■馬　亮　周立春　吳　晶

(牧羊有限公司，江蘇揚州225009)

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水產(chǎn)膨化常見的幾種調(diào)質(zhì)器的結(jié)構(gòu)特征與性能比較

■馬亮周立春吳晶

(牧羊有限公司，江蘇揚州225009)

摘要：文章就水產(chǎn)膨化設(shè)備配套的常見的6種調(diào)質(zhì)器的結(jié)構(gòu)形式進行了詳細的描述，并對不同調(diào)質(zhì)器在使用過程中的優(yōu)勢和存在的不足進行了探討。最終指出水產(chǎn)膨化機需要配套一臺性能優(yōu)越的調(diào)質(zhì)器才能最大發(fā)揮膨化機的性能和獲得高品質(zhì)的膨化產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：調(diào)質(zhì)器；膨化機；單軸調(diào)質(zhì)器；雙層單軸調(diào)質(zhì)器；雙軸差速調(diào)質(zhì)器；組合調(diào)質(zhì)器；三軸調(diào)質(zhì)器；糊化度；水產(chǎn)飼料

在水產(chǎn)膨化生產(chǎn)線中，調(diào)質(zhì)器作為一種配置在膨化機之前的必備設(shè)備，通過向粉狀物料中添加水分、蒸汽，使液體成分與粉料充分攪拌混合，并讓粉料充分均勻地吸收水分和熱量，改善粉料的理化特性，提升粉料的糊化度，有利于提高膨化設(shè)備的產(chǎn)能和生產(chǎn)效率，提高擠出產(chǎn)品的品質(zhì)，降低加工成本，提高飼料利用效率，殺滅有害微生物[1]。

膨化設(shè)備的性能不僅和膨化設(shè)備本身有很大關(guān)系，往往配套調(diào)質(zhì)器的性能也對膨化機的性能有很大的影響。尤其對于加工過程中水分含量比較高的水產(chǎn)膨化而言，配置一臺調(diào)質(zhì)效果比較好的調(diào)質(zhì)器，往往能夠大幅度的提高水產(chǎn)膨化機的產(chǎn)能，并易獲得品質(zhì)比較高的膨化產(chǎn)品。所以，在水產(chǎn)膨化設(shè)備的發(fā)展過程中，調(diào)質(zhì)技術(shù)和設(shè)備也不斷得到改進與提升，極大的促進膨化設(shè)備性能的提升。

本文主要從水產(chǎn)飼料調(diào)質(zhì)特點和要求的角度，對目前水產(chǎn)膨化設(shè)備常見配置的幾種調(diào)質(zhì)器的結(jié)果特征與性能進行比較，明確各種調(diào)質(zhì)器的優(yōu)劣勢，供讀者進行參考。

圖1　膨化設(shè)備常見的不同調(diào)質(zhì)器

1　單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器

單軸槳葉式飼料調(diào)質(zhì)器的應(yīng)用和發(fā)展與制粒機幾乎同步，已有70年的歷史[2]。單軸調(diào)質(zhì)器也是一種比較簡單的調(diào)質(zhì)器，目前幾乎所有飼料機械設(shè)備的制造商都制造這種調(diào)質(zhì)器。與其它調(diào)質(zhì)器相比，普通的單軸調(diào)質(zhì)器的調(diào)質(zhì)時間一般僅僅為12～20 s。為了提升調(diào)質(zhì)效果，很多廠家也在不斷對單筒調(diào)質(zhì)器的性能進行提升。

圖1　單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器

1.1增加長度和增大內(nèi)徑，延長調(diào)質(zhì)時間

調(diào)質(zhì)時間比較長的調(diào)質(zhì)器往往易獲得比較好的調(diào)質(zhì)效果。增加調(diào)質(zhì)器的長度和內(nèi)徑，提供更大內(nèi)部容積的調(diào)質(zhì)器，有利于調(diào)質(zhì)時間的延長，易得到比較好的調(diào)質(zhì)效果。美國ESE公司開發(fā)了一種加長的單軸調(diào)質(zhì)器，該調(diào)質(zhì)器主要用于水產(chǎn)飼料，同時也用于畜禽飼料的生產(chǎn)。該公司的一種型號為THC2416型的調(diào)質(zhì)器長度達到了4.8 m，內(nèi)徑達到了0.61 m。這種內(nèi)部容積得到增加的調(diào)質(zhì)器配套制粒機時，制粒機產(chǎn)能能夠達到30～45 t/h。

