机电一体化毕业设计论文浅谈低压电器制造技术.doc

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1、XXX职业技术学院 毕业设计（论文）浅谈低压电器制造技术系 别： 电气电子工程系 学生姓名： 专业班级： 机电一体化四班 学 号： 指导教师： 2010 年 4 月 20 日独创性声明 本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文版权使用授权书 本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定，即：学校有权保留并向有关部门或

2、机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权郑州职业技术学院要以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密，在_年解密后适用本授权书. 本论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）毕业论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要为了加速我国低压电器的发展，以适应新的形势需要；了解国内外低压电器发展动态，了解和掌握当前低压电器的新技术具有重要意义。本文从智能电器、可通讯电器及信息电器、环保电器的高性能、小型化与结构设计的化等几个方面进行了探讨。 关键词：低压电器；智能电器；可通讯电器；信

3、息电器目 录摘 要2目 录31 低压电器的基本概述41.1 低压电器的定义与分类及基本用途41.2 低压电器的全型号表示法及代号含义61.3 低压电器的主要技术指标62 低压电器的优化发展82.1 高性能、小型化与结构设计化82.2 制造技术的更新83 现代设计技术应用103.1 电器动态运动过程建模103.2 三维计算机辅助设计系统的应用与发展103.3 低压电器专用计算机应用软件开发104 低压电器制造技术发展方向115 我国低压电器制造技术的发展展望125.1 国内企业力推第三代产品，国外已推出第四代产125.2 高性能、高可靠性、智能化、模块化且绿色环保125.3 旨在提高多种专业工艺

4、水平13参考文献16致 谢171 低压电器的基本概述1.1 低压电器的定义与分类低压电器种类繁多，功能各样，构造各异，用途广泛，工作原理各不相同，常用低压电器的分类方法也很多。1按用途或控制对象分类（1）配电电器：主要用于低压配电系统中。要求系统发生故障时准确动作、可靠工作，在规定条件下具有相应的动稳定性与热稳定性，使电器不会被损坏。常用的配电电器有刀开关、转换开关、熔断器、断路器等。（2）控制电器：主要用于电气传动系统中。要求寿命长、体积小、重量轻且动作迅速、准确、可靠。常用的控制电器有接触器、继电器、起动器、主令电器、电磁铁等。2按动作方式分类（1）自动电器：依靠自身参数的变化或外来信号的

5、作用，自动完成接通或分断等动作，如接触器、继电器等。（2）手动电器：用手动操作来进行切换的电器，如刀开关、转换开关、按钮等。3按触点类型分类（1）有触点电器：利用触点的接通和分断来切换电路，如接触器、刀开关、按钮等。（2）无触点电器：无可分离的触点。主要利用电子元件的开关效应，即导通和截止来实现电路的通、断控制，如接近开关、霍尔开关、电子式时间继电器、固态继电器等。4按工作原理分类（1）电磁式电器：根据电磁感应原理动作的电器，如接触器、继电器、电磁铁等。（2）非电量控制电器：依靠外力或非电量信号（如速度、压力、温度等的变化而动作的电器，如转换开关、行程开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等

6、。5按低压电器型号分类为了便于了解文字符号和各种低压电器的特点，采用我国国产低压电器产品型号编制办法，将低压电器分为13个大类。每个大类用一位汉语拼音字母作为该产品型号的首字母，第二位汉语拼音字母表示该类电器的各种形式。（1）刀开关H，例如HS为双投式刀开关（刀型转换开关），HZ为组合开关。（2）熔断器R，例如RC为瓷插式熔断器，RM为密封式熔断器。（3）断路器D，例如DW为万能式断路器，DZ为塑壳式断路器。（4）控制器K，例如KT为凸轮控制器，KG为鼓型控制器。（5）接触器C，例如CJ为交流接触器，CZ为直流接触器。（6）起动器Q，例如QJ为自耦变压器降压起动器，QX为星三角起动器。（7）控

