双铰接剪叉式液压升降台的研究与设计

双铰接剪叉式液压升降台的研究与设计

摘要：液压升降工作台具有载重量大，结构坚固，升降平稳，操作简单，维护方

便等特点。适用于工厂，仓库，车站，搬运的场所等。通过对双铰接剪叉式升降平台机构的研究，进行相关位置参数和动力参数的计算，从而分析出升降平台机构设计时所要注意的问题。并根据要求选择合适的标准的液压元件，绘制出升降台液压系统的液压原理图及其电气原理图，通过对叉杆的各项受力分析确定台板与叉杆的载荷要求，最终完成剪叉式液压升降台的设计要求。

关键字：升降台 剪叉式 液压

Double hinged scissor hydraulic lift platform of

research and design

Abstract：Hydraulic elevator with load for the big, firm structure, smooth lift, simple

operation, convenient maintenance etc. Characteristics. Apply to factory, warehouse, the station, handling places, etc. Through to the double hinged scissor lift platform agency studies, relative position parameters and the computation of dynamic parameters, and choose the appropriate standards according to the requirements of the hydraulic

components, rendering the lift platform hydraulic system of hydraulic principle diagram and its electrical diagram, through to the fork of the mechanical analysis to determine the stem of the stem and fork bedplate load requirements, finally complete scissor hydraulic lift platform design requirements.

Key Words: Lift platform scissor hydraulic pressure

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目录

前言...................................................................................................................... 1 第一章 液压系统的概述 ......................................................................................2

1.1液压系统的简介......................................................................................... 2 1.2液压传动原理............................................................................................. 2 1.3液压元件的分类......................................................................................... 2 第二章 双铰接剪叉式升降台结构分析与设计 ..................................................5

2.1双铰接剪叉式升降平台结构形式............................................................. 5 2.2双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算......................................... 6 2.3双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算......................................... 7 2.4双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算......................................... 8 2.5 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题.......................................... 10 第三章 双铰接剪叉式升降台液压、电气系统设计 ........................................ 11

3.1液压系统原理图绘制............................................................................... 11 3. 2液压系统主要元件选择.......................................................................... 12

3.2.1齿轮油泵选择................................................................................ 12 3.2.2液压缸选择.................................................................................... 12 3.3.3压力表选择.................................................................................... 13 3.3双铰接剪叉式升降台电气系统设计....................................................... 13

3.3.1电气系统原理图设计.................................................................... 13 3.3.2电气系统控制过程........................................................................ 14

第四章 台板与叉杆的设计计算 ........................................................................15

4.1确定叉杆的结构材料及尺寸................................................................... 15 4.2横轴的选取............................................................................................... 18 结束语 ..................................................................................................................20 致谢 ......................................................................................................................21 参考文献 ..............................................................................................................22

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前言

液压升降台主要应用在现代汽车维修作业中，是一个必不可少的设备。它的主要作用就是为发动机、底盘、变速器等养护和维修提供方便。举升机的从上世纪20年代开始使用，发展至今经历了许多的变化改进，种类也比较多，一般有柱式、剪式，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传动等。

汽车举升机在世界上已经有了70年历史。1925年在美国生产的第一台汽车举升机，它是一种由气动控制的单柱举升机，由于当时采用的气压较低，因而缸体较大；同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到10年以后，即1935年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方开始采用。

1966年，一家德国公司生产出第一台双柱举升机，这是举升机设计上的又一突破性进展，但是直到1977年这种举升机才在德国以外的其它国家出现。现在双柱举升机在市场上以占据牢固的地位，其销量还在持续增长。它和四柱举升机相比，既有优点，也有缺点，以下将作一简要说明。

我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式。在举升前汽车必须驶上举升机。在移动式举升机方面也有几项成功设计，如剪式举升机、菱架式举升机等。但这类举升机仍存在两个主要问题，接近汽车下部较难；在车间移动举升机时难逾越地面上的障碍物。当然，可移动性是这类举升机的突出优点。现在固定安装的单柱、双柱、四柱举升机已在维修现场广泛采用，而移动式举升机却相对要少得多。

