装备维修技术》《2007年第4期(总期第126期)性能试验方法研究和测试台研制
刘兴武,王鼎星
(武汉火花电加工科技有限公司430015)
摘
要:通过对汽车硅油风扇离合器工况的模拟和高效测试方法的研究,研制测试其各项技术参数的数控自动
测试台。实现对产品性能的自动、高效、准确的判定。
主题词:硅油风扇离合器;工况模拟;高效测试方法;数控测试台
Researchoftestmethodaboutautomobilesiliconoilfanclutch
anddevelopofthetest-bed
Liuxingwu,Wangdingxin
(WuhanHuohuaElectronmachiningTechnicalLtd.Co.)
(WuhanElectronmachiningInstitution)
Abstract:Inthispaper,Throghresearchofrunningsimulationandhighefficiencytestmethodaboutautomobilesiliconoilfanclutch,developthenumericalcontrolautotest-bedfortestit'spa-rameters.realizeautomatic、Highefficiency、exacttestforproductioncapbility.
Keywords:Siliconoilfanclutch;Runningsimulation;Highefficiencytestmethod;numericalcon-troltest-bed
汽车硅油风扇离合器(以下简称:离合器)是汽车发动机总成与其水箱散热风扇之间离合装置。在发动机轻载时,水箱温度低,离合器呈分离状态,风扇低速运转,减少能耗与噪音;重载时,水箱温度高,离合器啮合,风扇与发动机主轴同步高速运转,使水箱降温。散热风扇功率占到发动机功率的10%,因此尽可能的降低风扇转速,就能达到最大限度节能和降低噪音的目的。
硅油风扇离合器结构较复杂,其结构见图1离合器由图示主要部件组成。
工作原理:感温圈依风温变化产生角度移位。温度低时,感温圈在起始位置,通过阀片将硅油室出口关闭,此时主动盘槽隙与盖体槽隙中硅油少,
作者简介:王鼎星,武汉火花电加工科技有限公司总经理,高级工程师。
4
12
56
3789
1.阀片;2.发动机主轴;3.主动盘;4.盖体5.硅油室;6.感温圈;7.阀片轴;8.盖板;9.扇叶
图1硅油风扇离合器结构示意图
67-
呈分离状态。温度达到一定值时,感温圈产生角度位移,阀片将硅油室出油口打开,硅油充满槽隙,在硅油的粘滞力作用下,使主动盘(发动机主轴)与盖体(风扇座)呈现同步高速运转。这样就
nN2
nNf0
实现了主轴与风扇的分离或啮合。
由于离合器特性的需要和离合器特殊的结构,离合器具有特定的温度———转速和转速变化———时间特性。下图示
nNn1
啮合转速
分离起点啮合终点
N1分离转速
分离温度
Nf1
T
T1
啮合温度
分离终点
t
分离时间
分离转速———时间特性
啮合起点
Nn0
t
△t啮合时间
T2
△t
温度———转速特性
啮合转速———时间特性
问题的提出:
离合器在试制和生产过程中,由于硅油注入阀片及其他机械装配的一致性量、感温圈-致性、等因素都会引起离合器特性变化。这样就需对离合器的分离转速、分离温度、分离时间、啮合转速、啮合时间及分离和啮合转速的稳定性等参数进行测量和检验。
在离合器生产初期,这些参数的测定都是手工控制下完成的。由于工况模拟不易控制,被测参数在测试过程中一纵即逝不易准确捕捉,使得检验结果重复性差、准确度差,工效很低,不能满足生产的需要。为此,我们应二汽某厂要求,从90年代开始进行了离合器性能试验方法的研究和数控自动测试台的研制。
我们完成的HGF-I型硅油风扇离合器测试台,在通过有关部分鉴定、验收后批量投产。经过近10年的运行,得到各方的好评。2005年我们应邀改型生产的HGF-Ⅱ型测试台能适应几乎所有类型的离合的测试(不同车型和叶片数量)
度。
各曲线段的作用:
1.T0初始恒温段,测试离合器初速大小和稳
定性。
2.T1快速升温段,快速加温到测试温度。3.T2啮合测试段,以恒定的小斜率升温,以
准确找出啮合温度,啮合转速和啮合时间。
4.T3啮合恒温段,测试啮合转速稳定性。
5.T4快速降温段,快速降温到分离测试温6.T5分离测试段,一恒定的小斜率降温,以
准确测出分离温度,分离转速和分离时间。
7.T6分离恒温段,测试分离转速稳定性。
