液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)范例2解讀_第1頁(yè)
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1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書院系:專業(yè):班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)老師:目錄一、設(shè)計(jì)題目3二、負(fù)載分析42.1負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析42.2負(fù)載圖和速度圖的繪制4三、設(shè)計(jì)方案擬定63.1選擇液壓基本回路73.2組成液壓系統(tǒng)原理圖73.3系統(tǒng)圖的原理8四、參數(shù)計(jì)算84.1 液壓缸參數(shù)計(jì)算84.2 液壓泵的參數(shù)計(jì)算124.3 電動(dòng)機(jī)的選擇.12五、元件選擇145.1確定閥類元件及輔件145.2 油管的選擇145.3 油箱容積的確定15六、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算156.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失156.2驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升17七、小結(jié)18八、參考文獻(xiàn)18液 壓 與 氣 壓 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題目:臥式單面多軸鉆孔組合

2、機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名黃一鳴專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí) 0985 學(xué)號(hào) 200913090504指導(dǎo)老師胡竟湘鐘定清一、基本任務(wù)及要求:一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床,動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)是:快進(jìn)工進(jìn)快退停止。液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)要求如下,軸向切削力為24000n;滑臺(tái)移動(dòng)部件總質(zhì)量為510kg;加、減速時(shí)間為0.2s ;采用平導(dǎo)軌,靜摩擦系數(shù)為0.2 ,動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1 ,;快進(jìn)行程為200mm,工進(jìn)行程為100mm,快進(jìn)與快退速度相等,均為3.5m min ,工進(jìn)速度為30 40mm min 。工作時(shí)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),且可隨時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。試設(shè)計(jì)動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)。課程設(shè)計(jì)時(shí)間為一周,其

3、具體要求為:1)液壓系統(tǒng)原理圖(圖中應(yīng)附有液壓元件明細(xì)表,各執(zhí)行元件的動(dòng)作順序工作循環(huán)圖和電器元件動(dòng)作順序表);2 )液壓缸裝配圖一張 ( a1);3)液壓缸活塞零件圖一張(a3); 4)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份。二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間:1宣布設(shè)計(jì)任務(wù),明確課題任務(wù)及要求,收集閱讀有關(guān)設(shè)計(jì)資料0.5 天2液壓與氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算:1 天1)液壓與氣壓系統(tǒng)工況分析和負(fù)載計(jì)算;2)執(zhí)行元件主要參數(shù)的計(jì)算與確定;3)液壓系統(tǒng)方案的確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂;4)液壓元件的計(jì)算和選擇、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算;3詳細(xì)設(shè)計(jì):2.5 天1)液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)2)液壓缸裝配圖設(shè)計(jì)及零件圖設(shè)計(jì)4撰寫設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書0.

4、5 天5設(shè)計(jì)總結(jié)和答辯0.5 天二、負(fù)載分析2.1 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析1工作負(fù)載:工作負(fù)載即為軸向切削力ff=24000 。2摩擦負(fù)載:摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力:靜摩擦阻力ffs=0.2 5100=1020.動(dòng)摩擦阻力ffd=01 5100=5103慣性負(fù)載 :取重力加速度,則有移動(dòng)部件質(zhì)量為 m=510kg 。fm=m v t=510 3.5 60 0.2=148.75n=149n取 =0.95 。啟動(dòng):=1020nft=f/ =1020/0.95=1073.7n加速 :=1020+149=1169nft=f/ =1169/0.95=1230.5n快進(jìn) :=510nft=f/ =510/0.9

5、5536.8n工進(jìn) :=1020+25800=245100nft=f/ =245100/0.95=25800n快退 :=510nft=f/ =510/0.95=536.8n表 1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力 ( 液壓缸的機(jī)械效率取 =0.95 )工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載液壓缸推力(ft)f/ 啟動(dòng)10201073.7加速11691230.5快進(jìn)510536.8工進(jìn)24510025800快退510536.8注:不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上顛覆力矩的作用。2.2 負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按表 1 中所示數(shù)據(jù)繪制,如下圖1 所示。4圖 1 負(fù)載循環(huán)圖速度圖按如下已知數(shù)值繪制:快進(jìn)速度與快退速度分別為: v1=v2

6、=3.5/min快進(jìn)行程: l1=200mm工進(jìn)行程: l2=100mm快退行程: l3=l1+l2=300mm工進(jìn)速度: v2=0.030.04m/min速度圖如下圖 2 所示圖 2 速度循環(huán)圖5三、設(shè)計(jì)方案擬定1:確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類組合機(jī)床,選用雙作用葉片泵雙泵供油,調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路,溢流閥做定壓閥。 為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖, 在回路上加背壓閥,初定背壓值 pb=0.8mpa.2 選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作,反向快退,且快進(jìn)快退速度相等,因此選用單活塞桿液壓缸,快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接,無(wú)桿腔面積 a 1 等于有桿腔面積 a 2 的二倍