7、制继电器J，例如JR为热继电器，JS为时间继电器。（8）主令电器L，例如LA为按钮，LX为行程开关。（9）电阻器Z，例如ZG为管型电阻器，ZT为铸铁电阻器。（10）变阻器B，例如BP为频敏变阻器，BT为起动调速变阻器。（11）调整器T，例如TD为单相调压器，TS为三相调压器。（12）电磁铁M，例如MY为液压电磁铁，MZ为制动电磁铁。（13）其他A，例如AD为信号灯，AL为电铃。在选用低压电器时常根据型号来进行选用，所以本书按型号分类对上述低压电器的分类进行说明）6 低压电器的基本用途如下： 我们日常生活中用水时，在输送自来水的管路上及各种用水的地方，要装上不同的阀门对水流进行控制和调节。在输送

8、电能的输电线路和各种用电的场合，也要使用不同的电器来控制电路通、断，对电路的各种参数进行调节。只是电能的输送和使用比自来水的输送使用要复杂得多。低压电器在电路中的用途是根据外界信号或要求，自动或手动接通、分断电路，连续或断续地改变电路状态，对电路进行切换、控制、保护、检测和调节。 1.3 低压电器的全型号表示法及代号含义 为了生产销售、管理和使用方便，我国对各种低压电器都按规定编制型号。即由类别代号、组别代号、设计代号、基本规格代号和辅助规格代号几部分构成低压电器的全型号。每一级代号后面可根据需要加设派生代号。产品全型号的意义如图1所示。 低压电器全型号各部分必须使用规定的符号或数字表示，其含

9、意为： 1、类组代号 包括类别代号和组别代号，用汉语拼音字母表示，代表低压电器元件所属的类别，以及在同一类电器中所属的组别。 2、设计代号 用数字表示，表示同类低压电器元件的不同设计序列。 3、基本规格代号 用数字表示，表示同一系列产品中不同的规格品种。 4、辅助规格代号 用数字表示，表示同一系列、同一规格产品中的有某种区别的不同产品。 其中，类组代号与设计代号的组合表示产品的系列，一般称为电器的系列号。同一系列的电器元件的用途、工作原理和结构基本相同，而规格、容量则跟据需要可以有许多种。例如：JR16是热继电器的系列号，同属这一系列的热继电器的结构、工作原理都相同；但其热元件的额定电流从零点

10、几安培到几十安培，有十几种规格。其中辅助规格代号为3D的有3相热元件，装有差动式断相保护装置，因此能对三相异步电动机有过载和断相保护功能。 1.4 低压电器的主要技术指标 为保证电器设备安全可靠的工作，国家对低压电器的设计、制造规定了严格的标准，合格的电器产品具有国家标准规定的技术要求。我们在使用电器元件时，必须按照产品说明书中规定的技术条件选用。低压电器的主要技术指标有以下几项： 1、绝缘强度 指电器元件的触头处于分断状态时，动静头之间耐受的电压值(无击穿或闪络现象)。 2、耐潮湿性能 指保证电器可靠的工作的允许环境潮湿条件。 3、极限允许温升 电器的导电部件，通过电流时将引起发热和温升，极

11、限允许温升指为防止过度氧化和烧熔而规定的最高温升值(温升值测得实际温度环境温度)。 4、操作频率 电器元件在单位时间(1小时)内允许操作的最高次数。 5、寿命 电器的寿命包括电寿命和机械寿命两项指标。电寿命：指电器元件的触头在规定的电路条件下，正常操作额定负荷电流的总次数。机械寿命：指电器元件在规定使用条件下，正常操作的总次数。 低压电器产品的种类多、数量大，用途极为广泛。为了保证不同产地、不同企业生产的低压电器产品的规格、性能和质量一致，通用和互换性好，低压电器的设计和制造必须严格按照国家的有关标准，尤其是基本系列的各类开关电器必须保证执行三化(标准化、系列化、通用化)，四统一(型号规格、技