解放后，特别是改革开放以来，我国的汽车维修行业有了很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业不断发展壮大。各种举升机设备如雨后春笋，不断涌现，质量不断提高，销量逐年增加。

有人说，对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房而外的最重要的投资，因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一，生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机，为汽车维修企业服务。

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第一章 液压系统的概述

1.1液压系统的简介

一个完整的液压系统由五部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

1.2液压传动原理

液压传动的原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。

1.3液压元件的分类

液压元件中可分为动力元件和控制元件以及执行元件三大类。尽管都是液压元件，它们的自身功能和安装装使用的技术要求也不尽相同，现分别介绍如下： 一、动力元件：动力元件指的是各种液压泵。

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1.齿轮油泵和串联泵（包括外啮合与内啮合）两种结构型式。 2.叶片油泵（包括单级泵、变量泵、双级泵、双联泵）。

3.柱塞油泵，又分为轴向柱塞油泵和径向柱塞油泵，轴向柱塞泵有定量泵、变量泵、（变量泵又分为手动变量与压力补偿变量、伺服变量等多种）从结构上又分为端面配油和阀式配油油两种配油方式，而径向柱塞泵的配油型式，基本上为阀式配油。

二、控制元件：各种液压阀都属于控制元件。

1.压力控制阀

（1）压力控制阀有：溢流阀、电磁溢流阀、卸荷溢流阀、单向溢流阀和减压阀、单向减压阀以及顺序阀和单向顺序阀等。

（2）顺序阀的范围中又分为直控顺序阀、远控顺序阀、卸荷阀、直控单向顺序阀、远控单向顺序阀、直控平衡阀和远控平衡阀等七种，还有压力继电器，以及各种压力控制阀，在各类液压传动系统中，按不同使用条件和特性要求，用于各类液压系统中。

2.方向控制阀

方向控控制阀包括单向阀、液控单向阀、电磁换向阀、电磁球阀、电磁换向阀和手动换向阀以及手动旋转阀等多种。

3.流量控制阀

流量控制阀有：节流阀、单向节流阀、调速阀、单向调速阀和行程节流阀以及单向行程节流阀、单向行程调速阀等。 三、执行元件：执行元件有液压缸和液压马达。

1.液压缸

车辆用油缸、单作用油缸、液压机油缸、摆动油缸、单作用多级油缸（套筒油缸）还有双作用多级油缸以及弹簧复位油缸等多种。

2.液压马达

液压马达，有齿轮马达、叶片马达、柱塞马达等，就是说几乎定量油泵在理论上均可作为马达作用。

3.低速大扭矩液压马达 （1）内啮合摆线马达。

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（2）内曲线液压马达，分轴转和壳转两种型式。 （3）双料盘轴向柱塞马达。 （4）径向柱塞式液压马达。 （5）球塞式低速大扭矩液压马达。 （6）静力平衡低速大扭矩低液压马达。

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第二章 双铰接剪叉式升降台结构分析与设计

2.1双铰接剪叉式升降平台结构形式

剪叉式升降平台有三种结构形式，根据驱动件液压缸的安装位置不同，分为直立固定剪叉式结构升降台，水平固定剪叉式机构升降台，双铰接剪叉式结构升降台。

如图2-1结构形式为双铰接剪叉式升降台结构简图，它的驱动件液压缸安装位置为，液压缸缸体尾部与机架铰接于G处，活塞杆头部与支撑杆AB铰接于F处。液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。长度相等的两根支撑杆AB和MN铰接于二杆的中点E，两杆的M、A端分别铰接于平板和机架上，两杆的B、N端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。

图2-1 双铰接剪叉式升降台结构简图

直立固定剪叉式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞

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大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。