为了适应不同的产品和不同的测试目的,各曲线段参数在规定的范围内可任意设定。
T
T3
T2
T4
T1T0
T5
T6
t
1
1.1
性能试验方法研究:
离合器工作温度模拟
测试离合器,感温圈处热风产生和控制是关
图1-1温控曲线
键。为了实现所有参数一次测试完成,用曲线温控实现温度变化模拟。见图1-1
离合器曲线温控系统的构成:图1-2说明了温控系统构成方案
68
装备维修技术》《2007年第4期(总期第126期)
+
曲线发生软件
数字PID调节
D/A转换
功率转换
热风筒
热风
-
曲线段参数PID参数A/D转换
温度变送
图1-2曲线温控系统框图
1.2离合器动力模拟
离合器联接头
变频调速器
变频电机
轴承箱
以8片扇叶为例图1-4
t7
t0
t6
测试台座
t1
t5
t4
t3
t2
图1-3离合器测试台结构示意图
图1-4
用变频调速器驱动变频电机作为离合器模拟动力源,加上合适的测试台座,为各种不同的离合器提供测试动力。
・・・・・・n(转速)=60/(t0+t1+t7)
在主轴上装一个等分测量叶轮,用同样的方法可同步测得主轴转速。
测一次转速只需叶轮转动一圈的时间即可完成,而且叶轮不等间隔不影响测量精度。
1.3风扇转速和主轴转速的快速同步测量离合器转速变化快,用测量风扇单圈转动时
间的方法可在最短时间完成转速测量。
感温圈
风扇叶片
温度传感器
硅油离合器
鼓风机
热风筒
轴承箱变频电机
主轴转速
打印机
功率转换
风扇转速传感器
传感器
显示屏
数控单元
操作台
变频调速器
图2-1硅油风扇离合器测试台系统示意图
69-
转速传感器接口
键盘显示接口
参数存储
主轴转速控制接口
NVRAM
温度传感器接口
微处理器单元
数控软件
ROM
电加热控制接口
打印机接口
图2-2数控单元框图
2
2.1
硅油离合器数控测试台的实现:
硅油离合器测试台的系统构成见图2-1数控单元(图2-2)
数控单元以intelMCS-96微处理器为核心组
测试自动完成,自动打印测试结果;自动判别是否合格。
参数设置:测控曲线各点参数可设定;控温
PID参数可设定;叶片数量可随时设定。设定有
错,系统会提示。
测控参数设置:主轴转速4挡,每挡连续可调;每一挡系统会自动选择一组对应的测控参数。
时钟功能:日期、时钟显示和设定;测试时间显示。
测试台性能:
温度测控范围:20-95℃温度测控分辨率:0.1℃温度测控精度:±0.3%升降温速率:0-20℃/min曲线跟踪误差:
成。其中数控软件固化在ROM中,由一个NVRAM存放曲线控温各段的参数、风扇叶片参PID参数、数、产品技术参数和其他控制参数。这些数据可以依不同的产品和要求随时修改。通过接口连接实现温度、主轴转速、风扇转速的测量和控制;键盘和显示器通过接口连接提供指令和数据输入和显示功能;经微处理器计算的温控数据通过电加热控制接口输出实现曲线温控;打印机通过接口输出测试结果数据。
2.2转速测量
由光电器件组成转速传感器,实现叶片转动
时间间隔到电脉冲的转换。MCS-96芯片中HSI(高速事件输入单元)完成时间采样,分辨率可达到2us,测量精度接近理论值。
±0.5℃恒温时间:0-1000S转速测控范围:300-10000rmp转速测量精度:±1rmp
转速测量延时:﹤0.2S
分离、啮合时间测量分辨率:0.2S单次测试时间:数据重复误差:
2.3温度测量
温度传感器采用NSC集成3线IC芯片,分辩率
0.05℃响应时间0.5S。信号经接口电路处理后,
由MCS-96中的10BITA/D转化为数字。2.4
温度控制
温度测量值在和曲线设定值比较后产生的差值经数字PID软件计算后输出到接口电路;再经集成调功模块和双向可控硅控制电热器实现连续调功,在特殊热风筒中产生恒温均匀热风输出。
3-10min﹤±1%
4结论
在对硅油风扇离合器的测试方法充分研究的
基础上,研制的HGF硅油风扇离合器自动测试台,为多种车型的离合器研制和生产提供了稳定、可靠、准确的测试手段。将复杂的测试过程用数字控智能化。为硅油风扇离制的手段,实现了自动化、
合器这一节能产品的生产提供了先进的测试装备。达到了节能降耗、提高劳动(下转第57页)
3性能
软件功能:
一键通全自动测试:只需按一次功能键,所有
70
装备维修技术》《2007年第4期(总期第126期)=
66238(10004+4×10003)i=N=1440=22.6
g从减速器输出轴端到辊轴之间采取1:1传动,则减速器传动比可取23。
=423039.6(mm4)
辊轴最小直径为dmin=
(三辊卷圆时转矩较小,这里不对辊轴作扭转强度和刚度核算)
!
