CN102485573A - 一种履带式工程车辆的行走总成和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种履带式工程车辆的行走总成和控制方法。公开的履带式工程车辆的行走总成包括控制器、行走机构和液压系统，行走机构包括四个履带，四个履带横向顺序排列，两个履带位于左侧，另外两个履带位于右侧；液压系统包括四个液压泵和四个液压马达；四个液压马达驱动四个履带，四个液压泵和四个液压马达一一对应；控制器的输出端与液压泵的变量控制机构的控制端相连。行走总成中，控制器可以控制各个液压泵的排量，进而控制各液压马达的实际输出转速，使四个履带以预定的速度进行环绕；这样通过对该行走总成自身就可以能够实现履带式工程车辆的转向，不需要单独设置转向系统，能够简化履带式工程车辆的整体结构，方便控制操作。

Description

一种履带式工程车辆的行走总成和控制方法

技术领域

本发明涉及一种工程车辆技术，特别涉及一种履带式工程车辆行走总成，还涉及到一种履带式工程车辆的控制方法。

背景技术

基于履带式行走机构具有很强的适应性，现有的工程车辆的行走总成普遍采用履带式结构，形成履带式行走总成。履带式行走总成一般包括行走机构和与该行走机构相对应的液压系统。

请参考图1，该图是现有技术履带式行走总成中，一种行走机构的结构示意图。该行走机构包括车架100和四个履带110，四个履带110分别布置在车架100的四个角位置，即车架100前部的两侧和后部的两侧。

与上述行走机构相对应，履带式行走总成的液压系统通常为单液压泵-四液压马达的闭式系统。请参考图2，该图是单液压泵-四液压马达闭式液压系统的工作原理示意图。单液压泵-四液压马达闭式系统包括一个液压泵120和四个液压马达130；液压泵120的输入轴通过联轴器141与发动机140相连，其排油口通过分流集流阀121与四个液压马达130的进油口相通，四个液压马达130的回油口通过分流集流阀的122与液压泵120的回油口相通；四个液压马达分别与四个履带100相对应，分别驱动履带100绕相对应的履带架运动，驱动履带式工程车辆行驶。

现有的履带式行走总成中，由于四个液压马达由一个液压泵供油，四个液压马达的旋转速度基本一致，这样，该结构的履带式行走总成只能使履带式工程车辆的以预定的方向行驶。为了实现履带式工程车辆的转向，并控制履带式工程车辆的行驶方向，就需要设置单独的转向系统，通过单独的转向系统实现对履带式工程车辆的转向控制。这不仅就使得履带式工程车辆的整体结构比较复杂，也增加了履带式工程车辆控制操作的复杂性。同时，由于液压元件本身的固有特性之间的差异、非线性因素、左右两侧地面附着条件不同和左右牵引力大小不同等原因，履带式工程车辆左右两侧履带的行驶速度仍会产生不一致，进而使履带式行走总成产生不可控的偏转，这也增加了履带式工程车辆的控制难度。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的第一个目的在于，提供一种履带式工程车辆的行走总成，通过对该行走总成本身的操作，就可以能够实现履带式工程车辆的转向，进而不需要单独设置转向系统，进而能够简化履带式工程车辆的整体结构，方便控制操作。

基于上述履带式工程车辆，本发明的第二个目的在于，提供一种履带式工程车辆的控制方法。

为了实现上述第一个目的，本发明提供的履带式工程车辆的行走总成包括行走机构和液压系统，还包括控制器，所述行走机构包括车架和四个履带，四个所述履带横向顺序排列，两个所述履带位于车架的左侧，另外两个所述履带位于车架的右侧；所述液压系统包括四个液压泵和四个液压马达；所述四个液压马达分别驱动四个所述履带，所述四个液压泵和四个液压马达一一对应，并分别通过液压油路相连；所述控制器的输出端与每个液压泵的变量控制机构的控制端相连。

可选的，所述履带式工程车辆的行走总成还包括四个转速传感器，四个所述转速传感器与四个所述液压马达相对应，用于获得相对应液压马达的实际输出转速；四个所述转速传感器均与所述控制器的输入端相连。

