工程机械设计作业第三期.docx
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工程机械设计作业第三期
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
工程机械设计课程作业1（共4次作业）
学习层次：
专升本涉及章节：
第1章——第3章
一、名词解释
1.工程机械：
工程机械是指那些主要用于土木工程建设的机械设备，不包括那些偶然出现在施工现场的代用车辆及其他代用设备。
2.需求空间：
需求元集合的子集与需求元集合自由组合域的元素所组成的集合为需求空间。
3.自由组合：
自由组合是指可以自由选择某个组合中不同元素的数量，也可以'自由选择某个组合中相同元素的数量。
4.自由组合域：
对一个集合中的所有元素进行自由组合后，所得结果的集合，称为该集合的自由组合
域。
5.需求元：
进行需求分解时-不能再细分的需求称为需求元。
6.工作机构载荷等级：
机构载荷等级是指机构在使用年限内表明机构受载荷的轻重程度。
7.本体信息：
本体信息是指该产品在企业内部制造形成商品过程中物化了的信息，又可分为功能
信息和实物信息
8.社会信息：
社会信息是指产品进入流通前的准备、流通过程以及在使用过程而表现出来的信息。
9.起重机载荷状态：
起重机载荷状态是表明起重机受载的轻重程度，它与两个因素有关，即与所起升的载荷与额定载荷之比和各个起升载荷的作用次数与总的工作循环次数之比有关。
10.功能：
对工程机械产品各种用途的某种概括性的说法。
11.量化设计：
就是在产品的设计过程中可以用数字描述的设计过程。
二、综合题
1.土方机械有哪几种类型：
答：
（1）铲土运输机械
（2）挖掘机械
（3）平整机械
（4）压实机械
2.施工机械化带来的好处主要表现在几个方面？
答：
（1）摆脱了繁重的体力劳动；
（2）提高了劳动生产率（元/人）;
（3）缩短了施工周期；
（4）提高了工程质量；
（5）拓展了施工范围。
3.通用工程机械的类型？
答：
（1）起重运输机械：
工程起重机、施工运输机械等
（2）土方机械：
铲土运输机械、挖掘机械、平整机械、压实机械等
（3）混凝土机械：
混凝土搅拌机、混凝土搅拌站、混凝土搅拌输送车、混凝土输送泵、混凝土振捣器、混凝土喷射机等
（4）桩工机械：
打桩机、成孔机等
（5）装修机械：
喷涂机械、地面修整机械等
4.什么是已成功能和未成功能？
答：
在能够与需求进行匹配的功能中，有的是已知技术系统的功能，有的是未知技术系统的功能。
已知技术系统的功能称之为已成功能，未知技术系统的功能则称为未成功能。
5.组成总体功能原理方案的三个要素？
答：
（1）总体目标功能
（2）实现目标功能的总体目标原理
（3）保证目标功能原理的总体组成原理
6.未成功能功理匹配的基本方法？
答：
（1）功能类比法
首先对未成功能进行分析，掌握其特点。
以此为基础，在现有的机构或技术系统中进行搜索，从中找出功能相仿的系统。
然后借鉴该系统的功能原理，拟定出未成功能的原理解，从而完成功理匹配工作。
（2）原理筛选法
采用原理筛选法的前提条件是要建立一个机械原理资料库，将现有机械系统的工作原理按照一定的规律存入资料库中。
使用时，从中筛选，找到与未成功能相匹配的原理解。
这里需要强调的是机械原理资料库的全面性与合理性，并且能够提供多种检索渠道，为使用者提供方便。
（3）分解合成法
首先对未成功能进行分解，将复杂功能分解成若干简单功能。
接下来，对每一个简单功能进行分析，可以应用上述功能类比法或原理筛分法为每一个简单功能找到原理解，然后再将这些原理解连接起来，形成一个能够实现该功能的合成原理解，从而完成功理匹配。
7.本体信息的决定因素？
答：
（l）功能类别，是指产品的设计目的，由市场需求所确定的；
（2）能力范围，是指该产品的能力范围；
