毕业设计论文-液压泵试验系统设计论文.doc

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第一章 前言

1.1 液压技术的背景
我国的液压泵的发展与我国液压工业发展是完全同步的,大致经历了三个阶段,每个阶段大致为12 年左右。第一阶段是从1965 年到1978 年左右,这一阶段为创建与自主开发阶段。在70 年末先后开发出通轴式轴向柱塞泵、内曲线式低速大扭矩液压马达、高压齿轮泵、球塞马达、叶片泵等等。上海液气总公司下属液压泵厂、液压件厂、高压油泵厂等生产了各种规格的斜盘式、斜轴式轴向柱塞泵、叶片泵、径向式马达等等。在这一阶段开发的CY、ZB 泵迄今仍在我国的液压产品市场中,中高压领域占据着一定地位。第二阶段是1978～1990 年这一阶段是以引进国外先进技术为标志。在78 至87 年引进的27项中有17 项是液压泵的项目,包括重型柱塞泵、轻型柱塞泵与马达、斜轴式柱塞泵与马达、高压叶片泵与马达、齿轮泵、内啮合齿轮泵、双斜盘液压马达等等。这说明通过这些引进,将我国生产液压泵的性能、参数上了一个台阶,基本上进入25～31. 5Mpa的额定压力范围。当然也说明我国液压泵的发展中与国际差距相比,泵方面的差距比阀的差距更大些。然而在这一阶段,尽管技术引进产品性能有了发展,但消化并进一步开发上有差距,产品质量上与国外产品有差距。第三阶段是1990 年至今,这一阶段是以与国外著名厂商合资、合作与提高质量为中心,在国内生产的液压泵在性能与质量上都有相当程度的提高。
工程机械液压泵是在工程机械液压系统中为液压缸和液压马达提供压力油的一种液压元件。由于当前工程机械需求量日益增加，市场对工程机械液压泵，尤其是高品质的工程机械液压泵的需求越发迫切。
对生产高品质的液压泵而言，性能测试是非常重要的环节，因此搭建性能良好的试验台非常关键。这一点适用于各种液压泵的生产和测试，例如对用于中国铁路的大功率柴油机单体泵进行测试的试验台，对柴油机机油泵进行各种测试的试验台，对应用于飞机液压系统中的组合泵进行测试的组合泵试验台等等。
工程机械液压泵的研究、开发和试制出后首先需要一个能够对其做性能试验的试验台。试验台的好坏直接影响着被试液压泵的性能指标的真实表示[7]。

1.2 液压技术的发展趋势
社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压技术继续努力的永恒目标，也是液压产品参与市场竞争是否取胜的关键，其主要趋势集中在下面几个方面:
1.减少能耗,充分利用能量
液压技术在将机械能转换为压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在其系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高，为减少压力能的损失，必须解决下面的几个问题：
①减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量以及压力。
②减少元件和系统内部压力损失，以达到减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道中损失,同时还可减少漏油损失。
2.主动维护
要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，必须使液压系统故障诊断现代化，并且要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。
液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现有故障时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展[7]。

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第二章 液压泵试验台的设计
2.1 试验台基本方案的选择与制定
2.1.1 制定试验台布局
由于此次泵试验采用的电机功率较大，即电机的体积较大，使得试验台的体积较大，所以要对试验台的各原件进行合理的布局。因为电机、传感器、备试泵、联轴器的轴线需要在同一直线上，所以这些原件需要放在同一直线上。这样试验台的长度就要比较大，所以油箱采取后置的方法，放在试验台的后部。这样就减少了空间的利用，使得整个试验台系统的布局更合理一些。
同时这样还减少了材料的使用，提高了材料利用率。这样油箱后置，还方便操作，是操作者更方便的进行工作。
2.1.2 动力源的选择与要求
根据要求要选择变频的电机，并且要有测速仪，因为由泵吸入的油经过过溢流阀等时要损失部分，一部分要流回油箱。
油液的净化装置是液压源十分重要的一个环节。泵的入口装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的高压过滤器再次过滤。为防止系统中的杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性的回油过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，系统考虑了加热、冷却等改善措施。