水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多。所以实际也很少采用。

双铰接剪叉式结构避免了上述缺点。结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析、论述。

2.2双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算

图2-2为双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数示意图。

图2-2 位置参数示意图

由图2-2可知：

H?CLsin?l?CL(1?cos?)l21/2, 式（1）

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cos??(T?C?l)2TC222; 式（2）

上式中：

H——任意位置时升降平台的高度；

C——任意位置时铰接点F到液压铰接点G的距离； L——支撑杆的长度；

l——支撑杆固定铰支点A到铰接点

F的距离；

T——机架长度（A到G点的距离）；

?——支撑杆与水平线的夹角；

?——活塞杆与水平线的夹角。

以下相同。

将（2）式代入（1）式，并整理得

HC?Ll[l?(T?C?l2TC222)]21/2。 式（3）

设??C/C0,??H/H0,代入（3）式得

?H0?C0?Ll[l?(T?(?C0)?l2T?C0222)2]1/2。 式（4）

在（4）式中，

H0——升降平台的初始高度； C0——液压缸初始长度。

2.3双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算

图2-3为双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数示意图。

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图2-3 运动参数示意图

图中，VF是F点的绝对速度；VB是B点绝对速度；?1是AB支撑杆的速度；

V1是液压缸活塞平均相对速度；V2是升降平台升降速度。由图3

可知：

VF??1l,V1?VFsin(???)??1lsin(???),VB??1L?V1Llsin(???),,

V2?VBcos??V2V1Lcos?V1Lcos?lsin(???)。

?lsin(???) 式（5）

在（5）式中，

V1——液压缸活塞平均相对运动速度； V2——升降平台升降速度。

2.4双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算

图2-4中，P是由液压缸作用于活塞杆上的推力，Q是升降平台所承受的重力载荷。通过分析机构受力情况并进行计算得出：

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图2-4 动力参数示意图

升降平台上升时

P?Qlsin(???)[Lcos?2?b?fbtan??(cos?2?fsin?2)(Lcos??b?fbtan?cos??fsin??bcos?)] 式（6）

升降平台下降时

P?Qlsin(???)[Lcos?2?b?fbtan??(cos?2?fsin?2)(Lcos??b?fbtan?cos??fsin??bcos?)] 式（7）

（6）、（7）式中，

P——液压缸作用于活塞杆的推力； Q——升降平台所承受的重力载荷； f——滚动摩擦系数；

b——载荷Q的作用线到上平板右铰支点M的水平距离。

由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦，摩擦系数很小（f=0.01）,为简化计算，或忽略不计，由（6）、（7）式简化为：

PQ?Lcos?lsin(???)。 式（8）

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2.5 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题

由式（5）和（8）可知：当α、β增大时，V2/V1值随之减小；当α、β小时，P/Q值随之增大。在确定整体结构值随之减小；当α、β减小时，P/Q值随之增大，在液压缸行程不变的情况下，升降平台升降行程会减小；反之，则会使液压缸行程受力增大。因此设计时应综合考虑升降行程与液压缸受力两个因素。在满足升降行程及整体结构尺寸的前提下，选取较高的?、?初始值。而且在整个机构中AB支撑杆是主要受力杆件，承受有最大的弯矩，所以应重点对其进行强度校核。

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第三章 双铰接剪叉式升降台液压、电气系统设计

3.1液压系统原理图绘制

整机的液压系统图由各自拟订好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。

液压泵从油泵吸油，推动油缸中的活塞，顶升交叉臂架垂直上升，下降时，压力油在限速阀和流量调节阀的监控下，通过电磁阀流回油箱。油缸过载时，油泵输出的压力油通过溢流阀直接流回油箱。

为了防止油管破裂发生失控下降事故，每个油缸进油回油的管路上，设有单向限速阀，即使在油管破裂的情况下，也能保证以正常的下降速度下降。根据此设计要求设计出液压系统图见图3-1。

图3-1 液压系统原理图

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3. 2液压系统主要元件选择

3.2.1齿轮油泵选择

齿轮油泵适用于输送各种有润滑性的液体,温度不高于70℃，如需高温200℃，可配用耐高温材料即可。齿轮泵不适用于输送腐蚀性的、含硬质颗粒或纤维的、高度挥发或闪点低的液体，如汽油、笨等。