12、术条件、外形及安装尺寸、易损零部件统一)的原则。我们在购置和选用低压电器元件时，也要特别注意检查其结构是否符合标准，防止给今后的运行和维修工作留下隐患和麻烦。2 低压电器的优化发展2.1 高性能、小型化与结构设计化由于城市电网的发展，配电变压器容量增大，对低压开关电器提出了高性能、小型化要求。近年来，如上面已提到的PTC热敏限流电阻受到人们的极大兴趣，首先把这种限流电阻和塑壳开关串联使用，可大大增强限流效应，目前PTC电阻还可以单独作为限流器使用，并且应用范围已扩大到中压领域。 开关电器小型化有两种含义，一方面是电器本身的尺寸要小，另一方面是减少喷弧距离或实现“无飞弧”以缩小安装这种电器的开关

13、柜尺寸。三菱公司提出的新型接触器，在灭弧室出气口加装了用以压制热气流的多孔金属板，可以使喷出热气流的温度降低到原来的10%，我国新设计的S系列和TM30系列塑壳断路器及DW40框架断路器都已作到了零飞弧。 当前低压电器在结构设计上广泛应用模块化、组合化、模数化和零部件通用化。模块化是电器制造过程大为简便，通过不同模块积木式的组合，使电器可获得不同的附加功能。模数化使电器外形尺寸规范化，便于安装和组合。不同额定值或不同类型电器实现零部件通用化，对制造厂商来说，将大大减小产品的开发和生产的费用；对用户来说，也便于维修和减少零部件的库存量。目前，低压电器结构设计的现代化有新的发展，ABB公司推出的新

14、系列接触器产品提出低压配电系统一体化设计的新概念，新型的塑壳断路器面板上都有一个小门，各种功能模块通过这个小门可安装于操作机构两侧空余的间隙内，以缩小整个开关柜的体积。人机工程的引入更使断路器的外观造型改变了过去单调的样式，变得明快和美观。西屋公司提出面板设计的“透明”观点，要求低压电器的面板要做到界面友好，所有在面板上的操作手柄、按钮和显示器要做到显而易见，并且对操作者安全可靠。2.2 制造技术的更新高性能。额定短路分断能力与额定短时耐受电流进一步提高，并实现IcuIcs，如施耐德公司的MT系列产品,其运行短路分断和极限短路分断能力最高达到150kA。 高可靠性。产品除要求较高的性能指标外，

15、又可做到不降容使用，可以满容量长期使用而不会发生过热，从而实现安全运行。 智能化。随着专用集成电路和高性能的微处理器的出现，断路器实现了脱扣器的智能化，使断路器的保护功能大大加强，可实现过载长延时、短路短延时、短路瞬时、接地、欠压保护等功能，还可以在断路器上显示电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等系统运行参数，并可以避免高次谐波的影响下发生误动作。 现场总线技术。低压电器新一代产品实现了可通信、网络化，能与多种开放式的现场总线连接，进行双向通信，实现电器产品的遥控、遥信、遥测、遥调功能。现场总线技术的应用，不仅能对配电质量进行监控，减少损耗。而且，现场总线技术能对同一区域电网中多台

16、断路器实现区域连锁，实现配电保护的自动化，进一步提高配电系统的可靠性。 工业现场总线领域使用的总线有Profibus、Modbus、DeviceNet等，其中Modbus与Profibus的影响较大。 模块化、组合化。将不同功能的模块按照不同的需求组合成模块化的产品，是新一代产品的发展方向。如ABB推出的Tmax系列，热磁式、电子式、电子可通讯式脱扣器都可以互换。附件全部采用模块化结构，不需要打开盖子就可以安装。 采用绿色材料。产品材料的选用、制造过程及使用过程不污染环境，符合欧盟环保指令。 3 现代设计技术应用3.1 电器动态运动过程建模长期以来，科研人员一直在对低压电器动态运动过程的描述、

17、建模与仿真进行探索，包括操作机构的仿真和触头运动过程的动态仿真。湖南工程学院在电磁铁优化设计上作了一些工作，可利用软件对交、直流电磁系统进行优化设计，可减少设计时间、提高设计质量。河北工业大学研制的“电磁式接触器专家系统可根据用户设计要求在输入接触器设计参数后，从知识库中提取相应的知识设计出接触器各种结构参数，并对其动、静特性进行分析计算，具有重要的实用价值。 3.2 三维计算机辅助设计系统的应用与发展三维计算机辅助设计系统集设计、制造和分析于一身，从零件设计、装配直至产品总装，设计者都可在计算机屏幕上直接观察零件装配中的干涉与碰撞以及开关电器闭合、分断过程中运动部件的动作情况及相关参数（如触

