部直接连通的孔18的前面伸出。
为此，并且还参照图5和图6，弹簧23最好是谐波钢制成的板簧，并且由杯形体21的底壁24一体支承，弹簧23的L形弯曲端部25优选地埋入其中的底壁24，正如已经指出的，杯形体21优选地由合成模制塑料材料制成。如果杯形体21使用其他方法或其他材料制成或者在任何情况下不能使端部25嵌入到底壁24的厚度中，端部25将以任何其他合适的方式被一体地固定到底壁24。
板簧23(图5和6)从底壁24伸出，与底壁24倾斜交叉，从而逐渐接近穿过杯形体21的侧壁27并与孔18同轴布置(图4A和4B)的通孔26，相对于孔18，孔26具有基本相同或稍大的直径。
板簧23的叉形自由端46布置成面对通孔26，因此也面对孔18。
根据本发明的测量***1包括所容纳的温度探头28，根据本发明的一个重要方面，该探头在孔18内轴向地滑动。探头28又包括比孔18更长且在其中承载电温度传感器30的管状元件29(图7)，以及从管状元件29的第一轴向开口端32凸出的电连接电缆31，其端部32通常悬垂地容纳在杯形体21内。
最后，根据本发明的测量***1包括可移除的凸肩元件33，其一体地但可拆卸地连接到/在端部32上，以便在使用中配合抵靠着弹簧23；在所示的例子中，凸肩元件由优选是Benzing类型的弹性挡圈33组成，该弹性挡圈卡扣地***在其中第一端部32的一侧上的、在管状元件29的侧壁35的外部上制成的环形槽34中。
此外，杯形体21因在孔17中的干涉而被驱动，以使孔18和26对准，并且孔17的直径以及杯形体21的圆柱形的侧壁27的整个直径被选择成适于在使用中(如在图3和图4A中所示)随着探头28已经滑动地***孔18并插到杯形体21的内部来允许将弹性挡圈33引入并卡扣地安装在杯形体21内。
根据本发明，孔18和管状元件29的长度、弹簧23的形状以及凸肩元件33与管状元件29的连接位置被选择成使得弹簧23通常推动探头28朝向抽出位置(在图4A中示出)，其中管状元件29的第二端部36从轴孔18轴向地伸出，使得当盖5被布置成与边缘14抵靠着轴承2的圈8时(图4B)，弹簧23被预加载并且以预定的力将管状元件29和探头28的端部36朝轴承2的外圈8挤压，以确保由传感器30最佳地读取轴承2的温度。
电温度传感器30优选地由合适的热电偶组成，例如通过塑性变形，比如拉拔，将其埋入/合并到管状元件29中，其优选地由良好的电热传导材料例如铜制成。
测量***1还优选地包括无线发射头37(图1)，其被驱动到孔17的端部伸展22中。
电缆31从悬垂地容纳在杯形体21内的管状元件29的端部32伸出，例如通过销38(图4B)与发射头37连接。
根据图1中的非限制性实施例，无线发射头37包括：外壳，其由保护性的盒状管形元件39限定，由合成塑料材料制成，其结束于稍用力地***到孔17的伸展22中的圆柱形套筒40；连接到电缆31的模拟-数字转换器41；以及发送天线42。转换器41和天线42流体密封地容纳在元件39内，
从而可以将由传感器30产生的适当处理后的电信号发送至无线接收装置(其是已知类型的，且为简单起见，并未示出)。
图8和图9示出了无线发射头的不同的且优选的实施例，标号37b表示一个整体；为简单起见，与上文描述的内容相类似的或等同的细节标以相同的标号。
根据本发明的一个方面，头37b由多个元件形成，并且首先，包括由内部空心的管形盒状元件48(然而该元件与盒状元件39不同)限定的第一壳体元件，具有圆柱形开口端49，和相对于端部49并在使用中朝向孔17的基座50，该基座被布置为横向于端部49，并且装配有与套筒40类似的套筒51，其中套筒51在通过杯形体21而自由的伸展22内悬垂地从基座50伸出，从而在使用中与孔17连接。
基座50承载成对的固定螺钉52至盖5，并且适用于放置在盖5的环形边缘14的周向外侧部分19上，其中盖5上设置有适于接收螺钉52的适当的螺纹孔53(在图1中用虚线示出)。
头37b还包括第二杯形壳体元件54，其由扁平的底壁55和侧壁56(在该示例中是圆柱形的)限定；壳体元件54在开口端49通过螺钉57一体地并流体密封地固定到壳体元件48，且闭合开口端49，从而在头37b，壳体元件48和54代替单件式无线头37中的保护性盒状元件39。
