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针式打印机的工作原理与市场分析

针式打印机

  在众多种类的打印机中,点阵针式打印机由于结构简单、价格适中、技术成熟、具有中等程度的分辨率和打印速度、形式多样、适用面广而得到大多数用户,特别是国内用户的重视;尤其是点阵针式打印机在打印汉字方面更有着其它字模类型的打印机不可比拟的优点,很适合我国的国情。

因此,在目前各种类型的打印机激烈竞争的情况下,点阵针式打印机在我国打印机市场上仍占有重要的比例。

  一、点阵针式打印机的组成结构与功能

  点阵针式打印机是利用直径0.2mm~0.3mm的打印针通过中的电磁铁吸合或释放来驱动打印针向前击打色带,将墨点印在上而完成打印动作的,通过对色点排列形式的组合控制,实现对规定字符、汉字和图形的打印。

所以,点阵针式打印机实际上是一个机电一体化系统。

它由两大部分组成:

机械部分和电气控制部分。

机械部分主要完成打印头横向左右移动、打印纸纵向移动以及打印色带循环移动等任务,电气控制部分主要完成从计算机接收传送来的打印数据和控制信息,将计算机传送来的ASCⅡ码形式的数据转换成打印数据,控制打印针动作,并按照打印格式的要求控制字车步进电机和输纸步进电机动作,对打印机的工作状态进行实时检测等。

  在机械部分主要组件的功能和作用为:

  

(1)字车传动机构

  在字车步进电机的驱动下,载有打印头的字车沿水平方向的横轴左右移动,将打印头移动到需要打印的位置。

字车传动机构一般由字车步进电机、字车底座、齿型带(或齿条)、初始位置传感器等组成。

  

(2)输纸传动机构

  在输纸步进电机的驱动下,通过摩擦输纸或链轮输纸方式将打印纸移动到需要打印的位置上。

输纸传动机构一般由输纸步进电机、打印胶辊、输纸链轮、导纸板、压纸杆和纸尽传感器等组成。

根据输纸方式的不同,在输纸传动机构的实现形式上分为卷绕式输纸方式(也称为普通输纸方式)和平推式输纸方式两种。

  (3)色带传动机构

  为了保证打印质量和清晰度,在打印头前的色带需要不断更换,色带传动机构通常采用换向齿轮使色带按照一定的速率和方向循环运动,该机构一般由换向齿轮组、组成。

  (4)打印头

  由一定数量的打印针按照单列或双列(个别的为三列)纵向排列,在打印数据的配合下实现字符、汉字和图形的打印。

目前常用的打印头一般为9针和24针,均是通过薄膜电缆与控制电路连接。

  电气控制部分中主要组件的功能和作用:

  

(1)微处理器或单片机

  针式打印机所有的动作和功能都是由其控制电路中的微处理器或单片机来控制实现的。

不但要完成对打印数据的加工处理,还要控制机械部件的协调动作,同时还要对面板功能选择和工作状态进行监视以及必要的显示,这一切必须依靠执行打印机专用监控软件来实现。

  

(2)数据/程序/字符点阵存储器

  在通用计算机中离不开各种存储器,在针式打印机中同样也需要有关种类的存储器件。

一般分为输入数据缓冲存储器、中间数据缓冲存储器、监控程序存储器、西文和汉字字符点阵存储器(字库)。

  (3)驱动电路与传感器

  在针式打印机中一般有三种驱动电路,即打印头驱动电路、字车步进电机驱动电路和输纸步进电机驱动电路,通常采用集成化的中功率晶体管来实现。

通常针式打印机都安装有两种或两种以上的传感器,对打印头的初始位置、是否缺纸、打印头是否过热、打印纸的薄厚等进行检测,以保证打印的质量。

  (4)电源

  针式打印机由于功耗一般较大,故均采用开关电源,将220V交流电转变成打印机各部件使用的直流电压,如+5V、+12V、+24V等。

  (5)接口电路

  针式打印机大多采用Centronics标准并行接口,这是一种通用打印机专用接口,具有数据传输率高的特点,个别型号的打印机采用RS-232C标准串行接口,以适应某些特殊的需要。

在打印机接口电路中,往往还配置一定存储容量的输入数据缓冲区,如1K字节、8K字节、16K字节、40K字节等,其目的是减少与计算机主机的频繁通讯,提高计算机主机工作效率。