但是對于普通的單軸調(diào)質(zhì)器，增加長度和內(nèi)徑的做法也有一定的局限性。首先長度和內(nèi)徑增加后，提升后的調(diào)質(zhì)時間離水產(chǎn)飼料調(diào)質(zhì)的要求一般也差距比較遠；其次，單軸調(diào)質(zhì)器長度增加后，為了解決機殼變形量增加的問題，必須讓槳葉和殼體之間的間隙增大，這會帶來調(diào)質(zhì)器殘留增加的問題。

1.2使用夾套加熱，減少調(diào)質(zhì)過程中熱能的損耗

單軸調(diào)質(zhì)器在工作過程中，調(diào)質(zhì)器的殼體與室外的常溫大氣直接進行熱交換，熱量的損失相當大。配置了蒸汽夾套、電熱夾的調(diào)質(zhì)器由于內(nèi)外殼體之間設(shè)置了保溫層，增大了熱阻，有效阻止了調(diào)質(zhì)器與室外常溫大氣直接進行熱交換，從而減少了熱損失，使調(diào)質(zhì)器內(nèi)部持續(xù)保持較高的溫度[3]。

夾套調(diào)質(zhì)器另外一個作用是，生產(chǎn)結(jié)束停機后，夾套可以對調(diào)質(zhì)器繼續(xù)加熱一段時間，讓機殼內(nèi)部殘留的物料中的水分得到蒸發(fā)，達到安全存儲水分，避免了停機過程中細菌的滋生繁衍，保證了飼料的質(zhì)量穩(wěn)定。

總的來說，單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器在早期的水產(chǎn)膨化設(shè)備上進行使用，目前已經(jīng)幾乎沒有廠家僅僅配套一層單軸調(diào)質(zhì)器用于水產(chǎn)膨化機上了。

2　雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器

目前在水產(chǎn)膨化領(lǐng)域，使用雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器還是比較常見。但是根據(jù)不同的設(shè)計理念可以分為簡單疊加型的雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器和分功能型的雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器。

圖2　普通雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器

2.1簡單疊加型的雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器

簡單疊加型的雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器是指把兩個單軸調(diào)質(zhì)器疊加在一起，物料在上層調(diào)質(zhì)器中調(diào)質(zhì)完畢后進入下層調(diào)質(zhì)器中繼續(xù)調(diào)質(zhì)。在生產(chǎn)過程中，向物料中添加的水一般全部從上層的調(diào)質(zhì)器中添加；蒸汽也是更多的從上層調(diào)質(zhì)器中添加，而下層調(diào)質(zhì)器中添加的蒸汽僅僅作為一種補充，主要避免因環(huán)境溫度導(dǎo)致的調(diào)質(zhì)溫度的下降。該類型調(diào)質(zhì)器常見的主要特征在于上下兩層調(diào)質(zhì)器的內(nèi)徑一致、轉(zhuǎn)速一致或槳葉排布一致。

由于這樣的雙層調(diào)質(zhì)器的有效容積提升了一倍，調(diào)質(zhì)時間一般可以達到24～40 s。這樣的一種調(diào)質(zhì)器目前也極少有廠家使用。

2.2分功能型的雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器

作為一種改良型的調(diào)質(zhì)器，分功能型的雙層單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器主要的改進點在于根據(jù)物料在上下層調(diào)質(zhì)位置的要求，區(qū)分上下層調(diào)質(zhì)器的不同功能。牧羊有限公司制造的一種型號為“SLTZ系列高效調(diào)質(zhì)器”就是這樣一種典型調(diào)質(zhì)器[4]。