本设计所选用齿轮泵型号为CB-E310。图为3-2。

图3-2 CB-E310齿轮泵

其工作原理为，当齿轮泵主动齿轮转动，吸油腔齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮转动，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这是齿轮进入啮合，使密封性逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。当齿轮泵的主动齿轮有电机带动不断转动时，齿轮脱开啮合一侧，由于密封容积变大，则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，形成一个不断循环的过程。

3.2.2液压缸选择

根据设计，液压缸可采用单作用缸柱塞缸，因为采用这样的缸比较经济，而且总体泄漏量少，密封件寿命长。采用单作用柱塞缸时考虑到在空载荷时，上平板的自重应能克服液压缸活塞与缸体间的密封阻力。否则，会导致升降平台降不下来。

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液压缸最重要部件为活塞杆，常用的活塞材料为耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350）、钢及铝合金等。

3.3.3压力表选择

液压油由齿轮泵形成一定的压力，经滤油器，液控单向阀进入液压缸，使液压活塞向上运动，提升重物，电磁阀动作时，回油经换向阀，节流阀，回到油箱，重物下降。此过程中，齿轮泵额定压力通过溢流阀进行调整，这就需要压力表观察示数读取数值从而进行调整。

本设计采用压力表为Y-60。如图3-2。

图3-2 Y-60压力表

3.3双铰接剪叉式升降台电气系统设计

3.3.1电气系统原理图设计

用以驱动油泵的电动机，由断路器，限位开关等串联控制。设计出本设计电气系统原理图，如图3- 3。

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图3-3 电气系统原理图

3.3.2电气系统控制过程

如图3-3，主电路部分使用强电，控制电路通过变压器和桥式整流实现控制电路为低压直流电。其控制过程为，接通电源后，打开断路器QF，打开电源SA，待指示灯HL1亮后，按SB1，KA1线圈吸合，主电路部分常开触头接通使KM线圈得电，KM主触头接通电机得电，带动齿轮泵工作，实现点动上升。当上升到最大行程时，SQ1断开，KAI线圈失电，升降台将无法再上升。按SB2，电磁阀YV1得电，液压系统中换向阀将动作，切换压力油流向，使液压缸运动方向相反，由于回路中的节流阀调节流量作用，从而实现升降台慢速连续下降。达到最大行程，升降台停止运动。

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第四章 台板与叉杆的设计计算

台板位于升降台的最上部，是支撑件的组成部分。汽车能够在升降台上平稳的停放就是台板起了关键的作用。在进行维修作业之前首先得驶上台板。需要说明的是台板并不是一个简单的钢板，而是在下面有滑道，因为升降台叉杆臂上有滑轮，滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动，使升降台完成举升和回落动作。下底板也如此，如下图。

根据上面汽车尺寸参数，确定台板的长度为2600mm，宽度450mm，材料采用热轧钢板。需要说明的是台板并不是一个简单的钢板，而是在下面有滑道，因为升降台叉杆臂上有滑轮，滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动，使升降台完成举升和回落动作。

叉杆是升降台最主要的举升部件，是主要的受力机构。对其设计的成功与否关系到整个设计工作的成败，选材45号钢，热轧钢板。叉杆的外形图如图所示。

4.1确定叉杆的结构材料及尺寸 对支撑叉杆进行受力分析

首先定义每根杆的名称编号，如图：

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对于杆3、杆4的活动铰联接在水平方向上除了摩擦力没有其它外力，所以可以忽略不计，现在只考虑其竖直方向上的受力就可以了。经过分析杆3的受力情况如图：

计算其最大弯矩及轴向力：

经力学分析，当升降台处于最低位置，??5?时，所受弯矩最大，如图。

WMmax?2cos?lll22?Wcos?l?9800?cos5?2.1?2562.7Nm

88当升降台处于最高位置，??30?时，轴向力最大，如图

ND'B?W4sin30?98004sin30?1225N

NBA'??1225N（正值为拉力，负值为压力）。

杆4受力情况同杆3。

下面再分析一下杆1,对杆1作受力分析，如图

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对D点做力矩分析：FAxlsin??W4lcos??Wl22cos??Pl23sin(???)，式中

