CN101830395A - 一种超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，该方法主要针对各吊的不同步值超出最大限的情况，采用了在吊点钢丝绳卷筒上加装调整法兰，以缩短卷筒长度达到加快相应吊点升降速度的目的，从而降低原来平衡梁各吊点之间的不同步值，使各吊点之间趋于同步，解决了现有技术中因各吊点不同步而导致平衡梁过度倾斜、及钢丝绳相互卷绕的问题，避免了事故的发生，对于各吊点的不同步值未超出最大限的情况，可以采取调整平衡梁各吊点的初始位置实现发明目的。

Description

一种超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法

技术领域

本发明涉及一种超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，属于起重设备技术领域。

背景技术

在起重设备起升机构设计中，常常用到多个吊点共同起吊同一个重物的情况。多吊点工作时，各吊点的升降速度很难保持完全一致，这就是通常说的多吊点不同步问题，从而使各吊点钢丝绳相互缠绕，导致起升机构不能正常工作，甚至造成事故。

下面以双吊点为例介绍起重设备的吊点不同步问题，如图1所示，图中1为平衡梁（长度L），平衡梁中间吊挂有重物（重量P），平衡梁的两端为吊点A、B。两吊点在升降始末的位置差的变化量即为平衡梁吊点的不同步值Δ。在理想状态下，两吊点的升降平均速度相同，在平衡梁的升降过程中始终保持平衡，此时两吊点的升降始末位置差均为0，那么位置差的变化量也为0，因此平衡梁吊点的不同步值Δ=0。但是在实际应用过程中，由于各钢丝绳直径、弹性模量、受力大小、磨损大小、以及各卷筒直径、磨损大小等等都存在一定的差异，特别是在进行超高扬程作业时，这种钢丝绳及卷筒导致的差异会被放大，就使得钢丝绳与重物连接处的吊点平均升降速度存在较大差异；例如起升前两吊点的位置差为-100mm（位置低-位置高所得到的差值），由于位置低的吊点起升速度快，在起升后两吊点的位置差为500mm，那么平衡梁吊点的不同步值Δ=500-（-100）=600mm，从而导致平衡梁产生倾斜，如图2所示。从图2看到，平衡梁能平衡的最大不同步值Δmax＝2Lsinβ，式中L是吊点A和B间的距离，β是由于平衡梁结构的限制能够达到的最大倾斜角。当实际吊点不同步值Δ≥Δmax时，两根钢丝绳就出现一根张紧，另一根松驰，会出现两根钢丝绳相互缠绕在一起，影响起升机构的升降，甚至会出现严重的事故。为了保证起重机的正常工作，就应发明一种装置，满足同步性要求，使

                   Δ≤［Δ］                                                                          式(1)

                   式中:Δ ——吊点A和B间的不同步值；

                     ［Δ］——允许吊点不同步值，［Δ］=Δmax／k；

                      Δmax——平衡梁能平衡的最大不同步值；

                       k  ——大于1的安全系数，一般可取k=1.5。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，使起升过程中平衡梁各吊点满足同步性要求，解决吊点钢丝绳相互缠绕的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，该方法的步骤如下：

1）将相邻吊点成对组合，并确定对应平衡梁的允许吊点不同步值［Δ］；

2）将每对吊点分别吊装设定的吊重，从最低点同步起吊至最大扬程，测取最大扬程不同步值Δ；

3）若Δ≤［Δ］，将吊装速度慢的卷筒的吊点在起吊前预先调高不大于Δ/2的值，控制使平衡梁在起吊至最高扬程时吊装速度慢的卷筒的吊点低于吊装速度快的卷筒的吊点的高度值不大于Δ/2的值；

4）若Δ>［Δ］，则在吊装速度慢的卷筒的一侧或两侧卷筒法兰上加装总厚度为b的调整法兰，以缩短该卷筒的长度，提高该卷筒吊点的平均升降速度，调整法兰的厚度b的调整结果须满足吊装速度慢的卷筒的吊点在升降过程中与吊装速度快的卷筒的吊点的高度差值保持在±［Δ］/2内。