圖3　SLTZ系列高效調(diào)質(zhì)器

該調(diào)質(zhì)器最大的特征在于：上層調(diào)質(zhì)器采用高轉(zhuǎn)速、小槳葉轉(zhuǎn)子；下層調(diào)質(zhì)器采用大筒徑、低轉(zhuǎn)速、大槳葉的轉(zhuǎn)子。上層轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達到450～600 r/min，高轉(zhuǎn)速的槳葉具有更好的強力打擊作用，小槳葉具有更好的混合作用，這樣的配置能夠快速讓水、蒸汽與物料進行充分滲透，達到調(diào)質(zhì)均勻的目的。調(diào)質(zhì)均勻的物料進入下層調(diào)質(zhì)器中，主要目的是能夠保持一定的調(diào)質(zhì)時間。故下層采用了大筒徑的設(shè)計，提供了足夠的空間用于填充物料，低轉(zhuǎn)速的設(shè)計能夠讓物料在機殼內(nèi)達到比較高的充滿度，這可以充分利用下層調(diào)質(zhì)器的空間，達到比較長的調(diào)質(zhì)時間。另外，下層調(diào)質(zhì)器中采用了大槳葉的設(shè)計，能夠確保物料的先進先出，保證了調(diào)質(zhì)時間的一致性。

SLTZ系列高效調(diào)質(zhì)器調(diào)質(zhì)時間可以達到1～3 min，針對畜禽料領(lǐng)域，這是一個性能優(yōu)越的調(diào)質(zhì)器，能夠顯著提升配套主機設(shè)備的產(chǎn)能和提高顆粒的品質(zhì)。但是，在水產(chǎn)膨化領(lǐng)域其優(yōu)勢就不那么突出，在調(diào)質(zhì)高水分物料的時候，部分物料易成團，且調(diào)質(zhì)溫度有所差異。

問題的原因是，水產(chǎn)膨化調(diào)質(zhì)過程中需要向調(diào)質(zhì)器中添加水，調(diào)質(zhì)后的水分一般不會低于23%，而畜禽料調(diào)質(zhì)時僅僅添加蒸汽，調(diào)質(zhì)后的水分不會高于18%。高水分的物料在上層調(diào)質(zhì)過程中不存在上面的問題，但當物料進入下層調(diào)質(zhì)器中時，問題就相對比較突出。

高水分的物料進入下層調(diào)質(zhì)器后，物料處于一個大筒徑的流動比較慢的密閉空間內(nèi)，物料隨著轉(zhuǎn)子的作用整體向前緩慢推進。經(jīng)過一段時間的保持后，靠近外側(cè)殼體物料更易與外界進行熱交換，這樣外側(cè)物料的溫度相對比芯部物料的溫度低。另外，由于高水分物料流動性弱，靠近機殼外側(cè)的物料和芯部的物料混合均質(zhì)的作用相對很弱。即，調(diào)質(zhì)過程中存在物料之間溫度的差異，同時得不到好的混合均質(zhì)，最終導(dǎo)致調(diào)質(zhì)的不均一。

另一方面，也是由于物料水分含量高，物料的附著力增強，在調(diào)質(zhì)器運行過程中，主軸、槳葉和機殼的內(nèi)壁上不斷粘結(jié)物料，且這些物料不斷增大形成塊狀。塊狀的物料增大到一定的程度會自行剝落，這些塊狀的物料往往是含水分更高、調(diào)質(zhì)時間更長的物料，這些塊狀的物料進入料流中，得到混合均質(zhì)的幾率很小，往往離開調(diào)質(zhì)器時還呈團狀。

這樣調(diào)質(zhì)不均一、夾雜著團狀物料的料流進入膨化機進行擠壓，對最終產(chǎn)品的顆粒均勻度、色澤差異都有影響。尤其對于加工品質(zhì)要求比較高的高檔水產(chǎn)飼料而言，這樣的調(diào)質(zhì)器配置就存在一定的局限性。

所以，該調(diào)質(zhì)器目前在低水分的畜禽料領(lǐng)域應(yīng)用比較多，而膨化水產(chǎn)飼料領(lǐng)域應(yīng)用比較少的一個重要原因。