可选的，所述液压马达的变量控制机构的控制端均与所述控制器的输出端相连。

可选的，所述液压系统还包括控制油路，所述控制油路包括变速开关电磁阀；所述液压马达的变量控制机构的控制油口通过所述变速开关电磁阀与控制油源相通；所述控制器的输出端与所述变速开关电磁阀的控制端相连。

可选的，每个液压马达还包括与其输出轴相对应的制动器，所述制动器包括制动液压缸；所述控制油路还包括刹车开关电磁阀，所述制动液压缸通过所述刹车开关电磁阀与所述控制油源相通；所述控制器的输出端与所述刹车开关电磁阀的控制端相连。

可选的，所述液压缸的有杆腔通过所述刹车开关电磁阀与所述控制油源相通，无杆腔内支撑有弹簧。

为了实现上述第二个目的，本发明还提供了一种履带式工程车辆的控制方法，所述履带式工程车辆包括上述的履带式工程车辆的行走总成；该方法包括：

分别确定所述四个液压马达的预定输出转速；

根据所述预定输出转速，通过控制器分别控制所述四个液压泵的排量，进而改变所述四个液压马达的实际输出转速。

可选的，在需要履带式工程车辆直线行驶时，所述四个液压马达的预定输出转速相等；

在需要履带式工程车辆转向行驶时，使驱动车架左侧的所述履带的液压马达的预定输出转速与驱动车架右侧的所述履带的液压马达的预定输出转速之间具有预定的差别。

可选的，所述行走总成还包括四个转速传感器，四个所述转速传感器与四个所述液压马达相对应，用于获得相对应液压马达的实际输出转速；四个所述转速传感器均与所述控制器的输入端相连；

该方法还包括：

所述控制器根据四个所述转速传感器获得的所述四个液压马达的实际输出转速，判断所述四个液压马达的实际输出转速是否符合预定的要求，如果否，则调整预定液压泵的排量。

本发明提供的履带式工程车辆的行走总成中，包括控制器、行走机构和液压系统，液压系统还包括四个液压泵和四个液压马达，四个液压马达分别与四个履带相对应，以分别驱动履带环绕；所述四个液压泵和四个液压马达一一对应，并分别通过液压油路相连，形成闭式液压油路；控制器的输出端分别与四个液压泵的变量控制机构的控制端相连，通过控制器可以控制各个液压泵的排量，进而控制与各液压泵相对应的液压马达的实际输出转速，使四个履带以预定的速度进行环绕；这样就可以通过分别控制各个履带的环绕速度控制履带式工程车辆的运行。可以使左右两侧的履带以不同的速度环绕，使履带式工程车辆进行差速转向；在路况较差的路面行驶时，可以通过分别控制各履带的环绕速度，避免一个履带空转、打滑等现象；还可以使四个履带环绕速度保持基本一致，以实现履带式工程车辆的直线行走，减小跑偏现象的发生。

在进一步的技术方案中，履带式工程车辆的行走总成还包括四个转速传感器，该四个转速传感器与四个液压马达相对应，分别用于获取液压马达的实际输出转速；同时，转速传感器还与控制器的输入端相连；这样，控制器就能够根据转速传感器反馈的各液压马达的实际输出转速判断四个履带运动状态，进而判断履带式工程车辆的行驶状态；在确定履带及履带式工程车辆运转状态不符合预定要求时，可以向液压泵的变量控制机构输出控制信号，改变液压泵的排量，进而改变履带的环绕速度，实现对履带式工程车辆状态的控制。

为了更进一步的提高对履带环绕速度的控制，在进一步的技术方案中，履带式工程车辆的行走总成还包括控制油路，该控制油路包括变速开关电磁阀；液压马达为变量液压马达，液压马达的变量控制机构的控制油口通过变速开关电磁阀与控制油路的控制油源相通；同时，控制器的输出端与所述变速开关电磁阀的控制端相连。这样可以通过控制器控制变速开关电磁阀的状态，进而改变液压马达的排量；在液压泵流量保持不变的情况下，改变液压马达的实际输出转速，在更大范围内调节履带的环绕速度。优选技术方案中，四个液压马达的排量通过一个变速开关电磁阀控制，以提高履带式工程车辆运行的稳定性。另外，在液压马达的变量控制机构为电控变量控制机构时，也可以使该电控变量控制机构的控制端与控制器的输出端相连，通过控制器直接控制液压马达的排量。

