BR112012027540B1 - Dispositivo de plano de amortecimento inclinado para vagão de carga de ferrovias - Google Patents

Dispositivo de plano de amortecimento inclinado para vagão de carga de ferrovias Download PDF

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Abstract

dispositivo de plano de amortecimento inclinado para vagão de carga de ferrovias uma cunha inclinada do dispositivo de redução de vibração para a roda do vagão de transporte ferroviário, compreende um componente de cunha inclinada (1) e um componente de mola de redução de vibrações (2), disposto sob o componente de cunha inclinada (1 ). o componente de cunha inclinada compreende uma cunha inclinada (1 b), uma primeira placa de fricção (1a) e uma segunda placa de fricção (1c). os parâmetros estruturais do componente de cunha satisfazem uma fórmula específica. a cunha inclinada é feita de material de aço ou ferro. a primeira placa de fricção é feita de material de elevado peso molecular, e a segunda placa de fricção é feita de material de nylon modificado. o dispositivo é simples na estrutura, tem uma produção e manutenção de baixo custo, resistência suficiente da rigidez do diamante, uma melhor propriedade dinâmica e desempenho em passar por curvas. o dispositivo pode suprir a necessidade de aceleração da velocidade significativa de um vagão de carga ferroviária.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO
DISPOSITIVO DE PLANO DE AMORTECIMENTO INCLINADO PARA VAGÃO DE CARGA DE FERROVIAS
CAMPO DA INVENÇÃO
A invenção refere-se a uma roda de um vagão ferroviário, e, mais particularmente, a um dispositivo de amortecimento para uma cunha inclinada de uma roda de um vagão ferroviário.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Como uma parte crítica de um vagão de carga, uma roda típica do vagão inclui dois conjuntos de quadros laterais e um conjunto de apoio. Guias de caixa jornal dispostas em ambas as extremidades do conjunto de armação laterais são fixadas no par frontal de rodas e no par traseiro de rodas através de adaptadores de rolos de rolamento e conjuntos de rolamentos, respectivamente. O conjunto de apoio tem duas extremidades, cada uma das quais está montada em um orifício central quadrado do conjunto de armação lateral por meio de um dispositivo de suspensão de mola. O dispositivo de suspensão de mola é usado para suportar a carga do conjunto de apoio e inclui uma unidade de mola do rolamento no centro e dois dispositivos de amortecimento de atrito para uma cunha inclinada em ambos os lados. O dispositivo de amortecimento de fricção existente compreende uma estrutura de cunha e uma montagem de mola de amortecimento sob a estrutura de cunha. Uma primeira superfície de atrito vertical e uma segunda superfície de atrito inclinada da estrutura de cunha são ligadas a uma superfície de montagem da coluna de armação lateral e uma superfície inclinada do conjunto de apoio, respectivamente.
A roda do vagão ferroviário, como descrito acima, é vantajosa em sua estrutura simples, distribuição uniforme da carga, baixo custo de produção e de manutenção. No entanto, a ligação entre o conjunto de apoio e a montagem da moldura lateral é solta e a rigidez da resistência do diamante é baixa, o que não pode resistir à agitação violenta entre o conjunto de apoio e a montagem da moldura lateral. E quando a roda do vagão roda em uma faixa de trilho curvo, o ângulo de ataque entre os pares de rodas e a ferrovia é ampliado, de modo que resultam em danos na roda e do carril. Em particular, a cunha do dispositivo de suspensão de mola tem um ângulo de vértice relativamente maior, isto é, o ângulo entre a segunda superfície de atrito e um plano vertical é de cerca de 35 - 70°. Assim, a rigidez de resistência do diamante é bastante limitada. Quando o conjunto de apoio se move para baixo em relação ao conjunto da estrutura lateral, um componente de força vertical de uma força a partir da superfície inclinada para a cunha é maior do que a soma do componente vertical do atrito produzido na primeira superfície de atrito da cunha e o atrito produzido sobre a segunda superfície de atrito da cunha, de modo que a cunha se move para baixo, e a distância vertical entre o conjunto de apoio e o conjunto de armação lateral torna-se menor, de modo que resulta em uma rotação relativa entre o conjunto de apoio e o conjunto de armação lateral, bem como a deformação do diamante. Em tal condição, a velocidade crítica da roda do vagão é baixa, o
2/7 que limita a velocidade de funcionamento e desempenho de funcionamento do veiculo de carga, e não pode cumprir a exigência de velocidade do vagão de carga.