3　雙軸差速調(diào)質(zhì)器

雙軸差速調(diào)質(zhì)器（US patent NO. 4752139）是于1988年由美國Wenger公司發(fā)明，經(jīng)過20多年的技術(shù)推廣與發(fā)展，該設(shè)備已在飼料、寵物食品、食品加工業(yè)中廣泛應(yīng)用。雙軸差速調(diào)質(zhì)器（也稱DDC）內(nèi)部有兩個攪拌轉(zhuǎn)子并呈水平平行排列，直徑一大一小，大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速通常為小轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的1/2，兩個轉(zhuǎn)子上分別安裝60個槳葉，調(diào)質(zhì)時間為1.5～3 min。

由于雙軸攪拌能力強的作用，在調(diào)質(zhì)的過程中可以形成一種“搓揉”調(diào)質(zhì)的效果，可以讓蒸汽、水分更充分地滲入到飼料中去，即使高水分的場合，都能夠?qū)崿F(xiàn)物料場、濕度場、溫度場的均一化，提高淀粉糊化度，改善飼料的理化性能，顯著提高擠壓膨化的生產(chǎn)效率。正是由于雙軸差速調(diào)質(zhì)器有著如上的特點和優(yōu)勢，在水產(chǎn)膨化領(lǐng)域，目前雙軸差速調(diào)質(zhì)器已經(jīng)作為膨化機的一種標準配置在廣泛使用。

圖4　雙軸差速調(diào)質(zhì)器

但是雙軸差速調(diào)質(zhì)器也存在不足。不足主要有兩點：

①物料的充滿度最高為40%～50%，難以提升雙軸差速調(diào)質(zhì)器最大的不足之處在于物料在調(diào)質(zhì)器中的充滿度最大只能控制在40%～50%之間，機殼中還有50%～60%的空間還處于“浪費”狀態(tài)。而一臺性能優(yōu)越的調(diào)質(zhì)器的充滿度應(yīng)該可以達到70%～75%或以上，只有這樣才能最大發(fā)揮調(diào)質(zhì)器的最大價值。

為了減少被“浪費”的空間，通過調(diào)整槳葉或者采取其它一些措施，提高物料在雙軸差速調(diào)質(zhì)器機殼內(nèi)的充滿度，調(diào)質(zhì)的時間也可以進一步延長，但是調(diào)質(zhì)效果反而會下降。主要表現(xiàn)的現(xiàn)象為：調(diào)質(zhì)器出料口物料含團狀顆粒；調(diào)質(zhì)后的物料立即平攤晾干過程中，物料水分蒸發(fā)的速率不一致導(dǎo)致色澤呈現(xiàn)差異；配套膨化機的主機負載率沒有下降，甚至存在顆粒均勻度差異變大、膨化顆粒色澤差異的情況。

圖5　雙軸差速調(diào)質(zhì)器：兩種充滿度時物料在機殼中的位置

主要原因是當物料的充滿度提升后，水、蒸汽添加位置的物料會塞的很滿，這樣水汽和物料之間就缺少混合空間，就不能達到好的混合效果。沒有好的混合，即使調(diào)質(zhì)時間再長，調(diào)質(zhì)效果也會很差。所以，對于雙軸差速調(diào)質(zhì)器來講，在滿足混合效果的前提下，最佳的物料充滿度為40%～50%。

②實際的有效調(diào)質(zhì)時間僅僅為1～2 min，在計算物料的調(diào)質(zhì)時間時，一般以物料進入調(diào)質(zhì)器的時間作為起始點，物料離開調(diào)質(zhì)器的時間作為調(diào)質(zhì)時間的終止點，兩者之間的時間差為調(diào)質(zhì)時間。對于DDC，這樣計算的調(diào)質(zhì)時間范圍為1.5～3 min。調(diào)質(zhì)時間的長或短與配套主機設(shè)備的產(chǎn)能有關(guān)，產(chǎn)能最高的時候，調(diào)質(zhì)時間為1.5 min，產(chǎn)能最低的時候，調(diào)質(zhì)時間為3 min。

但是這樣的調(diào)質(zhì)時間不等于物料的有效調(diào)質(zhì)時間。因為，假設(shè)物料進入調(diào)質(zhì)器至離開調(diào)質(zhì)器時有3分鐘時間，僅僅在最后一分鐘才添加水和蒸汽，并讓水汽和物料混合均勻，這樣的情況我們不能認為有效的調(diào)質(zhì)時間為3 min，而是1 min。