（3）形状，由所采用不同的功能原理方案、设计方法、大小约束以及社会审美所决定的外观造型；
（4）大小，由技术指标、设计时所选取的不同材料、设计准则所确定产品的大小；
（5）重量，由产品的大小和材料的密度所决定的产品的质量；
（6）材质，由技术的先进性以及经济性所确定的产品的性能价格比：
（7）色彩，是由社会审美观和设汁方法的可实现性所确定的产品的舒适感。
8.设计载荷基本要求？
答：
1.全面性2.真实性
3.准确性4.实用性
9.载荷组合的类别？
答：
第Ⅰ类载荷——正常工作状态下的载荷。
第Ⅱ类载荷——最大的工作状态载荷。
第Ⅲ类载荷——最大的非工作状态载荷。
10工程机械验算的基本内容？
答：
（1）总体验算
1.总体性能验算
基本目的是为了证实目标机械实现技术任务指标的工作能力。
2）.总体安全验算
基本目的是为了证实目标机械实现技术任务时不会发生事故。
3）.非工作状态验算
基本目的是为了证实目标机械在各种可能合理发生的非工作状态下不会发生破坏。
（2）工作机构验算
1）.机构性能验算
基本目的是为了证实该机构能够达到机构技术任务指标的要求。
2）.机构安全验算
基本目的是为了证实该机构在实现机构技术任务指标时，其各组成部分不会失效。
（3）其他子系统验算
除了工作机构之外，工程机械常见的子系统有液压系统、气动系统、电气系统、安全系统等。
这些子系统除了作为独立单元进行专门技术验算之外，还应考虑其联入总系统后的技术表现。
（4）金属结构验算
金属结构验算的对象主要包括金属构件、连接件等方面的验算。
1）.强度验算
（1）静强度验算
（2）疲劳强度验算
2）.刚性验算
包括静态刚度验算和动态刚度验算。
3）.稳定性验算
包括整体稳定性验算和局部稳定性验算。
11工程机械设计特点？
答：
1，服务对象
2，多种体统交叉
3，工作机构多
4，专用底盘
5，金属结构
6，设计载荷
7，专用零部件
8，总体设计
12解决间接需求功能匹配问题有哪几种方法
答：
1，需求类比法
2，功能筛选法
3，分散匹配法
4，合作匹配法
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
工程机械设计课程作业2（共4次作业）
学习层次：
专升本涉及章节：
第4章
一、名词解释
1.滑轮组的倍率：
悬挂重物的钢丝绳分支数z与引入卷筒的钢丝绳分支数之比称为滑轮组的倍率（即卷筒圆周速度与重物起升速度之比）。
2.当量载荷：
当量载荷就是将总的轴向载荷和总的径向载荷转化为轴向载荷以及考虑一定的安全裕度时的计算轴向力和计算弯矩。
3变矩系数：
变矩系数是指液力变矩器涡轮转矩与泵轮转矩的比值，表示液力变矩器的变矩能力。
二、综合题
1.钢丝绳的失效方式、提高措施及选择要点？
答：
钢丝绳的失效方式：
由于钢丝绳除了受拉应力外，还有挤压、弯曲、接触和扭转等
应力，受力情况比较复杂。
实践表明，由于钢丝绳反复弯曲和反复挤压所造成的金属疲劳
是钢丝绳破坏的主要原因。
钢丝绳破坏时，外层钢丝由于疲劳和磨损首先开始断裂，随着
断丝数的增多，破坏速度逐渐加快，达到一定限度后，就会完全断裂。
根据钢丝绳破坏的主要原因，提高使用寿命的主要措施有：
（l）在卷绕系统的设计中
应尽量减少钢丝绳的弯折次数。
弯折时，反向弯折所引起的钢丝绳疲劳效果为同向弯折
的两倍，所以必须尽量避免反向弯折；
（2）精轮和卷简直径D与钢丝绳直径d的比值也影
响钢丝绳的寿命。
比值越大，即选用较大的滑轮与卷简直径对钢丝绳的寿命越有利，故设
计中规定了D/d所容许的最小比值；（3）滑轮与卷筒的材料太硬，对钢丝绳寿命不利。
试
验表明，以铸铁滑轮代替钢滑轮能提高钢丝绳寿命10%-20%。
采用尼龙滑轮，也有利
于提高钢丝绳的寿命；（4）钢丝绳在使用中应加强维护保养，如定期润滑可以防止锈蚀，减