  二、针式打印机的工作原理

  正如前面所说的,针式打印机是依靠打印针击打所形成色点的组合来实现规定字符和汉字打印的。

因此,在打印方式上,针式打印机均采用字符打印和位图像两种打印方式,其中字符打印方式是按照计算机主机传送来的打印字符(ASCⅡ码形式),由打印机自己从所带的点阵字符库中取出对应字符的点阵数据(打印数据)经字型变换(如果需要的话)处理后,送往打印针驱动电路进行打印;而位图像打印方式则是由计算机进行要打印数据的生成,并将生成的数据送往打印机,打印机不需要进行打印数据的处理,可以直接将其打印出来;在位图像方式下,计算机生成的打印数据可以是一幅图像或图形,也可以是汉字。

  从针式打印机对打印数据的处理方式上来分类,可将打印机分为西文打印机和中文打印机两类。

它们之间的区别在于西文打印机内部仅带有西文字符点阵字库,在打印西文时采用的是字符打印方式,而打印汉字时则需采用位图像打印方式;而中文打印机由于内部带有西文和汉字点阵字符库,所以不论是打印西文字符还是打印汉字,均采用的是字符打印方式。

当然,在打印图像或图形时,两种打印机都采用位图打印方式。

打印过程的实现实际上是一个较为复杂的数据处理过程,在原理上可如下所述:

  1.接收计算机主机数据

  在一般情况下,打印机按照其输入数据缓冲区的容量接收来自计算机主机的数据,其数据类型有三种:

(1)ASCⅡ码形式的字符数据,其中西文字符和某些图形符号为一字节数据;而中文字符为二字节数据,通常称为汉字内码。

(2)ASCⅡ码形式的打印命令代码,由其规定了要打印字符的形式(如大小、粗细、旋转、修饰等)和打印机执行的动作(如回车、换行、换页等)。

(3)位图像数据(一般为单字节的十六进制数据组)。

在接收数据阶段,打印机中的微处理器或单片机要控制接口电路实现与计算机的通信,并将接收的数据按其性质区分开来,供下面的数据处理阶段使用。

  2.数据处理

  在该阶段打印机要根据已得到的数据进行相应的数据处理。

首先要对打印命令进行处理,确定每行要打印字符或打印列的数量,然后从输入数据缓冲区中取出相同数量的字符数据或位图像数据进行有关点阵数据的处理,即通常所说的按行处理,所有的数据处理过程都是在中间数据缓冲区中进行的。

当一行打印数据处理完成时或在这一行数据的某个位置上出现表示回车的命令时,便将这一行打印数据送往打印缓冲区,执行有关打印控制的程序,将其打印出来。

  3.打印控制

  当打印数据准备好以后,控制程序要根据打印质量的要求(如草稿打印、信函打印、倍密度打印等)来确定字车步进电机的运行步频,并根据选定的运行步频进行字车驱动控制。

由于打印头击打频率(出针频率)是固定的,因此打印密度是随着字车运行速度而变化的。

字车速度慢,打印点的密度就大,打印质量也就高;反之,字车速度快,打印点的密度小,打印质量就降低。

所以,通常情况下,为了便于用户选择合适的打印质量,在使用说明书上均列出各种打印字符或图像的打印范例。

当一行打印数据打印完成后,控制程序就转入输纸控制中。

  4.输纸控制

  输纸控制的目的是为了满足打印的需要,如字型较大的字符或汉字需要两次或两次以上的打印才能完成,为了使其上下很好地对应衔接,应控制打印纸微量走纸;如果需要打印下一行字符,则要按照规定的换行间距进行输纸。

究竟每次输纸量是多少,要由微处理器或单片机根据处理后的打印数据控制输纸步进电机转动的步数来决定。

  5.状态检测和处理

  状态检测分为加电开机自检和打印中的状态检测,如果自检不能通过,则进行相应的报警处理。

而在打印过程中,当一行打印完成后,在下一行打印开始前要进行打印机的状态检测,主要包括打印头当前位置的检测、缺纸检测、打印头过热检测等以及是否通过控制面板给出了脱机命令和其它的操作命令。