2.2 绘制液压泵试验台的原理图
液压泵试验台是由由主油路，辅助控制油路和冷却加热回路三条组成，每个进油口有吸油滤油器，泵的出口装有高压过滤器，由滤芯和压力继电器来组成。当滤芯被堵后，压力升高，压力继电器闭合，发出报警。
下图是液压泵试验台的原理图：

图1 原理图

下面是液压泵试验台所需的主要元件表：
序号
型号
名称
数量
生产厂家
1
1200×1000×800
油箱
1

2
YWZ1-160T
液位液温计
1

3
SMF-323A
空气滤清器
1

4
WB201 0-100°C-0.5 500
温度变送器M27X2
2

5
PSB-250MZV3-1
吸油滤油器
1

6
Y2-100L1-4 B5
电动机（2.2Kw）
1

7
NL3(YA28×58/YA25×36)
内齿型弹性联轴器钢件
1
济南天成
8
IGP2-32
内啮合齿轮泵
1
华液
9
HM63-60-R-M14X1.5
耐振压力表6MPa
1
HYDAC
10
PLC160MD0E81ML
低压过滤器 不锈钢芯
1

11
HEX615-40
板式冷却器
1
HYDAC
12
KHB-M36X1.5-1212-01X
低压球阀不锈钢
2
HYDAC
13
KH-G2" (DN50)
冷却水泵
2

14

回油过滤器
1
济南天成
15
KH-G2" (DN50)
低压球阀不锈钢
2

16
Y280S-4
电动机（75kW）
1
济南天成
17
NL5(YA38×80/YA28×42)
联轴器钢件
3
济南天成
18

数字式转矩速仪

19
NL5(YA38×80/YA28×42)
联轴器钢件
3
济南天成
20
LY-A2F80R2
柱塞泵
1

21
RVP16
单向阀
1
HYDAC
22
LC13-A40/GF-1
高压过滤器
1

23
DVP-12
压力表开关
1
华液
24
YN100-Ⅲ103E3B3-1200400
耐振压力表50MPa不锈钢
1

25
Huba 511.944603542
压力传感器（50MPa）
1

26
F01A-H16F-5
温度变送器
1
济南
27
PMVP5-44/24
板式节流阀
1
Hawe
28
PMVP5-44/24
比例溢流阀
1
Hawe
29
DB10-1-30/315
溢流阀
1
华德
30
FRA-63*F-Y
插件NG25
1
崛牌
31

滑阀控制盖板NG25

32

电磁换向阀

33

椭圆齿轮流量计
1

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第三章 主要液压元件的选型
3.1 泵和电机的选型及计算
3.1.1 主泵及电机的选型和计算
根据已知的设计要求和条件，要求最大试验工作压力为32MPa，电机功率为75KW。
其次，选择电机的容量，即额定功率。所选的电机的额定功率应大于或等于工作要求功率。容量小于工作要求时，则不能保证电机的正常工作；容量过大时，则要增加成本，并且由于效率和功率因数低造成浪费。
根据已知条件电机额定功率为75KW因此可选择变频电机。通过变频器改变输入交流电的频率进而调整电机的转速。
由此可以根据电机的功率及实验台要求，选择四级电机，电机的型号为Y280S-4，因为根据性价比和系统的稳定性，我们选择济南天成的产品，该产品的功率为75kw，额定转速为1480r/min[1]。

3.1.2 独立冷却油路电机的选择
由于给定电机功率为2.2KW，并且没有特殊的要求，在这里我选用普通Y系列电机。
3.2 液压泵的选择
3.2.1备试泵的选择
备试泵选用最重要的条件是满足使用要求，还要考虑的就是价格，维修保养是否方便等。本次实验最大压力要求为32Kpa，转速的范围要求比较大。在次试验台系统中我选用的LY-A2F系列斜盘式柱塞泵。这种泵具有固定的排量，而且还可用于开式系统或闭式系统做静压传动，所以很适合用于此系统中[17]。