少钢丝绳内外磨损，从而提高其使用寿命。
钢丝绳的选择要点。
选择钢丝绳时，根据使用场合，应遵循：
1）优先选用线接触钢丝绳；2）环境腐蚀较大时，选用镀锌钢丝绳；3）频繁卷绕时，选用细丝钢丝绳；4）起升高度大时，选用不扭转钢丝绳；5）多层卷绕时选用金属芯钢丝绳；6）无导绕时，选用粗丝钢丝绳。
2.驱动桥选用原则？
答：
1）满足传动比的要求，保证车辆的动力性；
2）满足最小离地间隙的要求，保证车辆的牵引性能。
3）结构合理，有足够的强度，寿命长，工作可靠；
4）安装维修方便；
5）符合工程机械种类特性的要求。
3.吊钩的失效形式？
答：
（1）危险截面高度磨损超过10%
（2）发生塑性变形（钩口，钩颈，螺纹区）
（3）内部或表面发现裂纹。
4.块式制动器的松闸装置？
答：
（1）制动电磁铁
（2）电动液压推杆
（3）液压电磁推杆
（4）电动离心推杆
5.引起车轮滑动的主要原因？
答：
一是车轮转向时，在相同的时间内，要求内外两侧车轮的转速、行使距离不同；
二是车辆行驶在不平路面上时，在相同的时间内，要求两侧车轮的转速和行使距离不同；
三是车辆即使行驶在平坦路面上时，由于两侧车轮的负荷、气压、磨损不同，在相同的时间内，也要求两侧车轮的转速不同。
6.钢丝绳在卷筒上的常用固定方法有哪些？
答：
1，钢丝绳绕在楔形块上打入卷筒特质的楔孔内固定。
楔形块的斜度一般取（1:
4）~（1:
5）以满足自锁条件。
2，钢丝绳端用螺钉压板固定在卷筒外表面，压板上刻有梯形或圆形的槽。
3，钢丝绳引入卷筒内特质的槽中用螺钉和压板固定。
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
工程机械设计课程作业3（共4次作业）
学习层次：
专升本涉及章节：
第5章—第6章
一、名词解释
1.串联机构：
串联机构是指各功率要件，只有一个接口和一个输出接口的机构。
功率要件是既传递作用力（力、力矩）又传递运动（平动、转动等）的要件。
2.单泵系统：
所谓单泵系统指的是液压系统的动力诼为一个液压泵。
二、综合题
1.工作机构装配图主要包括的内容？
答：
（l）目标总成的形体表达：
（2）目标总成形体的轮廓界限尺寸；
（3）目标总成对外接口的连接或配合尺寸；
（4）目标总成内部各零部件及分总成之间的连接或配合尺寸，以及各种定位尺寸：
（5）技术要求；
（6）标题栏和明细栏；制图标准要求的其他要素。
2.功能模块分析的工作内容？
答：
功能模块分析的工作通常包括功能模块可能形态搜索与评价，以及目标机构组成原理方案筛选等内容。
（1）目标机构功能模块可能形态搜索
功能模块形态是指能够实现目标模块功能的技术系统的存在形式。
1）动力模块
工程机械常用的基本动力源主要有电动机和内燃机两种，整机常用的基本传动形式
包括机械式传动，电力传动和液压传动三种形式。
2）传动模块
工作机构的传动模块是指动力元件输出口到执行机构输入口之间的传动部分。
3）执行模块
执行模块是指直接带动工作共完成动作功能的机构。
4）操控模块
在实际设计中，操控模块通常按照操作功能的区别进一步细分。
常见有启动模块、离
合模块、制动模块、换向模块、调速模块、加力模块等。
5）连接模块
连接模块形态是指在功率流动（传递）路线上，各功能模块功率之间的连接方式。
6）支承模块
支承模块形态是指目标系统（目标机构）各功能模块与外系统之间的无功率接口的连
接形式。
（2）功能模块形态评价与筛选
3.形体不明确零件的设计主要包括的内容？
答：
（1）接口基本参数的赋值；
（2）接口局部形体的布置定形；
（3）各接口之间连接体的结构设计；
（4）给出明细栏参数和验算参数。
4.电动机和内燃机的优缺点？
答：
电动机的能源来自电网供应的动力电，其主要优点是设备简单、重量轻、环保及经济
性好、易调速等，但对于供电不便的地区，输电困难的情况，以及野外移动作业时，用电动
