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板材送进夹钳装置

第1章绪论

1.1国内外的科技现状

国外现状:

随着科学技术的进步,各国的液压系统取得了快速发展。

德国哈雷液压系统,噪音及振动小、速度快,具有过载自动保护,确保机床的精度和动力需求,可实现行程无级调整,方便调节不同板厚时的冲压行程及补偿模具刃磨量,提高效率,无伺服阀,对油品要求不高。

省电,液压系统自备高效风冷装置,节约电力消耗,整机日常维护保养简便,定期更换项目少,减轻用户维护成本。

意大利Atos公司生产的液压元件和电液系统是液压和电子理想结合的产品,能实现快速,平稳和精确的控制。

日本SUMITOMO公司生产的QT内啮合齿轮泵具有静音,耐高压,抗磨损,寿命长,应用广泛的特点。

此外,美国的Parker公司,意大利的CARCO公司,日本的YUKEN公司都在液压元件和液压传动方面取得了成功。

国内现状:

虽然我国的液压系统和液压元件大多数是靠国外进口,但也取得了一定的成就。

广州机械科学研究院液压研究所开发的广研系列的比例阀,高性能军用液压阀,核电站用的水介质液压阀以及各类液压缸,液压系统都广泛应用于各行各业,比如宝钢ERW套管热处理线液压系统。

德州液压机具厂(集团公司)下设的宙力液压机具有限公司专业生产的超高压液压泵站,机具,工具油缸等元件处于全国领先地位。

宇力液压缸有限公司专业生产系列装载机,推土机,挖掘机,路面机械等工程液压缸,是我国同行业最大规模之一。

新宇工程机械有限公司致力于工程机械及配件,液压件的经营,承接维修业务。

1.2企业体制的改革

通过几年的调整改革,以及对外开放方针政策的进一步贯彻,液压气动密封行业的资本结构发生了很大的变化。

原国有大中型企业经过改制,减轻债务和历史包袱,企业的生产技术实力进一步得到发挥,在行业中起着重要的骨干作用。

例如,上海电气液压气动有限公司,几年来大手笔改革,优化产业结构,成功开展与国外合资,公司取得了飞速发展,北京华德液压集团有限公司优化资源配置,克服原国有企业种种弊端,使企业发展更上一层楼,液压阀、液压泵产品产值、产量超过设计纲领;镇江液压件厂有限公司的成功改制,大大提高了职工的积极性,使企业的经济效益大幅度上升,近两、三年企业投入技术改造的资金,比前三个五年计划投入的总和还要多,提高了企业的自主开发能力和工艺装备水平,为企业开发国内外市场创造了条件,为中小型企业改革做出了榜样;长江液压件有限公司的股份制改造,增强了企业的活力,为中型企业的改制提供了经验等。

大批民营企业一惊人的速度成长发展,如宁国中鼎、温州海特克、温州黎明、丹东克隆、浙江国泰、上海大众等,努力开拓国内外市场,其装备水平、管理经验、产品质量等快速提升,取得了良好的经济效益,显示出了强劲的竞争力,企业的发展步入了良性的循环。

近年来,大量的外资进入液气密行业,世界各大著名公司,如博士—力士乐公司、日本SMC公司、德国FESTO公司等纷纷在我国开办独资,合资企业,或做国内的销售代理等业务,他们以高起点、专业化、规模生产的方式,为高水平主机和重大装备配套,呈现“制造业向中国转移”的态势。

因此,形成了国有、民营、三资企业的销售额基本量三足鼎立之势。

1.3液压气动密封工业市场行情

在我国加入WTO以后,随着经济全球化的发展,我国的市场经济不断发展和完善,在国家宏观调空的经济大环境中,在机械工业各主机快速发展的带动下,液压气动密封工业连续5年实现了持续快速稳定的发展,取得了显著成绩,于2004年提前完成了“十五”规划的预定目标,行业面貌发生了可喜的变化。

根据对液压、液力、气动、密封工业332个主要企业截止2005年底的统计,液压气动密封工业平均经济效益指数1.62,销售利润率9.56%,总资产贡献率11.94%,资本保值增值率113.62%,资产负债率51.68%,流动资产周转率1.32次,成本费用利用率10.44%,劳动生产率76788元/人,产品销售率97.40%,市场供求衔接良好。