所述的调整法兰的厚度b要满足以下条件及算式：

1）在加入调整法兰之前若钢丝绳在多层卷绕卷筒的最后一层全部卷绕满时，b要满足以下算式（2）

|Δ-[nπb（n+1）/m]|≤［Δ］                       式（2）

式（2）中n为加入调整法兰之前钢丝绳在卷筒上卷绕的层数，m为起升机构的钢丝绳倍率；

2）在加入调整法兰之前若钢丝绳在多层卷绕卷筒的最后一层未卷绕满时，b要满足以下算式（3）

|Δ-[nπb（n-1）/m-2N_nbπd_s]|≤［Δ］       式（3）

 式（3）中N_nb为加入调整法兰后原第n层的N_na圈钢丝绳中有N_nb圈卷绕到第n+1层。

所述调整法兰的厚度b的选择方法为：

1）当第n层钢丝绳全部卷绕满时，将式（2）取左边取0，即：

|Δ-[nπb（n+1）/m]|=0                           式（4）

计算得到b值。

2）当第n层未卷绕满时，将式（3）取左边取0，即：

|Δ-[nπb（n-1）/m-2N_nbπd_s]|=0                   式（5）        

计算得到b值。

所述调整法兰的厚度b的选择方法为：直接选取b值，然后将选取的b值带入式（2）或式（3）中验证，若不满足式（2）或式（3）则重新选取直至满足式（2）或式（3）为止。

本发明多层卷绕卷筒的超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，采用在平均升降速度较慢的吊点的卷筒法兰上固定总厚度b的调整法兰，减少了卷筒的长度，从而使钢丝绳提前缠绕在更高一层上面，由于在同步提升情况下各吊点卷筒的转速相同，随着层数的增加钢丝绳每缠绕一层其长度就会发生阶段性的增长，因此加入调整法兰后的吊点升降速度得到了阶段性的提高，从而提高了吊点的平均升降速度，使各吊点的平均升降速度趋同，因此减少了吊点起升过程中不同步值Δ，使其满足Δ≤［Δ］式（1）的同步要求，解决了各吊点钢丝绳相互缠绕的问题，避免了事故的发生。

另外，本发明还提供了调整法兰厚度b的计算式，可以利用卷筒的相关参数直接计算得到b值，无须在加入调整法兰进行多次的反复试验，就可以直接确定调整法兰的厚度b值，方便了b值的选取。

附图说明

图1为平衡梁各吊点同步的示意图；

图2为平衡梁吊点不同步的示意图；

图3为起升机构卷筒的示意图；

图4为加入调整法兰后的卷筒的示意图；

其中图1、2中1为平衡梁，2为吊点；图4中3为卷筒，4为调节法兰，5为卷筒法兰。

具体实施方式

本发明同步调节方法的设计原理如下：

设多层卷绕卷筒的卷绕的总层数为n，当第n层钢丝绳全部卷绕满时，可以推出以下公式：

N=L_t/d_s                                                               式（6）

l_i＝Nπ(D_t＋(2i-1)d_s）=L_tπ[D_t/d_s+(2i-1)]         式（7）

N_n=nL_t/d_s                                                            式（8）

L_n＝nπL_t（D_t/d_s＋n）                                     式（9）

式中：

N——钢丝绳每层所卷绕的圈数；

l_i——第i层钢丝绳卷绕N圈时的长度mm，i=1，2，…，n；

n——钢丝绳在卷筒上卷绕的总层数；    

N_n——钢丝绳从第1到第n层所卷绕的总圈数；        

L_n——钢丝绳从第1到第n层卷绕N_n圈时的总长度mm；

d_s——钢丝绳直径mm；

L_t——卷筒的长度mm；

D_t——卷筒直径mm。

在图2中，设左边卷筒下的吊点比右边卷筒下的吊点的平均升降速度慢些，我们将运行慢的吊点对应的左边卷筒的法兰内侧加一块调整法兰，如图3、4所示，使其卷筒的长度L_t减小为：

L_t ^，＝L_t－b                                                                       式（10）

