一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆及其制造方法与流程

1.本发明涉及机械臂专用电缆技术领域，尤其涉及一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆及其制造方法。


背景技术：

2.随着劳动力的短缺，制造企业对机器人的需求不断增长，市场需求推动着对机器人产业的投入，机器人发展的主要表现在：高度仿真、特色功能和综合服务。最常见的就是各种机械臂，它们也是最常见的机器人，这些功能性机器人是现代工业发展的强劲动力。
3.机械臂中有大量电缆用于电力的输送，随着机械臂的使用弯折，其内部的电缆随着被弯曲扭转，而现有的机械臂专用电缆在使用时存在不耐弯曲的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆及其制造方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，包括导体线和外包覆材料，所述外包覆材料包括硅橡胶外护套层、柔性胶套和硅橡胶内护套层，且柔性胶套位于硅橡胶外护套层和硅橡胶内护套层之间，导体线之间填充有石墨烯填充层。
6.所述柔性胶套的材料组分及各组分的重量份数为：改性沸石8
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14份、矿物油8
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12份、四氯乙烯1
‑
3份、白炭黑1
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5份、玻璃微珠0.3
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1份、三甲基硅氧烷0.5
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2份、天然橡胶30
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45份、顺丁橡胶6
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10份、微晶蜡1
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5份、氧化锌1
‑
2份、硬脂酸1
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5份、增韧剂2
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6份。
7.所述改性沸石的制备方法包括以下步骤：将沸石与溴化十六烷基三甲基铵按照（1
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3）：（0.5
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1）的重量比混合，在120
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180℃的温度下搅拌1
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2h后得到改性沸石，所述柔性胶套的制备方法包括以下步骤：按照重量份数称取柔性胶套的各材料组分；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将改性沸石放入温度为450
‑
550℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套，所述改性沸石的粒径不大于0.1mm。
8.一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆的制造方法，包括以下步骤：步骤1：将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；步骤2：在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；步骤3：在半成品外表面依次吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层，即得。
9.所述导体线拉丝后外表面进行抛光处理，所述步骤3中吸塑包覆的压力为8
‑
10mp。
10.在硅橡胶外护套层和硅橡胶内护套层之间设置柔性胶套，避免电缆护套一体成型而造成的难以弯折或弯折角度小的问题，其中柔性胶套的原料中采用由溴化十六烷基三甲
基铵改性后得到的改性沸石，在保持原来去除重金属离子、铵离子和其他无机物能力的同时，还可有效地去除水中的含氧酸阴离子，并大大提高了其去除有机物的能力，除改变孔径外，沸石的内表面性质也发生较大变化，提高了沸石的吸附和催化性能，且用该改性沸石制备所得的柔性胶套具有更好的力学性能和耐低温性，从而使得电缆护套的延展性和耐弯曲性均大大提高，在低温下仍然能够顺畅弯折。
11.石墨烯具有导电性极强的优良特性，是能隙为零的半导体，电子的运动速度能达到光速的1/300，远超其他金属导体或半导体的运动速度。常温下其载流子迁移率最高，它的电阻率比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料，在被应用于电缆导体中能够增加相同导体的导电量，添加了石墨烯在半导电材料后，大大降低炭黑的使用量，解决了材料本身韧性低和表明不平滑的问题，利用石墨烯良好的导电性、导热性和高的比表面积，大大降低了电缆内外半导电屏蔽层的体积电阻率，改善了屏蔽层的热稳定性，提高了屏蔽层对电场的均化效果，减少了电缆运行中可能出现的局部放电现象，并且提高了电缆的使用寿命。
附图说明