图2

根据上式 n=1480r/min,可得功率如下表：
压力(Mpa)

流量（r/min）
10
15
20
25
30
35
40
30
4.9
7.35
9.8
12.25
14.7
17.15
19.6
50
8.2
12.3
16.4
20.5
24.6
28.7
32.8
70
11.5
17.25
23
28.75
34.5
40.25
46
90
14.7
22.05
29.4
36.75
44.1
51.45
58.8
100
16.4
24.6
32.8
41
49.2
57.4
65.6
107
17.5
26.25
35
43.75
52.5
61.25
70
115
18.5
27.75
37
46.25
55.5
64.75
74
125
20.5
30.75
41
51.25
61.5
71.75
82
150
24.6
36.9
49.2
61.5
73.8
86.1
98.4
200
32.8
49.2
65.6
82
98.4
114.8
131.2
250
41.1
61.65
82.2
102.75
132.3
143.85
164.4

由上表看出，在转速为1480r/min，且满足功率为75KW的排量的泵中有107-250，考虑价格因素可以选择107-125之间的排量的泵。

3.3 油路管道选择
3.3.1油管的计算选择
油管计算主要是确定油管内径和壁厚参数。
1. 油管内径计算公式为：
（1）
式中：q——通过油管的流量;
v——油管中推荐的流量，吸油管取0.5-1.5m/s，压油管取2.5-5 m/s。回油管取1.5-2.5 m/s。在电机额定功率下，电机转速为1480r/min，所以流量为:q=r×v=1480× 63=1.554×(/s)
将q代入公式（1）得：对于回油管d=0.08（m），对于吸油管d=0.14（m）
因此吸油管选择内径为15cm的钢管，回油管选内径10cm的钢管。
2.油管壁厚计算公式：
（1）
式中：p——油管内压力；
——油管材料的许用应力。=/n, 油管材料的抗拉强度，n为安全系数。对于钢管，p<7MPa时，取n=8；当p<17.5MPa时，取n=6；当p>17.5MPa时，n=4。经过查阅资料可得材料为1Cr17Ni7的钢管的抗拉强度为520MPa。
将代入公式（2）得：吸油管2.0（cm）；
回油管1.32（cm）。
按标准的规格选取吸管为15mm×2mm的无缝钢管；回油管选择10mm×1.5mm的无缝钢管[9]。
3.4 联轴器的选择
联轴器除连接两轴并传递扭矩外，有些还具有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能，以及缓冲、吸振、安全保护等功能，因此要根据传动装置工作要求来选定联轴器的类型。
联轴器选择梅花型联轴器，根据电机轴的直径和传感器轴直径选择LM9型联轴器。梅花联轴器主要有两种类型，一种是传统的直爪型的，另一种是曲面爪型的零间隙联轴器。传统直爪型梅花联轴器不适合用在精度很高的伺服传动应用中。零间隙爪型梅花联轴器是在直爪型的基础上演变而来的，但不同的是其设计能适合伺服系统的应用，常用与连接伺服系统、步进电动机和滚珠丝杠。曲面是为了减少弹性梅花间隔体的变形和限制高速运转是向心力对它的影响。零间隙爪型联轴器由两个金属轴套和一个梅花弹性就间隔体结合而成。梅花弹性间隔体有多个叶片分支，像滑块联轴器一样，它也是通过压挤来使梅花弹性间隔体和两边的轴套吻合，并以此保证了器零间隙性能。与滑块联轴器不同的是，梅花联轴器是通过压挤传动的而滑块联轴器是通过剪力传动的。在使用零间隙爪型联轴器时，使用者一定要注意不能超过生产商给出的弹性元件的最大承受能力，否则梅花弹性间隔体将会被压扁变形失去弹性，预加负荷消失，导致失去间隙的性能，还可能在发生严重的问题后使用者才会发现[3]。