式（10）中：

b ——调整法兰的厚度mm（或多个调整法兰的总厚度）。

L_t ^，——加调整法兰后卷筒的长度mm。

因此，式（8）、（9）相应的改变为：

N_n ^，＝nL_t ^，/d_s＝n（L_t－b）/d_s                         式（11）

L_n ^，＝nπL_t ^，（D_t/d_s＋n）＝nπ（L_t－b）（D_t/d_s＋n）       式（12）

式（11）、（12）中：

n ——加调整法兰前钢丝绳在卷筒上卷绕的总层数；

N_n ^，——加调整法兰后的卷筒钢丝绳从第1到第n层所卷绕的总圈数；

L_n ^，——加调整法兰后的卷筒钢丝绳从第1到第n层卷绕N_n ^，圈时的总长度mm。

因为L_t ^，＜L_t，所以N_n ^，＜N_n。但是由于两卷筒是转速相同，加调整法兰后的卷筒与没有加调整法兰的卷筒转的圈数应该相同为N_n，加调整法兰后的卷筒的钢丝绳在缠绕完第n层后还会向第n+1层缠绕N_n－N_n ^，圈，在第n+1层缠绕N_n－N_n ^，圈的钢丝绳的长度L₀为：

L₀＝（N_n－N_n ^，）π［D_t＋（2n+1）d_s］              式（13）

N_n－N_n ^，＝nL_t/d_s－nL_t ^，/d_s＝nb/d_s                  式（14）

式（13）中： 

L₀——加调整法兰后的卷筒钢丝绳在第n+1层缠绕N_n－N_n ^，圈的钢丝绳的长度mm。

从式（14）中可以看出，在加入调整法兰后，钢丝绳在卷筒的每一层上会减少相应的圈数，N_n－N_n ^，可以近似的认为是相对加入调整法兰前在卷筒第n层和/或第n+1层上多卷绕的钢丝绳的圈数。并且在一般情况下，加入调整法兰后基本上不会出现钢丝绳缠绕在n+2层上，故忽略在加入调整法兰后缠绕在n+2层的情况。因此，加调整法兰后的卷筒在缠绕N_n圈后缠绕的钢丝绳的实际长度L^，，为：

L^，，＝L_n ^，＋L₀＝nπ（L_t－b）（D_t/d_s＋n）

+（N_n－N_n ^，）π［D_t＋（2n+1）d_s］   式（15）

将式（14）带入式（15）得到：

L^，，＝nπL_t（D_t/d_s＋n）＋nπb（n+1）                 式（16）

比较公式（9）和（16），可得关系式：

Δ^，＝（L^，，－L_n）/m

      ＝［（nπL_t（D_t/d_s＋n）＋nπb（n+1）－nπL_t（D_t/d_s＋n）］/m

整理得到：

Δ^，＝nπb（n+1）/m                         式（17）

式（17）中：

   Δ^，——加调整法兰后可以使不同步值降低的调整值（mm），即加调整法兰后多卷绕钢丝绳的长度。

m ——起升机构的钢丝绳倍率。

从而得到法兰厚度：

b=Δ^，m/［nπ（n+1）］                         式（18）

因此调整后的不同步值为Δ－Δ^，，为了调整后的不同步值满足|Δ－Δ^，|≤［Δ］的条件，那么结合式（17）可以得到式（2）。

 所述调整法兰的厚度b的选择方法为：当第n层只卷绕有N_na圈钢丝绳时，将式（3）取左边取0，即：

式（17）是原多层卷绕卷筒的卷绕的总层数为n全部绕满时，计算加调整法兰后原n层所卷绕的钢绳可以使不同步值降低的调整值Δ^，。我们只要在式（17）中令n=（n-1），就可求出加调整法兰后原1~（n-1）层所卷绕的钢绳可以使不同步值降低的调整值Δ_n-1 ^，：

Δ_n-1 ^，＝nπb（n－1）/m                         式（19）

式（19）中：

   Δ_n-1 ^，——加调整法兰后原1~（n-1）层所卷绕的钢绳可以使不同步值降低的调整值（mm）；

m ——起升机构的钢丝绳倍率。

这时，对原第n层的N_na圈钢丝绳，如果N_na圈钢丝绳中有N_nb圈卷绕到第n+1层，则N_nb圈卷绕到第n+1层的钢丝绳会使不同步值降低的调整值为2N_nbπd_s。因这时（N_na－N_nb）圈钢绳仍然卷绕在第n层，这部分钢绳对不同步值降低没有调整作用。因此有：