12.图1为本发明提出的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆结构示意图。
13.图中：1硅橡胶外护套层、2柔性胶套、3硅橡胶内护套层、4石墨烯填充层、5导体线。
具体实施方式
14.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
15.随着劳动力的短缺，制造企业对机器人的需求不断增长，市场需求推动着对机器人产业的投入，机器人发展的主要表现在：高度仿真、特色功能和综合服务。最常见的就是各种机械臂，它们也是最常见的机器人，这些功能性机器人是现代工业发展的强劲动力。机械臂中有大量电缆用于电力的输送，随着机械臂的使用弯折，其内部的电缆随着被弯曲扭转，而现有的机械臂专用电缆在使用时存在不耐弯曲的问题，为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，如图1所示，包括导体线5和外包覆材料，所述外包覆材料包括硅橡胶外护套层1、柔性胶套2和硅橡胶内护套层3，且柔性胶套2位于硅橡胶外护套层1和硅橡胶内护套层3之间，导体线5之间填充有石墨烯填充层4；所述柔性胶套2的材料组分及各组分的重量份数为：改性沸石8
‑
14份、矿物油8
‑
12份、四氯乙烯1
‑
3份、白炭黑1
‑
5份、玻璃微珠0.3
‑
1份、三甲基硅氧烷0.5
‑
2份、天然橡胶30
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45份、顺丁橡胶6
‑
10份、微晶蜡1
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5份、氧化锌1
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2份、硬脂酸1
‑
5份、增韧剂2
‑
6份。
16.在本发明中，所述一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，包括导体线5和外包覆材料，所述外包覆材料包括硅橡胶外护套层1、柔性胶套2和硅橡胶内护套层3，且柔性胶套2位于硅橡胶外护套层1和硅橡胶内护套层3之间，导体线5之间填充有石墨烯填充层4；所述柔性胶套2的材料组分及各组分的重量份数为：改性沸石8
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14份、矿物油8
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12份、四氯乙烯1
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3份、白炭黑1
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5份、玻璃微珠0.3
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1份、三甲基硅氧烷0.5
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2份、天然橡胶30
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45份、顺丁橡胶6
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10份、微晶蜡1
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5份、氧化锌1
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2份、硬脂酸1
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5份、增韧剂2
‑
6份。
17.本发明中，在硅橡胶外护套层1和硅橡胶内护套层3之间设置柔性胶套2，避免电缆
护套一体成型而造成的难以弯折或弯折角度小的问题，其中柔性胶套2的原料中采用由溴化十六烷基三甲基铵改性后得到的改性沸石，在保持原来去除重金属离子、铵离子和其他无机物能力的同时，还可有效地去除水中的含氧酸阴离子，并大大提高了其去除有机物的能力，除改变孔径外，沸石的内表面性质也发生较大变化，提高了沸石的吸附和催化性能，且用该改性沸石制备所得的柔性胶套具有更好的力学性能和耐低温性，从而使得电缆护套的延展性和耐弯曲性均大大提高，在低温下仍然能够顺畅弯折。
18.本发明中，在导体线5之间填充石墨烯填充层4，石墨烯具有导电性极强的优良特性，是能隙为零的半导体，电子的运动速度能达到光速的1/300，远超其他金属导体或半导体的运动速度。常温下其载流子迁移率最高，它的电阻率比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料，在被应用于电缆导体中能够增加相同导体的导电量，添加了石墨烯在半导电材料后，大大降低炭黑的使用量，解决了材料本身韧性低和表明不平滑的问题，利用石墨烯良好的导电性、导热性和高的比表面积，大大降低了电缆内外半导电屏蔽层的体积电阻率，改善了屏蔽层的热稳定性，提高了屏蔽层对电场的均化效果，减少了电缆运行中可能出现的局部放电现象，并且提高了电缆的使用寿命。
19.下面结合具体实施例对本发明的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆及其制造方法的技术效果做进一步的说明，但这些实施例所提及的具体实施方法只是对本发明的技术方案进行的列举解释，并非限制本发明的实施范围，凡是依据上述原理，在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。
20.实施例1所述一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，包括导体线5和外包覆材料，所述外包覆材料包括硅橡胶外护套层1、柔性胶套2和硅橡胶内护套层3，且柔性胶套2位于硅橡胶外护套层1和硅橡胶内护套层3之间，导体线5之间填充有石墨烯填充层4。