本发明提供的履带式工程车辆的控制方法中，分别确定四个液压马达的预定输出转速，再根据预定输出转速，通过控制器分别控制四个液压泵的排量，进而改变四个液压马达的实际转速，实现预期控制的目的，这样可以减少履带式工程车辆跑偏和打滑的现象，提高履带式工程车辆行驶性能。

在进一步的技术方案中，通过使四个液压马达的预定输出转速相等或不相等，可以使履带式工程车辆左右两侧履带具有不同的环绕速度，使履带式工程车辆直线行驶，或实现转向操作。

附图说明

图1是现有技术履带式行走总成中，一种行走机构的结构示意图；

图2是现有技术单液压泵-四液压马达闭式液压系统的工作原理示意图；

图3是本发明实施例提供的一种履带式工程车辆的行走机构的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的履带式工程车辆的行走总成中，液压系统的工作原理示意图；

图5是图4中液压系统的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

为了描述的方便，以下先对履带式工程车辆的行走机构进行描述，在该行走机构的基础上，再对履带式工程车辆的行走总成的结构进行描述。

请参考图3，该图是本发明实施例提供的一种履带式工程车辆的行走机构的结构示意图。

该行走机构包括车架220和四个履带211～214，四个履带211～214横向顺序排列，履带211和212位于车架220的左侧，履带212、214位于车架220的右侧。四个履带211～214的前后跨度基本相等，且四个履带211～214前后基本平齐，四个履带211～214前部和后部均延伸到车架220的前端和后端。该行走机构中，四个履带211～214形成了并排布置的构造，在履带式工程车辆的整体轮廓保持基本不变的情况下，车架220左侧的两个履带211和212、车架220右侧的两个履带213、214分别形成较大的接触面；与现有的行走机构相比，在通过的基本相同的地面情况下，四个履带211～214与地面之间具有更大的接触面，为履带式工程车辆提供更大的支撑力，进而保持履带式工程车辆的驱动力；在通过如滩涂等承载力较低的地面时，四个履带211～214可以提供更大的支撑力，提高履带式工程车辆的通过性能，使履带式工程车辆具有更强的适应性。当然，在保持四个履带211～214横向顺序排列的情况下，也可以使四个履带211～214的前后跨度不相等，比如可以使位于中间两个履带212、213的前后跨度小于位于两侧履带211、214的跨度，也可以相反，使位于两侧的履带211、214的前后跨度小于中间的两个履带212、213的前后跨度。

本发明提供的履带式工程车辆的行走总成包括上述行走机构，还包括相对应的液压系统。以下在对履带式工程车辆的行走总成的工作过程进行描述的同时，对履带式工程车辆的控制方法进行描述，对履带式工程车辆的控制方法不再单独描述。

请参考图4和图5，图4是本发明实施例提供的履带式工程车辆的行走总成中，液压系统工作原理示意图；图5是图4中液压系统的控制框图。为了描述的方便，图中还示出发动机300和分动箱310.

履带式工程车辆的行走总成除包括上述行走机构之外，还包括控制器700(图5中示出)和液压系统。液压系统又包括四个液压泵410～440和四个液压马达510～540；四个液压马达510～540分别驱动行走机构的四个履带211～214，即液压马达510、530分别驱动车架220右侧的两个履带213、214，液压马达520、540分别驱动车架220左侧的两个履带211、212。四个液压泵410～440和四个液压马达510～540一一对应；四个液压泵410～440均为双向液压泵，四个液压马达510～540均为双向液压马达，每个液压泵410的两个油口分别与相对应的液压马达的两个油口相通，分别形成闭式液压油路。

如图4和图5所示，本例中，分动箱310为具有一个输入轴、第一个输出轴和第二输出轴的齿轮箱。发动机300的输出轴与分动箱310的输入轴相连，分动箱310的第一输出轴同时与液压泵410和420的输入轴相连，第二输出轴与液压泵430、440的输出轴相连。而且，分动箱310中，第一输出轴与输入轴之间的传动比和第二输出轴与输入轴之间的传动比相等；这样，可以使四个液压泵410～440的输入转速同步变化，进而为四个液压马达510～540控制提供便利。