Δ^，＝Δ_n-1 ^，+2N_nbπd_s＝nπb（n－1）/m+2N_nbπd_s       式（20）

式（20）中：

   Δ^，——加调整法兰后可以使不同步值降低的调整值（mm），即加调整法兰后多卷绕钢丝绳的长度；

m ——起升机构的钢丝绳倍率。

从而得到法兰厚度：

b=Δ^，m/［nπ（n－1）+2N_nbπd_s］               式（21）

因此调整后的不同步值为Δ－Δ^，，为了调整后的不同步值|Δ－Δ^，|满足Δ≤［Δ］的条件，那么结合式（20）可以得到式（3）。

本发明中的平衡梁倾斜的最大倾角β、允许的最大不同步值Δ及［Δ］可以通过具体的试验获得，或者根据经验或工程项目的安全系数确定，这对于本领域技术人员是显而易见的。

以下结合具体实施例对本发明的方法作详细的说明：

实施例1

某起升机构，有两个吊点，两个吊点分别由两个钢丝绳多层卷绕卷筒驱动，两个卷筒用机械的方式保证两卷筒的转速的同步。起升机构的起升高度等于400m，滑轮组倍率m为1，卷筒的长度L_t等于780mm，卷筒直径D_t等于500mm，钢丝绳直径d_s等于21.5mm，需要缠绕到每个卷筒上的钢丝绳的长度为410m。本实施例是在某深井中提升重物。

本发明的方法如下：

1）根据实际情况，如井径、井内构件、施工工艺等条件确定横梁的最大长度为1350mm，平衡梁能平衡的最大不同步值Δmax＝2200mm，允许吊点不同步值［Δ］=Δmax／k=2200/1.5=1467mm；

2）将两吊点分别吊装一定吊重，其重量为重物和平衡梁总重的一半，从最低点同步起吊至最大扬程，测取最大扬程不同步值Δ=2360mm；

3）由于Δ=2360mm>［Δ］=1467mm，不满足同步性要求式（1），需要在提升速度较慢的吊点的卷筒的卷筒法兰上固定一个厚度为b的调整法兰，选取的b=50mm，然后重复步骤2），测取加入调整法兰后最大扬程不同步值Δ=2350mm>［Δ］，由于加入的调整法兰过厚，使得吊点的平均升降速度提高过大，因此需要重新选取调整法兰的厚度b；第二次选取b=25mm，重复步骤2）测取加入调整法兰后最大扬程不同步值Δ≈0<［Δ］=1467mm，满足同步性要求式（1），说明选取的b=25mm是合适的。

选用b=25mm厚的调整法兰，调整平衡梁的初始位置为基本持平，在吊装过程中，由于钢丝绳卷绕过程中吊点的不同步值是均匀连续的分布在钢丝绳卷绕的过程中，因此在速度慢的卷筒加装调整法兰后，卷筒的长度缩短，吊升速度慢的钢丝绳在每卷绕一层所实时产生的不同步值（滞后值）被比速度快的卷筒的钢丝绳提前进入更外一层的本卷筒的钢丝绳的加大的提升值所及时抵消，这种抵消的最终结果并不是连续的，平衡梁上会出现吊装速度慢一侧的吊点相对于吊装速度快一侧的吊点以层为周期上下往复浮动的现象，该上下浮动的范围在±［Δ］/2内，层数越多这种浮动的范围越小，一般情况下在加入调节法兰后这种浮动的范围非常小，会远远小于［Δ］/2。

实施例2

本实施例的方法与实施例1基本相同，区别在于步骤3）选择b值方法不同：

当卷筒缠绕满5层钢丝绳时，即令n=5，利用公式（6）、（8）、（9）可以得到：

N＝ L_t /d_s＝780/21.5＝36.28(圈)

N₅＝nL_t ／d_s＝5×780/21.5＝181.4(圈)

L₅＝nπL_t(D_t／d_s＋n)＝5×π×780×(500/21.5＋5)＝346196(mm)

