JP6232347B2 - 作業機械 - Google Patents

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Description

本発明は、走行体を駆動する走行モータ、及びこの走行モータに付設され、走行体の逸走を防ぐカウンタバランス弁を備えたミニショベル等の作業機械に関する。
この種の従来技術として特許文献1に示されるものがある。この特許文献1には、走行モータ、及びこの走行モータに付設され、走行体の逸走を防ぐカウンタバランス弁を備えた構成が開示されている。この従来技術は、カウンタバランス弁に並設させて、走行モータの一方側に連絡される第1主管路に配置され、走行モータへの圧油の流れを許容させ、走行モータからの圧油の流れを阻止するチェックバルブを有し、また、走行モータの他方側に連絡される第2主管路に配置され、走行モータへの圧油の流れを許容させ、走行モータからの圧油の流れを阻止するチェックバルブを有している。
カウンタバランス弁の両端には、このカウンタバランス弁を中立復帰させるばねが備えられている。カウンタバランス弁は、走行体の降坂時にあって、フルストロークまで切り換えられない間、走行モータからの戻り油を絞る過渡位置を備えており、この過渡位置に切り換えられたときには走行体の逸走が防止される。また、このカウンタバランス弁は、フルストロークまで切り換えられたときに、油圧ポンプと前述の第1主管路とを連通させる油路と、第2主管路とタンクとを連通させる油路とを有するフルストローク位置を備えており、このフルストローク位置にはチェックバルブは配置されていない。
この従来技術では、走行体の平地走行時における走行モータへの圧油の供給に際しては、カウンタバランス弁がフルストロークし、油圧ポンプからの圧油が主にカウンタバランス弁の前述したフルストローク位置を介して走行モータに供給される。したがって、チェックバルブを介して走行モータへ圧油を供給する場合に比べて、圧力損失を低減できる。走行モータからの戻り油は、前述したフルストローク位置を介してタンクに戻される。このような圧油の流れにより走行モータが作動し、走行体を平地走行させることができる。
実開平5−22804号公報
上述した従来技術は、走行体の平地走行にあって走行モータへ供給される圧油の流量を大きくした場合、カウンタバランス弁の前述したフルストローク位置とチェックバルブを介して走行モータへ圧油を供給でき、このときの圧力損失は少ない。しかしながら、このように流量を大きくした場合、走行モータからの戻り油は、カウンタバランス弁の前述したフルストローク位置を通過してタンクに戻されるので、このときの圧力損失は大きくなってしまう。これにより上述した従来技術は、エネルギ消費量が増加し、経済性が低下する問題がある。
本発明は、上述した従来技術における実情からなされたもので、その目的は、平地走行時に比較的大きな流量の圧油を油圧ポンプから走行モータに供給する際の圧力損失を低減できるとともに、走行モータからタンクに圧油を戻す際の圧力損失も低減させることができる作業機械を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明は、走行体を含む本体と、上記本体に取り付けられる作業装置と、上記走行体を駆動する走行モータと、上記走行モータを作動させる圧油を供給する油圧ポンプと、上記油圧ポンプから上記走行モータに供給される圧油の流れを制御する流量制御弁と、上記走行体の逸走を防ぐために上記走行モータに付設され、両端に中立復帰させるばねを有するカウンタバランス弁とを備えた作業機械において、上記カウンタバランス弁は、上記走行モータに対して互いに並列に配置される第1カウンタバランス弁と第2カウンタバランス弁とから成り、上記第1カウンタバランス弁の両端のばねの力、及び上記第2カウンタバランス弁の両端のばねの力のそれぞれを、上記第1カウンタバランス弁がフルストロークする圧力よりも、上記第2カウンタバランス弁がストロークし始めるクラッキング圧が高くなるように、上記第2カウンタバランス弁がフルストロークする圧力が上記走行モータの平地走行時の負荷圧よりも低く、かつ、第2カウンタバランス弁の上記クラッキング圧が上記走行モータの降坂時の負荷圧よりも高くなるように設定したことを特徴としている。