控制器700的输出端与四个液压泵410～440的变量控制机构411～441的控制端相连，变量控制机构411～441能够分别根据控制器700输出的控制信号改变对应的液压泵的排量。本例中，变量控制机构411～441均为电控变电机构，该电控变量机构与现有技术中的变量机构相同，包括一个电磁比例阀和一个变量活塞，电磁比例阀控制变量活塞的伸缩，变量活塞控制相应液压泵的排量；同时，变量活塞的伸缩可以使电磁比例阀阀体移动，形成一个随动伺服变量机构。控制器700的控制信号能够调节电磁比例阀的状态，通过使预定的控制线圈通电或断电，使相应液压泵的相应油口为排油口，另一油口为回油口，控制液压油的流动方向，使液压马达的输出轴以预定方向旋转；还能够通过调节控制线圈的电流大小，调节相应液压泵的排量，进而调节相应液压泵的输出流量。电控变量机构的工作原理与现有技术相同，在此不一赘述。

上述行走总成的工作过程为：

首先，分别确定四个液压马达510～540的预定输出转速；

然后，根据确定的预定输出转速，通过控制器700分别控制四个液压泵410～440的排量，改变所述四个液压马达510～540的实际输出转速，使四个液压马达510～540实际输出转速进行预定的变化，实现预期控制的目的。由于四个液压马达510～540分别驱动四个履带211～214，这样可以避免液压马达空转，减少履带式工程车辆跑偏和打滑的现象，提高履带式工程车辆行驶性能。具体工作过程可以包括直线行驶和转向行驶两种情况。

当需要履带式工程车辆直线行驶时，使四个液压马达510～540的预定输出转速相等；根据确定四个液压马达510～540的预定输出转速，通过控制器700向变量控制机构411～441输出控制信号，变量控制机构411～441分别调整液压泵410～440排量，使四个液压泵410～440排量一致；由于四个液压泵410～440的输入转速相同，进而四个液压泵410～440向外以相同的排量供给液压油，使四个液压马达510～540保持相同的实际输出转速，使四个履带211～214环绕速度相同，实现履带式工程车辆的直线行驶。

当履带式工程车辆需要右转向时，使驱动车架左侧的履带的液压马达520、540的预定输出转速与驱动车架右侧的所述履带的液压马达510、530的预定输出转速之间具有预定的差别；再通过控制器700向变量控制机构411～441控制输出控制信号，使四个液压泵410～440的排量产生变化，使液压泵410、430的排量减小，或使液压泵420、440的排量增加，进而使液压马达510、530实际输出转速减小，或使液压马达520、540实际输出转速增加，进而使车架220左侧的履带211、212环绕速度大于右侧履带213、214的环绕速度，实现履带式工程车辆的右转向。在履带式工程车辆需要左转向，反向控制四个液压泵410～440，就可以实现左转向的目的。

在需要进行前进和后退之间的切换时，可以通过控制器700向变量控制机构411～441发送控制信号，改变相应液压泵410～440排油口和回油口，使液压马达510～540的进油口和回油口进行切换，进而使液压马达510～540的输出转速方向相反，实现履带式工程车辆前进和后退之间的切换。

为了实现对履带211～214环绕速度的精确控制，该实施例中，还设置有四个速度传感器711～714，四个速度传感器711～714与四个液压马达510～540相对应，分别用于获得液压马达510～540的实际输出转速。同时，四个转速传感器711～714均与控制器700的输入端相连；控制器700还能够根据转速传感器获得的转速信号向液压泵410～440的变量控制机构411～441输出控制信号。