由于需要缠绕到每个卷筒上的钢丝绳的长度为410m，有410000-346196=63804mm的钢丝绳要绕到第6层上，在第6层每一圈钢丝绳的长度为π[D_t＋（2×6―1）d_s]=π[500＋（2×6―1）×21.5]=2313.78mm，在第6层要绕63804/2313.78=27.58圈，即N_na=27.58圈。第6层有36.28―27.58=8.7圈钢丝绳的位置是空的。

先选择调整法兰的厚度b为20mm，从公式（19）有：

Δ_6-1 ^，＝nπb（n－1）/m

＝6π×20×（6－1）/1

＝1885mm                     

即加调整法兰后原1~5层所卷绕的钢绳可以使不同步值降低的调整值为1885mm。这时有1885mm的钢丝绳绕到第6层上，在第6层绕1885／2313.78=0.81圈。这时第6层共绕了27.58+0.81=28.39圈，小于每层可绕的N^，＝（L_t-b）/d_s＝（780-20）/21.5＝35.35圈，所以此时没有钢绳绕到第7层，即此时N_nb＝0。代入式（20）可得

加调整法兰后可以使不同步值降低的调整值Δ^，：

Δ^，＝Δ_6-1 ^，+2N_nbπd_s＝1885+2×0×π×21.5=1885mm

对照式（3），

|Δ-[nπb（n-1）/m-2N_nbπd_s]|

=|2360-[6π×20（6－1）/1-2×0×π×21.5]|

=475mm≤［Δ］=1467mm

满足同步要求（3）。即加了厚度为20mm的调整法兰后两吊点最大扬程不同步值Δ-Δ^，＝2360-1885＝475mm<［Δ］=1467mm，最后认定选择卷筒调整法兰的厚度为20mm是合适的。

同理，可以先选取调整法兰的厚度b等于16mm，则加了调整法兰后调整值Δ^，为1508mm。这样，加了厚度为16mm的调整法兰后两吊点最大扬程不同步值Δ-Δ^，＝2360-1508＝852mm<［Δ］=1467mm，所以选择卷筒调整法兰的厚度为16mm也是合适的。

实施例3

本实施例的方法与实施例2基本相同，区别在于步骤3）选择b值方法不同：

假设不同步值Δ=2360mm全部由加法兰后原1~(n-1)层钢丝绳补偿来初选b，即在式（21）中令Δ^，=Δ，N_nb=0来初定b：

b=Δ^，m/［nπ（n－1）+2N_nbπd_s］

 =2360×1／［6π（6－1）+2×0×π×21.5］=25.04mm

圆整取b=25mm。

当卷筒缠绕满5层钢丝绳时，即令n=5，利用公式（6）、（8）、（9）可以得到：

N＝ L_t /d_s＝780/21.5＝36.28(圈)

N₅＝nL_t ／d_s＝5×780/21.5＝181.4(圈)

L₅＝nπL_t(D_t／d_s＋n)＝5×π×780×(500/21.5＋5)＝346196(mm)

式中：

N——钢丝绳每层所卷绕的圈数；

N₅——1~5层钢丝绳所卷绕的总圈数；

L₅——1~5层钢丝绳卷绕N₅圈时的总长度mm；

由于需要缠绕到每个卷筒上的钢丝绳的长度为410m，有410000-346196=63804mm的钢丝绳要绕到第6层上，在第6层每一圈钢丝绳的长度为π[D_t＋（2×6―1）d_s]=π[500＋（2×6―1）21.5]=2313.78mm，在第6层要绕63804/2313.78=27.58圈，即N_na=27.58圈。第6层有36.28―27.58=8.7圈钢丝绳的位置是空的。

将调整法兰的厚度b=25mm代入式（19）有：

Δ_6-1 ^，＝nπb（n－1）/m

＝6π×25×（6－1）/1

＝2356.2mm                     

即加调整法兰b=25mm后原1~5层所卷绕的钢绳可以使不同步值降低的调整值为2356.2mm。这时有2356.2mm的钢丝绳绕到第6层上，在第6层绕2356.2／2313.78=1.02圈。这时第6层共绕了27.58+1.02=28.6圈，小于每层可绕的35.35圈，所以此时没有钢绳绕到第7层，即此时N_nb＝0。代入式（20）可得加调整法兰b=25mm后可以使不同步值降低的调整值Δ^，：