このように構成した本発明は、第2カウンタバランス弁のクラッキング圧は走行モータの降坂時の負荷圧よりも高いことから、走行体の降坂時には、第2カウンタバランス弁は両端のばねにより中立位置に保持される。したがって、第1カウンタバランス弁の切り換え動作によって走行モータから戻される油が第1カウンタバランス弁で絞られ、これによって走行体の逸走が防止される。
また、第1カウンタバランス弁がフルストロークする圧力よりも、第2カウンタバランス弁のクラッキング圧が高く、第2カウンタバランス弁がフルストロークする圧力が走行モータの平地走行時の負荷圧よりも低いことから、走行体の平地走行時には、第1カウンタバランス弁と第2カウンタバランス弁の双方を介して油圧ポンプからの圧油を走行モータに供給することができる。したがって、比較的大きな流量を走行モータに供給した際でも、圧力損失を低減できる。
またこのとき、第1カウンタバランス弁と第2カウンタバランス弁の双方を介して走行モータからの圧油をタンクに戻すことができる。したがって、このように比較的大きな流量をタンクに戻す際にも、圧力損失を低減できる。
また本発明は、上記発明において、上記第1カウンタバランス弁は、上記走行モータの一方側に連絡される第1主管路、及び上記走行モータの他方側に連絡される第2主管路に連通する油路のそれぞれに、上記走行モータから上記流量制御弁方向への圧油の流れを阻止するチェックバルブを有する中立位置と、上記第1主管路に連通する圧油供給油路に上記走行モータへの圧油の流れを許容させるチェックバルブを有し、上記第2主管路に連通する戻り油を導く油路にチェックバルブを有さない第1切換位置と、上記第2主管路に連通する圧油供給油路に上記走行モータへの圧油の流れを許容させるチェックバルブを有し、上記第1主管路に連通する戻り油を導く油路にチェックバルブを有さない第2切換位置とを含み、上記第2カウンタバランス弁は、上記第1主管路に連通する油路、及び上記第2主管路に連通する油路のそれぞれに、上記走行モータから上記流量制御弁方向への圧油の流れを阻止するチェックバルブを有する中立位置と、上記第1主管路に連通する圧油供給油路、及び上記第2主管路に連通する戻り油を導く油路のそれぞれに、チェックバルブを有さない第1切換位置と、上記第2主管路に連通する圧油供給油路、及び上記第1主管路に連通する戻り油を導く油路のそれぞれに、チェックバルブを有さない第2切換位置とを含むことを特徴としている。
このように構成した本発明は、第2カウンタバランス弁の第1切換位置及び第2切換位置は、チェックバルブを有さないことから、走行体の平地走行時に、比較的大きな流量が走行モータからタンクに戻されようとするときでも、この第2カウンタバランス弁の第1切換位置あるいは第2切換位置を戻し油が通過する際の圧力損失をより小さく抑えることができる。
本発明によれば、平地走行時、比較的大きな流量の圧油を油圧ポンプから走行モータに供給する際の圧力損失を低減できるとともに、走行モータからタンクに圧油を戻す際の圧力損失も低減することができ、従来に比べて省エネを実現でき、優れた経済性を確保することができる。
本発明に係る作業機械の一実施形態を構成するミニショベルを示す側面図である。 本実施形態に備えられる油圧駆動装置の要部を示す油圧回路図である。 本実施形態に備えられる第1カウンタバランス弁の開口特性を説明する図で、(a)図は第1カウンタバランス弁の両端の差圧と、第1カウンタバランス弁のストロークとの関係を示す図、(b)図は第1カウンタバランス弁のストロークと、第1カウンタバランス弁の開口面積との関係を示す図である。 本実施形態に備えられる第2カウンタバランス弁の開口特性を説明する図で、(a)図は第2カウンタバランス弁の両端の差圧と、第2カウンタバランス弁のストロークとの関係を示す図、(b)図は第2カウンタバランス弁のストロークと、第2カウンタバランス弁の開口面積との関係を示す図である。
以下、本発明に係る作業機械の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る作業機械の一実施形態を構成するミニショベルを示す側面図である。