321=73.2mm!
4.7电机减速器的选取
根据上面计算结果可以选取BWY15-23-
1.1型电机直联型卧式摆线针轮减速器。
4.3辊轴直径选取
原则上辊轴直径应满足条件dmin≤d≤dmax,考
5制造与调试效果
机器全套图纸设计完毕后委托东风公司设备
虑应用范围和辊轴强度,此处辊轴直径取值d=
! 75
4.4卷圆辊轴转矩
卷圆总驱动扭矩为
制造厂加工与装配(如附图),笔者参加试运行并用EQ1092车型消声器本体进行产品调试,获得成功,进入端剩余直边约为15mm、出口端剩余直边约为8mm,符合工艺要求;开口变形量小于整体工艺要求值。如果送料节奏能跟上,每分钟可生产
Mn=Mn1+Mn2+Mn3+Mn4
=MD+(f+ud)(Fa+Fb+Fc)+
[MD+f(Fa+2Fc)+" Fad]" Fad+" Gd
12~13件。
=98.8+306.9+13.3+1.3
・=420.3(Nm)
4.5
驱动电机功率驱动电机总功率
6结语
本专用卷圆机很好地实现自动出料,解决了
生产实际问题,并为卷圆机现实自动出料提供了一种可供参考的方法。应用分析和试验相结合的方法归纳出的近似公式用于估算和选取卷圆机辊轴直径具有实用性。要想获得更精确、更科学的计算方法,还有待于进一步的理论探索。
2Mnv×P=19.8-1
2×80.06×200×=19.8-1=0.89(kW)4.6
传动比
根据对生产效率的要求,辊轴表面线速度取值为200mm/s,辊轴转速约为63.7rpm。电机转速为
参阅资料:
朱森第、练元坚等・机械工程手册机械制造工[1]赵民生、
艺及设备
邱宣怀、蔡春源等・机械设计手册第5卷[2]徐灏、
关廷栋、肖景容等・金属塑性成形理论[3]王祖唐、
1440rpm,电机至辊轴传动比为[4]王祖唐・金属塑性加工工步的力学分析
############################################(上接第66页)
参考文献:
[1]脱脂工程施工及验收规范(HG20202-2000),中国工
程建设标准化协会化工工程委员会,微化学工业出版社,7-5025-5197-2/TU,2004-3-1.
[2]徐南平,时钧,无机膜的发展现状,南京化工大学学
报,1998,40.
[3]彭跃莲,刘忠洲,膜生物反应器在废水处理中的应用,
水处理技术,1999,25(2):63-69.
[4]奚文清,李洁剑,膜法处理乳化油废水的初探,水处理
技术,1994,20(3):129-132.
[5]李发永,李阳初,孙亮等,超滤法处理含油废水,水处理
技术,1995,21(3):145-148.
############################################
动机硅油风扇离合器技术条件.中国计划出版社.降低生产成本的目的。(上接第70页)生产率、
[2]国家发展和改革委员会.QC/T33-2006汽车发动机硅
参考文献:
[1]全国汽车标准化技术委员会:QC/T747-2006汽车发
油风扇离合器实验方法.中国计划出版社.