18、头开距、超程等），从而保证了设计正确性，为低压电器产品试制跨越模型阶段创造了条件。 设计人员在产品开发的任何阶段对产品任一处所作的修改都能自动反映到相关零件的修改。同时，三维软件系统根据完成的零件设计自动转去进行零件模具设计，从而大大缩短了产品的试制时间，大大缩短产品开发周期，从而以合适的价格不断向市场推出具有出色功能的产品，并提高企业的竞争能力。 3.3 低压电器专用计算机应用软件开发在建立必须的数据、符号、标准件库的基础上，重点开发一批低压电器的专用分析计算软件，如电磁系统三维分析计算软件包、各类低压电器合闸与分断过程动态仿真软件等。 二、电器制造工艺及新发展 电器是一种具有电载荷的机械产

19、品，它的主要零部件是金属材料，它的主要加工工艺是金属加工工艺，因此，电器制造工业是属于机械制造工业的范畴，是机械工业的重要组成部分。4 低压电器制造技术发展方向我国低压电器行业从简单装配、模仿制造到自行开发设计，现发展到近1000个系列，生产企业1500家左右，年产值约200亿人民币。但国内低压电器生产企业规模偏小、数量过多，90以上企业处于中、低档次产品的重复生产。产品三代共存，按照产值计算，第一代产品市场占有率为15，第二代产品市场占有率为45，第三代产品市场占有率为40。根据国家政策走向，在今后一段时间内低压电器产品的结构需要进一步的调整。工艺落后、体积大、能耗高又污染环境的产品将被淘汰

20、。预计2010年，第一代产品将被淘汰，第二代产品将沦为低档产品，第三代产品将逐步成为中档产品。正当我们加速开发第三代产品并推向市场的同时，国外一批著名低压电器制造商相继推出了新一代产品，其中框架断路器有施耐德公司MT系列、西门子公司3WL系列、ABB公司E系列等；塑壳断路器有施耐德公司NS系列、西门子公司3VL系列、ABB公司Tmax系列等。新一代的产品除了具备高性能、电子化、智能化、模块化、组合化、小型化特征外，还增加了可通信、高可靠、维护性能好、符合环保要求等特征。特别是新一代产品能与现场总线系统连接，实现系统网络化，使低压电器产品功能发生了质的飞跃。高性能。额定短路分断能力与额定短时耐受

21、电流进一步提高，并实现IcuIcs，如施耐德公司的MT系列产品,其运行短路分断和极限短路分断能力最高达到150kA。低压电器产品的制造涉及多种专业工艺，如冷冲压、塑料成型、线圈绕制、触头焊接、模具加工、SMT贴片技术等，因此低压电器产品制造技术的提高与这些专业工艺水平的提高密不可分。 5 我国低压电器制造技术的发展展望5.1 国内企业力推第三代产品，国外已推出第四代产 我国低压电器行业从简单装配、模仿制造到自行开发设计，现发展到近1000个系列，生产企业1500家左右，年产值约200亿人民币。 但国内低压电器生产企业规模偏小、数量过多，90以上企业处于中、低档次产品的重复生产。产品三代共存，按

22、照产值计算，第一代产品市场占有率为15，第二代产品市场占有率为45，第三代产品市场占有率为40。根据国家政策走向，在今后一段时间内低压电器产品的结构需要进一步的调整。工艺落后、体积大、能耗高又污染环境的产品将被淘汰。预计到2010年，第一代产品将被淘汰，第二代产品将沦为低档产品，第三代产品将逐步成为中档产品。 正当我们加速开发第三代产品并推向市场的同时，国外一批著名低压电器制造商从20世纪90年代后期至21世纪初相继推出了新一代产品，其中框架断路器有施耐德公司MT系列、西门子公司3WL系列、ABB公司E系列、GE公司M-PACT系列、凯马公司Magnum系列等；塑壳断路器有施耐德公司NS系列、