この図1に示すように、本実施形態に係るミニショベルは、走行体1と、この走行体1上に配置される旋回体2とを備えている。これらの走行体1と旋回体2とによって本体が構成されている。また、本実施形態は、旋回体2に上下方向の回動可能に連結される作業装置3を備えている。この作業装置3は、旋回体2に連結されるブーム4と、このブーム4の先端に連結されるアーム5と、このアーム5の先端に連結されるバケット6とを含んでいる。このように構成したミニショベルは、走行体1の走行、旋回体2の旋回、作業装置3の駆動等によって、例えば土砂の掘削、放土作業等を実施することができる。
図2は、本実施形態に備えられる油圧駆動装置の要部を示す油圧回路図である。
この図2に示すように、本実施形態は、走行体1を駆動する走行モータ10を備えている。この走行モータ10は、走行体1の一対の履帯に対応させて一対設けられるが、説明を簡単にするために、同図2では単に1つの走行モータのみを描いてある。
また、本実施形態は、原動機11と、この原動機11によって駆動され、走行モータ10を作動させる圧油を供給する油圧ポンプ12と、この油圧ポンプ12から吐出される圧油が導かれる供給管路13の圧力を規定するリリーフ弁14とを備えている。また、油圧ポンプ12から走行モータ10に供給される圧油の流れを制御する流量制御弁15と、走行体1の逸走を防ぐために走行モータ10に付設され、両端に中立復帰させるばねを有するカウンタバランス弁とを備えている。
上述したカウンタバランス弁は、走行モータ10に対して互いに並列に配置される第1カウンタバランス弁22と第2カウンタバランス弁23とから成っている。
第1カウンタバランス弁22は、主管路24,25によって流量制御弁15に連絡されている。第2カウンタバランス弁23は、主管路24に接続される管路31、及び主管路25に接続される管路34を介して流量制御弁15に連絡されている。
また、第1カウンタバランス弁22は、走行モータ10の一方側に連絡される第1主管路20、及び走行モータ10の他方側に連絡される第2主管路21によって走行モータ10に連絡されている。第2カウンタバランス弁23は、第1主管路20に接続される管路37、及び第2主管路21に接続される管路38を介して走行モータ10に接続されている。
第1カウンタバランス弁22は、走行モータ10の一方側に連絡される第1主管路20、及び走行モータ10の他方側に連絡される第2主管路21に連通する油路のそれぞれに、走行モータ10から流量制御弁15方向への圧油の流れを阻止するチェックバルブを有する中立位置aを含んでいる。また、この第1カウンタバランス弁22は、第1主管路20に連通する圧油供給油路に走行モータ10への圧油の流れを許容させるチェックバルブを有し、第1主管路21に連通する戻り油を導く油路にチェックバルブを有さない第1切換位置bを含んでいる。また、この第1カウンタバランス弁22は、第2主管路21に連通する圧油供給油路に走行モータ10への圧油の流れを許容させるチェックバルブを有し、第1主管路20に連通する戻り油を導く油路にチェックバルブを有さない第2切換位置cを含んでいる。
また、第2カウンタバランス弁23は、第1主管路20に管路37を介して連通する油路、及び第2主管路21に管路38を介して連通する油路のそれぞれに、走行モータ10から流量制御弁15方向への圧油の流れを阻止するチェックバルブを有する中立位置Aを含んでいる。また、この第2カウンタバランス弁23は、第1主管路20に管路37を介して連通する圧油供給油路、及び第2主管路21と管路38を介して連通する戻り油を導く油路のそれぞれに、チェックバルブを有さない第1切換位置Bを含んでいる。また、この第2カウンタバランス弁23は、第2主管路21に管路38を介して連通する圧油供給油路、及び第1主管路20に管路37を介して連通する戻り油を導く油路のそれぞれに、チェックバルブを有さない第2切換位置Cを含んでいる。
第1カウンタバランス弁22は、両端に中立復帰させるばね22a,22bを備えている。また、ばね22aが備えられている制御部と主管路24とを連絡するパイロット管路26を備え、このパイロット管路26に絞り27を配置してある。同様に、ばね22bが備えられている制御部と主管路25とを連絡するパイロット管路28を備え、このパイロット管路28に絞り29を配置してある。
第2カウンタバランス弁23も、両端に中立復帰させるばね23a,23bを備えている。また、ばね23aが備えられている制御部と主管路24に接続された管路31とを連絡するパイロット管路32を備え、このパイロット管路32に絞り33を配置してある。同様に、ばね23bが備えられている制御部と主管路25に接続された管路34とを連絡するパイロット管路35を備え、このパイロット管路35に絞り36を配置してある。