7、。3:快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式和要求,采用差動(dòng)連接和雙泵供油二種快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí),由大小泵同時(shí)供油,液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。采用二位二通電磁閥的速度換接回路,控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與采用行程閥相比,電磁閥可直接安裝在液壓站上, 且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制, 由工作臺(tái)的行程開關(guān)控制,管路較簡(jiǎn)單, 行程大小也容易調(diào)整, 另外采用液壓順序閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路為行程閥與壓力聯(lián)合控制形式。4:換向回路的選擇本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒(méi)有嚴(yán)格的要求,所以選用電磁換想閥的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接,所以選用三位五通電磁換向閥。為提高換向的位置精度,采用死擋鐵鐵和壓力繼電

8、器的行程終點(diǎn)返程控制。5:組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述選出的液壓基本回路組合在一起,并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充,即組成如圖 4-1 所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力,在液壓泵的進(jìn)口處,背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn), 并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)。 這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測(cè)各點(diǎn)壓力。6圖 2-1 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表 2-2 所示1y2y3y快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-+-停止-表 2-2 電磁鐵動(dòng)作順序表7四、參數(shù)計(jì)算(一)液壓缸參數(shù)計(jì)算1:初選液壓缸的工作壓力,所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大,在其他工況負(fù)載都不太高,參考表15pa。2 和表 3 初

9、定液壓缸的工作壓力 p =4010表 2 按負(fù)載選擇工作壓力、負(fù)載 /kn50工作壓力 p/mpa816mpa高壓系統(tǒng) 1632mpa背壓力 /mpa簡(jiǎn)單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2 0.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.5 0.8回油路帶背壓閥0.5 1.5采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路0.8 1.5同上比中低壓系統(tǒng)高50%100%如鍛壓機(jī)械等初算時(shí)背壓可忽略不計(jì)8由前面的表格知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載f=25800n,按此計(jì)算 a1. 則a1f2580071.7 10 3 m2 液壓缸直徑p11 pb40 10 5 18 105224 a1471.7dcm 95.5mm由 a1 =2 a 2

10、,可知活塞桿直徑 d= 2d ,d=0.707d=0.70795.5mm=67.55mm按 gb/t2348-1993 將所計(jì)算的 d與 d 值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑, 以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得d=100mm d=70mm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出a1d4a2( d42102 cm278.54cm 242d 2 )(10 2702 )cm240.05cm24按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸,查產(chǎn)品樣本,調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量q min =0.05 l /min ,因工進(jìn)速度 v=0.03m/min 為最小速度,則有3a1qmin0.05102cm216.67cm2vmin0.031022a1 =78.5

11、4cm 16.67cm , 滿足最低速度的要求。3:計(jì)算液壓缸各階段的工作壓力,流量和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積,可以算出液壓缸工作過(guò)程各階段的壓力,流量和功率,在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按 pb=8 105pa 代入,快退時(shí)背壓按 pb=5 105pa 代人計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果于下表中9表 3-1 :液壓缸所需的實(shí)際流量,壓力和功率工作負(fù)載進(jìn)油壓力 pj循環(huán)fnpajfpa2p =a1a2差動(dòng)536.8pj = 536 .8n0.5mpa x 40. 05cm 2快78.54 cm 21 40.05cm 2進(jìn)=6.65 105 papj=fpb a2a1工進(jìn)25800pj= 25

12、8000.8mpa x 40.05cm278.54cm2=36.9105 pa回油壓力 pb所需流量 qpal/minq=v( a 1-a 2)pb = pj + pq=3.5m/min =11.65 105( 78.54cm 2 - 40.05cm2)=13.475 l/minq=va 15pb=810 paq=0.03m/min 78.54cm2=0.314 l/min輸入功率 pkwp= pjqp= 6.65105pa 13.475 l/min =0.149 kwp=pj q5p=36.910 pa 0.314 l/min =0.0193 kwfpb a1q=va 2pj=q=a23.5

13、m/min快 536.8p =536.8n0.5mpa x 78.54cm2pb=5105 pa40.05cm2退j40.05cm2=14.0 l/min=11.2 105pap=pj qp=11.2 105 pa 14.0 l/min =0.2613 kw注:1.差動(dòng)連接時(shí),液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失p=5 105 pa, 而 pb= pj + p。2:快退時(shí),液壓缸有桿腔進(jìn)油,壓力為pj , 無(wú)桿腔回油,壓力為pb . 退時(shí)回油腔中有背壓,這時(shí)pb 也可按 5 10 5 pa 估算 .10各階段壓力圖各階段流量圖11液壓缸的工況圖(二)液壓泵的參數(shù)計(jì)算由表 3-1 可知工進(jìn)階段液