Para resolver os problemas acima, os trens existentes de alta velocidade empregam um dispositivo de suporte transversal entre dois conjuntos de estrutura lateral ou uma prancha de mola para aumentar a rigidez da resistência do diamante da roda convencional do vagão. O problema é que, como um dispositivo de suporte transversal ou prancha de mola tem uma estrutura complicada, são altos o peso, alta a produção e os custos de manutenção. Assim, é muito importante melhorar a rigidez de resistência do diamante da roda do vagão convencional e o comportamento dinâmico dos trens.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Tendo em vista os problemas acima descritos, é um objetivo da presente invenção proporcionar um dispositivo de amortecimento para uma cunha inclinada de uma roda de vagão ferroviário, que tem uma estrutura simples, de baixa produção e custos de manutenção, excelente desempenho dinâmico para atravessar faixas curvadas, e pode atender altas exigências da resistência da rigidez do diamante para a velocidade de trens.
Para atingir o objetivo acima, de acordo com uma forma de realização da invenção, é proporcionado um dispositivo de amortecimento para uma cunha inclinada de uma roda de um vagão ferroviário que compreende uma estrutura de cunha e uma montagem de mola de amortecimento dispostas por baixo da montagem da cunha. A montagem da cunha compreende uma cunha, uma primeira placa de fricção disposta sobre uma superfície vertical da cunha, e uma segunda placa de fricção disposta sobre uma superfície inclinada da cunha. A estrutura de cunha é fornecida com os seguintes parâmetros de estrutura: α = 16-30°, e μ < tga < μ + μι. Destes, a representa um ângulo compreendido entre a superfície de fricção da segunda placa de fricção e de um plano vertical; μ representa um coeficiente de atrito da primeira placa de fricção, e μι representa um coeficiente de atrito da segunda placa de fricção.
A α ângulo incluído da estrutura de cunha não é mais do que 30°, o que é muito menor do que o ângulo de vértice convencional de 35 - 70°, e satisfaz o requisito de que tga < μ + μι. Assim, quando a montagem de apoio se move em uma direção horizontal relativa com a montagem da estrutura lateral, um componente de força vertical descendente de uma força exercida sobre a estrutura de cunha a partir da superfície inclinada da apoio permanece menor do que a soma dos componentes de força ascendentes verticais da fricção produzida na primeira placa de atrito e o atrito produzido na segunda placa de atrito, de modo que a estrutura de cunha seja impedida de se mover para baixo, a rotação relativa entre o conjunto de apoio e o conjunto de armação lateral não pode ocorrer, e um diamante de alta resistência de rigidez é mantido entre o conjunto de apoio e a montagem da moldura lateral. Supondo-se que o ângulo α é muito pequeno e que se aproxima do ângulo de fricção da primeira placa de fricção da estrutura de cunha, a estrutura da cunha será auto-limitada uma vez que o conjunto de apoio se move para baixo em relação ao conjunto de armação lateral, reduzindo assim a dinâmica do desempenho do veículo de rodas. Portanto, o limite inferior do ângulo α do conjunto da cunha é concebido como 16°, e μ < tga, para ter certeza de que a montagem da
3/7 cunha se move livremente durante o movimento vertical do conjunto de apoio, e a roda do vagão tenha um bom desempenho de dinâmica para atravessar faixas curvadas.
De preferência, a largura da estrutura da cunha é L = 200 - 600 mm, a qual é, pelo menos, 1,3 vezes maior que a largura da cunha convencional tendo um atrito variável. A cunha tem aqui um atrito variável que significa que a cunha é disposta sobre uma mola de amortecimento, que está disposta num buraco quadrado no centro de uma estrutura lateral, o amortecimento da fricção exercida sobre a cunha muda proporcionalmente à variação da carga vertical exercida sobre a montagem de apoio. Não só a concepção da largura da estrutura da cunha aumenta o comprimento do braço de torção para resistir à deformação do diamante entre o conjunto de apoio e o conjunto de armação lateral, mas também aumenta a área em anexo entre a primeira placa de atrito e a superfície da coluna da montagem da estrutura lateral, bem como entre a segunda placa de atrito e a superfície inclinada do conjunto de apoio, de modo que a resistência da rigidez do diamante entre o conjunto de apoio e o conjunto de armação lateral é ainda mais melhorada.