机作为动力源是不合适的。
目前内燃机的能源主要来自储存于石油产品内的化学能，内
燃机使化学能变成热能，又将热能转换成机械能。
内燃机虽然有价格较贵、重量大、污染
环境等缺点，但也有结构紧凑、轻便、热效率高及启动性好等优点。
尤其在无动力电、野外
作业、移动作业时更能显出其独特的不可替代的优势。
5.内燃机的主要局限性及解决方法？
答：
（1）内燃机的特性是高转速、低转矩，而工程机械要求低转速、大转矩。
高转速、低转矩能减少发动机的体积和重量，为了满足低转速、大转矩的使用要求，可
在传动系统中设置减速装置，如减速器、主传动、轮边减速等。
（2）因为发动机的转矩低，不能带大的载荷启动，故而需要空载启动。
由于蓄电池容量有限，启动电动机的转矩不能太大，为了提高启动的可靠性，延长蓄
电池每次充电的使用时间，要求空载启动。
启动时可以采用离合器或利用变速器空挡使
负载与发动机分离，或采用液力联轴（变矩）器。
（3）发动机不宜频繁启动，又须及时供给工程机械动力。
频繁启动发动机会造成蓄电池的早期失效，影响工作进度。
短时制动可以采用离合器使负载与发动机分离。
长时间制动可使用变速器空挡或液力联轴（变矩）器。
（4）一台发动机，多个机构须根据情况单独或联合工作。
动力传递过程要求可控。
发动机不停运转，而各个机构却根据不同工况有的需要工作，有的需要停止。
为解决这一问题，每个机构都设有自己的离台器和制动器。
（5）发动机的转动方向不变，而各机构的运行方向会有所改变，如车辆的转向、倒退。
可以采用逆变器、变速器倒挡解决。
（6）速度变化范围小。
利用变速器可以得到多种速度。
采用液力变矩器可以扩大速度范围，同时可以扩大转矩范围。
（7）发动机难以远程传递动力。
在底盘部分是以万向节传动轴传递的，其他机构可以采用链传动或带传动。
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
工程机械设计课程作业4（共4次作业）
学习层次：
专升本涉及章节：
第6章——第8章
一、名词解释
1.车轮界面：
所谓车轮界面指的是轮胎相对于车体本身、车轮相对于地面等外界接触的接合关系。
2.上坡阻力：
指的是总重量在平行路面方向的分力，它是阻碍车辆行驶的。
3.牵引力：
一般情况下，牵引力也就是驱动力的外在表现，它是发动机客服内摩擦的等内阻力后的对外作用力，简言之即为客服工作阻力的动力。
二、综合题
1.工程机械底盘的类型？
答：
（1）通用汽车底盘：
除车架可更换外，其余皆采用原汽车底盘；
（2）专用汽车底盘：
按工程机械的要求设计，轴距长、车架刚性好；
（3）专用轮胎底盘：
专门为工程机械设计的，可满足多种特殊需要；
（4）履带式底盘：
整机重量通过若干支重轮分散给履带，再由履带进一步分散压力传至地面。
2.万向节在工程机械底盘系统中的应用？
答：
1）连接两根轴线不在同一直线上的传递动力的轴
2）连接工作中相对位置经常变化的两根传递动力的轴
3）降低理论上处于同一直线的两根动力轴的轴线偏移允差
3.双万向节实现等速传动的条件？
答：
①三轴在同一平面内；
②第一万向节连接的两轴间夹角和第二万向节连续的两轴间夹角相等；
③第一万向节从动叉和第二万向节主~叉在同一平面内。
4.行星变速器的六条设计要点？
答：
对于行星变速器的设计，可以总结如下六条设计要点：
（1）行星排数最少；
（2）行星排特征参数1.5（3）前进挡效率ηf>0925；倒退档效率ηb>087；
（4）行星轮相对转速nxj<5000r/min；
（5）制动片相对转速nφ（相对线速度<60m/s）；
（6）构造简单。
5.总体方案设计的基本过程？
答：
第一步总体功能原理设计
第二步总体技术任务拟定
第三步总体驱动方案设计
第四步工作机构方案设计
第五步操纵与安全方案设计
第六步总体布置与金属结构方案设计