14、壓缸工作壓力最大,若取進(jìn)油路總壓力損失p=5105,壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為5 pa,則液壓泵最高工作壓pa510力可按式下式算出pp = p1 + p+5 105 =(36.9+5+5 ) 105 pa=46.9 105 par55pa因此泵的額定壓力可取 p 1.25 46.9 10 pa=58.625 10由表 3-1 可知,工進(jìn)時(shí)所需流量最小是0.314/min ,設(shè)溢流閥最小溢流為2.5l/min 。取泄露系數(shù) k=1.1, 則小流量泵的流量應(yīng)為q p1(1.1 0.314+2.5)l/min=2.8454l/min快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是14.0l/min ,則泵的總

15、流量為q p =1.1 14.0l/min=15.4l/min即大流量泵的流量 qp 2q pq p1 =15.4-2.8454=12.5546l/min。根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量, 并考慮液壓泵存在容積損失, 查液壓元件及選用,選用 yb1-10/2.5 型的雙聯(lián)葉片泵,該泵額定壓力為 6.3mpa.額定轉(zhuǎn)速為 1450r/min.(三)電動(dòng)機(jī)的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng),其中小泵 1 的流量q p 1 =(3.62510 3 / 60)m3 / s =0.06010 3 m 3 / s , 大泵流量q p 2 (14.510 3 / 60)m3 / s=0.24210 3 m 3 /s 。差動(dòng)

16、快進(jìn),快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向12系統(tǒng)供油;工進(jìn)時(shí),小泵向系統(tǒng)供油,大泵卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需的電動(dòng)機(jī)功率 p。1:差動(dòng)連接差動(dòng)快進(jìn)時(shí),大泵 2 的出口壓力經(jīng)單向閥 11 與小泵 1 匯合,然后經(jīng)單向閥 2,三位五通閥 3,二位二通閥 4 進(jìn)入液壓缸大腔,大腔的壓力p1 p j6.65105 pa , 由樣本可知,小泵的出口壓力損失 p1 =4.5 105pa,大泵出口到小泵的壓力損失 p2 1.5 105 pa 。于是計(jì)算得小泵的出口壓力pp111 .1510 5 pa ( 總效率 1 =0.5) ,大泵出口壓力 pp2 12.65 105 pa( 總效率2 =0.5).電動(dòng)機(jī)功率:p p

17、1 q1pp 2q21.115 1060.060 10 31.265 1060.242 10 3p10.5746.1w120.52: 工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差 p1 5 105 pa 。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差 p2 5 105 pa 因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力p p 1p 1p 1p 2. 而大泵的卸載壓力取5pa.46 . 9105 papp 2 =2 10(小泵的總效率1 =0.565 ,大泵總效率2 =0.3 )。電動(dòng)機(jī)功率:p p 1q1pp 2 q246.5 10 50.06 10 32 1050.242 10 3p10.565655.3w120.33:快退類似差動(dòng)快進(jìn)分析

18、知:小泵的出口壓力pp 1pp1=15.7 105pa(總效率1 =0.5) ,大泵出口壓力pp2=17.2 105pa(總效率2 =0.51).電動(dòng)機(jī)功率:p p 1q1pq215 .7 10 50 .060 10 3p1p 20.51217 .2 10 50 .24210 3. 5w0 .511004綜合比較,快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此查樣本選用y90s-4 異步電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)13功率 1.1kw。額定轉(zhuǎn)速 1400r/min 。五、元件選擇1:確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各閥類元件的實(shí)際流量, 查閱產(chǎn)品樣本, 選出的閥類元件和輔助規(guī)格如下表所示。 其中溢流閥 12 按小流

19、量泵的額定流量選取。過(guò)濾器按液壓泵額定流量的 2 倍選取吸油用線隙式過(guò)濾器。 表中序號(hào)與系統(tǒng)原理圖的序號(hào)一致。表五:液壓元件明細(xì)表序元件名稱最大通型號(hào)備注號(hào)過(guò)流量/l.min-11雙聯(lián)葉片泵19yb1-10/2.5查液壓元件及選用表 2-582單向閥19i-25b查液壓元件及選用表 4-1463三位五通電磁3835d1 -63by查液壓元件及選用閥表 4-1704二位二通電磁3822d1 -63bh查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行閥本表 20-7-1645調(diào)速閥3.82q-10h8查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行6dp-63b本表 20-7-124壓力繼電器查液壓元件及選用1表 4-967單向閥19i-25b查液壓元件及

