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摘要
在果蔬的破碎、提取汁液的工藝上，有機械榨取、理化和酶法提取三種方法。但理化和酶法提取因其適應(yīng)性的局限和副作用的產(chǎn)生而在使用上收到限制。機械式榨取果汁蔬液廣泛應(yīng)用在番茄、菠蘿、蘋果、柑橘、橙的壓榨上。螺旋式連續(xù)榨汁機就是機械法榨汁的主要機械與設(shè)備之一。螺旋式連續(xù)榨汁機是采用壓縮體積的方式使果料的固體與液體成分分離，榨取汁液。可以為中型食品企業(yè)和餐飲業(yè)提供榨汁的需要，是一種常用的食品機械。本設(shè)計的螺旋式連續(xù)榨汁機介紹了以壓縮體積為基礎(chǔ)的榨汁機的設(shè)計要點、工作原理和設(shè)備組成。設(shè)計主要通過變螺距變徑螺桿，讓榨汁機能充分榨出果蔬汁液。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，榨汁效率高，操作很方便，故在食品工廠廣泛使用。
關(guān)鍵詞：機械榨?。粔赫?；螺旋式連續(xù)榨汁機；食品機械
Abstract
Broken in fruits and vegetables, the juice extraction process, mechanical extract,chemical and enzymatic extraction of three methods. However, because of the physical and chemical and enzymatic extraction adaptability limitations and side effects produced and received restrictions on use. Mechanical liquid vegetable juice extract is widely used in the
tomato, pineapple, apple, citrus, orange crush. Continuous spiral juicer is one of the main machinery and equipment mechanical method juice. Screw Continuous juicing machine is used in a way that the volume of compressed fruit material separating solid and liquid components, the extraction of juice. Juicing can provide needed food for medium-sized businesses and restaurants, is a commonly used food machinery. The design of the continuous spiral juicer introduced to compress the volume-based design points juicer, working principle and equipment. Designed primarily by variable pitch screw adjustable, allowing fully functional juice squeezed fruit and vegetable juices fluid. It is characterized by simple structure, small size, high efficiency juice, the operation is very convenient, it is widely used in food factories.
Key words ： mechanical extract ；press ；the spiral continuous juicer ； food machinery
II
摘 要………………………………………………………………………………………....I
Abstract II
1 前言 1
2 研究現(xiàn)狀 1
3 作用原理 2
4 出汁速率的分析 2
5 總體設(shè)計 2
5.1 整體布局設(shè)計 2
5.2 工作原理 3
5.3 螺桿部分的設(shè)計 3