23、西门子公司3VL系列、ABB公司Tmax系列、GE公司Recordplus系列、默勒公司NZM系列、凯马公司G系列、三菱公司WS系列等。新一代的产品除了具备高性能、电子化、智能化、模块化、组合化、小型化特征外，还增加了可通信、高可靠、维护性能好、符合环保要求等特征。特别是新一代产品能与现场总线系统连接，实现系统网络化，使低压电器产品功能发生了质的飞跃。5.2 高性能、高可靠性、智能化、模块化且绿色环保 高性能。额定短路分断能力与额定短时耐受电流进一步提高，并实现IcuIcs，如施耐德公司的MT系列产品,其运行短路分断和极限短路分断能力最高达到150kA。 高可靠性。产品除要求较高的性能指标外，

24、又可做到不降容使用，可以满容量长期使用而不会发生过热，从而实现安全运行。 智能化。随着专用集成电路和高性能的微处理器的出现，断路器实现了脱扣器的智能化，使断路器的保护功能大大加强，可实现过载长延时、短路短延时、短路瞬时、接地、欠压保护等功能，还可以在断路器上显示电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等系统运行参数，并可以避免高次谐波的影响下发生误动作。 现场总线技术。低压电器新一代产品实现了可通信、网络化，能与多种开放式的现场总线连接，进行双向通信，实现电器产品的遥控、遥信、遥测、遥调功能。现场总线技术的应用，不仅能对配电质量进行监控，减少损耗。而且，现场总线技术能对同一区域电网中多台

25、断路器实现区域连锁，实现配电保护的自动化，进一步提高配电系统的可靠性。 工业现场总线领域使用的总线有Profibus、Modbus、DeviceNet等，其中Modbus与Profibus的影响较大。 模块化、组合化。将不同功能的模块按照不同的需求组合成模块化的产品，是新一代产品的发展方向。如ABB推出的Tmax系列，热磁式、电子式、电子可通讯式脱扣器都可以互换。附件全部采用模块化结构，不需要打开盖子就可以安装。 采用绿色材料。产品材料的选用、制造过程及使用过程不污染环境，符合欧盟环保指令。5.3 旨在提高多种专业工艺水平 低压电器产品的制造涉及多种专业工艺，如冷冲压、塑料成型、线圈绕制、触头

26、焊接、模具加工、SMT贴片技术等，因此低压电器产品制造技术的提高与这些专业工艺水平的提高密不可分。 零部件加工的高速化、自动化、专业化 冲压件在低压电器零部件中所占比例较大，约为70，因此冲压件加工在低压电器生产中占有重要地位。提高冲压件的生产效率和质量，采用高速自动冲床和多工位级进冲模势在必行。 塑料零件是低压电器的重要零件，采用全自动或半自动热塑性或热固性注塑机，并采用集中供料方式。 广泛采用自动化焊接机械，其焊接的电流、压力、脉冲周期可调，保持温度可控，保证焊接强度。 零部件的自动装配：对生产批量较大，技术要求严格的关键零部件，如热磁式脱扣器、控制电器铁芯采用自动装配技术。 产品的在线检

27、测：生产过程在线检测设备是我国低压电器制造水平与国外相比存在的主要差距，是影响电器质量稳定性、一致性的主要原因，也是未来技术发展的方向。 以常熟开关制造有限公司为代表的国内企业开发出CW2系列框架断路器与CM2系列塑壳断路器，技术水平完全达到新一代产品的水平，并具有完全自主知识产权，2005年常熟还将继续致力于对智能化、可通信的电器产品的研究开发，必将缩短国内企业为世界知名企业之间的差距。 我国低压电器行业现阶段的主要任务，首先是加速第三代高性能低压电器产品的开发并尽快完善，使其系列化，同时加大推广力度。 发展第三代产品的具体目标是：提高我国低压电器产品总体水平，缩小与国外差距；提高高档国产低

