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CN103080430A - 混合建筑机械 - Google Patents

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CN103080430A
CN103080430A CN2011800403168A CN201180040316A CN103080430A CN 103080430 A CN103080430 A CN 103080430A CN 2011800403168 A CN2011800403168 A CN 2011800403168A CN 201180040316 A CN201180040316 A CN 201180040316A CN 103080430 A CN103080430 A CN 103080430A
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梶田勇辅
藤岛一雄
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种混合建筑机械，即使与液压泵所吸收的功率对应地变更引擎转速，液压泵的排出流量也不变化，能够得到与非混合的普通的建筑机械同样的操作感觉。具备：向液压致动器供给工作液的可变燃料型的液压泵（1）；为了能够旋转驱动液压泵（1）而具备的引擎（2）；为了能够旋转驱动液压泵（1）而具备的电动机（3）；引擎控制盘（4）；控制器（4）；操作杆（5）。控制器与引擎（2）产生的功率对应地，变更引擎（2）的转速以使消耗燃料量减少，根据引擎（2）的转速、引擎控制盘（4）的盘位置、操作杆（5）的操作量，变更液压泵（1）的容量。

Description

混合建筑机械
技术领域
本发明涉及一种通过引擎和电动机的上双方来驱动作为液压致动器的液压源的液压泵的混合建筑机械，特别涉及不变更液压致动器的操作性来降低燃料消耗量的单元。
背景技术
近年来，为了应对环境问题、原油高价的问题等，对于各工业产品节能意识提高。对此，对于以前只通过引擎来驱动液压驱动系统的方式为主流的建筑机械，也研究了兼用引擎和电动机的混合化。在对建筑机械进行了混合化的情况下，除了废气的降低效果以外，还能够期待引擎的高效驱动、传送效率的提高、再生电力的回收等节能效果。
目前，作为这种混合建筑机械，提出了与液压泵所吸收的功率对应地使电动机（发电电动机）动力运行或再生，由此，变更引擎和电动机的功率分配，在高效范围内使引擎运转，由此谋求降低燃料消耗量（例如参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-290607号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所记载的混合建筑机械中，为了进一步减少燃料消耗量，可以与液压泵所吸收的功率对应地变更引擎转速。但是，如果通过专利文献1所记载的结构变更引擎转速，则液压泵的排出流量也变化，因此，与杆操作量对应的液压致动器的动作与非混合的普通的建筑机械不同，对操作者带来操作上的不适感。
本发明的目的在于，提供一种混合建筑机械，其即使与液压泵所吸收的功率对应地变更引擎转速，液压泵的排出流量也不变化，能够得到与非混合的普通的建筑机械同样的操作感觉。
用于解决课题的手段
本发明为了解决上述问题，提供一种混合建筑机械，具备：可变容量型的液压泵，其排出液压致动器的工作液；引擎，其驱动上述液压泵；电动机，其被上述引擎驱动，以发电电力向蓄电装置充电，并且通过对上述蓄电装置进行充电后的电力进行驱动，辅助上述引擎对上述液压泵的驱动；控制器，其控制上述液压泵、上述引擎以及上述电动机的驱动，上述控制器具备：计算上述引擎产生的功率的引擎功率计算单元；计算产生上述引擎功率所需要的燃料为最小的上述引擎的第一转速的第一转速计算单元；计算上述引擎的目标转速的下限值即第二转速的第二转速计算单元；根据上述第一转速和上述第二转速计算上述引擎的目标转速的目标转速计算单元；控制上述引擎以使上述引擎的实际转速接近上述目标转速的引擎控制单元。