5.4 螺桿直徑和螺距的設(shè)計 4
5.4.1 螺桿轉(zhuǎn)速的確定 4
5.5 功率計算 5
6 選擇電動機 5
6.1 選擇電動機功率 5
6.2 確定電動機轉(zhuǎn)速 6
7 設(shè)計V帶 6
7.1確定計算功率 6
7.2 選擇V帶的型號 6
7.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑和 6
7.3.1 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 6
7.3.2 算出帶的速度V 7
7.3.3 計算大帶輪直徑 7
7.4 確定傳動的中心距a和帶長 7
7.5 驗算小帶輪的包角 8
7.6 確定V帶的根數(shù)Z 8
7.7 確定帶的預(yù)拉力 8
7.8 求帶傳動作用在軸上的壓力 8
7.9 V帶設(shè)計計算 8
8 帶輪的設(shè)計 9
8.1 材料 9
8.2 帶輪的形式 9
8.3 帶輪尺寸設(shè)計計算 10
9 螺旋軸的設(shè)計 11
9.1 材料的選取 11
9.2 設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 11
9.3 初步估算軸的軸端直徑 12
9.4 軸上零件的周向定位 12
9.5 設(shè)計圓角半徑值 12
9.6 按彎扭合成條件校核軸的強度 12
9.6.1 軸的計算 12
9.6.2 求軸上所受作用力的大小 12
9.6.3 軸垂直面內(nèi)所受支反力 13
9.6.4 作彎矩圖 13
9.6.5 作扭矩圖 14
9.6.6 作當(dāng)量彎矩圖 14
9.7 校核軸的強度 14
10 篩筒部設(shè)計 14
11 軸承端蓋的設(shè)計 15
11.1 材料 15
11.2 凸緣式軸承端蓋各尺寸計算 15
12 軸承的選擇 16
13 鍵的選擇 16
14 螺栓的選擇 17
15 螺釘?shù)倪x擇 17
參考文獻 18
致 謝 19
1 前言
所謂榨汁，就是推進一個物體（擠壓面），把由固體、液體和氣體物質(zhì)所組成的混合物中的液體和氣體物質(zhì)從一個有限的空間（擠壓室）中擠壓出去的過程。如果擠壓設(shè)備合理，就可以只把氣體和液體物質(zhì)從擠壓室中擠壓出去，而把固體物質(zhì)仍然留在擠壓室中。
傳統(tǒng)的螺旋榨汁機主要工作部件為螺旋桿，采用不銹鋼材料鑄造、再精加工而成。其直徑沿廢渣排出方向從始端向終端逐漸增大，螺距逐漸減小，因此，它與圓筒篩相配合的容積也越來越小。果漿所受壓力越來越大.壓縮比可達1：20.果蔬汁通過回簡篩的孔眼流出口圓筒篩常用兩個半圓篩合成。外加兩個半圓形加張骨架。通過螺栓緊固成一體，螺旋桿終端成錐形，與調(diào)壓頭內(nèi)錐形相對應(yīng)。廢渣從兩者錐形部分的環(huán)狀空隙排出。通過調(diào)整空隙大小.即可改變出汁率?？筛鶕?jù)物料性質(zhì)和工藝要求。調(diào)整擠壓壓力，以保證設(shè)備正常工作。
螺旋式榨汁機雖然結(jié)構(gòu)簡單，故障少，生產(chǎn)效率高，但所制得的果蔬汁中混濁物含量高，果蔬汁氧化劇烈，出汁率低。
隨著我國經(jīng)濟實力的增強及人民生活水平的提高，果汁加工業(yè)又進入一新的發(fā)展時期。榨汁機是其中的重要組成部分。。因此，對榨汁機設(shè)備的研究非常需要。要求設(shè)計研究出結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高的榨汁設(shè)備。
2 研究現(xiàn)狀
根據(jù)研究工廠所使用的榨汁機一般是以下兩種：
1、螺旋榨汁機，在我國廣泛應(yīng)用，結(jié)構(gòu)簡單、故障少、生產(chǎn)效率較高。但出汁率低，大多情況下40-60%，渾濁物>3%;
2、帶式榨汁機，連續(xù)作業(yè)，工作效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。出汁率高，78%左右。帶式榨汁機是國內(nèi)外果汁生產(chǎn)最先進的榨汁設(shè)備。
螺旋榨汁機以其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、榨汁效率高等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。就目前來講,螺旋榨汁機主要應(yīng)用在食品方面,用于榨取蘋果、梨、番茄、菠蘿、桔子、胡蘿卜等果蔬的汁液。而本設(shè)計的研究意義在于改進螺旋榨汁機的生產(chǎn)效率，提高出汁率。