3.5 液压阀的选择
3.5.1 单向阀的选择
单向阀是防止液体倒流的液压元件。所选单向阀除了需要实现防止液体倒流的功能外，还应满足试验台的通流能力。本试验台所用单向阀选用HYDAC公式的公称通径为25mm的板式单向阀（RVP25）。
3.5.2溢流阀的选择
溢流阀是一种压力控制阀，在液压设备中主要器定压溢流作用和安全保护作用。
定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会是流量需求减小。此时溢流阀开启，是多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定。
安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限时开启溢流，进行过载保护，是系统压力补在增加。溢流阀一般有两种结构：直动型溢流阀和先导型溢流阀。
根据液压系统原理图给定情况，审查各阀在各种工况下达到的最高工作压力和最大流量，以此选择阀的额定压力和额定流量。
溢流阀工作时，是利用弹簧的压力来调节。控制液压油的压力大小。当液压油的压力小于工作需要时，阀芯备弹簧压在液压油的流入口，当液压油的压力超过其工作允许压力是，阀芯被液压油顶起，液压油流入然后回到油箱。
一般情况下，阀的实际压力和流量应与额定压力和流量相近，到必要时允许实际流量超过额定流量的20%。 有的电磁换向阀有时会出现高压下换向停留时间较长不能复位的情况，因此用于有可靠性要求的系统时，其压力以降压（32MPa降至20—25MPa）使用为宜， 或选用强制对中的电液换向阀[3]。
3.5.3 球阀的选择
球阀的主要特点是本身结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，而且还适用于工作条件恶劣的介质。球阀体可以是整体的，也可以是组合式的。球阀具有相同的旋转90度的动作，不同的是旋塞体是球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀的管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向。它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密[8]。
3.6滤油器的选择
3.6.1滤油器的选择
过滤器能够有效的过滤出介质中含有的各种杂质，按照过滤器所能过滤的精度不同，也就是能够剔除的颗粒大小直径的不同，过滤器可以分为粗过滤器、普通过滤器、精密过滤器和特精密过滤器等四种。滤油器是专门用来过滤油液中杂质的一种过滤器，滤油器在液压系统中起到油液过滤作用，是保护液压系统正常工作的重要过滤设备。滤油器的挑选要根据液压系统的技术参数进行，确保滤油器能适应液压系统的工作要求。
电机的额定转速为1480r/min，备试泵的排量为63ml/r，
由此可得出泵的理论流量值：
q=631480=90.53（l/min）。
因此主回油滤油器可选择公称流量为100 l/min，型号是FRA-100*F-Y[12]。

3.6.2 独立冷却回路吸油滤油器的选择
电机额定转速为1480r/min冷却泵排量为32ml/r，由此可计算出泵的理论流量：
q=321480=47360ml/min=47.4（l/min）
所以冷却回油滤油器可选择的公称流量为63l/min，其型号为：FRA-63*F-Y[12]。