De preferência, a propriedade mecânica da mola de amortecimento encontra a seguinte fórmula de relação: Ki * ctga = K * C/2p, em que, Kl representa uma rigidez do conjunto da mola de amortecimento; K representa uma rigidez total de um dispositivo de molas de suspensão; C representa um coeficiente de atrito relativo à roda do vagão e varia de 0.05 a 0.15; e μ representa um coeficiente de atrito da primeira placa de atrito. À medida que a rigidez Ki do conjunto da mola de amortecimento é inversamente proporcional à ctga da estrutura de cunha, Kl pode ser ajustado de acordo com o valor do ângulo a, mantendo assim uma força de amortecimento de atrito adequada, e prevenindo que as fricções sejam muito grandes durante movimentos verticais e direções horizontais.
De preferência, a segunda placa de fricção está em ligação com a superfície inclinada da cunha por meio de uma estrutura esférica que compreende uma superfície convexa e uma superfície côncava correspondente, o que assegura um bom contato entre a segunda placa de atrito e a superfície inclinada de apoio, bem como um bom contato entre a primeira placa de fricção e a superfície da coluna. Assim, a Habilidade da resistência do diamante do conjunto de apoio e o conjunto de armação lateral está altamente melhorada, e ao mesmo tempo, os danos na superfície inclinada do apoio e os custos de manutenção são em grande parte diminuídos.
As vantagens da invenção encontram-se resumidas adiante: em primeiro lugar, a estrutura do dispositivo de amortecimento da cunha não só assegura um movimento livre da estrutura da cunha quando o apoio se move em uma direção vertical, mas ainda previne que a estrutura da cunha se mova quando o apoio se move em uma direção horizontal. Assim, a roda do vagão tem uma rigidez de alta resistência do diamante e um bom desempenho dinâmico mesmo sem um dispositivo cruzado de apoio ou uma prancha de molas. Além disso, o desenho da largura da estrutura da cunha, que é 1,3 vezes mais longo do que o convencional, também melhora a resistência da rigidez do diamante e o desempenho dinâmico, assim, melhorando altamente a velocidade crítica do vagão de carga, a capacidade de atravessar as faixas curvadas, e a performance na corrida. Finalmente, a roda do vagão tem uma estrutura
4/7 simples, leve, e de baixa produção e custos de manutenção, o que é aplicável ao novo vagão do trem de carga que tem uma velocidade de marcha de 120 Km/h, e cumpre os requisitos de diamante de alta resistência de rigidez e o aumento da velocidade de trens.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
FIG. 1 é um estereograma de um dispositivo de amortecimento para uma cunha inclinada de uma roda de vagão ferroviário, de acordo com uma forma de realização da invenção;
FIG. 2 é uma vista em corte transversal de um dispositivo de amortecimento da FIG. 1;
FIG. 3 é um diagrama de um dispositivo de amortecimento equipado com um conjunto 10 de apoio e um conjunto de armação lateral de acordo com uma forma de realização da invenção;
FIG. 4 é um diagrama de equilíbrio de forças de um dispositivo de amortecimento, como mostrado na FIG. 3, durante o movimento do apoio em uma direção horizontal, e
FIG. 5 é um diagrama de equilíbrio de forças de um dispositivo de amortecimento, 15 como mostrado na FIG. 3, durante o movimento do apoio para baixo na direção vertical.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO
Para ilustrar adicionalmente a presente invenção, experiências detalhando um dispositivo de amortecimento para uma cunha inclinada de uma roda de vagão ferroviário são descritas abaixo. Deve notar-se que os exemplos que se seguem destinam-se a descrever e 20 não a limitar o invento.
