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    多功能涂布機(jī)的研制

    2012-11-21 06:17:42張毅嘉
    中國(guó)造紙 2012年5期
    關(guān)鍵詞:整飾涂布紙刮刀

    張毅嘉 張 立 王 澍

    (輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院,浙江杭州,310004)

    多功能涂布機(jī)的研制

    張毅嘉 張 立 王 澍

    (輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院,浙江杭州,310004)

    多功能特種紙涂布機(jī)采用刮刀涂布器和氣刀涂布器相結(jié)合的涂布方式,滿足不同涂料不同涂布量的要求;循環(huán)熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)采用變頻控制配以溫度自控系統(tǒng),達(dá)到溫度設(shè)定后的自動(dòng)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的;退卷和收卷在全速工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換卷,提高效率,減少輔助時(shí)間。該機(jī)在安裝調(diào)試后生產(chǎn)無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙和熱敏紙的情況良好,各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

    涂布機(jī);熱敏紙;無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙;氣刀涂布器

    隨著信息的大量涌現(xiàn)和商務(wù)活動(dòng)的蓬勃發(fā)展,復(fù)寫(xiě)和打印紙的需求急劇增長(zhǎng),于是催生了無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙和熱敏紙。無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙是針對(duì)有碳復(fù)寫(xiě)紙的缺點(diǎn)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的,它廣泛應(yīng)用于文件、票據(jù)、賬頁(yè)、收據(jù)發(fā)票等。無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙由上頁(yè)紙 (CB)、中頁(yè)紙 (CFB)、下頁(yè)紙 (CF)組成,在使用中直接用硬筆書(shū)寫(xiě)或打字即可得到若干副本。熱敏紙是一種受熱能作用而發(fā)色的記錄用紙,可用于傳真、收款機(jī)、ATM機(jī)、彩票、登機(jī)牌、火車(chē)票、超市條形碼、排隊(duì)機(jī)、心電圖記錄等方面[1-2]。因此,它們?cè)谑袌?chǎng)上都有著廣泛的應(yīng)用前景。由于無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙和熱敏紙的生產(chǎn)工藝不同,用于生產(chǎn)無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的雙面涂布機(jī)無(wú)法用來(lái)生產(chǎn)熱敏紙,而用于生產(chǎn)熱敏紙的涂布機(jī)也同樣無(wú)法用來(lái)生產(chǎn)無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙,這直接造成企業(yè)無(wú)法適應(yīng)多樣化的市場(chǎng)需求。為此,輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到高感熱敏紙和無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙等的特殊性,同時(shí)兼顧降低能耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的需要,經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和完善開(kāi)發(fā)了1800/300多功能特種涂布紙涂布機(jī) (見(jiàn)圖1)。該機(jī)于2007年初在華金集團(tuán)凱特紙業(yè)有限公司安裝完畢并一次試車(chē)成功,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的正常運(yùn)行效果良好,現(xiàn)就該機(jī)特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

    圖11800 /300多功能特種涂布紙涂布機(jī)

    1 設(shè)備配置流程

    根據(jù)熱敏紙和無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙涂層的特點(diǎn)和生產(chǎn)要求,1800/300特種涂布紙涂布機(jī)的設(shè)備配置流程為:帶連續(xù)接紙系統(tǒng)的雙工位退紙機(jī)→刮刀涂布器→熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)→整飾裝置→計(jì)量棒+氣刀涂布器→熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)→整飾裝置→計(jì)量棒+氣刀涂布器→熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)→整飾裝置→軟輥壓光機(jī)→帶連續(xù)接紙系統(tǒng)的雙工位卷紙機(jī)。

    2 涂布機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

    2.1 主要組成及技術(shù)參數(shù)

    1800/300特種涂布紙涂布機(jī)主要由帶連續(xù)接紙裝置的回轉(zhuǎn)退紙架、刮刀涂布器、氣刀涂布器、熱風(fēng)循環(huán)氣翼干燥系統(tǒng)、調(diào)態(tài)整飾系統(tǒng)、軟輥壓光機(jī)、帶連續(xù)接紙裝置的軸式卷紙機(jī)、壓縮空氣系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)及全數(shù)字交流變頻控制系統(tǒng)等組成。其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