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，在上述控制器中还具备：计算从上述液压泵排出的工作液的目标流量的目标流量计算单元；根据上述目标流量和上述引擎的实际转速控制上述液压泵的容量的液压泵控制单元。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，在上述控制器中还具备：计算从上述液压泵排出的工作液的目标流量的目标流量计算单元；根据上述目标流量和上述引擎的目标转速控制上述液压泵的容量的液压泵控制单元。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，上述目标流量计算单元根据引擎控制盘的盘位置和操作杆的操作量，计算目标流量。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，上述引擎功率计算单元根据上述引擎的燃料喷射量和转速，计算引擎功率。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，上述引擎功率计算单元根据上述液压泵的排出流量、排出压、上述电动机的功率、辅助设备的负荷，计算引擎功率。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，具备：计算上述引擎和上述电动机的合计功率的目标最大值的目标最大合计功率计算单元，上述第二转速计算单元计算为了使上述引擎和上述电动机产生上述目标最大合计功率最低限度需要的上述引擎的转速。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，上述目标最大合计功率计算单元根据引擎控制盘的盘位置，计算目标最大合计功率。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，还具备：计算为了确保上述液压泵的目标流量最低限度需要的上述引擎的转速的第三转速计算单元，上述目标转速计算单元从上述第一转速计算单元输出的第一转速、上述第二转速计算单元输出的第二转速、上述第三转速计算单元输出的第三转速中，选择最大的值。
另外，本发明的特征在于，在上述结构的混合建筑机械中，上述第二转速计算单元计算为了确保上述液压泵的目标流量最低限度需要的上述引擎的转速。
另外，本发明是一种混合建筑机械，具备：可变容量型的液压泵，其排出液压致动器的工作液；引擎，其驱动上述液压泵；电动机，其被上述引擎驱动，以发电电力向蓄电装置充电，并且通过对上述蓄电装置进行充电后的电力进行驱动，辅助上述引擎对上述液压泵的驱动；控制器，其控制上述液压泵、上述引擎以及上述电动机的驱动，在上述引擎产生的功率增加时，上述引擎的转速增加，在上述引擎产生的功率减少时，上述引擎的转速减少。
另外，本发明的特征在于，在上述混合建筑机械中，在操作杆的操作量增加时或上述引擎的转速减少时，上述液压泵的容量增加，在操作杆的操作量减少时或上述引擎的转速增加时，上述液压泵的容量减少。
发明效果
根据本发明，与引擎功率的增加对应地引擎的目标转速（实际转速）增加，因此能够降低燃料消耗量。另外,与引擎转速的增加对应地液压泵的倾转角减少,因此,能够使从液压泵排出的工作液的排出流量固定,能够与非混合的普通的建筑机械同样地进行与杆操作量对应的液压致动器的动作。
附图说明
图1是表示实施例1的混合建筑机械的系统结构的框图。
图2是表示引擎功率计算单元所具备的图的一个例子的曲线图。
图3是表示第一转速计算单元所具备的图的一个例子的曲线图。
图4是表示目标最大合计功率计算单元所具备的图的一个例子的曲线图。
图5是表示第二转速计算单元所具备的图的一个例子的曲线图。
图6是表示目标流量计算单元所具备的图的一个例子的曲线图。
图7是表示第三转速计算单元所具备的图的一个例子的曲线图。
图8是表示本发明的动作的曲线图。
图9是表示实施例2的混合建筑机械的系统结构的框图。