3 作用原理
將輸送來的漿料濃縮到適合熱分散的濃度，主要是依靠旋轉(zhuǎn)的螺旋將漿料輸送到出料端，依靠錐開的軸及逐漸縮小的螺旋葉片的節(jié)距，漿料被擠壓，壓力逐漸增大，濾液則分別通過軸內(nèi)脫水裝置進入濾液槽。
4 出汁速率的分析
出汁率可以通過改變篩筒與螺桿錐形部分之間的環(huán)狀空隙的大小來調(diào)節(jié)，空隙的改變會使螺桿的壓力改變。空隙大，則出汁率?。豢障缎?，則出汁率大，但汁變濁。
5 總體設(shè)計
5.1 整體布局設(shè)計
螺旋壓榨機主要有：壓榨裝置，傳動裝置，進料裝置，電機，出料裝置，機座組成。1是電機與螺旋大軸之間采用v帶傳動,起到了減速作用,可降低轉(zhuǎn)速;2是由于電機位置較低、以及在電機與螺旋大軸之間原料帶入異物造成螺桿堵轉(zhuǎn)、引起瞬間負荷過大時,燒壞電機或損壞減速器等，故采用v帶傳動,極大地降低了機械振動與噪聲。設(shè)計簡圖如下
5.2 工作原理
該機構(gòu)由機架、螺桿、圓篩筒、料斗、汁液收集器、電機等組成。其工作原理為電機1通過帶動小帶輪2傳動，再通過v帶帶動大帶輪3運動,物料由進料斗4喂入,在螺旋桿5的擠壓下,物料中的水分通過圓篩筒6流出,經(jīng)盛汁器10排出機外,物料在螺桿的擠壓作用下,汁液越來越少,最后經(jīng)出料斗9排出。
5.3 螺桿部設(shè)計
壓榨螺桿由兩端的軸承支撐在機架上，工作時在圓筒篩內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動。為使物料進入后受到擠壓螺旋式，螺桿螺距沿進料斗向出料斗方向逐漸減小，螺槽深度也逐漸變小。螺旋榨汁機螺桿按不同的分類方法有多種型式。按螺桿螺紋直徑分類有等徑與變徑之分，按螺桿螺距分類有等距與變距之分等。對本設(shè)計的對象綜合考慮,采用變徑、變螺距螺桿。變徑和變螺距可以通過減小容積而逐步增大壓力，螺桿上的螺旋共分兩段。第一段為喂料螺桿，其直徑不變而螺距減小，主要作用是用于輸送物料和初步擠壓物料；第二段是壓榨螺桿，其直徑沿軸向變化，螺距逐漸縮小，不斷增加對物料的擠壓程度。
5.4 螺桿直徑和螺距的設(shè)計
5.4.1 螺桿轉(zhuǎn)速的確定
由于這種螺桿工作性質(zhì)屬于類別的擠壓,不需要高速,所以速度較低,決定選擇n = 400 r / min
5.4.2 螺距的確定
由于螺距是不斷減小的，所以選擇第一段螺距t=76mm。
則物料的移動速度為：
v=== m
查詢書得螺旋榨汁機產(chǎn)能公式為：
G=3600FvρΦ (kg/h)
其中: F—螺桿送料的斷面面積(m2)；
ρ—物料的密度，取ρ=400kg/m；
Φ—充填系數(shù),取Φ=0.6。
G—生產(chǎn)率,取G=1500kg/h
將參數(shù)代入公式可得：
1500=3600×F×0.506×400×0.6
求得 ：F≈0.0347(m)
根據(jù)螺桿螺旋送料的斷面面積計算公式：
F=
式中：d—螺桿送料的斷面外徑(m)；
d—螺桿送料的斷面內(nèi)徑(m)；由內(nèi)徑強度校核d=0.09m；
將所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入得：
d≈0.2287m
取螺桿送料的斷面外徑d=0.24 m。
5.5 功率計算
榨汁機的能耗包括兩個方面:擠壓的力量消耗功率;物質(zhì)消費能力。
設(shè)壓榨物料所消耗的功率為P：
P= (1+2+3+…+Z)（W） （3）
=0.0347
=3470W
式中：——相鄰螺距大小之差；
Z ——螺距數(shù)量
——物料所受到的最大壓力
設(shè)使物料移動所消耗的功率為P：
P=m= (W) （4）
式中： m——物料質(zhì)量kg；
——物料運動時間s。
而
=G (生產(chǎn)能力) （5）
v=
P==(W) （6）
=83.3w
則消耗的功率為：
P=(W) （7）
=3948.1w
式中：——傳動效率。一般取0.8-0.9。這里取較大值為0.9。
6 選擇電動機
根據(jù)工作要求和條件,選擇Y型全封閉鼠籠型三相異步電動機。
6.1 選擇電動機功率
榨汁機的電機輸出功率：
P= P= (W) （8）
=3657.1w
6.2 確定電機轉(zhuǎn)速