    表1 1800/300特種涂布紙涂布機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

    2.2 帶自動(dòng)接紙裝置的回轉(zhuǎn)退紙架

    雙工位帶自動(dòng)接紙的軸式回轉(zhuǎn)退紙系統(tǒng),由回轉(zhuǎn)式退紙架、加速裝置、測(cè)速裝置、接紙裝置、張力檢測(cè)控制裝置、光電檢測(cè)裝置、壓縮空氣系統(tǒng)等組成。

    雙工位回轉(zhuǎn)式退紙架可以同時(shí)裝夾2個(gè)紙卷并能做正反兩方向360°旋轉(zhuǎn),且可在任意位置停留,回轉(zhuǎn)速度為1 r/min。

    退卷后紙幅張力的控制是通過(guò)張力傳感器檢測(cè)紙幅張力大小,利用氣/電轉(zhuǎn)換閥自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)器的氣壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的,或通過(guò)電機(jī)來(lái)直接控制。

    對(duì)于自動(dòng)接紙系統(tǒng)來(lái)說(shuō),在使用時(shí)由人工輸入新紙卷直徑,通過(guò)可編程控制器 (PLC)實(shí)現(xiàn)速度給定,或者采用皮帶測(cè)速裝置檢測(cè)新紙卷表面線速度再反饋給PLC實(shí)現(xiàn)速度給定,使新紙卷線速度與涂布機(jī)主車(chē)速保持同步。為了實(shí)現(xiàn)高速情況下有效的退卷紙幅張力控制,必須實(shí)現(xiàn)張力的閉環(huán)控制。在退紙后設(shè)有張力傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),并通過(guò)PLC控制電氣比例閥的開(kāi)度,調(diào)節(jié)進(jìn)口氣動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)器的氣壓,產(chǎn)生不同的制動(dòng)扭矩,保證退卷后紙幅以穩(wěn)定的張力平穩(wěn)地進(jìn)入涂布,減少由于張力波動(dòng)而造成的涂布量波動(dòng)。

    帶自動(dòng)接紙裝置的回轉(zhuǎn)退紙架實(shí)現(xiàn)了原紙卷在涂布機(jī)全速運(yùn)行狀態(tài)下的自動(dòng)換卷,保證了涂布機(jī)的連續(xù)生產(chǎn),既提高了生產(chǎn)效率,又降低了操作人員的工作強(qiáng)度,同時(shí)還提高了成品率,增加了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

    2.3 刮刀涂布器

    由于對(duì)涂布量和涂層的要求不同,因而有不同的涂布方式,刮刀涂布器可用于熱敏紙的涂布和無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的CF紙的表面涂布。

    在工作狀態(tài)下,刮刀片靠在背輥上,紙幅帶上涂料后經(jīng)過(guò)刮刀和背輥之間形成的壓區(qū),將過(guò)量的涂料除去??扛淖児蔚兜膲毫?lái)控制涂布量,對(duì)涂層面進(jìn)行整飾,從而獲得理想的涂層表面[3]。這種涂布方式屬于接觸式涂布,優(yōu)點(diǎn)是涂層表面基本不受原紙粗糙度的影響,平滑度和平整度較高;對(duì)涂料黏度適應(yīng)性強(qiáng);可以使用高固含量的涂料以提高干燥效率,還可以在較高的車(chē)速下運(yùn)行,設(shè)備生產(chǎn)效率高而運(yùn)行成本低[4]。

    刮刀涂布器主要由背輥、上料輥、涂料槽、刮刀架、刮刀梁、刮刀橫梁、邊刮刀、噴霧裝置、機(jī)架等組成。刮刀架和刮刀梁固定在刮刀橫梁上,其上配有用于調(diào)節(jié)橫幅涂布量的微調(diào)螺桿,以調(diào)節(jié)橫向涂布的均一性;背輥的直徑為600 mm,表面包覆有25 mm厚的優(yōu)質(zhì)氯丁橡膠,橡膠硬度為P&J 70±2;涂料裝置為多管進(jìn)料,且?guī)в幸缌餮b置;配有刮刀角度和壓力調(diào)整系統(tǒng),以調(diào)節(jié)涂布量。在背輥與刮刀架,背輥與上料輥之間設(shè)有微調(diào)限止器,以準(zhǔn)確計(jì)量其間隙,并防止設(shè)備相互碰撞而導(dǎo)致設(shè)備損壞。