胡戎.8098单片机原理及系统设计技术.武汉:[3]赵依军、
华中理工大学出版社.1990年
57-
装备维修技术》《2007年第4期(总期第126期)性能试验方法研究和测试台研制
刘兴武,王鼎星
(武汉火花电加工科技有限公司430015)
摘
要:通过对汽车硅油风扇离合器工况的模拟和高效测试方法的研究,研制测试其各项技术参数的数控自动
测试台。实现对产品性能的自动、高效、准确的判定。
主题词:硅油风扇离合器;工况模拟;高效测试方法;数控测试台
Researchoftestmethodaboutautomobilesiliconoilfanclutch
anddevelopofthetest-bed
Liuxingwu,Wangdingxin
(WuhanHuohuaElectronmachiningTechnicalLtd.Co.)
(WuhanElectronmachiningInstitution)
Abstract:Inthispaper,Throghresearchofrunningsimulationandhighefficiencytestmethodaboutautomobilesiliconoilfanclutch,developthenumericalcontrolautotest-bedfortestit'spa-rameters.realizeautomatic、Highefficiency、exacttestforproductioncapbility.
Keywords:Siliconoilfanclutch;Runningsimulation;Highefficiencytestmethod;numericalcon-troltest-bed
汽车硅油风扇离合器(以下简称:离合器)是汽车发动机总成与其水箱散热风扇之间离合装置。在发动机轻载时,水箱温度低,离合器呈分离状态,风扇低速运转,减少能耗与噪音;重载时,水箱温度高,离合器啮合,风扇与发动机主轴同步高速运转,使水箱降温。散热风扇功率占到发动机功率的10%,因此尽可能的降低风扇转速,就能达到最大限度节能和降低噪音的目的。
硅油风扇离合器结构较复杂,其结构见图1离合器由图示主要部件组成。
工作原理:感温圈依风温变化产生角度移位。温度低时,感温圈在起始位置,通过阀片将硅油室出口关闭,此时主动盘槽隙与盖体槽隙中硅油少,
作者简介:王鼎星,武汉火花电加工科技有限公司总经理,高级工程师。
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3789
1.阀片;2.发动机主轴;3.主动盘;4.盖体5.硅油室;6.感温圈;7.阀片轴;8.盖板;9.扇叶
图1硅油风扇离合器结构示意图
67-
呈分离状态。温度达到一定值时,感温圈产生角度位移,阀片将硅油室出油口打开,硅油充满槽隙,在硅油的粘滞力作用下,使主动盘(发动机主轴)与盖体(风扇座)呈现同步高速运转。这样就
nN2
nNf0
实现了主轴与风扇的分离或啮合。
由于离合器特性的需要和离合器特殊的结构,离合器具有特定的温度———转速和转速变化———时间特性。下图示
nNn1
啮合转速
分离起点啮合终点
N1分离转速
分离温度
Nf1
T
T1
啮合温度
分离终点
t
分离时间
分离转速———时间特性
啮合起点
Nn0
t
△t啮合时间
T2
△t
温度———转速特性
啮合转速———时间特性
问题的提出:
离合器在试制和生产过程中,由于硅油注入阀片及其他机械装配的一致性量、感温圈-致性、等因素都会引起离合器特性变化。这样就需对离合器的分离转速、分离温度、分离时间、啮合转速、啮合时间及分离和啮合转速的稳定性等参数进行测量和检验。
在离合器生产初期,这些参数的测定都是手工控制下完成的。由于工况模拟不易控制,被测参数在测试过程中一纵即逝不易准确捕捉,使得检验结果重复性差、准确度差,工效很低,不能满足生产的需要。为此,我们应二汽某厂要求,从90年代开始进行了离合器性能试验方法的研究和数控自动测试台的研制。
我们完成的HGF-I型硅油风扇离合器测试台,在通过有关部分鉴定、验收后批量投产。经过近10年的运行,得到各方的好评。2005年我们应邀改型生产的HGF-Ⅱ型测试台能适应几乎所有类型的离合的测试(不同车型和叶片数量)
度。
各曲线段的作用:
1.T0初始恒温段,测试离合器初速大小和稳
定性。
2.T1快速升温段,快速加温到测试温度。3.T2啮合测试段,以恒定的小斜率升温,以
准确找出啮合温度,啮合转速和啮合时间。
4.T3啮合恒温段,测试啮合转速稳定性。
5.T4快速降温段,快速降温到分离测试温6.T5分离测试段,一恒定的小斜率降温,以
准确测出分离温度,分离转速和分离时间。