2lcos?asin(???)?lsin(???)W?=30°，P=11.6W （P与W的关系值根据上述的公式 P?求得），可得 FAx= -110.1N。

计算弯矩，由上图可转化成下图来分析：

根据以上条件画弯矩图，如下：

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由此图可知，杆1的最大弯矩在C点。经计算当??5?时，Rc有最大值，即拥有最大弯矩，同样此时也拥有最大的轴向力。首先将??5?，W=9800N，P=11.6W，代入以上各式，求得的值如下图：

则Mmax??(23RA?16RB)l??5112Nm。

4.2横轴的选取

选取套联在活塞杆端部的横轴，根据总体结构布局确定横轴长度需要220mm，由于是单耳环联接，其内径CD=50，横轴的外径也应为50mm,但考虑到二者需要相对滑动，应使横轴的外径略小于50mm,这里取d=48mm。单耳环的宽度值EW=60mm。将叉杆要联接到横轴处的孔进行加长处理，使两者接触面积适当的增大以减小弯曲应力及及剪应力。因此可按下图分析横轴所受应力：

当??5?时，P=113680N，可求得RA?RB?P2?56840N。作用于横轴上的

?1.89?10N/m6力P是均匀分布的，分布距离为60mm，故集度为：q?截面O上的最大弯矩为M?RA?0.8?q?0.03?0.0321136800.06，

?5402.4Nm，截面C和D上

的剪力Q?RA?56840N（这里没有考虑剪力与弯矩的正负）。

其弯曲应力为??M32?d3?5402.4?161Mpa?[?]

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剪应力??Q?4?256840d?4?31.4MPa?[?]

482对于其它几个销轴，由于所受的应力都小于上述值，在不改变材料的基础上选择直径各为35mm、40mm是完全可以的。

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结束语

通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来液压传动及其PLC相结合的发展方向，使自己在专业知识方面有了质的飞跃。

毕业设计是我们作为学生在学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程对学生的学习能力和独立思考及工作能力也是一个培养，是我们步入社会参与实际工作的一次极好的演示，也是对我们自学能力和解决问题能力的一次考验，是学校生活与社会生活的过渡。在完成毕业设计的时候，我尽量把实践与理论相结合，这样更有利于自己能力的提高。

在整个设计中我懂得了许多东西，从中收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的判断能力，懂得了许多以前不知道的公式，对我专业知识和专业基础知识的实际检验和巩固，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，同时也是走向工作岗位前的一次热身。相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。在创造过程中充分体会到了探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在整个过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

任何事物都是一分为二的，在毕业设计过程中发现了自己在专业基础上的很多不足之处，例如，对知识综合运用的技巧的缺乏，对程序了解的不够透彻，等等。感觉自己所学习的只是冰山一角，面对稍微复杂的东西还是没能得心应手，再一次体会到了学无止境的意义。

此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正用的时候才是真的学会了。

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致谢

毕业设计是对我们的一次综合训练，在此过程中，不但需要我们独立设计思考，而且也需要老师和同学的关心帮助。从一开始本人就很重视毕业设计，也在此次设计中有很大的收获。此次设计将近一个学期，从无从下手到所有任务的完成，培养了我们独立进行设计的能力，查找资料、搜集材料的能力，提高了对液压控制系统及系统参数分析计算的能力。在设计过程中，李鸣亚老师无私的挤出时间来细心的指导我们的毕业设计，耐心的告所我们设计中的错误。并借阅给我们很多有关设计课题的书籍资料。使我能较顺利的完成毕业设计。同时感谢同组的同学们，在设计攻关时帮助我借书并一起探讨设计方案，在每次有关于毕业设计的通知或消息时，都及时的告所我。在此表示感谢。诚挚祝福他们身体健康，万事如意。同时，感谢大学期间各位教师的悉心教导。

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参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4jx5.html