    2.4 氣刀涂布器

    氣刀涂布器與刮刀涂布器比較,具有適應(yīng)性強(qiáng),對(duì)原紙定量要求較低的特點(diǎn),對(duì)涂層沒(méi)有壓力影響,從而避免破壞涂層表面。氣刀涂布器由于“濾餅”作用,涂布后原紙表面的凹凸不平仍然存在,因此尤其適合于熱敏層和無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的CF紙表面或CB紙背面等有顯色要求的涂布。

    氣刀涂布器主要由氣刀體、上下唇板、氣刀座架、高壓風(fēng)機(jī)、多輥上料裝置、計(jì)量棒裝置、氣刀、氣料分離器等組成。

    工作原理是高速氣流從上、下唇板構(gòu)成的唇口噴出,形成刀狀的高速氣流,用以刮除紙張表面的多余涂料,全幅風(fēng)速均勻一致,保證了涂層的均勻度。刀縫大小調(diào)節(jié)方便,涂布量可在較高的范圍內(nèi)調(diào)節(jié),具有易于操作的特點(diǎn)和廣泛的適應(yīng)性。氣刀殼體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工容易,維修方便,且容易清洗[5]。

    氣刀體為不銹鋼管材加工而成,上、下唇板均由不銹鋼板加工而成;唇板橫向、縱向均設(shè)有調(diào)節(jié)間隙的精密螺桿裝置,氣刀縫大小在0.50~0.75 mm之間調(diào)節(jié)。氣刀高壓風(fēng)機(jī)采用三葉羅茨高壓風(fēng)機(jī),其進(jìn)出口均帶有消聲器,在風(fēng)機(jī)與氣刀之間配有熱交換器,通有循環(huán)冷水對(duì)高壓風(fēng)進(jìn)行冷卻,氣刀高壓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻器調(diào)整,以達(dá)到節(jié)能的目的。

    多輥上料裝置采用雙輥上料形式,由上料輥、涂布輥、壓輥、涂料槽、機(jī)架等組成。

    計(jì)量棒裝置由計(jì)量棒、棒座、升降裝置、傳動(dòng)裝置等組成,計(jì)量棒為單獨(dú)交流電機(jī)傳動(dòng),變頻調(diào)速。

    氣料分離器用于回收氣刀吹下的多余涂料,避免涂料飛濺,造成車(chē)間污染。氣料分離器為不銹鋼焊接結(jié)構(gòu),整體可來(lái)回移動(dòng),清洗方便。

    2.5 高蒸發(fā)率的循環(huán)熱風(fēng)干燥系統(tǒng)

    由于剛剛離開(kāi)涂布背輥的紙幅表面的涂層仍然是濕的,表面涂布再次干燥取得成紙的過(guò)程必須采用非接觸式干燥。涂布紙干燥并非僅僅是脫除涂層的水分,其對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的意義,將直接影響涂層和涂布紙的質(zhì)量。因此需要一個(gè)高能量密度和高蒸發(fā)率的干燥器[6]。根據(jù)不同的涂料性質(zhì),涂布干燥系統(tǒng)可采用烘缸干燥、遠(yuǎn)紅外干燥、循環(huán)熱風(fēng)干燥等形式。對(duì)于每一種產(chǎn)品的干燥,均有特定的表面溫度要求,以保證在該溫度條件下干燥不會(huì)損壞涂料的物理結(jié)構(gòu)。一般情況下,涂布紙?jiān)诟稍镞^(guò)程中的溫度、水分的擴(kuò)散速率和蒸發(fā)率會(huì)發(fā)生連續(xù)不斷的變化,這就決定了干燥過(guò)程的溫度需要分區(qū)可控,即采用單元式的干燥系統(tǒng)。無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙雖然對(duì)干燥溫度沒(méi)有特定要求,但熱敏紙對(duì)干燥溫度要求較高,溫度不合適會(huì)造成顯色,二者的干燥一般宜采用對(duì)流干燥方式[7-8]。

    氣翼干燥器是蒸發(fā)率較高的對(duì)流干燥的一種,為單元式結(jié)構(gòu),箱內(nèi)布置若干組噴嘴,噴嘴上下交錯(cuò)排列,可同時(shí)進(jìn)行紙幅兩面的干燥,干燥空氣從噴嘴兩側(cè)噴出,用氣流承托紙幅運(yùn)行。由于“附壁效應(yīng)”給紙幅以“磨擦”作用,從而達(dá)到最大的熱和質(zhì)的傳遞,具有很高的蒸發(fā)速率[9]。