本実施形態は、第1カウンタバランス弁22の両端のばね22a,22bの力、及び第2カウンタバランス弁23の両端のばね23a,23bの力のそれぞれを、第1カウンタバランス弁22がフルストロークする圧力P2よりも、第2カウンタバランス弁23がストロークし始めるクラッキング圧PAが高くなるように、また、第2カウンタバランス弁23がフルストロークする圧力PBが走行モータ10の平地走行時の負荷圧P11よりも低く、かつ、第2カウンタバランス弁23のクラッキング圧PAが走行モータ10の降坂時の負荷圧P10よりも高くなるように設定してある。
図3は、本実施形態に備えられる第1カウンタバランス弁の開口特性を説明する図で、(a)図は第1カウンタバランス弁の両端の差圧と、第1カウンタバランス弁のストロークとの関係を示す図、(b)図は第1カウンタバランス弁のストロークと、第1カウンタバランス弁の開口面積との関係を示す図、図4は、本実施形態に備えられる第2カウンタバランス弁の開口特性を説明する図で、(a)図は第2カウンタバランス弁の両端の差圧と、第2カウンタバランス弁のストロークとの関係を示す図、(b)図は第2カウンタバランス弁のストロークと、第2カウンタバランス弁の開口面積との関係を示す図である。
図3に示すように、第1カウンタバランス弁22は、この第1カウンタバランス弁22の両端に作用する差圧がP1(クラッキング圧)以上で開き始め、圧力P2でフルストローク(Smax)して、開口面積が最大開口面積Amaxとなるように構成してある。
また、図4に示すように、第2カウンタバランス弁23は、この第2カウンタバランス弁23の両端に作用する差圧がPA(前述したクラッキング圧)以上で開き始め、圧力PBでフルストロークして、最大開口面積が例えば第1カウンタバランス弁23と同じAmaxとなるように構成してある。
走行モータ10の平地走行時の負荷圧を前述したP11、登坂時の負荷圧をP12、降坂時の負荷圧を前述したP10とすると、前述した第1カウンタバランス弁22の両端のばね22a,22bの力、及び第2カウンタバランス弁23の両端のばね23a,23bの力の設定により、
P10<PA<PB<P11<P12
の関係が成り立ち、かつ、
P1<P2<PA<PB
の関係が成り立つようにしてある。
このように構成した本実施形態の動作について、以下に説明する。
[流量制御弁15の中立時]
流量制御弁15が図2に示すように中立に保持されているときには、油圧ポンプ12から吐出された圧油は、供給管路13に接続されたリリーフ弁14によって予め設定された一定の値に保たれる。
主管路24及び管路31、主管路25及び管路34のそれぞれは、流量制御弁15を介してタンク40に接続される。このように主管路24及び管路31、主管路25及び管路34がタンク圧となるので、第1カウンタバランス弁22は、ばね22a,22bによって中立位置aに保持され、第2カウンタバランス弁23は、ばね23a,23bによって中立位置Aに保持される。
このとき、第1カウンタバランス弁22の中立位置aに設けられたチェックバルブ、及び第2カウンタバランス弁22の中立位置Aに設けられたチェックバルブにより、第1主管路20及び第2主管路21の保持圧が維持される。これによって走行モータ10は、停止し続ける。
[流量制御弁15の切り換え操作時]
流量制御弁15が中立位置から例えば図2の右位置に切り換えられると、油圧ポンプ2から供給管路13に吐出された圧油は、流量制御弁15の右位置を介して、主管路24、管路31に導かれる。
主管路24に導かれた圧油は、パイロット管路26、絞り27を介して第1カウンタバランス弁22のばね22a側の制御部に導かれる。したがって、主管路24と主管路25の差圧に応じて、第1カウンタバランス弁22が第1切換位置bに切り換えられる。このときの第1カウンタバランス弁22は、図3に示すように、主管路24と主管路25の差圧がP1以上になるとストロークし始め、P2に達するとフルストローク(Smax)する。
第1カウンタバランス弁22がフルストロークすると、行き側、つまり主管路24から第1主管路20へは、第1切換位置bのチェックバルブを介して圧油が供給され、戻り側、つまり第2主管路20と主管路25の間の開口は、最大開口面積Amaxとなる。