在具有转速传感器711～714的情况下，可以通过控制器700以预定的策略控制履带式工程车辆的运转状态。如：在进行转向操作时，可以按照预定的要求确定四个液压马达510～540的预定输出转速，在转速传感器711～714测得液压马达510～540的实际输出转速V1、V2、V3和V4后，利用控制器700获取四个液压马达510～540的实际输出转速与预定输出转速之间的差值，转速差记为ΔV1、ΔV2、ΔV3和ΔV4；进而根据ΔV1、ΔV2、ΔV3和ΔV4的大小判断四个液压马达510～540的实际输出转速是否符合预定要求，预定要求可以是四个液压马达510～540的实际输出转速是否在预定范围内，四个实际输出转速V1、V2、V3和V4之间差值是否在预定的范围内，等等；如果判断结果为否，则需要调整各液压马达的实际输出转速，控制器700向变量控制机构411～441输出控制信号，改变四个液压泵410～440的排量，使四个液压马达510～540的实际输出转速与预定输出速度更接近；该控制过程不仅能够最终实现履带式工程车辆转弯操作，控制的过程还能够不断改变使履带式工程车辆的转弯半径，实现转向操作的圆滑性；同时，也能够防止由于某一履带打滑而造成的整车牵引力不够现象的发生。

另外，四个速度传感器711～714能够将四个液压马达510～540的实际输出转速反馈给控制器700；控制器700能够将四个液压马达510～540的实际输出转速与预定输出速度进行对比，并获得四个液压马达510～540实际输出转速与预定输出转速之间的差值ΔV1、ΔV2、ΔV3和ΔV4；还能够判断ΔV1、ΔV2、ΔV3和ΔV4是否为零，或者是否超过预定的值，或者是否满足其他预定的条件，进而判断是否符合预定的要求；如果为否，则使控制器700根据差值ΔV1、ΔV2、ΔV3和ΔV4向变量控制机构711～714发送控制信号，改变液压泵410～440的排量，进而使四个液压马达510～540实际输出转速与预定输出转速保持一致，或使二者保持在预定的范围内。在由于液压元件本身的固有特性之间的差异、非线性因素、左右两侧地面附着条件不同和左右牵引力大小不同等原因，使履带式工程车辆左右两侧履带的行驶速度产生不一致时，通过控制器700可以及时修正两侧履带的环绕速度，使履带式工程车辆保持直线或在预定的方向上行驶。

受到发动机300输出转速及液压泵410～440流量调节范围的限制，通过调节液压泵410～440排量控制履带式工程车辆行驶状态受到很大的限制；为此，本发明实施例中，液压马达510～540也为变量液压马达，液压马达510～540分别具有变量控制机构511～541，通过变量控制机构511～541可以改变液压马达510～540的排量；在输入流量相同的情况下，通过改变液压马达510～540的排量，能够调节其输出转速或输出扭矩。

本实施例中，变量控制机构511～541为液控变量控制机构，具体可以为变量控制液压缸；为了实现对变量控制机构511～541的控制，液压系统还包括控制油路，控制油路包括变速开关电磁阀620。液压马达510～540的变量控制机构511～541的控制油口均通过变速开关电磁阀620与控制油源相通，本例中，为了实现对液压马达510～540同步控制，变量控制机构511～541通过一个变速开关电磁阀620与控制油源相通。这样通过改变变速开关电磁阀620的状态，控制油路可以改变变量控制机构511～541的状态，调节液压马达510～540的排量。为了实现控制的自动化，还可以通过控制器700控制变速开关电磁阀620，使控制器700的输出端与变速开关电磁阀620的控制端相连。

本实施例中，通过外部的变速开关电磁阀620仅能够对液压马达510～540的排量进行不连续的调节；为了实现对液压马达510～540的排量连续调节，还可以在液压马达510～540设置电控变量控制机构，使电控变量控制机构的电磁阀与变量控制液压缸形成随动伺服结构，使液压马达510～540的排量根据电磁阀的输入电流的大小改变其排量。同时，为了保持控制的自动化，还可以使液压马达510～540的变量控制机构511～541的控制端均与控制器700的输出端相连，以通过控制器700调节液压马达510～540的排量。

再参考图4和图5，本例中，液压马达510～540还分别包括与其输出轴相对应的制动器512～542，制动器512～542分别包括制动液压缸。与制动液压缸相对应，所述控制油路还包括刹车开关电磁阀610，以使各制动液压缸均通过刹车开关电磁阀610与控制油源相通。同样，为了实现对液压马达510～540同步制动，制动器512～542通过一个刹车开关电磁阀610控制。这样通过改变刹车开关电磁阀610的状态，控制油路可以使制动液压缸的活塞缩回，解除对液压马达510～540的制动。为了实现控制的自动化，还可以通过控制器700控制刹车开关电磁阀610，使控制器700的输出端与刹车开关电磁阀610的控制端相连。本例中，制动液压缸为单作用油缸，制动液压缸的有杆腔通过刹车开关电磁阀610与预定控制油源相通，无杆腔内支撑有弹簧，制动液压缸复位依靠弹簧作用下完成。