    基于熱敏紙和無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的特性,本機(jī)的干燥采用高效的熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)。由蒸發(fā)率高且具有自平衡式的單元型氣翼式干燥器、熱交換器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)、熱風(fēng)旁通系統(tǒng)、風(fēng)管、溫度檢測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。

    熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)采用變頻控制配以溫度自控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了溫度設(shè)定后的自動(dòng)調(diào)節(jié),不僅使涂布機(jī)的潛能得到發(fā)揮,而且風(fēng)機(jī)效率得到提高,節(jié)能效果明顯。

    干燥系統(tǒng)的加熱源一般為蒸汽,但是隨著環(huán)保要求的提高很多地方已限制蒸汽鍋爐的使用,目前已有采用天然氣直接加熱空氣然后干燥涂布紙的干燥配置方式,同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度控制涂布機(jī)正常使用。

    2.6 調(diào)態(tài)整飾裝置

    調(diào)態(tài)整飾裝置設(shè)置于每次涂布干燥后,用以控制涂布紙水分含量。由于熱敏紙和無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的生產(chǎn)過(guò)程須經(jīng)過(guò)多次涂布工序才能完成,因此為了得到好的質(zhì)量和高的產(chǎn)量及成品率,調(diào)態(tài)整飾顯得尤為重要。

    調(diào)態(tài)整飾裝置主要由烘缸、導(dǎo)毯輥、毛毯張緊器、自動(dòng)校正器、旋轉(zhuǎn)接頭、烘缸軸承等組成。

    為了更好地控制整幅溫度精度,提高整飾效果,調(diào)態(tài)烘缸采用夾套缸的形式。

    2.7 軟輥壓光機(jī)

    軟輥壓光機(jī)對(duì)提高產(chǎn)品的涂布效果起到了很好的作用,有助于涂布紙獲得較高的光澤度、平滑度、緊度和均勻的油墨吸收性。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)試的經(jīng)驗(yàn),軟輥壓光機(jī)線壓大約控制在50~130 kN/m比較合適。雖然熱敏原紙平滑度要求很高,但涂布后經(jīng)壓光整飾時(shí)要求壓力適當(dāng),否則會(huì)引起發(fā)色[10]。

    軟輥壓光機(jī)主要由冷硬鑄鐵輥、聚氨酯軟輥(或特種樹(shù)脂輥)、加壓裝置等組成。

    2.8 全自動(dòng)的軸式回轉(zhuǎn)卷紙機(jī)

    雙工位帶自動(dòng)接紙的軸式回轉(zhuǎn)卷紙系統(tǒng),結(jié)構(gòu)與雙工位帶自動(dòng)接紙的軸式回轉(zhuǎn)退紙系統(tǒng)基本相同。

    卷紙機(jī)由兩臺(tái)交流變頻電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),通過(guò)張力傳感器檢測(cè)收卷紙幅張力大小,自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到收卷整齊的目的。在涂布機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,可進(jìn)行新老紙卷的自動(dòng)接紙操作,成功率高達(dá)95%以上,屬國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,完全可以替代進(jìn)口設(shè)備,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

    2.9 全數(shù)字交流變頻控制系統(tǒng)

    為適應(yīng)高車(chē)速生產(chǎn)特種紙的要求,1800/300特種涂布紙涂布機(jī)采用全數(shù)字交流變頻分部控制系統(tǒng),并采用整機(jī)張力自動(dòng)控制,使涂布質(zhì)量更上一層樓。

    分部傳動(dòng)的控制精度和不良的協(xié)調(diào)性會(huì)直接影響涂布上料的均勻性,而烘干溫度也影響成紙的水分含量,最終會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。雖然1800/300特種涂布紙涂布機(jī)傳動(dòng)點(diǎn)多,但由于采用全數(shù)字交流變頻控制系統(tǒng),并配以張力檢測(cè)及反饋裝置,使整機(jī)紙幅運(yùn)行狀態(tài)得到有效控制,消除了紙幅斷紙的可能,且升降速靈活自如,車(chē)速的重復(fù)性、穩(wěn)定性、可靠性提高。設(shè)備和機(jī)器實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化運(yùn)行,最大程度地提高了工廠的實(shí)用性和生產(chǎn)效率[11-12]。