在上述检测和处理结束后,才能进入下一行打印数据的处理过程。

  三、针式打印机的主要技术参数性能指标

  用户在选购和使用打印机时,应该对所使用的打印机性能有所了解,一般情况下,打印机厂商在产品说明书上均给出有关的技术参数和性能指标,下面对一些主要的技术参数和性能指标的意义进行介绍。

  1.打印方式

  表明针式打印机在打印过程中所采用的模式。

如“双向逻辑选距”打印方式,在该打印方式下,打印机将根据每行打印内容的具体位置来控制打印头的启停位置,以用来节省时间,提高打印速度和效率;又如“可选择单双向”打印方式,在该方式下,可由用户根据打印要求,选择每次打印时打印头起始位置。

单向打印是打印每一行时,打印头字车都要先回到初始位置,然后再打印,打印效率较低,但字符或图像上下衔接精度高;双向打印是打印头横向来回移动时进行打印,打印效率高。

但由于机械部件精度的影响,可能会造成字符或图像上下衔接部分有一定的错位,对打印质量会带来影响。

  2.打印头

  在选购时注意打印头的针数,目前绝大多数的打印机都采用24针的打印头。

这种打印头具有打印速度快,打印质量好的特点,其性能参数主要是针的寿命,如2亿次/针。

另外,在选择打印机时要注意打印机的打印点密度,点密度定义为在水平方向上每英寸打印的点数,用DPI表示。

打印质量较高的打印机其点密度可以达到360DPI。

  3.字符集

  字符集是打印机中字库种类的说明,通过字符集可以看出该打印机属于哪一种类型。

中文打印机的字符集种类较为齐全,一般包括有ASCⅡ码点阵字符集、汉字点阵字符集以及国际字符组点阵字符集等,通常上述字符集是按国家标准制定的。

如GB-5007标准(宋体24×24点阵字符集)和GB-2312-80(宋体32×32点阵字符集)。

  4.打印速度

  这是点阵打印机重要的性能指标,它反映出打印机的综合性能指标,一般只给出打印一行西文字符或中文汉字时的打印速度。

标准的说明应是在草稿方式下,按照每英寸打印10个西文字符(10CPI)的方式,每秒中能打印字符的数目。

现在打印速度较快的打印机其打印速度一般在200字/秒以上。

  5.行距

  在说明书中一般都有行距指标,因为这项指标是说明输纸操作精度和性能的重要指标,尤其是最小输纸距离(如1/360″或n/368″)更能反映出其输纸组件的控制能力和精密程度。

  6.接口

  大多数打印机均标准配置Centronics并行接口,其它标准的接口一般是作为附件而另需购置。

  7.最大缓冲容量

  该指标间接表明了打印机在打印时,对计算机主机工作效率的影响。

缓冲容量大,一次输入数据就多,打印机处理和打印所需的时间就长。

因此,与计算机通信的次数就可以减少,主机效率提高。

  8.输纸方式

  对于输纸方式来说,一台好的打印机应具备多种输纸功能,这反映出其机构设计是否合理及全面。

一般情况下应有连续纸输送的链轮装置,以保证输纸的精度和避免输纸过程中的偏斜;另外是否具备单页纸和卡片纸的输送能力,以及是否具备平推进纸的能力,这一点对票据打印十分重要。

  9.纸宽及纸厚度

  纸宽指标反映出打印机最大打印宽度,目前通用打印机的该项指标一般为9英寸(窄行)和13.6英寸(宽行);纸厚度则反映出打印头的击打能力,这项指标对于需要复写拷贝的用途很重要。

一般用“正本+复写份数”来表示。

  四、针式打印机目前的市场分析

  目前国内打印机市场呈现出外国品牌打印机相互竞争的局面,占主导地位的主要是

(1)日本Epson公司的LQ-1600系列的24针打印机,该系列打印机经过近十年的应用推广、技术改进和完善,已具备了较好的市场信誉和占有量,其特点是打印速度较快,操作方便,结构合理耐用。

(2)香港得实公司(Dascom)的StarAR系列和StarCR系列的24针打印机,这两种系列的打印机都曾在国内市场上产生过较大的影响,其主要特点是字库种类多、打印速度快、控制面板功能丰富。