一方、主管路24から管路31に導かれた圧油は、パイロット管路32、絞り33を介して第2カウンタバランス弁23のばね23a側の制御部に導かれる。したがって、管路31すなわち主管路24と、管路34すなわち主管路25との差圧に応じて第2カウンタバランス弁23が第1切換位置Bに切り換えられる。
このときの第2カウンタバランス弁23は、図4に示すように、管路31すなわち主管路24と、管路34すなわち主管路25の差圧がPA以上になるとストロークし始め、PBに達するとフルストローク(Smax)する。
第2カウンタバランス弁23がフルストロークすると、行き側、つまり主管路24、管路31から管路37、第1主管路20へは、第1切換位置Bを介して圧油が走行モータ10に供給され、戻り側、つまり第2主管路21、管路38から、管路34、主管路25へは、同第1切換位置Bを介して圧油が戻される。このときの管路31,37間、及び管路38,34間の開口は、最大開口面積Amaxとなる。
なお、説明を省略するが、流量制御弁15が図2の左位置に切り換えられた場合には、第1カウンタバランス弁22が第2切換位置cに切り換えられ、第2カウンタバランス弁23が第2切換位置Cに切り換えられて、上述と同様の動作が実施される。
ここで、平地走行時や登坂時には、走行モータ10の平地走行時の負荷圧P11、登坂時の負荷圧P12は、
PA<PB<P11<P12
の関係が成り立つので、第1カウンタバランス弁22及び第2カウンタバランス弁23は共にフルストローク(Smax)する。したがって例えば、流量制御弁4から走行モータ10へは、第1カウンタバランス弁22の第1切換位置bのチェックバルブと、第2カウンタバランス弁23の最大開口面積Amaxとなる第1切換位置Bを介して圧油が供給される。このとき走行モータ10からは、第1カウンタバランス弁22の最大開口面積Amaxとなる第1切換位置b、第2カウンタバランス弁23の最大開口面積となる第1切換位置Bを介して戻し油がタンク40へ戻される。これにより、カウンタバランス弁通過時の圧力損失を低く抑えることができる。
一方、降坂時や減速時には、走行モータ10の負荷圧P10は、
P10<PA<PB かつ、 P1<P2<PA<PB
の関係が成り立つので、第2カウンタバランス弁23は中立位置Bに保持され、第1カウンタバランス弁22は負荷圧P10の大きさに応じて切り換え制御され、戻し側の開口面製を0〜Amaxの間で調整する。これにより、良好な減速フィーリングを実現できる。
すなわち本実施形態は、上述のように、第2カウンタバランス弁23のクラッキング圧PAは走行モータ10の降坂時の負荷圧P10よりも高いことから、降坂時には、第2カウンタバランス弁23は両端のばね23a,23bにより中立位置Aに保持される。したがって、第1カウンタバランス弁22の切り換え操作によって走行モータ10から戻される圧油が第1カウンタバランス弁22で絞られる。これによって走行体1の逸走が防止される。
また、上述したように、第1カウンタバランス弁22がフルストロークする圧力P2よりも、第2カウンタバランス弁23のクラッキング圧PAが高く、第2カウンタバランス弁23がフルストロークする圧力PBが走行モータ10の平地走行時の負荷圧P11よりも低いことから、走行体1の平地走行時には、第1カウンタバランス弁22と第2カウンタバランス弁23の双方を介して、油圧ポンプ12からの圧油を走行モータ10に供給することができる。したがって、比較的大きな流量を走行モータ10に供給した際でも圧力損失を低減できる。
またこのとき、第1カウンタバランス弁22と第2カウンタバランス弁23の双方を介して走行モータ10からの圧油をタンク40に戻すことができる。したがって、このように比較的大きな流量をタンク40に戻す際にも、圧力損失を低減できる。また、この場合、第1カウンタバランス弁22と第2カウンタバランス弁23の双方が、チェックバルブを有さない最大開口面積Amaxに保たれるので、第1カウンタバランス弁22及び第2カウンタバランス弁23を戻し油が通過する際の圧力損失をより小さく抑えることができる。
以上のように、本実施形態によれば、平地走行時、比較的大きな流量の圧油を油圧ポンプ12から走行モータ10に供給する際の圧力損失を低減できるとともに、走行モータ10からタンク40に圧油を戻す際の圧力損失も低減することができる。これにより本実施形態は、省エネを実施でき、優れた経済性を確保することができる。