    同時(shí),刮刀涂布器、氣刀涂布器、連續(xù)接紙裝置、熱風(fēng)干燥系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制,特別是在連續(xù)接紙時(shí),使各部分均順利實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)動(dòng)作,既簡(jiǎn)化了操作,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,又減少了輔助操作時(shí)間,提高產(chǎn)品的成品率。

    3 涂布機(jī)運(yùn)行情況

    3.1 設(shè)備運(yùn)行效果顯著

    整機(jī)安裝完成后,進(jìn)行空車(chē)試運(yùn)行,而后進(jìn)行帶料同步調(diào)整,最后進(jìn)行涂布干燥等試運(yùn)行生產(chǎn)。

    (1)退卷和收卷在300 m/min的全速工作狀態(tài)下,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換卷,既減少損紙,又提高生產(chǎn)效率,成功率達(dá)到95%以上。

    (2)刮刀涂布器可以在低固含量的情況下實(shí)現(xiàn)低涂布量的涂布,故對(duì)于涂布熱敏紙這類(lèi)特種涂料的低涂布量的涂布是合適的,涂布達(dá)到預(yù)期效果。

    (3)氣刀涂布系統(tǒng)可以在各種固含量的情況下實(shí)現(xiàn)低涂布量的操作,特別是氣料分離器的分離效果令人滿意,且可以將分離后的涂料再次運(yùn)用,降低生產(chǎn)成本。

    (4)高精度輥式涂布裝置則是專(zhuān)門(mén)為適應(yīng)低涂布量、低固含量而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的計(jì)量轉(zhuǎn)移涂布方式,避免涂料的大循環(huán)和浪費(fèi)。

    (5)采用刮刀涂布器和氣刀涂布器相結(jié)合的涂布方式,滿足了不同涂料和不同涂布量的要求,特別在3 g/m2的低涂布量和17%~20%低固含量的條件下涂布均勻,且不產(chǎn)生漏涂,屬技術(shù)創(chuàng)新。

    (6)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速,干燥系統(tǒng)帶有溫度自動(dòng)控制,由熱電阻進(jìn)行溫度檢測(cè),根據(jù)工藝設(shè)定的溫度,通過(guò)PLC控制蒸汽比例閥的開(kāi)度,使干燥箱熱風(fēng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度左右。既滿足生產(chǎn)需要,又大大地節(jié)約能源 (降低能耗約20%左右),降低生產(chǎn)成本。

    (7)通過(guò)單壓區(qū)軟輥壓光機(jī)對(duì)預(yù)涂后的紙幅進(jìn)行整飾,對(duì)提高產(chǎn)品的涂布效果能起到很好的作用。

    (8)全數(shù)字交流變頻控制系統(tǒng)的采用得以在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)車(chē)速,實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),保證涂布機(jī)的運(yùn)行正常和操作穩(wěn)定。

    表2 試驗(yàn)情況

    3.2 產(chǎn)品情況

    基于1800/300特種涂布紙涂布機(jī)具有一機(jī)多用的理念,本設(shè)備在試車(chē)完成后進(jìn)行了試生產(chǎn)。試驗(yàn)情況如表2所示,在各種狀態(tài)下均得以順利實(shí)現(xiàn)生產(chǎn),運(yùn)行結(jié)果和產(chǎn)品質(zhì)量均令人滿意,達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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    Development of a Multifunctional Specialty Paper Coater

    ZHANG Yi-jia*ZHANG LiWANG Shu
    (Hangzhou Electromechanic Design Institute in Light Industry,Hangzhou,Zhejiang Province,310004)
    (*E-mail:523259142@qq.com)

    The multi-functional coater for specialty paper equipped with blade coater and doctor coater can meet the requirement of different coating formulas and coating weights.The fan in recycling hot air drying system uses frequency conversion control with temperature self-control system to realize automatic adjustment after the temperature reaches the set point,it realizes energy saving purpose.The automatic reelexchanges are carried out in unwinding and reel collecting processes under full speed working mode which enhances efficiencies and reduces assisting time.The machine has been running smoothly when it is used for the production of carbonless copy paper and thermal-sensitive paper.The economic and technological index meet the design target.

    coater;themal-sensitive paper;carbonless copy paper;air knife coater

    TS735+.1

    B

    0254-508X(2012)05-0036-04

    張毅嘉女士,高級(jí)工程師;主要從事加工紙涂布及整飾設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究工作。

    2012-02-02

    (責(zé)任編輯:郭彩云)

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