3.7 流量计的选择
已知P=75KW
而PQ=2∏Tn=P=75000 ，又PV=2∏
所以 T=P/2∏n=75000/(2∏1480/60)=485N.M 而一般根据T的两倍来选择流量计，即流量计的T为1000N.M 。
流量计选择根据上面的计算选择的是LC-13型椭圆齿轮流量计。根据相关数据选择的是铸铁的公称通径为40的型号。流量计前应安装过滤器，两者表体上箭头与流动方向一致。当被测液体含有气体时，流量计前应安装气体分离器。不论管路是垂直还是水平安装，但流量计中的椭圆齿轮轴安装成水平位置。节流阀应安装在流量计进口处，开闭阀装在出口处，使用开闭阀时要缓慢启动，不要突然开阀[12]。
3.8冷却器的选择
滤水器介入管道系统后，水由下部进水口进入滤油器，当水中杂质通过网芯时，由于体积大于网芯孔，而被截留在网芯上，当聚集到一定数量时，即造成进出水口产生一定压差值。
水冷式冷却器特点：冷却水从管内流过，油从列管间流过，中间折板使油折流，并采用双程或四程流动方式，强化冷却效果。
冷却器除了通过管道散热面积直接吸收油液中的热量外，还可以使油液流动出现紊流，通过破坏油液边界层来增加油液的传热系数。根据冷却器的选用原则：冷却器的额定流量是系统流量的3-6倍。
主回路流量：q=r×v=1480×63 =1.522×(/s)，所以冷却器的流量可为6×/s[12]。
3.9 传感器的选择
传感器选择的是JN338 A 型动态传感器，适用于动力设备与负载之间有足够的距离，同时动力设备、负载时一个相对独立体的所有旋转动力系统，需要联轴器将传感器安装于动力设备与负载之间。本试验台选择的传感球为1000N.M的传感器，其直径为48，最高转速为3000r/min。
安装方式：使用两组联轴器，将传感器安装在动力设备与负载之间，在振动较大或同轴度大于0.05mm的情况下，建议选用弹性联轴器。将动力设备及负载设备固定，并紧固可靠不允许有松动。

图3

A型传感器的选型尺寸表
规格
（N．m）
d
（mm）
L
（mm）
L1
（mm）
最高转速
（r/min）
20 30 50
18
224
32
6000
100
18
224
32
6000
200 300
28
242
42
5000
500 700
38
272
57
4000
1000
48
328
82
3000
1500 2000 3000
55
385
105
2500
5000 7000
75
396
105
2000
10000
100
447
130
2000

第四章 固定件的设计
4.1 油箱的设计
4.1.1 油箱的分类以及功能
油箱主要包括：吸油管、滤油网、箱盖、回油管、上盖、油位计、隔板、放油阀等。
油箱主要是用来储存油液，此外还可以起散发油液热量、沉淀油液中污物。释放出油液中的气体等作用。
液压系统中的油箱又有整体式和分离式两种。整体式油箱利用主机的内腔作为油箱，这种油箱结构紧凑，各处漏油也易于回收，但同时也增加了设计和制造的麻烦，维修起来也更加的不方便，散热性也不是很好，而且还会使主机产生热变形。分离式油箱是单独设置，与主机是分开的，这样就减少了油箱发热对主机的影响，因此得到了更普遍的应用[15]。