21.实施例2如实施例1所述的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，其制备方法如下：将沸石与溴化十六烷基三甲基铵按照1：0.5的重量比混合，在120℃的温度下搅拌1h后得到粒径不大于0.1mm的改性沸石；按照以下重量份数称取材料：改性沸石8份、矿物油8份、四氯乙烯1份、白炭黑1份、玻璃微珠0.3份、三甲基硅氧烷0.5份、天然橡胶30份、顺丁橡胶6份、微晶蜡1份、氧化锌1份、硬脂酸1份、增韧剂2份；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将改性沸石放入温度为450℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套；将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；在半成品外表面依次以8mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层，即得。
22.实施例3如实施例1所述的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，其制备方法如下：将沸石与溴化十六烷基三甲基铵按照2：0.7的重量比混合，在150℃的温度下搅拌
1.5h后得到改性沸石；按照以下重量份数称取材料：改性沸石11份、矿物油10份、四氯乙烯2份、白炭黑3份、玻璃微珠0.6份、三甲基硅氧烷1.2份、天然橡胶37份、顺丁橡胶8份、微晶蜡3份、氧化锌1.5份、硬脂酸3份、增韧剂4份；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将改性沸石放入温度为500℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套；将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；在半成品外表面依次以9mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层，即得。
23.实施例4如实施例1所述的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，其制备方法如下：将沸石与溴化十六烷基三甲基铵按照3：1的重量比混合，在180℃的温度下搅拌2h后得到改性沸石；按照以下重量份数称取材料：改性沸石14份、矿物油12份、四氯乙烯3份、白炭黑5份、玻璃微珠1份、三甲基硅氧烷2份、天然橡胶45份、顺丁橡胶10份、微晶蜡5份、氧化锌2份、硬脂酸5份、增韧剂6份；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将改性沸石放入温度为550℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套；将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；在半成品外表面依次以10mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层，即得。
24.实施例5如实施例1所述的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，其制备方法如下：将沸石与溴化十六烷基三甲基铵按照3：1的重量比混合，在180℃的温度下搅拌2h后得到改性沸石；按照以下重量份数称取材料：改性沸石8份、矿物油8份、四氯乙烯1份、白炭黑1份、玻璃微珠0.3份、三甲基硅氧烷0.5份、天然橡胶30份、顺丁橡胶6份、微晶蜡1份、氧化锌1份、硬脂酸1份、增韧剂2份；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将改性沸石放入温度为550℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套；将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；在半成品外表面依次以10mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层，即得。
25.实施例6如实施例1所述的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆，其制备方法如下：将沸石与溴化十六烷基三甲基铵按照1：0.5的重量比混合，在120℃的温度下搅拌1h后得到改性沸石；按照以下重量份数称取材料：改性沸石14份、矿物油12份、四氯乙烯3份、白炭黑5份、玻璃微珠1份、三甲基硅氧烷2份、天然橡胶45份、顺丁橡胶10份、微晶蜡5份、氧化锌2份、硬脂酸5份、增韧剂6份；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将改性沸石放入温度为450℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套；将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；在半成品外表面依次以8mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层，即得。
26.测量实施例2
‑
6制造所得电缆的主要性能指标，性能项目包括：抗拉强度、断裂伸长率、耐磨性、循环曲挠试验次数、弯曲半径，并设置市面上常见的机械臂专用电缆作为对照组，测量对比电缆的主要性能指标见表1所示：表格1综上，从表1可知，经本发明实施例2