第七步总体计算
第八步总体图绘制
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
工程机械设计课程综合测试1
学习层次：
专升本时间：
90分钟
一、名词解释（本题共5小题，每小题4分，共20分）
1.工程机械
工程机械是指那些主要用于土木工程建设的机械设备，不包括那些偶然出现在施工现场的代用车辆及其他代用设备。
2.万向节
由十字节和万向节叉组成的相交轴联结器
3.本体信息
本体信息是指该产品在企业内部制造形成商品过程中物化了的信息，又可分为功能
信息和实物信息
4.当量载荷
当量载荷就是将总的轴向载荷和总的径向载荷转化为轴向载荷以及考虑一定的安全
裕度时的计算轴向力和计算弯矩。
5.量化设计
就是在产品的设计过程中可以用数字描述的设计过程。
二、综合题（本题共9小题，共80分）
1.工程机械设计特点？
（简答8分）
答：
（1）服务对象：
土木工程建设。
（2）多种系统交叉
（3）工作机构多
（4）专用底盘
（5）金属结构
（6）设计载荷
（7）专用零部件
（8）总体设计
2.解决间接需求功需匹配问题的方法？
（问答8分）
答：
（1）需求类比法
需求类比法的要点是，通过寻找已经解决了供需匹配问题的类似需求，间接找到相配的功能。
（2）功能筛选法
功能筛选法是通过对现有机械系统的功能进行筛选，找到与需求相匹配的功能。
（3）分散匹配法
此方法时首先将间接需求分解，然后对分解后得到的各个局部需求进行供需匹配。
（4）合作匹配法
此方法是首先用分散匹配法对间接需求进行处理，然后各个局部需求的匹配功能进行合理连接，构成能满足该间接需求的联合功能，从而完成间接需求的供需匹配工作。
3.简述液力变矩器的工作原理。
（问答8分）
答:
通过泵轮将机械能转换为驱动涡轮的液动能，再通过涡轮还原为机械能，并通过导轮的反作用改变涡轮输出扭矩进行动力传递，可通过载荷变化无级变速变扭。
4.设计载荷的种类？
（问答题15分）
答：
1.按整机状态分类
（1）工作状态载荷。
（2）非工作状态载荷。
1）实验状态载荷。
2）休闲状态载荷。
3）拆装状态载荷。
4）储运状态载荷。
2.按载荷产生原因分类
（1）工作头载荷。
（2）自重载荷。
（3）环境载荷。
（4）碰撞载荷。
（5）人为载荷。
3.按载荷状态分类
（1）静载荷
（2）动载荷
4.按载荷发生概率分类
（1）经常性载荷
（2）偶然性载荷
5.本体信息的决定因素？
答：
（l）功能类别，是指产品的设计目的，由市场需求所确定的；
（2）能力范围，是指该产品的能力范围；
（3）形状，由所采用不同的功能原理方案、设计方法、大小约束以及社会审美所决定的外观造型；
（4）大小，由技术指标、设计时所选取的不同材料、设计准则所确定产品的大小；
（5）重量，由产品的大小和材料的密度所决定的产品的质量；
（6）材质，由技术的先进性以及经济性所确定的产品的性能价格比：
（7）色彩，是由社会审美观和设汁方法的可实现性所确定的产品的舒适感。
6.功能原理方案包括的基本内容？
（问答题8分）
答：
（l）目标机构原理框图
（2）目标机构原理简图
（3）目标机构功能原理要件清单
（4）必要的文字说明
7.工作机构最优化设计的步骤？
（简答10分）
答：
（1）工作机构的设计参数分析。
根据工作装置的功能要求，应用相关的专业的基础理论与设计技术规范，建立起工作机构的各参数之间的关系，并对机构进行运动学和力学分析。
（2）建立数学模型。
在运动学和力学分析的基础上，把工程设计问题变为数学问题——建立数学模型。
数学模型包括目标函数、设计变量和约束条件。
（3）最优化求解。
针对具体的数学模型采用适当的优化策略，编制相应的计算机代码，对目标函数求取最优解。
（4）优化结果评判。
若优化结果与实际问题相符，输出计算结果。
否则，应对工作机构的优化问题进行重新分析。