1.4板材送进夹钳装置项目研究的意义

以上这些成绩的取得固然可喜,但我们必须还要看清一些现状,根据资料显示:

就综合机械化的水平看,总体上中国目前只能赶上或达到国际上上世纪九十年代初的水平。

另外,国产板材送进夹钳装置与国外相比,在技术性能方面,环境保护、可靠性方面和监控及保护系统方面也都存在不小的差距。

因此,必须提高自主创新能力,加大科研投入力度,努力达到世界先进水平。

STPK120型夹钳装置是广泛吸收国内外现有的液压,气压夹钳装置的先进技术基础上,针对板材的型号长、厚、宽分别为5m—12m,4—10mm,300mm—500mm而开发研制的。

板材的两侧面分别布置5个该夹钳装置,并且每个夹钳装置之间的距离是1000mm。

这样能够节省大量的材料,对大批量的板材生产具有降低成本的优点。

该夹钳夹紧力靠油缸夹紧,伸缩采用SMC公司的锁紧缸。

它具有结构可靠,传动平稳,节省材料,动作灵敏等优点。

而作为板材送进装置的重要辅助机构,对提高劳动生产率,降低工人的劳动力具有显著的作用。

因此它的研制有十分重要的意义。

针对上述现象,对于夹钳装置的研究一直是一个不间断的工作,今后相当长的时间内,我们都要研究它。

我设计的是STPK120型夹钳装置,希望能起到一定的帮助。

 

第2章夹钳装置的概述

2.1STPK120夹钳装置的简介

STPK120板材夹钳装置是广泛吸收国内外现有的液压,气压夹钳装置的先进技术基础上,针对板材的型号长、厚、宽分别为5m—12m,4—10mm,300mm—500mm而开发研制的。

板材的两侧面分别布置5个该夹钳装置,并且每个夹钳装置之间的距离是1000mm。

这样能够节省大量的材料,对大批量的板材生产具有降低成本的优点。

该夹钳夹紧力靠油缸夹紧,伸缩采用SMC公司的锁紧缸。

它具有结构可靠,传动平稳,节省材料,动作灵敏等优点。

2.2STPK120夹钳装置的工作原理

夹钳的作用是夹住工件的侧面,工件放在辊子上,夹钳夹住工件,拖动工件前行,送到主机进行冲孔加工。

一般情况下,采用多个夹钳共同夹住板材,夹钳口伸入到板侧面20—30mm,即可夹住。

众多夹钳并排放在平板上,平板下有滑轨,由电机驱动齿轮、齿条,即可驱动平板在滑轨上运行。

夹钳夹紧力靠油缸夹紧,油缸为单作用油缸,即复位采用油缸弹簧。

夹钳伸缩采用SMC公司的锁紧缸,此缸在行程上可在任意位置停止锁紧活塞,使夹钳不窜动。

该装置的动作过程为:

当工件位置放好后,夹钳头在汽缸的推动下伸出;当工件进入夹钳口时,板材侧面接触到感应块时,感应块后退,接近开关得到信号;控制系统收到接近开关的信号,油缸进油,上钳口下压,压住板材,同时汽缸活塞锁紧不动;夹紧后,夹钳带着工件在齿轮、齿条驱动下前行,送往主机。

然后当主机对板材冲孔加工后,控制系统得到命令后,油缸卸压,在油缸弹簧的作用下活塞杆上升,夹头在复位弹簧的作用下回到初始位置。

同时锁紧气缸拉动油缸回到原位置,至此整个动作结束。

工作原理图如图2—1所示。

图2—1

1.活塞杆2.油缸3.浮动夹钳支架4.支座5.锁紧气缸

2.3STPK120夹钳装置的结构组成及其各部分的功用

该夹钳装置主要由单作用油缸、锁紧缸、支座、气缸支架、浮动夹钳支架、传感器等零件组成。

2.3.1传感器

工程上通常把直接作用于被测量,能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出的器件,称为传感器。

传感器的作用类似于人的感觉器官。

它把被测量,如力、位移、温度等,转换为易测信号,传送给测量系统的信号调理环节。

传感器也可以认为是人类感官的延伸,因为借助传感器可以去探索那些人们无法用感官直接测量的事物,例如,用热电偶可以测得炽热物体的温度;用超声波探测器可以测量海水深度;用红外遥感器可从高空探测地面上的植被和污染情况,等等。