20、選用表 4-1468液控順序閥0.16xy-25b查液壓元件及選用表 4-819背壓閥0.16b-10b查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本表 20-7-8410液控順序閥(卸12xy-25b查液壓元件及選用載用)表 4-8111單向閥12i-25b查液壓元件及選用表 4-14612溢流閥4y-10b查液壓元件及選用表 4-1413過(guò)濾器38xu-b32查液壓元件及選用100表 5-1714壓力表開關(guān)k-6b價(jià)格 廠家clair 昌林生產(chǎn)廠家 900 元clair 昌林生產(chǎn)廠家 50 元cclair 昌林生產(chǎn)廠家 630 元clair 昌林生產(chǎn)廠家 110 元2:油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管

21、道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來(lái)計(jì)算。 由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí), 油管內(nèi)通油量最大,其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá) 38l/min ,液壓缸進(jìn)、出油管直徑由下表可知。14為統(tǒng)一規(guī)格,按產(chǎn)品樣本選取所有油管均為內(nèi)徑15mm,外徑 19mm的 10 號(hào)冷拔管。3:油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5 7 倍,現(xiàn)取 7 倍,故油箱容積為v=(719)l=133l六、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算(一)壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整1:工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為 0.314l/min, 因此流速很小,所以沿程壓力損失和局部壓力損失

22、都非常小, 可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失,p15 105 pa 回油路上只有背壓閥的壓力損失,小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)的液壓缸的工作壓力p 加上進(jìn)油路壓差p ,并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要,11則ppp1p15105 pa =(36.9+5+5 ) 10 5 pa=46.910 5 pa即小流量泵的溢流閥12 應(yīng)按此壓力調(diào)整。2:快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時(shí),液壓缸無(wú)桿腔的回油量是進(jìn)油量的 2 倍,其壓力損失比快進(jìn)時(shí)的要大,因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失, 以便確定大流量泵的卸載壓力。由于系統(tǒng)管路布局尚未確定,所以只能估算系統(tǒng)壓力損失

23、。估算時(shí),首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)。現(xiàn)取進(jìn),回油路管道長(zhǎng)為l=1.8m ,油管直徑 d=1510 3 m,通過(guò)的流量為進(jìn)油路 q1 =19l/min=0.317 103m3 /s ,回油路q 2 =38l/min=0.633 10 3 m3 /s ,油的運(yùn)動(dòng)粘度取v=1.5cm 2 /s ,油的密度=900kg/m3 , 液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。( 1)確定油流的流動(dòng)狀態(tài)按式( 2-19 )經(jīng)單位換算為re= vd104 1.2732q 10 4dv式中 v 平均流速( m/s);d 油管內(nèi)徑( m);油的運(yùn)動(dòng)粘度( cm3 /s )q 通過(guò)的流量( m3 /s )則進(jìn)油路中的

24、液流雷諾數(shù)為re1 = 1.27320.317 10310 4179 23001510 31.5回油路中的液流雷諾數(shù)為15re2=1.27320.633 10 310 4358 23001510 31.5由上可知,進(jìn)油路中的流動(dòng)都是層流。( 2)沿程壓力損失p1由式( 2-33 )可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。4q140.31710在進(jìn)油路上,流速 v23.1415210d則壓力損失為361.79m / s p 164lv 264 1.89001.7920.62105 pare1d2179 1510 32在回油路上,流速為進(jìn)油路流速的 2 倍即 v=3.58m/s則壓力損失為 p 264lv

25、 264 1.89003.5821.24105 pare2d2358 15 10 32( 3)局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝置, 所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失,通過(guò)各閥的局部壓力損失按式(1-39 )計(jì)算,結(jié)果于表五中。表六:閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際通過(guò)的流額定壓力損實(shí)際壓力損失量失qn /l.min1q/l.min15p /( 105pa)pn ( 10 pa)單向閥 2251620.82三位五通電磁6316/3240.26/1.03閥 3單向閥 11251241.03二位二通電磁633241.03閥 4注:快退時(shí)經(jīng)過(guò)三位五通閥的兩油道流量不同,壓力損失也

26、不同若取集成塊進(jìn)油路的壓力損失p j1 =0.3 105 pa, 回油路壓力損失為p j 2 =0.5 10 5 pa,則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為p1p10 5 pap2p1pp j 1 =(0.62+0.82+0.26+0.46+0.3) 105 pa=2.462pp2 =(1.24+1.03+1.03+0.5 )10 5 pa =3.26 10 5 pa前面已算出快退時(shí)液壓缸負(fù)載f=536.8n;則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為16p1=(536.8+ p2 a1 )/ a2 =(536.8+3.2610 5 78.54 10 4 )/40.05 10 4 pa=7.733 105 pa可算出快退時(shí)泵的工作壓力為pp = p 1+p1 =(7.733+2.46)105 pa =10.193 105pa因此,大流量泵卸載閥10 的調(diào)整壓力應(yīng)大于10.193 105pa。從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出, 各個(gè)工況下的實(shí)際壓力損失都小于

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