4.1.2 油箱的结构设计与分析
①设置油箱主要的油口。油箱的排油口和回油口之间的距离一般应尽可能远些，管口都应插入最低的油面以下，以免发生吸空和回油飞溅产生气泡。管口制成450斜角。以增大吸油和回油的截面积，使油液流动时速度变化不致过大，管口应面向管壁。吸油管离箱底距离H2D（D为管径），距箱边不小于3D。回油管离箱底距离h3D。
②在开式油箱上部的通气孔上必须配置空气滤清器，并且可以兼作进油口。油箱的进油口一般不从油桶中将油直接注入油箱，而是经过滤车从注油口注入。这样可以保证注入油箱的油液具有一定的污染等级。
③油箱必须有足够大的容积，以保证系统工作时能够保持所需的液位高度。为满足散热要求，对管路比较长的系统来说，还应考虑停车系统维护时能容纳油液会自由流回油箱时的容量；在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，需要设冷却装置。
④设置过滤器。油箱的回油口一般都设有系统所要求的过滤精度，所以会有过滤器，以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级。油箱的排油口（及泵的吸口）为了防止意外落入油箱中污染物，有时也装有吸油网式过滤器。由于这种过滤器侵入油箱的深处，不好清理，因此，即使设置，过滤网目也是很低的，一般为60目以下。
⑤设置隔板将吸、回油管隔开，已达到使液流循环油流中的气泡污物分离和沉淀。隔板结构有溢流式标准型、回流式及溢流式等几种。另外还可以在隔板上设置过滤网。
⑥按GB/T3766—1983中5.2.3a规定：“油箱的底部应离地面150mm以上，以便于搬移、放油和散热。
⑦为了能够观察向油箱注油的液位上升情况以及在系统过程中看见液位高度，必须设置液位计。
⑧当液压泵和电机安装在油箱盖板上时，必须设有安装板，安装板在油箱上通过螺栓固定，或焊接固定。
⑨放油孔要设置在油箱的最底部，使换油时油液和污染物能顺利地从放油孔流出。在设计油箱时，从结构上应尽可能考虑换油的方便性，设置清洗孔，以便于油箱中沉淀物的清洗。
⑩ 为了防止油液可能流到地面上，可在油箱下部或上盖附近四周设有油盘，油盘必须有排油孔，以便油盘的清洗工作[15]。
4.1.3 油箱的容积
确定油箱容积应满足以下条件：
1. 有足够的容量，以满足液压系统所需流量。
2. 油面应保持适当高度，以防液压泵吸空。但一般油面的高度不高于油箱高度的80%。
3. 能散发系统工作时所产生的热量，保证油箱温度不高于65度。
一般情况下，不要求精确计算时，可根据液压泵额定流量用估算法计算：
低压系统中：V=（2~4）qH
中压系统中：V= （5~7）qH
高压系统中：V= （6~12）qH[9]

图4 油箱

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第五章 液压泵试验台的布局
5.1 主要零部件的安置
电机、联轴器、传感器法兰和柱塞泵等部件要放置在一条线上，并且都固定在试验台的箱体上，油箱后置[12]。

图5
5.2试验台的维护
因试验台包含许多原件，所以为了使试验台能够正常的工作，平时的维护是必不可少的。
1、根据试验台设计的规定和工作要求，正确设定试验系统中液压部分的工作压力和电机的转速。将各种阀门调到正确的要求数值。
2、将试验台紧固在地面上，将所有紧固螺钉紧固，防止松动脱落。顶起检查易松动的地方和易损坏的原件。
3、当系统运行异常时，要及时的对系统进行检查，分析可能的原因，及时解决问题，不可在系统异常的时候还强行的运行机器，以免造成更严重的问题。
4、对油箱中的油要定期进行检查，注意其中油质的变化，定期抽取样品进行检验，若有不符合要求的，要及时进行相应处理或者更换新的油液。
5、对冷却器要定期的检查，维护[15]。
5.3 试验台的运行调试
1、确认液压系统净化符合标准后，向油箱加入液压油。加入液压油时一定要过滤，滤芯的精度要符合要求，并要经过检测确认。
2、检查液压系统各部，确认安装合理无误。

济南大学毕业设计 致谢
致 谢
毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。
此次设计，历时三月，从中外文文献检索开始，到设计图纸、写说明书，无论是哪一步，都让我体会到做设计的艰辛，以及自己知识的欠缺。开始对液压泵试验台的设计没有明确的概念，直到接触这个题目才开始搜寻与之相关的内容。从一无所知到较为具体的了解其结构及功能，这之间，离不开指导老师的教导。正是因为有了李老师孜孜不倦的指导，才让我少走许多弯路，知识掌握的更加完善。此段时间，虽然在某些方面还是有很大欠缺，但我感觉自己已经获得了长足的进步。在此，向李老师表示衷心的感谢。
本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校——济南大学，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长；其次我要感谢机械工程学院的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我们做人做事的道理；尤其要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的李宏伟老师，每有问题，老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去；还要感谢我的同学们，他们热心的帮助，使我感到了来自兄弟姐妹的情谊；最后还要感谢相关资料的编著者和给予我们支持的社会各界人士，感谢您们为我们提供一个良好的环境，使本次设计圆满完成。

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