旋轉(zhuǎn)軸速度:n = 400 r / min，取帶傳動的傳動比2——4，所以可選的電機轉(zhuǎn)速范圍：( 2-4)400=800-1600r/min 。 查機械設(shè)計師手冊，選擇電動機Y112M - 2的型號。所選電動機的額定功率＝4kw，=1440r/min外形尺寸長*寬*高(mm)400*313*265 重量45kg。
7 設(shè)計V帶
7.1確定計算功率
由于設(shè)計是一個螺旋榨汁機,屬于較大的機械負荷變化時,原動機是鼠籠式異步電動機Y系列
故： =1.2
——工作情況系數(shù) 取=1.2。
7.2 選擇V帶的型號
根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，查機械設(shè)計師手冊p898，可選擇A型普通V帶。
7.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑和
7.3.1 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
查機械設(shè)計師手冊p892，由于，令。
7.3.2 算出V帶的速度V
7.3.3 計算大帶輪直徑
7.4 確定傳動的中心距a和帶長
初定中心距，由
即：，可為500mm。
計算基準(zhǔn)帶長：
（13）
選取帶的基準(zhǔn)長度，查機械設(shè)計手冊p887得：
計算實際中心距，由公式：
考慮安裝調(diào)整，中心距的變動范圍為：
7.5 驗算小帶輪的包角
由公式及對包角的要求，要滿足：
7.6 確定V帶的根數(shù)Z
根， （14）
令Z=3根。查機械設(shè)計師手冊表15-8,15-9得：=1.32 =0.92 =1.01
式中：——在包角=180度，穩(wěn)定的情況下，特定長度單根普通帶的許用功率值；
——考慮帶的長度不同的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)；
——考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)。
7.7 確定帶的預(yù)拉力
單根V帶的預(yù)拉力由下式確定：
（15）
7.8 求帶傳動作用在軸上的壓力
式中：——單跟帶的初拉力；
Z——帶的根數(shù)；
——小帶輪上的包角。
7.9 V帶設(shè)計計算
V帶設(shè)計計算列表：
設(shè)計計算項目
結(jié)果
說明
計算功率P
4.8
工作情況系數(shù)k
1.2
小帶輪直徑D
100mm
驗算V帶的速度V
7.54/s
一般不低于5m/s
大帶輪直徑D
360mm
初定中心距a
500mm
參考實際機械結(jié)構(gòu)確定
設(shè)計計算項目
結(jié)果
說明
定中心距a
525mm
初算V帶所需的基準(zhǔn)長度L
1750mm
選V帶的基準(zhǔn)長度L
1800mm
包角
151
包角系數(shù)k
0.92
長度系數(shù)k
1.01
單根V帶所能傳遞的功率P
0.995
單根V帶功率增量P
0.12kw
V帶根數(shù)Z
3根
每米V帶質(zhì)量
0.10kg/m
單根V帶的初拉力F
115N
8 帶輪的設(shè)計
8.1 帶輪的材料
鑄鐵帶輪用的最廣，因為帶速v＜25m／s，所以選用HTl50。
8.2 帶輪的形式
帶輪的結(jié)構(gòu)靠帶輪直徑來確定[3]，因為帶輪基準(zhǔn)直徑D<(2.5-3)d，所以小帶輪采用實心式；對大帶輪而言，因D<300mm，故大帶輪采用腹板式。
8.3 帶輪尺寸設(shè)計計算
小帶輪的軸孔直徑，小帶輪與電動機相連，故d=28mm。
=(1.8—2)d=(1.8—2)，取50mm。 （16）
計算小帶輪的寬度和直徑：查機械設(shè)計師手冊表15-13
B=(z—1)e+2f=mm （17）
D=D+2ha=100+22.75=105.5mm
L=(1.5-2)d=(1.5-, 取56 mm
小帶輪示圖
設(shè)計大帶輪的軸孔直徑d=50 mm。
=(1.8—2)d=(1.8—2)，取90mm。
大帶輪的寬度：B=52 mm
D=D+2h=377mm （18）
L=56 mm
C=20 mm
大帶輪
9 螺旋軸的設(shè)計
9.1 螺旋軸的材料
螺桿是螺旋榨汁機的主要部件，應(yīng)用不銹鋼材料鑄造后精加工做成。