7.T6分离恒温段,测试分离转速稳定性。
为了适应不同的产品和不同的测试目的,各曲线段参数在规定的范围内可任意设定。
T
T3
T2
T4
T1T0
T5
T6
t
1
1.1
性能试验方法研究:
离合器工作温度模拟
测试离合器,感温圈处热风产生和控制是关
图1-1温控曲线
键。为了实现所有参数一次测试完成,用曲线温控实现温度变化模拟。见图1-1
离合器曲线温控系统的构成:图1-2说明了温控系统构成方案
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装备维修技术》《2007年第4期(总期第126期)
+
曲线发生软件
数字PID调节
D/A转换
功率转换
热风筒
热风
-
曲线段参数PID参数A/D转换
温度变送
图1-2曲线温控系统框图
1.2离合器动力模拟
离合器联接头
变频调速器
变频电机
轴承箱
以8片扇叶为例图1-4
t7
t0
t6
测试台座
t1
t5
t4
t3
t2
图1-3离合器测试台结构示意图
图1-4
用变频调速器驱动变频电机作为离合器模拟动力源,加上合适的测试台座,为各种不同的离合器提供测试动力。
・・・・・・n(转速)=60/(t0+t1+t7)
在主轴上装一个等分测量叶轮,用同样的方法可同步测得主轴转速。
测一次转速只需叶轮转动一圈的时间即可完成,而且叶轮不等间隔不影响测量精度。
1.3风扇转速和主轴转速的快速同步测量离合器转速变化快,用测量风扇单圈转动时
间的方法可在最短时间完成转速测量。
感温圈
风扇叶片
温度传感器
硅油离合器
鼓风机
热风筒
轴承箱变频电机
主轴转速
打印机
功率转换
风扇转速传感器
传感器
显示屏
数控单元
操作台
变频调速器
图2-1硅油风扇离合器测试台系统示意图
69-
转速传感器接口
键盘显示接口
参数存储
主轴转速控制接口
NVRAM
温度传感器接口
微处理器单元
数控软件
ROM
电加热控制接口
打印机接口
图2-2数控单元框图
2
2.1
硅油离合器数控测试台的实现:
硅油离合器测试台的系统构成见图2-1数控单元(图2-2)
数控单元以intelMCS-96微处理器为核心组
测试自动完成,自动打印测试结果;自动判别是否合格。
参数设置:测控曲线各点参数可设定;控温
PID参数可设定;叶片数量可随时设定。设定有
错,系统会提示。
测控参数设置:主轴转速4挡,每挡连续可调;每一挡系统会自动选择一组对应的测控参数。
时钟功能:日期、时钟显示和设定;测试时间显示。
测试台性能:
温度测控范围:20-95℃温度测控分辨率:0.1℃温度测控精度:±0.3%升降温速率:0-20℃/min曲线跟踪误差:
成。其中数控软件固化在ROM中,由一个NVRAM存放曲线控温各段的参数、风扇叶片参PID参数、数、产品技术参数和其他控制参数。这些数据可以依不同的产品和要求随时修改。通过接口连接实现温度、主轴转速、风扇转速的测量和控制;键盘和显示器通过接口连接提供指令和数据输入和显示功能;经微处理器计算的温控数据通过电加热控制接口输出实现曲线温控;打印机通过接口输出测试结果数据。
2.2转速测量
由光电器件组成转速传感器,实现叶片转动
时间间隔到电脉冲的转换。MCS-96芯片中HSI(高速事件输入单元)完成时间采样,分辨率可达到2us,测量精度接近理论值。
±0.5℃恒温时间:0-1000S转速测控范围:300-10000rmp转速测量精度:±1rmp
转速测量延时:﹤0.2S
分离、啮合时间测量分辨率:0.2S单次测试时间:数据重复误差:
2.3温度测量
温度传感器采用NSC集成3线IC芯片,分辩率
0.05℃响应时间0.5S。信号经接口电路处理后,
由MCS-96中的10BITA/D转化为数字。2.4
温度控制
温度测量值在和曲线设定值比较后产生的差值经数字PID软件计算后输出到接口电路;再经集成调功模块和双向可控硅控制电热器实现连续调功,在特殊热风筒中产生恒温均匀热风输出。
3-10min﹤±1%
4结论
在对硅油风扇离合器的测试方法充分研究的
基础上,研制的HGF硅油风扇离合器自动测试台,为多种车型的离合器研制和生产提供了稳定、可靠、准确的测试手段。将复杂的测试过程用数字控智能化。为硅油风扇离制的手段,实现了自动化、
合器这一节能产品的生产提供了先进的测试装备。达到了节能降耗、提高劳动(下转第57页)
3性能
软件功能:
一键通全自动测试:只需按一次功能键,所有
70
装备维修技术》《2007年第4期(总期第126期)=
66238(10004+4×10003)i=N=1440=22.6
g从减速器输出轴端到辊轴之间采取1:1传动,则减速器传动比可取23。
=423039.6(mm4)
辊轴最小直径为dmin=
(三辊卷圆时转矩较小,这里不对辊轴作扭转强度和刚度核算)
!