(3)日本NEC公司的P2000/3000系列的24针打印机,其主要特点是价格较低、打印精度好、打印时噪声低,可在家庭中使用。

此外,还有众多国外打印机厂家的产品,如日本Fujitsu公司的DPK系列24针打印机;HP公司的DJ系列24针打印机;Oki公司的8000系列24针打印机;意大利Olivetti公司的PR系列存折、票据专用打印机等。

这些产品都有各自的特点,各公司产品中基本上都有普通输纸和平推输纸方式两种不同类型的打印机,其中普通输纸窄行打印机市场销售价在1400元左右,普通输纸宽行打印机市场售价在3000元~4000元之间,而平推输纸方式的打印机价格稍贵,用户可根据具体需要进行选择。

  针式打印机色带常见故障及其解决办法

  五、在使用针式打印机时,最常见的就是色带故障,下面介绍和解决几种打印机色带故障。

  1、色带断裂

  色带的拉力过大,拉断缝合线或字锤打烂色带导致色带断裂。

前一种情况可将断裂部分剪掉,重新缝合好;后一种情况只要更换色带即可。

  2、色带被卡

  色带的边缘脱丝、起毛后容易缠住色带轮,导致色带轮被卡,色带不能正常缩回色带盒。

解决方法是:

首先打开打印机盖,将色带转臂与锤排联锁手柄打开,在色带盒的送带端将色带轻轻拉回,然后合上色带转臂与锤排联锁手柄,打开电源,机子在自检后色带就会被装回色带盒。

  3、霍尔效应器损坏

  色带频繁的卡带,霍尔效应器不断受到挤压,进而造成损坏断裂。

这种故障只能更换色带转臂总成或用色带运动传感器替代。

  4、色带主动轮驱动带磨损或断裂

  这种故障是由于驱动带使用时间过长或字符链摩擦驱动带引起的。

解决方法是,调整字符链的位置,使其不再摩擦驱动带;已断裂的,请更换。

  5、色带运动传感信号中断

  先检查色带运动传感信号线是否已经损坏,若断裂请更换信号线;再检查一下互锁转换板上J6插座处的色带运动传感信号线是否损坏或接触不好,请更换或插好信号线。

一、

1、基本原理

激光打印机脱胎于八十年代末的激光照排技术,流行于九十年代中期。

它是将激光扫描技术和电子照相技术相结合的打印输出设备。

其基本工作原理是由计算机传来的二进制数据信息,通过视频控制器转换成视频信号,再由视频接口/控制系统把视频信号转换为激光驱动信号,然后由激光扫描系统产生载有字符信息的激光束,最后由电子照相系统使激光束成像并转印到纸上。

激光打印机内部有一个叫光敏旋转的硒鼓的关键部件,当激光照到光敏旋转硒鼓上时,被照到的感光区域可产生静电,能吸起碳粉等细小的物质。

激光打印机的工作步骤如下:

1、打印机以一定的方式,驱动激光扫射光敏旋转硒鼓,硒鼓旋转一周,对应打印机打印一行;

2、硒鼓通过碳粉,将碳粉吸附到感区域上;

3、硒鼓转到与打印纸接触,将碳粉附在纸上;

4、利用加热部件使碳粉熔固在打印纸上面。

激光打印结构图

激光打印机的耗材(需定期更换的部件)有:

碳粉盒、感光鼓或感光带、充电单元、定影器、调和粉盒和废粉盒,其中碳粉盒是更换频率最高的耗材,感光鼓或感光带也是更换频率较高的耗材,同时也是价格

较高的耗材。

2、彩色打印原理

彩色激光打印机的基本结构与黑白激光打印机相同,在打印控制器、接口、控制方式和控制语言方面完全相同,因此在数据传输、数据解释和打印控制流程方面也基本一样。

在打印控制器方面,由于打印内容中包含了色彩信息,同样打印一页内容,计算机在彩色激光打印机上打印生成的数据要比黑白激光打印机的大很多,这就对打印控制器的性能提出了更高的要求,因此一般彩色激光打印机的打印控制器内部处理器的速度要比黑白激光打印机高,而配置内存也要比黑白激光打印机大。

彩色激光打印机目前比较流行的打印语言是PCL和PostScript,近年来,随着彩色激光打印机在普通商务办公领域的应用,这些用户对于图形和色彩的精度要求相对没有一些专业用户那样严格,因此GDI方式也开始在一些低端彩色激光打印机中得到了应用。