在由彼此连接的壳体元件48和54所限定的壳体内，无线头37b包括模拟-数字转换器41、微控制器(微处理器)58和装配有天线42的微发射机59；微处理器58被***到模拟-数字转换器41和发射机59之间。所有这些电子部件可以很容易地单独容纳在壳体元件54内，或者容纳在这两个元件48和54内。
最后，根据图9所示的实施例，温度探头28被与探头28相同的温度探头28b替代，不同之处在于其具有两个埋在管状元件29内的所容纳的电温度传感器30，而不是单独的一个；两个传感器30通过电缆31和销38而都连接到模拟-数字转换器41，以便有信号冗余，其允许传感器30中的一个的任何故障被克服并且可以允许微处理器58进行温度读数的比较。
基于本说明书，很明显的是，本发明还涉及一种制造用于测量铁路轴箱3中的滚动轴承2的温度的***的方法，例如上文所述的测量***1，所述方法包括如下步骤。
首先，在使用中朝向滚动轴承2的盖5的边缘14的一侧上，第一孔17被制成在铁路轴箱3的盖5的外部，盖5从轴箱3上拆下；该第一孔在相对于轴承2的对称轴线(A)的径向方向上被制成。
然后，第二孔18被制成在盖5的边缘14上，盖从轴箱3上拆下，第二孔18的直径明显小于孔17的直径(小于一半且略多于十分之一)；第二孔18在相对于轴承2的对称轴线A即平行于轴承2的轴线A的轴向方向上被制成，以便在使用中朝向使用中配合抵靠着盖5的边缘14的轴承2的外圈8；在所示的实施例中，孔18被制成在颈部15的前端，穿过前表面20；孔18也被制成使得延伸到与其垂直的孔17，并相应地在孔17中横向打开。
与此同时，杯形体21优选地但并非必要地通过模制合成塑料材料而制成，该杯形体21由底壁24和垂直于底壁24并设有通孔26的侧壁27限定，优选地，当其通过模制合成塑料材料而制成时，通过共同模制到杯形体21中，板簧23在通孔26的前部伸入到杯形体21中。可替换地，例如在金属杯形体21的情况下，以任何适当的方式，通过焊接、胶粘等，弹簧23被一体地固定至底壁24。
接着，仍然随着盖5从轴箱3上拆下，杯形体21因在与孔17同轴(图3)的第一孔17中的干涉而被驱动，通孔26同轴地对准盖5的第二孔18；由此，孔18被放置为与杯形体21的内部直接连通，板簧23的自由端46布置为朝向孔18。
仍然随着盖5从轴箱3上拆下，通过将其***与孔17相对(即面向孔17的相反侧)的孔18的端部43(图3)，温度探头28(或28b)被轴向滑动地安装在孔18中，以使探头28/28b的第一端44悬垂地***到杯形体21中，所述第一端44带有电连接电缆31并对应于管状元件29的端部32；此外，探头28/28b的第二端45(与第一端44相对并对应于管状元件29的端部36)从盖5的边缘14伸出孔18(图4A)。
然后，仍然随着盖5拆下，并穿过孔17，由弹性挡圈33组成的凸肩元件在杯形体21连接到探头28的第一端44上，以便与探头28一体形成；所使用的凸肩元件33适于与板簧23配合，以当探头28的第二端45被推动在孔18内的完全缩回位置时(图4B)，一旦卡扣连接在管状元件29的环形槽34内，就使弹簧23发生弹性变形。
最后，盖5被安装以关闭轴箱3，从而边缘14(在这个例子中，边缘14的颈部15)抵靠着轴承2的外圈8，从而推动探头28处于缩回位置。显然，弹簧23由此施加弹性反作用力，该反作用力以预定的压力推动探头28的端部45抵靠着轴承2(抵靠着轴承2的外圈8)，从而允许探头28精确且最佳地读取轴承2的内部温度。探头28在使用中发射出由电缆31收集的电信号。
根据本发明，该方法进一步包括以下步骤：
-组装无线发射头37/37b，其包括模拟/数字转换器41和天线42，其中模拟/数字转换器41和天线42封闭在盒状元件39内，即在由两个元件48和54形成的壳体内；以及
-通过电传输电缆31将无线发射头37/37b连接至温度探头28/28b，并且将无线发射头37/27b固定至盖5。
在无线头37的情况下，这种固定是通过驱动已经组装并架设好电缆的无线发射头37进入相对于孔18的且通过杯形体21而自由的孔17的端部伸展22中而简单地实施，从而将无线发射头37一体地固定在盖5上。
在无线头37b的情况下，取代一个元件同时连续地组装、固定和架设电缆：首先，通过使带有探头28b的销38的电缆31由从端部49伸出，将壳体元件48单独安装和固定在盖5上；然后，将壳体元件54安装和固定在壳体元件48上，优选地带有已装配在其中的电子部件41、58、59和42，然后，在该步骤中，将电缆31(例如通过销38)连接至模拟-数字转换器41。