9.2 設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)和尺寸
螺桿的外型
9.3 初步估算軸的軸端直徑
按扭轉(zhuǎn)強度來初步確定：
（19）
軸的材料查表選用正火處理的45鋼，=650M，由查表取A=110，于是的：
其中大帶輪的功率p=3.6kw n =400r/min
=110
9.4 軸上零件的周向定位
按由機械設(shè)計手冊查得平鍵 bh=1610(GB1095—79),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長55mm，配合選為K/h6，滾動軸承與軸的軸向定位是借用配合來保證的，此處選K6h7。
9.5 設(shè)計圓角半徑值
軸肩處圓角半徑的值r =2.5mm，在軸兩端的軸段倒角都為。
9.6 按彎扭合成條件校核軸的強度
9.6.1 軸的計算
R
F
R
T
F
R
R
軸的計算簡圖
9.6.2 計算出軸上所受作用力大小
9.6.3 軸垂直面內(nèi)所受到的支反力
R=N （20）
R=F- R=2466-759=1707N
9.6.4 畫出彎矩圖
軸上BCD三點的彎矩[1]
M=M=0 （21）
M= R=759200=151800N·mm
9.6.5 畫出扭矩圖
T9550000
=9550000
=271053Nmm
9.6.6 作當(dāng)量彎矩圖
B點：M=aT （22）
=0.59271053
=159921Nmm
C點：M=
=310666Nmm
D點：M=0
9.7 校核軸的強度
校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強度由[18]：
（23）
查機械設(shè)計手冊，對于=600MPa的碳鋼，承受對稱循環(huán)應(yīng)力時的許用應(yīng)力[]=55MPa>9.06MPa，故安全。
10 篩筒部設(shè)計
有許多圓篩孔分布在篩筒部的篩筒上, 由篩孔里面流出的汁液就是壓榨出的汁液。篩孔的設(shè)計主要參數(shù):篩孔的大小與分布的密度。由于要使壓榨出的汁液從篩孔中流出，故篩孔的孔隙率越大越好。但考慮到篩筒會承受螺桿旋轉(zhuǎn)擠壓產(chǎn)生的強大壓力,所以孔隙率也不能太大。
圖10篩筒
選取篩孔的直徑:選擇篩孔時,首先要考慮物料的粒徑大小,物料粒徑大時,篩孔直徑也要適當(dāng)大一些,這樣方便將汁液排出。但也不能過大,否則,可能會造成比較大的物料損耗;物料粒徑小時,篩孔直徑也要適當(dāng)小一些,但也不能太小,因為太小的話,會造成堵塞,無法確保汁液順利流出。圓筒篩采用2mm厚的lCrl7Ni2不銹鋼板沖直徑為2mm孔制作，相鄰孔距為2mm。圓筒篩的內(nèi)徑為240mm。長為578mm。為了方便清理和檢修，可分為上下兩部分，通過螺栓緊固。
11 軸承端蓋的設(shè)計
11.1 端蓋的材料
選用HT150?？梢赃x取凸緣式軸承端蓋，這樣調(diào)整間隙比較方便，密封性也好。為了調(diào)整軸承間隙，在端蓋與軸承座之間放置調(diào)整墊片，這樣也能密封。軸承端蓋簡圖如下圖。
11.2 凸緣式軸承端蓋各尺寸計算
D0=D+2.5d=120+2.512=150mm
D1=D-(10-15)=120-(10-15)=105-110mm，取D1=110mm。
D2=D0+2.5d=150+2.512=180mm
e=1.2d=12.5mm
m>e=12.5mm，取m=28.5mm
軸承端蓋
12 軸承的選擇
角接觸球軸承能承受一定的雙向軸向負荷且極限轉(zhuǎn)速較高，且精度較高，從經(jīng)濟角度上考慮的，深溝球軸承比棍子軸承便宜，根據(jù)軸的尺寸，查機械設(shè)計師手冊p708，選擇角接觸球軸承S7系列，軸承的型號是7012AC.。尺寸d=60，D=95，B=18.。
13 鍵的選擇
鍵、軸的材料都是鋼，鍵采用靜聯(lián)接，沖擊輕微。鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力，
，取。取轉(zhuǎn)軸主軸上與帶輪的連接鍵，動齒盤與主軸的連接鍵選用普通平鍵：選用GB1095——1979（A型）。對于與帶輪輪轂連接的鍵，其尺寸為12×8×30。
14 螺栓的選擇
螺栓的材料是Q235，選擇六角頭螺栓 c級 GB/T5780-2000 M24*120
15 螺釘?shù)倪x擇
螺釘?shù)牟牧鲜荙235，選擇開槽圓柱頭螺釘，GB/T 65-2000 M8*20