随着PC性能的提高,GDI方式对于打印机性能的影响越来越小,却可以大幅度降低彩色激光打印机的成本,也使彩色激光打印机的价格开始下降,为彩色激光打印机的普及奠定了基础。

彩色激光打印机与黑白激光打印机最大的区别是在引擎结构上,彩色激光打印机采用了C(Cyan,蓝色)M(Magenta,品红)Y(Yellow,黄色)K(Black,黑色)4色碳粉来实现全彩色打印,因此对于一页彩色内容中的彩色要经过CMYK调和实现,一页内容的打印要经过CMYK的4色碳粉各1次打印过程。

从理论上讲,彩色激光打印机要有4套与黑白激光打印机完全相同的机构来实现彩色打印过程。

为了精简机构和节省成本,目前彩色激光打印机在结构上大都采用了4色碳粉盒的分离,其他的如走纸机构、感光鼓、定影单元等4色共用1套系统。

因此在打印过程中,打印纸要在引擎中走4个完全相同的流程,只是在4个流程中分别实现一种颜色碳粉的转印,这也是目前大多数彩色激光打印机的彩色打印速度一般是黑白打印速度的四分之一的一个重要原因。

彩色激光打印机使用的感光单元有2种形式,一种是在黑白激光打印机中使用的感光鼓方式,另一种是感光带方式。

由于除了CMYK这4种基本颜色外,其他的所有颜色都是由这4种颜色的碳粉调和生成,因此彩色激光打印机的工作流程中,在定影以前要有一个4色调和过程。

为了更好地实现颜色调和,彩色激光打印机中使用了调和油(也称定影油,一般使用的是硅油),在调和油的使用上,不同厂商的产品有所不同,大多数彩色激光打印机中都有一个单独的调和油盒,在定影的同时向介质上加入调和油,这也是大多数彩色激光打印机打印出的内容有油感的一个重要原因。

而以HP公司的ColorLaserJet4550和ColorLaserJet8550为代表的一些彩色激光打印机产品则采用了另外一种调和技术,在机器中取消了单独的调和油盒,而是将调和油与碳粉盒结合在了一起,在每一个细小碳粉颗粒中间都包裹了一个调和油颗粒,不仅简化了机器内部结构,也使打印出的内容中的油感大大降低。

二、

激光打印机以其打印速度快,打印品质高的优点,在人们的日常工作中越来越受到青睐。

但了解其工作原理的人并不多。

本文根据激光打印机的工作特点,浅淡激光打印机工作原理。

激光打印机一般分成6大系统:

1、PowerSystem(供电系统)2、DCcontrollerSystem(直流控制系统)3、FormatterSystem(接口系统)4、Laser/ScannerSystem(激光扫描系统)5、ImageFormationSystem(成像系统)6、Pick-up/FeedSystem(搓纸系统)。

下面将对这6大系统分别进行阐述。

一、PowerSystem(供电系统)

供电系统作用于其它5个系统,根据需要,输入的交流电被调控为高压、低压、直流电。

高压电一般作用于成像系统,许多型号的打印机都单独的高压板,像HP4、HP4V、方正文杰作280、XeroxP8E、CanonBX/BX2等。

但随着集成化的增、高,很多打印机的高压板、电源板以及DC控制板被集成在一起。

像HP5L/6L,HP4L/4P、HP5P/6P、HP4000、HP5000等。

低压电主要用来驱动各个引擎马达,其电压根据需要而定,像HP5L/6L主要有5V、12V电压,而HP5000主要有3.4\/、5V、24V电压。

直流电主要用来驱动DC板上的各种型号的传感器、控制芯片以及CPU等。

二、DCControllerSystem(直流控制系统)

直流控制系统主要用来协调和控制打印机的各系统之间的工作:

从接口系统接收数据,驱动控制激光扫描单元、测试传感器、控制交直流电的分布,过压/欠流保护、节能模式、控制高压电的分布等。

其电路构成比其它5个系统都复杂,涉及到电路的一些专业知识,像放大电路、反馈电路、整流电路等,是维修的一个难关。

三、FormatterSystem(接口系统)

接口系统是打印机和计算机连接的桥梁,它负责把计算机传递过来的一定格式的数据翻译成DC板能处理的格式,并传递给DC板。

接口系统的构成一般有三个部分:

接口电路、CPU、BIOS电路。

在接口电路里主要有一些负责产生稳压电流的芯片(为保护和驱动其它芯片)。

CPU主要任务是翻译接口电路传递过来的数据,控制信号灯以及传递给DC板翻译过的数据。

有些型号的打印机,其接口电路也做进CPU,像HP4L/4P。

BIOS电路这部分主要有打印机自身的一些配置,以及生产厂家的一些相关信息。

但有的打印机接口系统并没有BIOS电路的打印机一般不能打印自检测试员,像文杰280、Epson5700/5800等,而我们平时的接口维修也只是局限于接口电路。

四、Laser/ScannerSystem(激光扫描系统)

激光扫描系统的主要作用是产生激光束,在OPC(感光鼓)表面曝光,形成映象。

激光扫描系统主要有三个部分:

多边形旋转马达、发光控制电路、透镜组。

旋转马达主要通过高速旋转的多棱角镜面,把激光束通过透镜折射到OPC表面。

发光控制电路主要是产生调控过的激光束,主要有激光控制电路和发光二极管组成。

透镜组主要通过发散,聚合功能把光线折射OPC表面。

五、ImageFormationSystem(成像系统)

成像系统的工作过程大至上分为两个过程:

前期的准备工作,后期的定影成形工作。

其整个工作过程大至分为7个步骤:

1、充电通过充电辊给OPC表面充上高压电

2、曝光利用OPC表面的光导特性,使OPC表面曝光,形成一定形状不等位的电荷区

3、显影碳粉颗粒在电场作用下吸附在OPC表面被曝光的区域

4、转印当打印纸通过转印辊时,被带上与碳粉相反的电荷,使碳粉颗粒按一定的形状转印到纸上

5、分离纸张从OPC和转印辊上分离出来

6、定影已经印上字的打印纸上的碳粉颗粒,需要熔化才能渗透到纸里

7、OPC清洁OPC表面的碳粉并未完全被转印纸上,通过刮刀清理后,并可完成下一轮转印成像过程。

在其后的定影成形过程中,加热组件是个很重要的部件,它通过一定范围的高温,将碳粉熔化。

目前加热部件主要有两种形式:

陶瓷加热,灯管加热。

陶瓷加热的特点是加热速度快,预热时间短,缺点是易爆、易折,而灯管加热则相对稳定些,缺点是预热时间较长。

现在有很多打印机都采用双灯管加热,像HP5SI、HP8100、HP4500等。

但不论哪能种形式的加热,其温控都是通过热敏元件感应温度变化时,自动闭合完成的。

六、Pick-up/FeedSystem(搓纸系统)

操作系统主要由进纸系统和出纸系统构成。

现有的大部分机型都可扩充多个进纸单元,而出纸系统也是应打印介质的需要,设置成两个出纸口。

打印纸在整个输纸路中的走动都是有严格的时间范围,超出了这个时间范围,打印机就会报卡纸。

而对具体位置的监控则是通过一系列的传感器监测完成的。

目前激光打印机中的传感器大部分是光敏二极管元件构成的。

各种型号的激光打印机在机型和具体到某个系统的设计上,可能不同,但是它们的工作原理大至却是一样的,只不过某个局部的功能根据设计的需要得到了增强。

 

基本知识:

静电

激光打印机的主要工作原理是利用静电。

静电还能使烘干机中的衣物缠绕成一团,或者形成从云端直扑地面的闪电。

实际上静电就是在某种绝缘材料(例如气球或你的身体)上积聚的电荷。

由于带相反电荷的原子会相互吸引,因此具有异性静电场的材料会紧贴在一起。

一张纸在激光打印机中的历程

激光打印机将这种现象用作一种“临时性的粘合剂”。

该系统的核心部件是感光器,通常是一个旋转的鼓形或圆柱形部件。

这个鼓形部件由可以通过可见光子进行放电的高光导材料制成。

激光打印机的基本组件

基本知识:

硒鼓

开始时,硒鼓的所有部分都带有通过充电电晕线施加的正电荷,该电晕线是一段有电流通过的电线。

(一些打印机使用充电辊而不是电晕线,但是它们的原理是相同的。

)在硒鼓旋转时,打印机会放出微弱的激光束通过硒鼓的表面,将某些点处的电荷释放掉。

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