与本发明相关联的优点是显而易见的。由于弹簧23施加在探头28/28b的“头部”45上的压力以及通过探头28b确保的可能的信号冗余，获得用于测量轴承2的温度的可靠***。***中的所有部件都是标准化的，并且可以用于针对任何类型的铁路轴箱的***1。任何类型的铁路轴箱可以快速且容易地配备有本发明的测量***(即使没有最初计划去安装温度传感器)，且因此根据本发明的方法进行操作，通过简单地在从轴箱3移除的盖5上的合适位置制造两个孔17和18，然后使用所述的各部件。

Claims (12)

1.一种用于测量铁路轴箱(3)中的滚动轴承(2)的温度的***(1)；其特征在于，其包括：
-第一孔(17)，其在朝向所述滚动轴承的盖(5)的边缘(14)的侧面上在相对于轴承的对称轴线(A)的径向方向上被制成在所述铁路轴箱的盖的外部；
-第二孔(18)，其具有的直径比所述第一孔(17)更小，并且在相对于所述轴承的对称轴线(A)的轴向方向上被制成在所述盖的边缘上，以便在使用中朝向配合抵靠着所述盖的边缘(14)的轴承的圈(8)，所述第二孔(18)在第一孔(17)中是打开的；
-容纳在所述第一孔(17)内的杯形体(21)；
-由所述杯形体(21)在其中一体支承的弹簧(23)，以便在与杯形体(21)的内部直接连通的第二孔(18)的前部伸出；
-温度探头(28；28b)，其滑动地容纳在所述第二孔(18)内，且又包括比第二孔(18)更长的管状元件(29)，并且在其中承载至少一个电温度传感器(30)，所述电温度传感器带有从管状元件(29)的第一端(32)凸出的电连接电缆(31)，其第一端悬垂地容纳在杯形体(21)内；以及
-凸肩元件(33)，其一体地连接到所述第一端(32)，用于与所述弹簧(23)配合；
-其中，所述第二孔(18)和所述管状元件(29)的长度、所述弹簧(23)的形状以及所述凸肩元件(33)与管状元件(29)的连接位置被选择成使得弹簧(23)推动探头(28；28b)朝向管状元件(29)的第二端(36)从第二孔(18)轴向凸出的抽出位置，从而当所述盖(5)被布置成所述边缘抵靠着轴承(2)的圈时，所述弹簧(23)被预加载并且将探头(28；28b)的管状元件(29)的第二端(36)压靠着所述轴承的圈(8)。
2.根据权利要求1所述的测量***，其特征在于，所述杯形体(21)容纳在第一径向孔(17)中，从而使与第二轴向孔(18)相对的第一孔的端部伸展(22)是自由的；所述测量***还包括至少部分地与第一孔的端部伸展(22)连接的无线发射头(37；37b)；从悬垂地容纳在与发射头(37)连接的杯形体内的管状元件的第一端凸出的至少一个电缆(31)。
3.根据权利要求1或2所述的测量***，其特征在于，所述第一孔(17)是径向盲孔，其在所述轴箱盖的边缘(14)的周向外侧部分(19)制成，优选地但并非必要地，所述第一孔紧邻用于轴承旋转速度传感器的基座(11)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的测量***，其特征在于，所述弹簧(23)是板簧，并且由所述杯形体的底壁(24)一体支承，所述弹簧的L形弯曲端部(25)优选地埋入该底壁中，所述杯形体(21)优选地由合成模制塑料材料制成。
5.根据权利要求4所述的测量***，其特征在于，所述板簧(23)从底壁(24)伸出，倾斜地横向于该底壁，从而逐渐接近穿过所述杯形体的侧壁(27)而制成并与所述第二孔(18)同轴布置的通孔(26)，相对于第二孔，所述通孔具有基本相同或稍大的直径；所述板簧(23)的叉形自由端(46)布置成面对通孔(26)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的测量***，其特征在于，所述凸肩元件(33)由弹性挡圈组成，优选地由Benzing类型的弹性挡圈组成，所述凸肩元件被卡扣地***在其中第一端部(32)的一侧上的、在管状元件(29)的侧壁(35)的外部上制成的环形槽(34)中。