图10是表示实施例3的混合建筑机械的系统结构的框图。
具体实施方式
以下，以液压挖掘机为例，说明本发明的混合建筑机械的实施方式。
（实施例1）
如图1所示，实施例1的混合建筑机械具备：排出未图示的液压致动器的工作液的可变容量型的液压泵1；驱动液压泵1的引擎2；电动机3，其被引擎驱动，以发电电力向未图示的蓄电装置进行充电，并且通过对该未图示的蓄电装置进行充电后的电力进行驱动，辅助引擎2对液压泵1的驱动；控制这些液压泵1、引擎2、电动机3的驱动的控制器1A。另外，还具备由操作员操作的引擎控制盘（以下简称为“引擎控制盘”）4、操作杆5。
控制器1A具备：计算引擎2产生的功率的引擎功率计算单元11；计算为了产生引擎功率所需要的燃料为最小的引擎的实际转速的第一转速计算单元12；计算引擎2和电动机3的合计功率的目标最大值的目标最大合计功率计算单元13；确定引擎2的目标转速的下限值的第二转速计算单元14；计算从液压泵1排出的工作液的目标流量的目标流量计算单元15；计算为了确保液压泵1的目标流量最小限度需要的引擎的转速的第三转速计算单元16；从第一转速计算单元12计算出的第一转速、第二转速计算单元14计算出的第二转速以及第三转速计算单元16计算出的第三转速中，选择最大的值的目标转速计算单元17；控制引擎3以使引擎的实际转速接近目标转速计算单元17计算出的目标转速的引擎控制单元18；控制电动机3产生的转矩以使引擎2的实际转速接近由目标转速计算单元17计算出的目标转速的电动机控制单元19；根据从目标流量计算单元15输出的目标流量和引擎2的实际转速，控制液压泵1的倾转量（容量）的液压泵控制单元20。
可变容量型的液压泵1向未图示的起重臂、吊臂、铲斗等的液压致动器供给工作液，通过变更斜板的倾转角，能够变更其容量（一次旋转排出的工作液的量）。
引擎2机械地与液压泵1连接，能够旋转驱动液压泵1。引擎2消耗积蓄在未图示的燃料箱中的燃料而产生功率。通过变更燃料喷射量能够变更其功率。
电动机3机械地与液压泵1连接，以便能够对液压泵1进行旋转驱动。由此，电动机3也机械地与引擎2连接。电动机3不但能够通过消耗未图示的蓄电装置的电力来产生功率（动力运行），还能够吸收惯性能量、由引擎2产生的功率进行发电（再生），并积蓄到蓄电装置中。
引擎控制盘4能够由操作者变更其盘位置。在非混合的普通的液压挖掘机中，根据引擎控制盘4的盘位置决定引擎2的目标转速，但在本发明中，根据引擎控制盘4的盘位置决定引擎2和电动机3的目标最大合计功率。将在后面说明目标最大合计功率的决定方法。
操作杆5用于由操作者操作起重臂、吊臂、铲斗等的液压致动器。
引擎功率计算单元11根据引擎2的燃料喷射量和转速，例如使用图2那样的图，计算引擎功率。预先通过实验等，调查引擎2的燃料喷射量、转速、产生功率的关系，来决定该图。
第一转速计算单元12根据由引擎功率计算单元11计算出的引擎功率，例如使用图3那样的图，计算以下说明的第一转速。即，该图预先通过实验等，调查引擎2的功率和产生该功率所需要的燃料为最小的引擎转速的关系，将该转速设定为第一转速。
目标最大合计功率计算单元13根据引擎控制盘4的盘位置，例如使用图4那样的图，计算目标最大合计功率。该图预先通过实验等，调查引擎控制盘4的盘位置和在该盘位置的非混合的普通的液压挖掘机的引擎能够产生的最大功率的关系，将该最大功率设定为目标最大合计功率。另外，在本说明书中，“非混合的普通的液压挖掘机”表示其引擎功率与本发明的引擎2和电动机3的合计功率大致相等的机种。
第二转速计算单元14根据由目标最大合计功率计算单元13计算出的目标最大合计功率，例如使用图5那样的图，计算下一个第二转速。即，该图预先通过实验等，调查引擎2与电动机3的合计功率和为了产生该功率最低限度需要的引擎转速的关系，将该合计功率设定为目标最大合计功率，将该引擎转速设定为第二转速。
目标流量计算单元15根据引擎控制盘4的盘位置和操作杆5的操作量，例如使用图6那样的图，计算目标流量。该图预先通过实验等，调查引擎控制盘4的盘位置、操作杆5的操作量以及非混合的普通的液压挖掘机的液压泵的流量的关系，将该流量设定为目标流量。