（5）数据圆整。
结合工程实际需要，对优化设计结果进行圆整处理，并按圆整数据进行设计。
8.请为普通、越野、高速以及全路面某轮胎起重机选配柴油机？
（问答题8分）
分析：
越野轮胎起重机行驶速度也不高，野外作业时水源无保障；高速轮胎起重机行驶速度高，功率要求大，环保要求严；普通轮胎起重机行驶速度低，对功率要求不高，工作环境不希望噪声太大；全路面起重机功率大，适应性要好。
选配方案如下表所示
越野轮胎吊
高速轮胎吊
普通轮胎吊
全路面轮胎吊
风冷
水冷，增压式或增压中冷式
水冷
增压式或增压中冷式，风冷
9.工程机械底盘的类型？
（问答题8分）
答：
（1）通用汽车底盘：
除车架可更换外，其余皆采用原汽车底盘；
（2）专用汽车底盘：
按工程机械的要求设计，轴距长、车架刚性好；
（3）专用轮胎底盘：
专门为工程机械设计的，可满足多种特殊需要；
（4）履带式底盘：
整机重量通过若干支重轮分散给履带，再由履带进一步分散压力传至地面。
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
工程机械设计课程综合测试2
学习层次：
专升本时间：
90分钟
一、名词解释（本题共5小题，每小题4分，共20分）
1.串联机构：
串联机构是指各功率要件，只有一个接口和一个输出接口的机构。
功率要件是既传递作用力（力、力矩）又传递运动（平动、转动等）的要件。
2.量化设计
所谓量化设计就是在产品的设计过程中，可以用数字描述的设计过程。
3.轮边减速
又称轮边传动，一般采用单排行星轮减速器，其作用是减速、增大扭矩,以适应车轮的行驶要求。
4.基本载荷
所谓的基本载荷就是将所有载荷合并为总轴向力、总径向力和总倾翻力矩。
5.上坡阻力
指的是总重量在平行路面方向的分力，它是阻碍车辆行驶的。
二、综合题（本题共小题，共80分）
1.工作机构装配图主要包括的内容？
答：
（l）目标总成的形体表达：
（2）目标总成形体的轮廓界限尺寸；
（3）目标总成对外接口的连接或配合尺寸；
（4）目标总成内部各零部件及分总成之间的连接或配合尺寸，以及各种定位尺寸：
（5）技术要求；
（6）标题栏和明细栏；制图标准要求的其他要素。
2.未成功能功理匹配的基本方法？
（问答10分）
答：
（1）功能类比法
首先对未成功能进行分析，掌握其特点。
以此为基础，在现有的机构或技术系统中进行搜索，从中找出功能相仿的系统。
然后借鉴该系统的功能原理，拟定出未成功能的原理解，从而完成功理匹配工作。
（2）原理筛选法
采用原理筛选法的前提条件是要建立一个机械原理资料库，将现有机械系统的工作原理按照一定的规律存入资料库中。
使用时，从中筛选，找到与未成功能相匹配的原理解。
这里需要强调的是机械原理资料库的全面性与合理性，并且能够提供多种检索渠道，为使用者提供方便。
（3）分解合成法
首先对未成功能进行分解，将复杂功能分解成若干简单功能。
接下来，对每一个简单
功能进行分析，可以应用上述功能类比法或原理筛分法为每一个简单功能找到原理解，然后
再将这些原理解连接起来，形成一个能够实现该功能的合成原理解，从而完成功理匹配。
3.工程机械量化设计中，性能参数的概念和作用？
（问答10分）
答：
性能参数的概念
所谓的性能参数是指机械产品的工作性能可以量化的描述。
它表示了其工作过程中工作变量的界限值。
比如工作容量（起重量、斗容量等）、工作范围、工作速度等都是工作变量，他们的界限值就是性能参数。
性能参数的作用
性能参数来自于技术任务书，是产品量化设计和产品验收的依据，体现在产品说明书和使用说明书中，是用户安全使用该产品的使用依据。
4.电动机和内燃机的优缺点？
（简答10分）
答：
电动机的能源来自电网供应的动力电，其主要优点是设备简单、重量轻、环保及经济
性好、易调速等，但对于供电不便的地区，输电困难的情况
升级会员 