7.根据权利要求6所述的测量***，其特征在于，所述杯形体(21)因在所述第一孔(17)中的干涉而被驱动；第一孔(17)的直径适于随着所述探头(28；28b)已经滑动地***到所述第二孔(18)中并且到达杯形体(21)的内部来允许弹性挡圈(33)引入并卡扣安装在杯形体(21)内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的测量***，其特征在于，所述第二孔(18)的直径比所述第一孔(17)的直径小于大约一个数量级；所述至少一个电温度传感器(30)由埋在管状元件(29)内的热电偶组成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的测量***，其特征在于，所述温度探头(28b)包括两个电温度传感器(30)，这两个电温度传感器埋在相同的管状元件(29)内并且每个都设置有相应的电缆(31)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的测量***，其特征在于，所述无线发射头(37b)包括：第一壳体元件(48)，其由内部空心的管形盒状的元件限定，具有一个开口端(49)和与所述开口端(49)相对并朝向第一孔(17)的基座(50)，该基座设置有套筒(51)，所述套筒在通过杯形体(21)而自由的第一孔(17)的端部伸展(22)内悬垂地从所述基座(50)伸出，以与第一孔(17)连接；第二壳体元件(54)，其是杯形的，并且与所述开口端(49)一致，一体地并流体密封地接合到所述第一壳体元件(48)，并闭合开口端(49)；以及至少承载成对的将螺钉(52)固定至盖(5)的基座(50)。
11.一种制造用于测量铁路轴箱(3)内的滚动轴承(2)的温度的***(1)的方法，包括以下步骤：
-在使用中朝向所述滚动轴承的盖(5)的边缘(14)的一侧上，将第一孔(17)制成在所述铁路轴箱的盖(5)的外部，所述盖从轴箱上拆下，所述第一孔(17)在相对于轴承的对称轴线(A)的径向方向上被制成；
-将第二孔(18)制成在所述盖的边缘上，盖从所述轴箱上拆下，所述第二孔具有的直径小于第一孔(17)的直径，所述第二孔在相对于轴承的对称轴线(A)即平行于轴承轴线的轴向方向上被制成，以便在使用中朝向使用中配合抵靠着盖边缘(14)的轴承的外圈(8)，并且使得所述第二孔(18)打开到第一孔(17)中；
-优选地但并非必要地通过模制合成塑料材料制成杯形体(21)，所述杯形体由底壁(24)和垂直于该底壁(24)并设有通孔(26)的侧壁(27)限定，优选地共同模制到杯形体(21)中，板簧(23)在通孔(26)的前部伸入到所述杯形体中；
-仍然随着盖从所述轴箱上拆下，因在第一孔(17)中的干涉而驱动杯形体(21)，通孔(26)对准所述第二孔(18)并与其同轴，因此所述第二孔被置于与杯形体(21)的内部直接连通，所述板簧(23)的自由端(46)布置为朝向第二孔(18)；
-仍然随着盖从所述轴箱上拆下，通过将其***穿过与第一孔(17)相对的第二孔(18)的端部(43)，将温度探头(28；28b)轴向滑动地安装在第二孔(18)中，以使所述探头的第一端(44)悬垂地***到杯形体(21)中，所述第一端带有至少一个电连接电缆(31)，并且与所述第一端相对的所述探头的第二端(45)从轴箱盖的边缘(14)伸出第二孔(18)；
-穿过第一孔(17)，将凸肩元件(33)一体地连接在探头(28；28b)的第一端(44)上，凸肩元件(33)适于与板簧(23)配合，以当所述探头的第二端(45)被推动在第二孔(18)内的完全缩回位置时使弹簧发生弹性变形；以及
-安装盖(5)以关闭轴箱，使得盖边缘(14)抵靠着轴承的外圈(8)，推动探头(28；28b)处于缩回位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其进一步包括以下步骤：
-组装无线发射头(37；37b)，其包括封闭在壳体(39；48、54)内的模拟/数字转换器(41)和天线(42)；
-通过至少一个电传输电缆(31)将无线发射头(37；37b)连接至温度探头(28；28b)；将无线发射头(37；37b)连接在与第二孔相对的、通过杯形体(21)而自由的第一孔(17)的端部伸展(22)中；以及将无线发射头(37；37b)固定至盖(5)。
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