第三转速计算单元16根据目标流量计算单元15计算出的目标流量，例如使用图7那样的图，计算下一个第三转速。即，该图预先通过实验等，调查液压泵1的流量和为了确保该流量最低限度需要的引擎转速的关系，将该流量设定为目标流量，将该引擎转速设定为第三转速。
目标转速计算单元17选择第一转速、第二转速、第三转速的最大值。
引擎控制单元18控制引擎2的燃料喷射量、燃料喷射定时，以使引擎2的实际转速接近由目标转速计算单元17计算出的目标转速。例如，喷射对转速与目标转速的偏差和偏差的积分值分别乘以增益，然后将它们相加后的值的燃料。
电动机控制单元19控制电动机3产生的转矩，以使引擎2的实际的转速接近由目标转速计算单元17计算出的目标转速。例如，产生对转速与目标转速的偏差和偏差的积分值分别乘以增益，将它们相加后的值的转矩。另外，电动机3产生的转矩可以在蓄电装置的剩余电力量多时大，在剩余电力量小时小或使电动机3发电。
液压泵控制单元20根据引擎2的实际的转速、目标流量计算单元15计算出的目标流量，使用图计算液压泵1的目标倾转角，变更倾转角。该图预先通过实验等，调查引擎转速、倾转角和流量的关系来进行设定。通过液压控制或电气控制来进行倾转角的变更。在液压控制的情况下，通过驱动电磁阀，来控制用于变更倾转角的液压。在电气控制的情况下，通过驱动用于变更倾转角的电动机（与电动机3不同的电动机），来变更倾转角。
另外，可以通过液压泵控制单元20对倾转角的变更施加限制，以使液压泵1吸收的功率不会大于目标最大合计功率计算单元13计算出的目标最大合计功率，也可以用目标最大合计功率除以液压泵1的排出压所得的值，来对目标流量计算单元15计算出的目标流量施加限制。
另外，在图1的例子中，只具备一个液压泵1，但也可以是多个，在该情况下，还设置与液压泵1的数量相同数量的目标流量计算单元15和液压泵控制单元20。另外，在第三转速计算单元16中，根据目标流量计算单元15计算出的多个目标流量中的最大的目标流量，来计算第三转速。
以下，使用图8说明实施例1的混合建筑机械的动作。另外，本例子是在由引擎2产生大的功率的情况下，在提高转速时消耗燃料减小的情况的例子。
如图8（a）所示，当在引擎控制盘4的盘位置和操作杆5的操作量恒定的期间，向液压致动器施加的负荷增加，液压泵1的排出压增加时，与之对应地，如图8（b）所示，引擎功率增加。当引擎功率增加时，与之对应地，如图8（c）所示，第一转速和目标转速增加。这时，由于引擎控制盘4的盘位置和操作杆5的操作量恒定，所以第二转速和第三转速不变化。另外，当目标转速增加，与之对应地，如图8（d）所示，引擎转速增加，将燃料消耗量抑制为最小。另外，当引擎转速增加，与之对应地，如图8（e）所示，液压泵1的容量减少。结果，如图8（f）所示，液压泵1的流量恒定，能够使与杆操作量对应的液压致动器的动作与非混合的普通的建筑机械相同。
（实施例2）
接着，使用图9表示实施例2的混合建筑机械的结构，如根据该图所了解的那样，本发明的实施例2的特征在于，在液压泵控制单元20中，使用目标转速计算单元17计算出的目标转速来代替引擎2的实际转速。其他与实施例1的混合建筑机械相同，因此向对应的部分附加相同的符号，并省略说明。目标转速比实际的转速更早地变化，因此，在液压泵1的倾转角的变更花费时间的情况下有效。
（实施例3）
接着，使用图10表示实施例3的混合建筑机械的结构。如根据该图所了解的那样，本发明的实施例3的特征在于，在引擎功率计算单元11中，使用液压泵1的流量、排出压、电动机3的功率、空调等辅助设备的负荷来代替引擎2的燃料喷射量和转速。
即，实施例3的引擎功率计算单元11首先将液压泵1的流量和排出压相乘，计算液压泵1的吸收功率。接着，根据电动机控制单元19的输出，计算电动机3的产生功率。接着，例如根据空调的开关的状态，计算空调等辅助设备的消耗功率。最后，将液压泵1的吸收功率和辅助设备的消耗功率之和减去电动机3的产生功率所得的值作为引擎功率。除此之外，其他与实施例1的混合建筑机械相同，因此向对应的部分附加相同的符号，并省略说明。