所以我們需要了解物料與水汽在什么位置開始充分接觸。因為，只有物料與水汽充分接觸后，我們才能認為其后的時間為有效的調(diào)質(zhì)時間。從這個角度來考慮DDC，由于DDC為了讓水和蒸汽添加均勻，采用了多點添加的設(shè)計，但這也耗費一定的調(diào)質(zhì)器的長度。物料與水汽充分接觸時幾乎已經(jīng)耗費了調(diào)質(zhì)器總長度的1/3至更多。所以DDC的有效調(diào)質(zhì)時間僅僅為1～2 min。

總之，雙軸差速調(diào)質(zhì)器最大的亮點在于有著“搓揉”調(diào)質(zhì)的效果，但是其空間利用率不高，同時有效調(diào)質(zhì)時間不足。

4　組合調(diào)質(zhì)器

近兩年膨化水產(chǎn)飼料市場競爭更趨激烈，顆粒均勻、表面光滑的膨化顆粒更容易獲得市場的認可。尤其對于一些纖維含量比較高的配方，如羅非魚、草魚和混養(yǎng)魚，該類配方的膨化顆粒如需獲得好的外觀，那使用更長的調(diào)質(zhì)時間和更強的“搓揉”效果的調(diào)質(zhì)器是一個好的解決方案。

4.1組合調(diào)質(zhì)器一：上層為雙軸差速調(diào)質(zhì)器，下層為單軸調(diào)質(zhì)器

為了提升調(diào)質(zhì)效果，一種最簡單的做法是在原有的雙軸差速調(diào)速器下方增加一層單軸調(diào)質(zhì)器。這樣的做法會比使用一層雙軸差速調(diào)質(zhì)器好一些，但是提升的幅度不是很大，甚至還會有一些問題。其中最為關(guān)鍵的因素是，在下層增加一層調(diào)質(zhì)器后，和上述原因一樣，上層的雙軸調(diào)質(zhì)器的充滿度不會因此由原先的40%～50%增加到70%以上，還會存在50%～60%的空間處于“浪費”的問題。

下層增加的單軸調(diào)質(zhì)器或是一條普通的內(nèi)徑為450～550 mm單軸調(diào)質(zhì)器，或是內(nèi)徑達到550～800 mm甚至以上的“保持器”，都會存在物料在下層調(diào)質(zhì)器中混合不均勻的問題。對于前者，為了解決主軸、槳葉和機殼的內(nèi)壁上不斷粘結(jié)物料并脫落，影響調(diào)質(zhì)效果的問題，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般比較高，用于增加物料的混合。為了達到一定混合能力的高轉(zhuǎn)速的調(diào)質(zhì)器內(nèi)部物料的充滿度一般不會很高，故其調(diào)質(zhì)時間僅僅增加20～30 s。對于后者，由于其直徑比較大，為了得到一定的充滿度，其轉(zhuǎn)速不會太高，如前所述，該調(diào)質(zhì)器同樣存在芯部和外部物料溫度差異、調(diào)質(zhì)不均一和夾雜著團狀物料的問題。

也有一種觀點：雙軸差速調(diào)質(zhì)器出料不穩(wěn)定，出料口的料流是呈波浪狀態(tài)流出的，下層采用單軸調(diào)質(zhì)器能夠很好的緩解出料的不穩(wěn)定。之所以存在不穩(wěn)定，是雙軸差速調(diào)質(zhì)器配置參數(shù)不正確的問題導(dǎo)致的，我們可以通過對設(shè)備本身的調(diào)整來解決這個問題，而不是簡單的增加一個調(diào)質(zhì)器來解決這個問題。

4.2組合調(diào)質(zhì)器二：上層為單軸調(diào)質(zhì)器，下層為雙軸差速調(diào)質(zhì)器

目前牧羊有限公司的水產(chǎn)膨化機配套的SPTZ系列三軸調(diào)質(zhì)器是另外一種組合調(diào)質(zhì)器（中國專利ZL200920283434.1、中國專利ZL201420658619.7)，該調(diào)質(zhì)器把單軸調(diào)質(zhì)器放在上層，雙軸差速調(diào)質(zhì)器放在下層，是一種不僅能夠避免如上問題的，同時能夠獲得更長調(diào)質(zhì)時間和更好調(diào)質(zhì)效果的調(diào)質(zhì)器。