16. 總結(jié)
隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了，在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這四年來所學(xué)只是的單純總結(jié)，但通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太過于片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對于所學(xué)只是的一種檢驗，而且是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計是我明白了自己原來知識還是比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多太多，以前老覺得自己學(xué)的挺好，什么都懂，什么都會，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白：學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程。在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的學(xué)識和綜合素質(zhì)?？傊?，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是完事開頭難，不知道如何下手，最后終于完成了才有一種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論;知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值!有些東西以為學(xué)會了，但真正用時才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有真正會用的時候才是真的學(xué)會了。我始終堅信“書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟”“讀萬卷書不如行萬里路”這兩句話。
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[10]金清肅主編 機械設(shè)計課程設(shè)計 華中科技大學(xué)出版社
致 謝
時光飛逝，光陰似箭。大學(xué)的四年學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，此時的我即將踏出校園，獨自去那復(fù)雜卻又充滿挑戰(zhàn)的社會上開始新的旅程。大學(xué)這四年在老師和同學(xué)的支持下，在家人的鼓勵下，雖然有些困難，但也算收獲良多。在論文即將付梓之際，思緒萬千，感觸良多，心情久久不能平靜。畢業(yè)論文是在涂建平老師的親切關(guān)懷與細心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇到最終論文的完成，您都給與我細心的指導(dǎo)和不懈的支持，您給與我的幫助，是我這一生都無法忘卻的。您教學(xué)嚴謹，學(xué)識淵博，始終對學(xué)生充滿了耐心，給我一種溫馨卻不失嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)氛圍。您跟我說過：“說的再好也不如動手做的好，只有自己去動手，才能更好的學(xué)習(xí)?！?
您的話我始終銘記于心，而且每一次當(dāng)我通過自己的努力完成一件事時，我又更加的明白您教我的道理。這次的設(shè)計，從論文課題的選定到論文寫作的完成，這個過程中，通過您悉心的點撥，再經(jīng)過我嘗試后的理解，常常讓我欣喜若狂。除了要感謝您之外，我還要感謝我的爸爸媽媽，是他們培養(yǎng)了我對學(xué)習(xí)的濃厚興趣，使我在這種快樂中度過人生的每一天，讓我在完成論文的過程中也能感受到你們對我的愛。在未來的每一天，我都將用我自己的雙手，打開一片屬于我自己天空，不辜負你們對我的期盼。最后，再次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中幫過我的所有人和事。
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