321=73.2mm!
4.7电机减速器的选取
根据上面计算结果可以选取BWY15-23-
1.1型电机直联型卧式摆线针轮减速器。
4.3辊轴直径选取
原则上辊轴直径应满足条件dmin≤d≤dmax,考
5制造与调试效果
机器全套图纸设计完毕后委托东风公司设备
虑应用范围和辊轴强度,此处辊轴直径取值d=
! 75
4.4卷圆辊轴转矩
卷圆总驱动扭矩为
制造厂加工与装配(如附图),笔者参加试运行并用EQ1092车型消声器本体进行产品调试,获得成功,进入端剩余直边约为15mm、出口端剩余直边约为8mm,符合工艺要求;开口变形量小于整体工艺要求值。如果送料节奏能跟上,每分钟可生产
Mn=Mn1+Mn2+Mn3+Mn4
=MD+(f+ud)(Fa+Fb+Fc)+
[MD+f(Fa+2Fc)+" Fad]" Fad+" Gd
12~13件。
=98.8+306.9+13.3+1.3
・=420.3(Nm)
4.5
驱动电机功率驱动电机总功率
6结语
本专用卷圆机很好地实现自动出料,解决了
生产实际问题,并为卷圆机现实自动出料提供了一种可供参考的方法。应用分析和试验相结合的方法归纳出的近似公式用于估算和选取卷圆机辊轴直径具有实用性。要想获得更精确、更科学的计算方法,还有待于进一步的理论探索。
2Mnv×P=19.8-1
2×80.06×200×=19.8-1=0.89(kW)4.6
传动比
根据对生产效率的要求,辊轴表面线速度取值为200mm/s,辊轴转速约为63.7rpm。电机转速为
参阅资料:
朱森第、练元坚等・机械工程手册机械制造工[1]赵民生、
艺及设备
邱宣怀、蔡春源等・机械设计手册第5卷[2]徐灏、
关廷栋、肖景容等・金属塑性成形理论[3]王祖唐、
1440rpm,电机至辊轴传动比为[4]王祖唐・金属塑性加工工步的力学分析
############################################(上接第66页)
参考文献:
[1]脱脂工程施工及验收规范(HG20202-2000),中国工
程建设标准化协会化工工程委员会,微化学工业出版社,7-5025-5197-2/TU,2004-3-1.
[2]徐南平,时钧,无机膜的发展现状,南京化工大学学
报,1998,40.
[3]彭跃莲,刘忠洲,膜生物反应器在废水处理中的应用,
水处理技术,1999,25(2):63-69.
[4]奚文清,李洁剑,膜法处理乳化油废水的初探,水处理
技术,1994,20(3):129-132.
[5]李发永,李阳初,孙亮等,超滤法处理含油废水,水处理
技术,1995,21(3):145-148.
############################################
动机硅油风扇离合器技术条件.中国计划出版社.降低生产成本的目的。(上接第70页)生产率、
[2]国家发展和改革委员会.QC/T33-2006汽车发动机硅
参考文献:
[1]全国汽车标准化技术委员会:QC/T747-2006汽车发
油风扇离合器实验方法.中国计划出版社.
胡戎.8098单片机原理及系统设计技术.武汉:[3]赵依军、
华中理工大学出版社.1990年
57-