Como se mostra nas FIGS. 1 e 2, um dispositivo de amortecimento para uma cunha inclinada de uma roda de um vagão ferroviário compreende uma estrutura de cunha 1 e uma montagem de uma mola de amortecimento 2 disposta por baixo da estrutura da cunha 1. A montagem da cunha 1 compreende uma cunha 1b compreendendo uma superfície vertical e 25 uma superfície inclinada, uma primeira placa de fricção 1a está disposta sobre a superfície vertical e uma segunda placa secundária de atrito 1c é disposta sobre a superfície inclinada. Parâmetros de estrutura da montagem da cunha 1 são as seguintes: L = 200 - 260 mm, α = 1630°, e μ < tga < μ + μι. Destes, L representa uma largura da estrutura da cunha 1; α representa um ângulo incluído entre a superfície de fricção da segunda placa de fricção 1c e um plano 30 vertical; μ representa um coeficiente de atrito da primeira placa de fricção 1a; e μι representa um coeficiente de atrito da segunda placa de atrito 1c. De acordo com o requisito de concepção do valor do ângulo a, materiais apropriados da primeira placa de fricção 1a e da segunda placa de fricção 1b podem ser selecionados e as estruturas dos mesmos pode ser adequadamente ajustadas para tornar os valores de μ e μι adequados às suas necessidades.
Como uma base de suporte, a cunha 1b é feita de aço ou de ferro para atender a intensidade e rigidez desejadas. Duas placas secundárias de atrito 1c, sendo feitas de materiais de nylon modificados, são dispostas simetricamente na superfície inclinada da cunha 1b. A ligação entre a segunda placa de atrito 1c e a superfície inclinada da cunha 1b é alcançada por uma estrutura esférica que compreende uma superfície convexa e uma 40 superfície côncava correspondente. Como mostrado na FIG. 2, uma superfície convexa
5/7 esférica da segunda placa de fricção 1c é recebida por uma superfície esférica côncava correspondente da superfície inclinada da cunha 1b. O desenho estrutural da segunda placa de fricção 1c é vantajoso na medida em que: por um lado, a superfície convexa esférica da segunda placa de fricção 1c combina bem com a superfície esférica côncava da superfície inclinada da cunha 1b, que assegura o bom contato entre a segunda placa atrito 1c e a superfície inclinada do apoio, mesmo quando ocorrer desvios no ângulo α do vértice da estrutura da cunha 1, o ângulo e o nivelamento da superfície inclinada da apoio. Assim, a montagem de uma cunha e a segunda placa de atrito 1c podem se manter estáveis, e um grande atrito é produzido para impedir que a estrutura da cunha se mova para baixo quando as deformações de diamante ocorrem entre a unidade de apoio e o conjunto de armação lateral, desta forma melhorando efetivamente a resistência da rigidez do diamante da roda do vagão; por outro lado, a segunda placa de fricção 1c feita de material de nylon modificado tem uma boa resistência à abrasão e ao coeficiente de atrito elevado, não somente é a segunda placa de fricção 1c resistente ao desgaste, mas também alivia o atrito sobre a superfície inclinada do apoio, sendo assim conveniente para corrigir e substituição, e a redução do custo de produção. A primeira placa de ficção 1a é uma placa de fricção integrada feita de materiais poliméricos que podem ser fixados numa ranhura na superfície vertical da cunha 1b via prendedores. Além disso, a superfície convexa esférica da segunda placa de fricção 1c e a correspondente superfície côncava esférica da superfície inclinada da cunha 1b asseguram o bom contato entre a primeira placa de atrito 1a e superfície da coluna da armação lateral quando o desvio ocorre no ângulo de vértice α da cunha de montagem 1, a superfície plana inclinada do apoio, e a superfície da coluna da armação lateral. Assim, a propriedade de estabilidade de amortecimento da estrutura de cunha 1 é conseguida.
Como mostrado na FIG. 3, como uma parte de um dispositivo de suspensão da mola, o dispositivo de amortecimento é disposto entre a armação de montagem lateral 3 e o conjunto de apoio 4. A parte inferior do conjunto de molas de amortecimento 2 está disposta sobre um elemento de mola no orifício quadrado da armação de montagem lateral 3. A primeira placa de fricção 1a da estrutura de cunha 1 é ligada à superfície da coluna 3a da armação lateral, e as duas placas secundárias de atrito 1c da estrutura de cunha 1 estão ligadas à superfície inclinada 4a de apoio. Assim, a função de amortecimento de fricção é conseguida no funcionamento do vagão de carga.