因此,可以说传感器是人们认识自然界的有力工具,是测量仪器与被测事物之间的接口。

在工程上也把提供与输入量有给定关系的输出量的器件,称为测量变换器。

传感器就是输入量为被测量的测量变换器。

传感器处于测试装置的输入端,其性能将直接影响着整个测试装置的工作质量。

当今传感器开发中,以下列三方面的发展最引人注目:

(1)物性型传感器大量涌现物性型传感器是依靠敏感材料本身的物性随被测量的变化来实现信号的转换的。

因此这类传感器的开发实质上是新材料的开发。

目前发展最迅速的新材料是半导体、陶瓷、光导纤维、磁性材料,以及所谓的“智能材料”(如形状记忆合金、具有自增殖功能的生物体材料等。

)这些材料的开发,不仅使可测量大量增多,使力、热、光、磁、湿度、气体、离子等方面的一些参量的测量成为现实,也使集成化小型化和高性能传感器的出现成为可能。

此外,当前控制材料性能的技术已取得长足的进步。

这种技术一旦实现,将会完全改变原有敏感元件设计概念:

从根据材料特性来设计敏感元件,转变成按照传感要求来合成所需的材料。

总之,传感器正经历着从以结构型为主向以物性型为主的过程。

(2)集成、智能化传感器的开发微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的进展,出现了多种集成化传感器。

这类传感器,或是同一功能的多个敏感元件排列成线型、面型的传感器;或是多种不同功能的敏感元件集成一体,成为可同时进行多种参量测量的传感器;或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成一体的器件。

近年来,更有把部分信号处理电路和传感器集成一体,使传感器具有部分智能,成为智能化传感器。

(3)化学传感器的开发近20年来,工农业生产、环境监测、医疗卫生和日常生活等领域,广泛应用化学传感器。

化学传感器把化学量转化成电量。

大部分化学传感器是在被测气体或溶液分子与敏感元件接触或被其吸附后才开始感知的,而后产生相应的电流和电位。

目前市场上供应的化学传感器以气体传感器、湿度传感器、离子传感器和生物化学传感器为主。

预计在未来一段时间内,化学传感器器件将会蓬勃发展,并且出现一些智能化化学传感器。

传感器分类方法很多。

按被测量分类,可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等;按传感器工作原理分类,可分为机械式、电器式、光学式、流体式等;按信号变换特征也可概括分为物性型和结构型;根据敏感元件与被测对象之间的能量关系,可分为能量转换型与能量控制型;按输出信号分类,可分为模拟式和数字式;等等。

本产品所用的传感器既属于电器式,结构型又属于能量转换型。

它由感应块,感应柱和各种电路元件组成。

当工件进入夹钳口时,板材侧面接触到感应块时,感应块后退,接近开关得到信号,控制系统收到接近开关的信号,进行相关处理。

如图2—1(a),图2—1(b)所示:

图2—1(a)

 

图2—1(b)

2.3.2油缸

油缸是该装置中的重要组成部分,是进行夹钳动作的直接执行部件。

油缸可分为单作用缸和双作用缸,在不同的工作条件下采用不同的型号。

单作用缸靠油缸弹簧复位,用于压力不高的场合。

双作用油缸采用进、出油口,常用于压力比较高的场合。

本产品采用的是单作用液压缸,是因为夹钳板材不需要用太大的压力,并且单作用液压缸的主要优点是结构简单,动作灵敏,费用低廉,能很好得完成工作任务。

因此从经济角度和实用性考虑也应该选择单作用液压缸。

它和活塞、夹头配合共同完成夹钳并送往主机。

2.3.3锁紧缸

锁紧缸选用了日本SMC公司生产的气缸,它的作用是工作时将油缸伸出去。

当传感器感应到板材时,控制系统得到信号并向气缸发送锁紧信号,此时,气缸就自动锁紧不动。

2.3.4支座

支座的用途不言而寓就是起支撑作用,支撑锁紧缸和液压缸进行正常工作,并且和底座用螺纹连接,随带传动一起向主机方向运动。

2.3.5气缸支架

气缸支架是焊接件,固定在支座上,支撑气缸活塞平稳动作,其次还起到导向作用。

2.4夹钳装置的技术特点

支座、气缸支架、浮动夹钳支架都是焊接件,它们的主要技术特点是:

板件不得出现明显焊接变形,焊后清渣,焊后去焊接应力,锐边倒钝,发黑处理。

油缸活塞杆采用的材料是45钢,加工时注意锐边倒钝和T235。

油缸的材料也是45钢,加工时注意锐边倒钝,进行去除应力和T215。

各零件装配后夹钳活动灵活,弹簧在工作行程内伸缩自如。

2.5设计的有关技术参数

钢板:

厚4—10mm,长3—12mm,宽300—500mm;

钢板翘曲最大30mm;

气缸为锁紧气缸即在行程内任意位置停止不动;

气缸行程200mm,缸径63mm,锁紧力4000N。

夹钳装置的布置是:

板材的两侧面分别布置5个该夹钳装置,并且每个夹钳装置之间的距离是1000mm。

 

第3章缸筒的工艺规程设计

3.1缸筒的功用

油缸是该装置中的重要组成部分,是进行夹钳动作的直接执行部件。

油缸可分为单作用缸和双作用缸,在不同的工作条件下采用不同的型号。

单作用缸靠油缸弹簧复位,用于压力不高的场合。

双作用油缸采用进、出油口,常用于压力比较高的场合。

本产品采用的是单作用液压缸,它的主要优点是结构简单,动作灵敏,费用低廉,能很好得完成工作任务。

它和活塞、夹头配合共同完成夹钳并送往主机。

3.2缸筒的工艺分析

缸筒主要加工表面,它们之间有一定的位置要求。

现分析如下:

1.该零件的主要加工面孔φ38H11,φ36,φ30H8,φ35.9H9,φ60H9。

2.孔φ30H8,φ35.9H9分别与孔φ60H9的同轴度为φ0.015,φ0.02。

3.孔φ60H9与缸筒的内外端面的垂直度分别为0.04,0.04。

这些将直接影响缸筒和活塞的配合精度。

如图3—1所示:

图3—1

3.3工艺规程设计

3.3.1确定毛坯的制造形式

缸筒是常用的传动件,配合活塞杆使用。

由于本产品所用的缸筒是小批量生产,而且零件的轮廓尺寸不大,但结构比较复杂并且对强度的要求不高,故可采用金属型铸造成型,选择零件的材料为45钢。

这从提高生产效率,保证加工精度上考虑,也是应该的。

3.3.2基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一,基面选择得正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。

否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批量报废,使生产无法正常进行。

(1)粗基准的选择。

粗基准选择的原则有:

相互位置要求原则;余量均匀原则;余量足够原则;粗基准不重复使用原则。

本产品所用缸筒的两个内孔φ30及φ35与孔的中心线有同轴度的要求,因此加工该两孔时应注意相互位置要求原则。

因此选φ60及外端面B为定位基准是最合理的。

(2)精基准的选择。

精基准选择的原则有:

基准重合原则;基准统一原则;互为基准、反复加工原则;自为基准原则。

加工缸筒时主要考虑基准统一的问题,即遵循“基准统一”的原则。

基准统一的好处有:

保证各表面间的相互位置精度,避免因基准变换而产生误差,并有利于简化夹具的设计种类,减少装夹的时间,从而降低制造成本。

因此选φ30及外端面A为定位基准是最合理的。

3.3.3制定孔加工的工艺

制定孔加工工艺的出发点,应该是使零件的几何形状,尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。

在生产纲领已确定为大批量生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产效率。

除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。

工艺方案:

以φ60及外端面B为定位面,采用短阶梯圆柱销定位,另外加以辅助支撑(辅助支撑的作用提高定位的稳定性,不影响自由度的限制),绞φ30孔。

然后以φ30及外端面A为定位面,采用短阶梯圆柱销定位,另外加以辅助支撑,绞φ60孔。

第4章板材的受力分析

4.1液压油的选择

液压系统中使用的液压油液的种类有:

石油型和难燃型两种。

石油型可分为机械油、汽轮机油、普通液压油以及专用液压。

而专用液压油又可分为抗磨液压油、低温液压油、液压—导轨油、高粘度指数液压油、其它专用液压油。

难燃型可分为乳化型和合成型。

乳化型可分为水包油乳化液、油包水乳化液。

合成型包含水—乙二醇液、磷酸酯液和其它。

石油型的液压油以机械油为基料,精练后按需要加入适当的添加剂而成。

这种油液的润滑性好,但抗燃性差。

机械油是一种工业用润滑油,价格虽较低,但物理化学性能较差,使用时易生粘稠胶质,堵塞元件,影响系统的性能。

压力越高,问题越严重。

因此,只在压力较低和要求不高的场合使用。

汽轮机油和机械油相比,氧化安定性好,使用寿命长,与水混合后能迅速分离,纯净度高。

普通液压油中加有抗氧化防锈和抗泡等的添加剂,在液压系统中使用最广。

水—乙二醇液适用于要求防火的液压系统。

如液体长期在高于65℃的温度下工作,水分的蒸发使它的粘度上升,因此必须经常检验。

低温下粘度小,它的润滑性比石油型液压油差,对大多数金属及液压系统中使用的大多数橡胶密封圈材料均能相容,但会使许多油漆脱落。

磷酸酯液自燃点高,氧化安定性好,润滑性好,使用温度宽,对大多数金属不腐蚀,但溶解许多非金属材料,因此必须选择合适的橡胶密封材料。

这种液体有毒。

为了改善液压油液的性能,往往在油液中加入各种各样的添加剂。

添加剂有两类:

一类是改善油液化学性能的,如抗氧化剂、防腐剂、防锈剂等;另一类是改善油液的物理性能的,如增添剂、抗泡剂、抗磨剂等。

对于本产品,如果液压自动夹钳装置在常温下工作,其工作环境的温度不高,但有防尘要求,选择20号普通机床液压油。

20号压力油的运动粘度:

,取

 

 

工的难度太大,是有名的难加工材料,陶瓷滚珠的加工就更难。

如何制造高精度陶瓷滚珠已成为热门的一项课题,采用传统的研磨机,存在一些不足,于是日本金泽大学的黑部利次等教授将V型槽研磨盘分为内外两个有斜面的盘,V型是由两个斜面构成,这样这两个盘可以以不同的速度回转,改善了滚珠在研磨中的状态,来得到高精度。

这是从另一个侧面介绍了研磨领域里的一种新颖的构思。

金属结合剂的金刚石砂轮的应用历史已不短,其结合剂历来就是铜剂,日本东京工业大学的中川威雄教授提出采用铁剂,使金刚石砂轮的寿命提高了1~2倍。

并且引起了技术界研究结合剂的热潮。

在这基础上,日本理化研究所的大森整博士又发展了金刚石砂轮的在线电解修正(ELID)技术,拓宽了镜面加工的新途径,创新的作用发挥出了淋漓尽致的效果。

总之,创新在超精密加工领域中占有重要的位置,这是无可争辩的。

6.4注意动向,为发展铺平道路

超精密加工技术在向更高精度的层次发展,具体说,正在受到毫微米精度的挑战,另一方面又面临微机械的要求,传统的加工也面临不适应的局面。

因此从战略上必须重视这些发展。

这里只提出几个例子作为参考:

6.5微机械的制造技术

微机械与微机械加工已是当前超精密加工技术延伸的一个重要方面。

由于与传统的机械加工有着很大差异,因此逐渐在超精密加工技术领域出现一种崭新的动向,它正起到推动超精密加工技术发展的作用。

LIGA技术就是典型的产物;电加工向微细加工的发展又是一例。

以STM、AFM等组成的SPM系统正在被应用在机械加工领域,今天超精密加工的表面质量通过这类测量仪表的计量,使加工的技术水平向更高层次发展。

这些技术的发展不仅推动微机械技术的发展,而且也加速了传统机械加工的进步。

6.6硬脆材料采用延性方式加工

科技的进步,促使广泛采用新材料,而新材料中许多是硬脆材料,其加工难度很大,尤其是光学零件的透镜,要求镜面,自从出现采用延性方式的加工技术,引发了很大的研究热潮,但是它必须提供更优越的条件,因此有人提出金刚石车削与超声波技术结合的复合加工。