另外，在引擎功率计算单元11中，也可以使用目标流量计算单元15计算出的目标流量来代替液压泵1的流量。另外，与实施例2同样地，可以在液压泵控制单元20中，使用目标转速计算单元17计算出的目标转速来代替引擎2的实际的转速。
符号说明
1：液压泵；2：引擎；3：电动机；4：引擎控制盘；5：操作杆；11：引擎功率计算单元；12：第一转速计算单元；13：目标最大合计功率计算单元；14：第二转速计算单元；15：目标流量计算单元；16：第三转速计算单元；17：目标转速计算单元；18：引擎控制单元；19：电动机控制单元；20：液压泵控制单元
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.（修改后）一种混合建筑机械，具备：可变容量型的液压泵，其排出液压致动器的工作液；引擎，其驱动上述液压泵；电动机，其被上述引擎驱动，以发电电力向蓄电装置充电，并且通过对上述蓄电装置进行充电后的电力进行驱动，辅助上述引擎对上述液压泵的驱动；控制器，其控制上述液压泵、上述引擎以及上述电动机的驱动，所述混合建筑机械的特征在于，
上述控制器具备：
计算上述引擎产生的功率的引擎功率计算单元；
计算产生上述引擎功率所需要的燃料为最小的上述引擎的转速的第一转速计算单元；
决定上述引擎的目标转速的下限值的第二转速计算单元；
选择上述第一转速计算单元输出的第一转速和上述第二转速计算单元输出的第二转速中的大的一方的目标转速计算单元；
控制上述引擎以使上述引擎的实际转速接近上述目标转速的引擎控制单元；
计算从上述液压泵排出的工作液的目标流量的目标流量计算单元；
根据上述目标流量和上述引擎的实际转速或目标转速控制上述液压泵的容量的液压泵控制单元。
2.（删除）
3.（删除）
4.根据权利要求2或3所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述目标流量计算单元根据引擎控制盘的盘位置和操作杆的操作量，计算目标流量。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述引擎功率计算单元根据上述引擎的燃料喷射量和转速，计算引擎功率。
6.根据权利要求1～4的任意一项所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述引擎功率计算单元根据上述液压泵的排出流量、排出压、上述电动机的功率、辅助设备的负荷，计算引擎功率。
7.根据权利要求1～6的任意一项所述的混合建筑机械，其特征在于，
具备：计算上述引擎和上述电动机的合计功率的目标最大值的目标最大合计功率计算单元，
上述第二转速计算单元计算为了使上述引擎和上述电动机产生上述目标最大合计功率最低限度需要的上述引擎的转速。
8.根据权利要求7所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述目标最大合计功率计算单元根据引擎控制盘的盘位置，计算目标最大合计功率。
9.根据权利要求7或8所述的混合建筑机械，其特征在于，
还具备：计算为了确保上述液压泵的目标流量最低限度需要的上述引擎的转速的第三转速计算单元，
上述目标转速计算单元从上述第一转速计算单元输出的第一转速、上述第二转速计算单元输出的第二转速、上述第三转速计算单元输出的第三转速中，选择最大的值。
10.根据权利要求1～6的任意一项所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述第二转速计算单元计算为了确保上述液压泵的目标流量最低限度需要的上述引擎的转速。
11.（修改后）一种混合建筑机械，具备：可变容量型的液压泵，其排出液压致动器的工作液；引擎，其驱动上述液压泵；电动机，其被上述引擎驱动，以发电电力向蓄电装置充电，并且通过对上述蓄电装置进行充电后的电力进行驱动，辅助上述引擎对上述液压泵的驱动；控制器，其控制上述液压泵、上述引擎以及上述电动机的驱动，所述混合建筑机械的特征在于，