Δ^，＝Δ_6-1 ^，+2N_nbπd_s＝2356.2+2×0×π×21.5=2356.2mm

这样，可得加调整法兰b=25mm后吊点不同步值|Δ-Δ^，|为：

|Δ-Δ^，|=|2360-2356.2|=3.8mm

≤［Δ］=1467mm

满足同步要求。即加了厚度为25mm的调整法兰后两吊点最大扬程不同步值只有3.8mm，最后认定选择卷筒调整法兰的厚度为25mm是非常合适的。

对于加入调整法兰后吊点钢丝绳缠绕在n+1层的情况，本领域技术人员可以根据具体实施方式中的推导过程结合式（21）计算得到法兰厚度b值，在此不再详述；对于加入调整法兰之前刚好将最后一层卷绕满，本领域技术人员可以根据具体实施方式中的推导过程结合式（18）计算得到法兰厚度b值，在此不再详述。

 本发明的平衡梁同步调节方法不仅可以适用于条件苛刻的超高扬程起重设备，也可以用于平衡梁长度较窄的起重设备上，同样能够实现本发明的目的；另外，本发明的平衡梁同步调节方法不仅可以用于含两个吊点的起重设备，还可以用于多吊点（三个以上的）的起重设备，只需要确定任意两吊点之间的平衡梁长度L即可，同样能够实现平衡梁吊点同步调节的目的，应当落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

1）将相邻吊点成对组合，并确定对应平衡梁的允许吊点不同步值［Δ］；

2）将每对吊点分别吊装设定的吊重，从最低点同步起吊至最大扬程，测取最大扬程不同步值Δ；

3）若Δ≤［Δ］，将吊装速度慢的卷筒的吊点在起吊前预先调高不大于Δ/2的值，控制使平衡梁在起吊至最高扬程时吊装速度慢的卷筒的吊点低于吊装速度快的卷筒的吊点的高度值不大于Δ/2的值；

4）若Δ>［Δ］，则在吊装速度慢的卷筒的一侧或两侧卷筒法兰上加装总厚度为b的调整法兰，以缩短该卷筒的长度，提高该卷筒吊点的平均升降速度，调整法兰的厚度b的调整结果须满足吊装速度慢的卷筒的吊点在升降过程中与吊装速度快的卷筒的吊点的高度差值保持在±［Δ］/2内。

2.根据权利要求1所述的超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，其特征在于：所述的调整法兰的厚度b要满足以下条件及算式：

1）在加入调整法兰之前若钢丝绳在多层卷绕卷筒的最后一层全部卷绕满时，b要满足以下算式（2）

|Δ-[nπb（n+1）/m]|≤［Δ］                       式（2）

式（2）中n为加入调整法兰之前钢丝绳在卷筒上卷绕的层数，m为起升机构的钢丝绳倍率；

2）在加入调整法兰之前若钢丝绳在多层卷绕卷筒的最后一层未卷绕满时，b要满足以下算式（3）

|Δ-[nπb（n-1）/m-2N_nbπd_s]|≤［Δ］     式（3）

式（3）中N_nb为加入调整法兰后原第n层的N_na圈钢丝绳中有N_nb圈卷绕到第n+1层。

3.根据权利要求2所述的超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，其特征在于：所述调整法兰的厚度b的选择方法为：

1）当第n层钢丝绳全部卷绕满时，将式（2）取左边取0，即：

|Δ-[nπb（n+1）/m]|=0                      式（4）

计算得到b值；

2）当第n层未卷绕满时，将式（3）取左边取0，即：

|Δ-[nπb（n-1）/m-2N_nbπd_s]|=0                  式（5）        

计算得到b值。

4.根据权利要求2所述的超高扬程起重设备平衡梁吊点同步调节方法，其特征在于：所述调整法兰的厚度b的选择方法为：直接选取b值，然后将选取的b值带入式（2）或式（3）中验证，若不满足式（2）或式（3）则重新选取直至满足式（2）或式（3）为止。

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