总之,这是前景很好的技术,但是难度很大,当前仍处在实验室阶段,还有待进一步完善和探索。

而今后的需求确实十分迫切。

6.7超精密计量技术的发展

要发展超精密加工技术,最迫切的是超精密计量。

从发展的角度来看,超精密加工技术一直在向更高层次推进,因此其定义也很难加以确定,精度也随着时间的推移不断提高,计量便首当其冲。

应当说,计量技术在当前已经有了很大提高,条件明显得到改善,但是需求则更高,这就是矛盾的所在。

激光作为计量的基准,对超精密加工技术起到了巨大的推动作用;扫描探针显微镜(SPM)出现,对提高超精密加工技术向高层次的发展起到了关键的作用,而且也有助于微机械的发展。

这是有利的方面,但是其利用只是刚开始,有待进一步开发,但从发展来看,难度依然很大。

非球面光学加工

非球面透镜的出现是光学领域的重要发展,它的迅速发展,给超精密加工技术提出了迫切的要求,随着时间的推移,精度的不断提高,难度也日益变大。

所以近期已成为超精密加工领域的一项重要的课题。

这项技术不仅应用于大型天文望远镜,而且用于红外及短波段的反射光学成像系统与量大面广的光盘光学聚焦透镜。

今天透镜的材料也在迅速发展,新型的塑料透镜已成为热门的目标,由于其量大且塑料的热膨胀系数大,使制造的难度也日趋增大。

尤其是光学透镜的模具制造更是超精密加工技术今后的重要课题。

限于篇幅,这里只能举几例,说明随时随地应当注意其动向,为超精密加工技术的发展,得取动力。

6.8结束语

超精密加工技术是机械制造领域的重要方面,它的发展是尖端技术的基础,它的成就将是推动整个科技向更高层次发展的重要手段,也是现阶段必须突破的关键技术,因此及时借助于当前的有关各项技术的进步,综合加以利用才能突破。

这就是本文的初衷。

 

结论

在当今的社会发展中,工农业的生产自动化程度越来越高,制造业飞速发展。

特别是发达国家在这方面有为明显,我国虽然和他们比有一定的差距,但最近几年通过引进外资和继续加大科研投入力度。

因此,也取得了较大的发展,这种差距也在慢慢地减小。

我设计的板材送进夹钳装置在一定程度上促进了自动化生产,减少了运输时间,降低了工人的劳动力度,提高了生产效率,可以说具有十分重要的意义。

通过两个多月的资料收集、整理和设计,我设计的STPK120板材送进夹钳装置终于完成了。

在我所设计的在这两个月里,我通过对资料的搜集、查找,找到了很多对设计有用的参考资料,从而保证了设计的顺利进行。

可以说这次设计是对我大学四年所学知识的一次综合检验和全面总结,在这个过程中我学会了独立思考、在实践中找答案、在前人的基础上求创新。

通过毕业设计,使我的综合能力大大的提高,为将来参加工作打下了坚实的基础。

 

致谢

近三个月的毕业设计结束了,在毕业设计的日子里,我顺利完成了STPK120板材送进夹钳装置的设计。

在这里我要感谢机制教研室的老师们,特别是我的设计指导教师芦玉梅老师。

若没有她的指导,我的毕业设计绝对不能如此顺利完成。

在整个设计过程中,我在老师的指导下学到了很多有关专业方面的知识,在一些探索性问题上得到了深层次的理解,更在老师的身上学到了许多为人处事的道理,我想这些都是我人生中的宝贵财富,在我今后的工作生涯中定会受益匪浅。

在此我要对两为指导老师说一声:

“老师,您们辛苦了!

由于本人所掌握的知识技能水平有限,在设计中难免存在一些问题,在此恳请广大老师和同学们给予批评与指正,以便我在今后的工作和学习中获得更大的提高。

 

参考文献

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2黄长艺,严普强主编.机械工程测试技术基础.机械工业出版社,1984,11

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13李越.液压系统污染问题的探讨[J].机床与液压.2004

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