在上述引擎产生的功率增加时上述引擎的转速增加，在上述引擎产生的功率减少时上述引擎的转速减少，并且在操作杆的操作量增加时或上述引擎的转速减少时上述液压泵的容量增加，在操作杆的操作量减少时或上述引擎的转速增加时上述液压泵的容量减少。
12.（删除）

Claims (12)

1.一种混合建筑机械，具备：可变容量型的液压泵，其排出液压致动器的工作液；引擎，其驱动上述液压泵；电动机，其被上述引擎驱动，以发电电力向蓄电装置充电，并且通过对上述蓄电装置进行充电后的电力进行驱动，辅助上述引擎对上述液压泵的驱动；控制器，其控制上述液压泵、上述引擎以及上述电动机的驱动，所述混合建筑机械的特征在于，
上述控制器具备：
计算上述引擎产生的功率的引擎功率计算单元；
计算产生上述引擎功率所需要的燃料为最小的上述引擎的第一转速的第一转速计算单元；
计算上述引擎的目标转速的下限值即第二转速的第二转速计算单元；
根据上述第一转速和上述第二转速计算上述引擎的目标转速的目标转速计算单元；
控制上述引擎以使上述引擎的实际转速接近上述目标转速的引擎控制单元。
2.根据权利要求1所述的混合建筑机械，其特征在于，
在上述控制器中还具备：计算从上述液压泵排出的工作液的目标流量的目标流量计算单元；根据上述目标流量和上述引擎的实际转速控制上述液压泵的容量的液压泵控制单元。
3.根据权利要求1所述的混合建筑机械，其特征在于，
在上述控制器中还具备：计算从上述液压泵排出的工作液的目标流量的目标流量计算单元；根据上述目标流量和上述引擎的目标转速控制上述液压泵的容量的液压泵控制单元。
4.根据权利要求2或3所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述目标流量计算单元根据引擎控制盘的盘位置和操作杆的操作量，计算目标流量。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述引擎功率计算单元根据上述引擎的燃料喷射量和转速，计算引擎功率。
6.根据权利要求1～4的任意一项所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述引擎功率计算单元根据上述液压泵的排出流量、排出压、上述电动机的功率、辅助设备的负荷，计算引擎功率。
7.根据权利要求1～6的任意一项所述的混合建筑机械，其特征在于，
具备：计算上述引擎和上述电动机的合计功率的目标最大值的目标最大合计功率计算单元，
上述第二转速计算单元计算为了使上述引擎和上述电动机产生上述目标最大合计功率最低限度需要的上述引擎的转速。
8.根据权利要求7所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述目标最大合计功率计算单元根据引擎控制盘的盘位置，计算目标最大合计功率。
9.根据权利要求7或8所述的混合建筑机械，其特征在于，
还具备：计算为了确保上述液压泵的目标流量最低限度需要的上述引擎的转速的第三转速计算单元，
上述目标转速计算单元从上述第一转速计算单元输出的第一转速、上述第二转速计算单元输出的第二转速、上述第三转速计算单元输出的第三转速中，选择最大的值。
10.根据权利要求1～6的任意一项所述的混合建筑机械，其特征在于，
上述第二转速计算单元计算为了确保上述液压泵的目标流量最低限度需要的上述引擎的转速。
11.一种混合建筑机械，具备：可变容量型的液压泵，其排出液压致动器的工作液；引擎，其驱动上述液压泵；电动机，其被上述引擎驱动，以发电电力向蓄电装置充电，并且通过对上述蓄电装置进行充电后的电力进行驱动，辅助上述引擎对上述液压泵的驱动；控制器，其控制上述液压泵、上述引擎以及上述电动机的驱动，所述混合建筑机械的特征在于，
在上述引擎产生的功率增加时，上述引擎的转速增加，在上述引擎产生的功率减少时，上述引擎的转速减少。
12.根据权利要求11所述的混合建筑机械，其特征在于，
在操作杆的操作量增加时或上述引擎的转速减少时，上述液压泵的容量增加，在操作杆的操作量减少时或上述引擎的转速增加时，上述液压泵的容量减少。
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