28、压电器产品市场占有率；满足低压配电、控制系统与装置以及国家重点工程配套需要；明显提高我国主要低压电器产品可靠性及外观质量。 从目前发展情况看，应重点开发以下八大类电器产品：智能化框架断路器；智能化塑壳断路器；交流接触器；低压真空断路器；电子式电动机保护器、启动器(包括软启动器)；新型终端电器(重点发展低压浪涌保护器)；控制与保护开关电器。 主导产品要拉开档次 为满足不同用户需求，低压电器主要系列产品发展应分为高级型、较高型、经济实用型三个档次。三个档次产品应同时发展，以方便用户根据实际需要合理选用。 高级型：第三代产品可以作为我国目前阶段(510年)高档次低压电器产品。 较高型：以我国第二代低

29、压电器产品为主体，同时这一档次产品应根据市场需要进行二次开发。如上海电器科学研究所正在对万能式断路器DW15系列产品进行二次开发，二次开发后产品型号为DW15HH；CJ40系列交流接触器也可作为CJ20系列二次开发产品。进行二次开发的目的主要是为了提高产品性能，增加我国中档低压电器产品的市场竞争能力，挡住外国产品向我国低压电器中档产品市场渗透。 经济实用型：要完善我国新一代经济实用型产品并加以努力推广，以加速我国第一代落后产品淘汰。重点抓好万能式断路器、塑壳断路器、交流接触器、热继电器四大类产品。作为行业重点推广的产品为：万能式断路器以DW16取代DW10、塑壳断路器以SC系列取代DZ10、交

30、流接触器以CJT1系列取代CJ10、热继电器以JR36取代JR16。 开发新一代经济实用型产品首先是为适应不同档次用户要求，是发展战略需要，不是权宜之计，也不是过渡产品，它需要长期存在。其次可加速我国第一代落后产品的淘汰步伐，但它又不是第一代落后淘汰产品的翻版。另外还能填补部分企业淘汰目前还在生产的第一代落后产品后的“空缺”。 根据上述目的，新一代经济实用型产品应遵循以下设计原则： 1.保持我国第一代产品结构简单、价格便宜的特点，要求新一代经济实用型产品制造成本与第一代产品相当，一般不超过5%10%。 2.产品安装尺寸与外形尺寸尽可能保持不变。 3.新一代经济实用型产品较第一代产品在性能或功能

31、上应有明显提高。 4.对第一代产品结构与性能上存在的明显缺陷应克服或改进。 5.完善系列规格，发展派生系列，开发必要的附件或配套件。 6.符合我国现行低压电器标准和IEC标准。 值得注意的是，在第一代主要产品DW10、DZ10、CJ10、JR16系列产品正式淘汰后，不少企业对上述淘汰产品通过简单的产品外形与型号变更，改头换面重新投放市场的做法是不可取的。 参考文献1吴中俊,黄永红.可编程序控制器原理与应用.北京：机械工业出版社，2006，110.2 曹辉可编程序控制器系统原理及应用北京：电子工业出版社，2003，2327.3何衍庆可编程序控制器原理及应用技巧北京：化学工业出版社，2000，10

32、2104.4 廖常初编程及应用北京：机械工业出版社，2002，214216.5 陈金华可编程序控制器应用技术北京：电子工业出版社，1995，3340.6 弭洪涛可编程序控制器原理与应用北京：中国水利水电出版社，1998，4547.7 李振安工厂电气控制技术重庆：重庆大学出版社，1998，1115.8 王也平可编程序控制器原理及应用成都：西南交通大学出版社，1994，152155.9 杨士元可编程序控制器编程应用和维修北京：清华大学出版社，1995，306310.致 谢本课题在选题及研究过程中得到赵方老师的悉心指导。赵方老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。赵方老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却终生受益。对赵方老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢王文谨老师、晋玉霞老师、李红梅老师、王徽老师等各位老师对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。感谢我的同学茹园、余海洋、程代超、杨世栋、王迪、王彦军、李海粟、许伟杰、张骞三年来对我学习、生活的关心和帮助。17