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6制造所得的电缆抗拉强度、断裂伸长率、耐磨性、循环曲挠试验次数、弯曲半径数据性能均远远优于对照组的电缆，其中本发明实施例4制造所得的电缆性能最佳，该实施例将沸石与溴化十六烷基三甲基铵按照3：1的重量比混合，在180℃的温度下搅拌2h后得到改性沸石；按照以下重量份数称取材料：改性沸石14份、矿物油12份、四氯乙烯3份、白炭黑5份、玻璃微珠1份、三甲基硅氧烷2份、天然橡胶45份、顺丁橡胶10份、微晶蜡5份、氧化锌2份、硬脂酸5份、增韧剂6份；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将改性沸石放入温度为550℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套；将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；在半
成品外表面依次吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层。
27.进一步，本发明还对该一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆的制造方法中工艺条件作了系统研究，以下仅对工艺条件改变对一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆效果影响显著的试验方案进行说明，均以实施例4的工艺条件作为基础，具体见对比例1
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4：对比例1按照以下重量份数称取材料：沸石14份、矿物油12份、四氯乙烯3份、白炭黑5份、玻璃微珠1份、三甲基硅氧烷2份、天然橡胶45份、顺丁橡胶10份、微晶蜡5份、氧化锌2份、硬脂酸5份、增韧剂6份；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将沸石放入温度为550℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套；将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；在半成品外表面依次以10mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层，即得。
28.对比例2将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外涂覆石墨烯填充层得到半成品；在半成品外表面依次以10mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层和硅橡胶外护套层，即得。
29.对比例3将沸石与溴化十六烷基三甲基铵按照3：1的重量比混合，在180℃的温度下搅拌2h后得到改性沸石；按照以下重量份数称取材料：改性沸石14份、矿物油12份、四氯乙烯3份、白炭黑5份、玻璃微珠1份、三甲基硅氧烷2份、天然橡胶45份、顺丁橡胶10份、微晶蜡5份、氧化锌2份、硬脂酸5份、增韧剂6份；将矿物油、四氯乙烯、白炭黑、玻璃微珠和三甲基硅氧烷充分混合得到混合物a；将改性沸石放入温度为550℃的煅烧炉中煅烧，制得煅烧沸石；将混合物a加入煅烧沸石中充分混合后得到混合物b；将天然橡胶、顺丁橡胶、混合物b、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸和增韧剂混合熔炼后挤出成型，制得柔性胶套；将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外表面依次以10mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层、柔性胶套和硅橡胶外护套层，即得。
30.对比例4将导体线拉丝成所需直径后相互绞合成单体；在单体外表面依次以10mp的压力吸塑包覆硅橡胶内护套层和硅橡胶外护套层，即得。
31.测量对比例1
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4制备所得的电缆的主要性能指标，性能项目包括：抗拉强度、断裂伸长率、耐磨性、循环曲挠试验次数、弯曲半径，测量结果见下表2所示：表2
综上，从表2可知，对比例1
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4制造所得的电缆的抗拉强度、断裂伸长率、耐磨性、循环曲挠试验次数、弯曲半径数据性能均差于实施例3制造所得的电缆。其中对比例1在制备柔性胶套时采用的是未改性的沸石，导致制备所得的柔性胶套抗拉强度和断裂伸长率等均下降；对比例2在制造电缆时硅橡胶外护套层和硅橡胶内护套层之间未设置柔性胶套，大大降低了电缆的抗弯曲性能；对比例3在制造电缆时未在导体线之间填充石墨烯填充层，降低了电缆的导电性，但是对电缆的抗弯曲性能影响不大；对比例4在制造电缆时硅橡胶外护套层和硅橡胶内护套层之间未设置柔性胶套，也未在导体线之间填充石墨烯填充层。
32.综上，本实施例中提出的一种耐弯曲扭转机械臂专用电缆及其制造方法，在硅橡胶外护套层和硅橡胶内护套层之间设置柔性胶套，避免电缆护套一体成型而造成的难以弯折或弯折角度小的问题，其中柔性胶套的原料中采用由溴化十六烷基三甲基铵改性后得到的改性沸石，在保持原来去除重金属离子、铵离子和其他无机物能力的同时，还可有效地去除水中的含氧酸阴离子，并大大提高了其去除有机物的能力，除改变孔径外，沸石的内表面性质也发生较大变化，提高了沸石的吸附和催化性能，且用该改性沸石制备所得的柔性胶套具有更好的力学性能和耐低温性，从而使得电缆护套的延展性和耐弯曲性均大大提高，在低温下仍然能够顺畅弯折。
33.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。