なお、上記実施形態では、第2カウンタバランス弁23の第1切換位置B及び第2切換位置Cそれぞれの圧油供給油路にチェックバルブを有さない構成としてあるが、これらの第1切換位置B及び第2切換位置Cのそれぞれの圧油供給油路に、走行モータ10への圧油の流れを許容させるチェックバルブを設けた構成としてもよい。このように構成した場合には、第1カウンタバランス弁22のスプールと、第2カウンタバランス弁23のスプールを同じ構成とすることができ、カウンタバランス弁の製作が容易である。
また、上記実施形態では、第2カウンタバランス弁23の最大開口面積を第1カウンタバランス弁22の最大開口面積と同じ開口面積Amaxに設定してあるが、第2カウンタバランス弁23の最大開口面積を第1カウンタバランス弁22の最大開口面積Amaxよりも大きく設定してもよく、また逆に、小さく設定することもできる。
1 走行体(本体)
2 旋回体(本体)
3 作業装置
10 走行モータ
11 原動機
12 油圧ポンプ
13 供給管路
14 リリーフ弁
15 流量制御弁
20 第1主管路
21 第2主管路
22 第1カウンタバランス弁
22a ばね
22b ばね
23 第2カウンタバランス弁
23a ばね
23b ばね
24 主管路
25 主管路
26 パイロット管路
27 絞り
28 パイロット管路
29 絞り
31 管路
32 パイロット管路
33 絞り
34 管路
35 パイロット管路
36 絞り
37 管路
38 管路
40 タンク

Claims (2)

  1. 走行体を含む本体と、上記本体に取り付けられる作業装置と、上記走行体を駆動する走行モータと、上記走行モータを作動させる圧油を供給する油圧ポンプと、上記油圧ポンプから上記走行モータに供給される圧油の流れを制御する流量制御弁と、上記走行体の逸走を防ぐために上記走行モータに付設され、両端に中立復帰させるばねを有するカウンタバランス弁とを備えた作業機械において、
    上記カウンタバランス弁は、上記走行モータに対して互いに並列に配置される第1カウンタバランス弁と第2カウンタバランス弁とから成り、
    上記第1カウンタバランス弁の両端のばねの力、及び上記第2カウンタバランス弁の両端のばねの力のそれぞれを、
    上記第1カウンタバランス弁がフルストロークする圧力よりも、上記第2カウンタバランス弁がストロークし始めるクラッキング圧が高くなるように、
    上記第2カウンタバランス弁がフルストロークする圧力が上記走行モータの平地走行時の負荷圧よりも低く、かつ、第2カウンタバランス弁の上記クラッキング圧が上記走行モータの降坂時の負荷圧よりも高くなるように設定したことを特徴とする作業機械。
  2. 請求項1に記載の作業機械において、
    上記第1カウンタバランス弁は、
    上記走行モータの一方側に連絡される第1主管路、及び上記走行モータの他方側に連絡される第2主管路に連通する油路のそれぞれに、上記走行モータから上記流量制御弁方向への圧油の流れを阻止するチェックバルブを有する中立位置と、
    上記第1主管路に連通する圧油供給油路に上記走行モータへの圧油の流れを許容させるチェックバルブを有し、上記第2主管路に連通する戻り油を導く油路にチェックバルブを有さない第1切換位置と、
    上記第2主管路に連通する圧油供給油路に上記走行モータへの圧油の流れを許容させるチェックバルブを有し、上記第1主管路に連通する戻り油を導く油路にチェックバルブを有さない第2切換位置とを含み、
    上記第2カウンタバランス弁は、
    上記第1主管路に連通する油路、及び上記第2主管路に連通する油路のそれぞれに、上記走行モータから上記流量制御弁方向への圧油の流れを阻止するチェックバルブを有する中立位置と、
    上記第1主管路に連通する圧油供給油路、及び上記第2主管路に連通する戻り油を導く油路のそれぞれに、チェックバルブを有さない第1切換位置と、
    上記第2主管路に連通する圧油供給油路、及び上記第1主管路に連通する戻り油を導く油路のそれぞれに、チェックバルブを有さない第2切換位置とを含むことを特徴とする作業機械。
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