Como mostrado na FIG. 4, quando o conjunto de apoio 4 move-se numa direção horizontal em relação à armação de montagem lateral 3, a superfície inclinada 4a do conjunto de apoio exerce uma força N sobre a cunha de montagem 1, em seguida, uma ficção Ff é produzida entre a superfície inclinada 4a do conjunto de apoio e a segunda placa de atrito 1c da cunha de montagem 1, e uma ficção Fz é produzida entre as colunas de superfície 3a do conjunto de armação lateral e a primeira placa de atrito 1a do conjunto de cunha 1. Sabe-se a partir da fig. 4, que uma componente de força vertical de N é Ny = N χ sina, e uma componente horizontal da força de N é Nz = N χ cosa. Além disso, duas fricções ascendentes são exercidas sobre o conjunto de cunha 1 na primeira placa de atrito 1a e a segunda placa de atrito 1c,
6/7 respectivamente, nas quais, o atrito produzido na primeira placa de atrito 1a é Fz = Nz χ μ = Ν χ cosa χ μ, e o atrito produzido na segunda placa de atrito 1c é Ff = N χ μι. De acordo com a exigência de que Ny < Fz + Ff χ cosa, isto é, N χ sina < Ν χ cosa χ μ + Ν χ μι χ cosa, uma fórmula de relação tga < μ + μι é adquirido depois de simplificação. Assim, a estrutura de cunha 1 é limitada pelos atritos produzidos na primeira placa de fricção 1a e na segunda placa de fricção 1c a partir de baixo movimento, e uma rigidez suficiente de diamante de alta resistência entre o conjunto de apoio 4 e o conjunto da estrutura lateral 3 é alcançada.
Como mostrado na FIG. 5, quando o conjunto de apoio 4 se move para baixo numa direção vertical em relação à armação de montagem lateral 3, a superfície inclinada 4a do conjunto de apoio exerce uma força N sobre a cunha de montagem 1, em seguida, uma ficção Ff é produzida entre a superfície inclinada 4a do conjunto de apoio e a segunda placa de atrito 1c da cunha de montagem 1, e uma ficção Fz é produzida entre a coluna de superfície 3a e a primeira placa de fricção 1a da estrutura da cunha 1. Sabe-se a partir da fig. 5, que uma componente de força vertical de N é Ny = Ν χ sina, e uma componente horizontal da força N é Nz = Ν χ cosa. Neste momento, duas fricções são exercidas sobre a estrutura da cunha 1, um deles, o atrito produzido na primeira placa de atrito 1a Fz é para cima, e o atrito produzido na segunda placa de atrito 1c Ff é para baixo, e Fz = Nz χ μ = Ν χ cosa χ μ. De acordo com a exigência de que Fz < Ny, isto é, Ν χ cosa χ μ < Ν χ sina, uma fórmula de relação μ <tga é adquirida depois de simplificação. Em tal forma, a montagem de uma cunha 1 não é limitada pelo atrito produzido na primeira placa de atrito 1a, e pode mover-se livremente, quando a montagem de apoio 4 move-se na direção vertical, conseguindo assim uma atenuação da vibração normal da roda do vagão durante o funcionamento do veículo de carga.