根据上述描述，可以看出，由于控制器700可以分别控制四个液压泵410～440的排量，进而分别控制其输出流量，因此，四个液压泵410～440的输入转速不限于同步变化，也可以使四个液压泵410～440通过其他结构与发动机300的输出轴相连。

在提供上述行走总成的基础上，本发明还提供履带式工程车辆，履带式工程车辆包括发动机300、车身和行走总成，所述转身安装在行走总成上，行走总成为上述任一种履带式工程车辆的行走总成，发动机安装在车架上，发动机的输出轴与所述液压泵输入轴相连。液压泵410～440与发动机300之间的传动结构可以采用上述相应部分的描述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种履带式工程车辆的行走总成，包括行走机构和液压系统，其特征在于，还包括控制器，所述行走机构包括车架和四个履带，四个所述履带横向顺序排列，两个所述履带位于车架的左侧，另外两个所述履带位于车架的右侧；

所述液压系统包括四个液压泵和四个液压马达；所述四个液压马达分别驱动四个所述履带，所述四个液压泵和四个液压马达一一对应，并分别通过液压油路相连；所述控制器的输出端与每个液压泵的变量控制机构的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的履带式工程车辆的行走总成，其特征在于，还包括四个转速传感器，四个所述转速传感器与四个所述液压马达相对应，用于获得相对应液压马达的实际输出转速；四个所述转速传感器均与所述控制器的输入端相连。

3.根据权利要求1或2所述履带式工程车辆的行走总成，其特征在于，所述液压马达的变量控制机构的控制端均与所述控制器的输出端相连。

4.根据权利要求2所述的履带式工程车辆的行走总成，其特征在于，所述液压系统还包括控制油路，所述控制油路包括变速开关电磁阀；所述液压马达的变量控制机构的控制油口通过所述变速开关电磁阀与控制油源相通；所述控制器的输出端与所述变速开关电磁阀的控制端相连。

5.根据权利要求4所述的履带式工程车辆的行走总成，其特征在于，每个液压马达还包括与其输出轴相对应的制动器，所述制动器包括制动液压缸；所述控制油路还包括刹车开关电磁阀，所述制动液压缸通过所述刹车开关电磁阀与所述控制油源相通；所述控制器的输出端与所述刹车开关电磁阀的控制端相连。

6.根据权利要求5所述的履带式工程车辆的行走总成，其特征在于，所述液压缸的有杆腔通过所述刹车开关电磁阀与所述控制油源相通，无杆腔内支撑有弹簧。

7.一种履带式工程车辆的控制方法，所述履带式工程车辆包括权利要求1所述的履带式工程车辆的行走总成；该方法包括：

分别确定所述四个液压马达的预定输出转速；

根据所述预定输出转速，通过控制器分别控制所述四个液压泵的排量，进而改变所述四个液压马达的实际输出转速。

8.根据权利要求7所述的履带式工程车辆的控制方法，其特征在于，

在需要履带式工程车辆直线行驶时，所述四个液压马达的预定输出转速相等；

在需要履带式工程车辆转向行驶时，使驱动车架左侧的所述履带的液压马达的预定输出转速与驱动车架右侧的所述履带的液压马达的预定输出转速之间具有预定的差别。

9.根据权利要求7或8所述的履带式工程车辆的控制方法，其特征在于，所述行走总成还包括四个转速传感器，四个所述转速传感器与四个所述液压马达相对应，用于获得相对应液压马达的实际输出转速；四个所述转速传感器均与所述控制器的输入端相连；

该方法还包括：

所述控制器根据四个所述转速传感器获得的所述四个液压马达的实际输出转速，判断所述四个液压马达的实际输出转速是否符合预定的要求，如果否，则调整预定液压泵的排量。

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