注：DDC在上層，單軸調(diào)質(zhì)器在下層。圖6　組合調(diào)質(zhì)器一

該組合調(diào)質(zhì)器上層采用高轉(zhuǎn)速、小槳葉的單軸調(diào)質(zhì)器，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達到500～650 r/min，高轉(zhuǎn)速的小槳葉不僅具有更好的強力打擊和增強混合作用，達到充分調(diào)質(zhì)均勻的目的，而且高速的轉(zhuǎn)子帶動物料呈高速離散運動，能夠沖刷任何位置的停留物料，避免物料粘結(jié)在槳葉表面、機殼的內(nèi)表面和主軸表面，從而避免單軸調(diào)質(zhì)器常見的高水分物料成團的問題。

圖7　SPTZ系列三軸調(diào)質(zhì)器

當然，這樣一種高轉(zhuǎn)速調(diào)質(zhì)器的充滿度不會太高，不會達到70%。但是上層單軸調(diào)質(zhì)器的核心作用不是為了獲得更長的調(diào)質(zhì)時間，而是讓物料與水汽充分混合滲透。下層的雙軸差速調(diào)質(zhì)器有著更大的空間，獲得更長的調(diào)質(zhì)時間主要由下層的調(diào)質(zhì)器來完成。

混合好的物料進入下層改良的雙軸調(diào)質(zhì)器中后，物料的充滿度達到75%甚至更高。由于物料在上層已經(jīng)充分混合均勻，我們可以不用考慮“混合空間”的問題。另外由于雙軸調(diào)質(zhì)器特有“搓揉”調(diào)質(zhì)的效果，避免了其它一些調(diào)質(zhì)器存在的“高水分物料成團”的問題。

表1　水產(chǎn)膨化常見的6種調(diào)質(zhì)器的比較

SPTZ系列三軸調(diào)質(zhì)器調(diào)質(zhì)時間在3.5～6 min之間。在同樣工況下，使用該組合調(diào)質(zhì)器，物料的糊化度比普通的雙軸差速調(diào)質(zhì)器高10個百分點左右。配套該調(diào)質(zhì)器能夠讓膨化機的產(chǎn)能提升20%～ 30%，同時能夠獲得顆粒表面更光滑、顆粒更均勻的膨化產(chǎn)品。

綜上所述，調(diào)質(zhì)技術(shù)不斷在發(fā)展與提升，水產(chǎn)膨化機需要配套一臺性能優(yōu)越的調(diào)質(zhì)器才能最大發(fā)揮膨化機的性能和獲得高品質(zhì)的膨化產(chǎn)品。

參考文獻

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[3]李令芳,陳震.SLTZ型系列搞笑調(diào)質(zhì)器及其使用.飼料工業(yè),2005, 26(21):8-10.

（編輯：崔成德，cuichengde88@sina.com）

Comparisons among several common pre-conditioners of structures and performances for aquatic extrusion

Ma Liang, Zhou Lichun, Wu Jing

Abstract：This paper described six different structures of pre- conditioners associate with common aquatic extrusion equipment, and discussed the advantages and disadvantages of different pre-condi?tioners during utilization. Finally concluded that only whenassociates with superior-performed pre-con?ditioner can the extruder has best performance and obtains high-quality extruded products.

Key words：pre-conditioner；extruder；single-shaft pre-conditioner；double single-shaft pre-condition?er；double-shaft differential pre-conditioner；complex pre-conditioner；triple-shaft pre-conditioner；de?gree of gelatinization；aquatic feed

收稿日期：2015-07-31

作者簡介：馬亮，碩士，高級工程師，研究方向為飼料與食品擠壓膨化設(shè)備及其應(yīng)用。

中圖分類號：S816.34

文獻標識碼：A

文章編號：1001-991X（2016）01-0007-05

doi:10.13302/j.cnki.fi.2016.01.002