É também conhecida a partir da fig. 5, que a força de amortecimento exercida sobre a montagem da cunha 1 é, principalmente, do atrito Fz produzido na primeira placa de atrito 1a e Fz é relevante para uma capacidade de suporte P do conjunto da mola de amortecimento 2. A fórmula de relação entre Fz e P é Fz = P x ctga χ μ, na qual, P = Κι χ y. Ki representa uma rigidez do conjunto da mola de amortecimento 2; e y representa um flexibilidade do conjunto da mola de amortecimento 2. Assim, a fórmula acima é convertida como Fz = Κι χ y χ ctga χ μ. A fim de manter uma força de amortecimento adequada para a montagem da cunha 1, uma propriedade mecânica do conjunto da mola de amortecimento 2 deve satisfazer o seguinte requisito: Κι χ ctga = K χ Ο/2μ, em que, K representa uma rigidez total do dispositivo da mola de suspensão, e C representa um coeficiente de atrito relativo da roda do vagão e varia de 0.05 à 0.15. Como os valores de K e μ são determinados por exigências de concepção, quando o ângulo α é diminuído, ctga diminui correspondentemente, e o conjunto de mola de amortecimento 2 deve ser selecionado a partir de materiais que têm uma menor rigidez Ki, para fazer com que o coeficiente de atrito relativo da roda do vagão permaneça no intervalo de 0.05 até 0.15, e para evitar que os atritos sejam muito grandes durante movimentos no sentido vertical e horizontal.
O dispositivo acima de amortecimento da roda do vagão de carga, tem um diamante de rigidez de alta resistência, alta velocidade crítica, e desempenho dinâmico excelente para
7/7 atravessar faixas curvadas, mesmo sem adotar um dispositivo cruzado de apoio ou uma prancha de mola. Assim, é aplicável para o novo carro ferroviário de mercadorias com uma velocidade de funcionamento de 120 km/h, e satisfaz o requisito para a velocidade de sensibilização.

Claims (5)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. DISPOSITIVO DE PLANO INCLINADO DE AMORTECIMENTO PARA VAGÃO DE CARGA DE FERROVIÁRIOS, que compreende:
    a) uma estrutura de cunha (1) que compreende uma cunha (1b) que compreende uma superfície vertical e uma superfície inclinada, uma placa de fricção primária (1a), disposta na superfície vertical, e uma placa de fricção secundária (1c), disposta sobre a superfície inclinada; e
    b) um conjunto de mola de amortecimento (2), disposto por baixo da estrutura de cunha (1);
    caracterizado pela estrutura de cunha (1) ser fornecida com os parâmetros da estrutura: α = 16 - 30°, e p<tga <μ + μ1, em que α representa um ângulo compreendido entre a superfície de fricção da placa de fricção secundária (1c) e um plano vertical, μ representa um coeficiente de atrito da placa de fricção primária (1a), e μ1 representa um coeficiente de atrito da placa de fricção secundária (1c); e, o conjunto da mola de amortecimento (2) satisfazer a fórmula: K1 χ ctga = K x 0/2μ, em que K1 representa uma rigidez do conjunto da mola de amortecimento (2), K representa a rigidez total de um dispositivo de suspensão de molas, e C representa um coeficiente de atrito relativo da roda do caminhão de um vagão de trem e varia de 0,05-0,15.
  2. 2. DISPOSITIVO DE PLANO INCLINADO DE AMORTECIMENTO PARA VAGÃO DE CARGA DE FERROVIÁRIOS , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da largura da estrutura de cunha (1) ser L = 200 - 260 mm.
    Petição 870190122359, de 25/11/2019, pág. 3/14
    2/2
  3. 3. DISPOSITIVO DE PLANO INCLINADO DE AMORTECIMENTO PARA VAGÃO DE CARGA DE FERROVIÁRIOS, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato da placa de fricção secundária (1c) estar em ligação com a superfície inclinada da cunha (1b) por meio de uma estrutura esférica que compreende uma superfície convexa e uma superfície côncava correspondente.
  4. 4. DISPOSITIVO DE PLANO INCLINADO DE AMORTECIMENTO PARA VAGÃO DE CARGA DE FERROVIÁRIOS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelas duas placas de fricção secundárias (1c) estarem simetricamente dispostas sobre a superfície inclinada da cunha (1b).
  5. 5. DISPOSITIVO DE PLANO INCLINADO DE AMORTECIMENTO PARA VAGÃO DE CARGA DE FERROVIÁRIOS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato da cunha (1b) ser feita de aço ou de ferro;
    da placa de fricção primária (1a) ser feita de materiais poliméricos; e da placa de fricção secundária (1c) ser feita de materiais de nylon modificado.
BR112012027540-2A 2010-04-27 2010-12-09 Dispositivo de plano de amortecimento inclinado para vagão de carga de ferrovias BR112012027540B1 (pt)

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