CN1040234A - 带有牵伸装置的纺织机 - Google Patents

Abstract

在带牵伸装置和纺织锭子的纺织机中，锭子由电主驱动装置所驱动。牵伸装置的滚筒与主驱动装置耦合，使两者的速度成一定的比率。耦合是经由用于驱动牵伸装置1的带电子换向31的位置控制的无刷直流电机MX来实现的。在牵伸装置的驱动机构上附装飞轮体S特别有利。牵伸装置的电机可以做得比迄今所用的电机更小。此外，起动和减速停转状态可以很准确和灵敏地予以控制，从而减少断线的危险。

Description

本发明涉及包括多个纺织部位的纺织机，每一个纺织部位包括牵伸装置和纺纱器。牵伸装置可能有一些元件是几个纺纱部位所共有的。本发明涉及的纺纱机包括：

-一排多个纺纱器，每个纺纱器将输送到该处的纤维单股纱纺成纱线，

-牵伸装置，它用于将牵伸的纤维单股纱输送到纺纱器，牵伸装置包括多个与每一纺纱器相连的滚筒。

带有牵伸装置的纺织机可能是，例如环锭纺纱机，粗纱机，风帽或帽锭细纱机，喷气细纱机或者其他类似的纺织机。牵伸装置的作用是将一根纱条拉成所需要的粗细以便输送给纺纱器，因此必须尽可能精确地加以操作。

离开牵伸装置后，纱或线的最初捻转或者随后的绕向筒管的速度，必须非常精确地予以调整来配合牵引装置的驱动速度，以避免纱线的粗细不匀或断线或偏离线的粗细度。将牵伸装置的驱动速度调整至环锭纺纱机上纺纱器锭子的速度是极关重要的，因为在高速转动下环锭的自然动态特性和奔向锭子的线的几何条件（线气圈）不能由于来自牵伸装置的线的不规则而遭到干扰。

这些调整必须在纺纱部位纺出线时（包括起动和减速）的各个工作阶段严格地执行。

纺纱机的牵牵装置包括多个滚筒（通常在环锭细纱机上为3个，而在粗纱机上为4个）。这多个滚筒限定出一系列牵伸区，其中，通常有一个是主牵伸区（大部分的牵伸工作在此主牵伸区内进行）。牵伸装置各滚筒间的旋转关系对整个装置的操作是很重要的。这些关系之间的差错是造成从牵伸的单纱纺出次品纱的直接原因，因为不可能消除牵伸装置和纺纱器（锭子或其他加捻部件）之间的牵伸差错。这个论点尤其适用于限定主牵伸区的两个滚筒和/或输出区内的滚筒。这是因为主要的（也是关键性的）速度差异就发生在限定主牵伸区、也就是具有最大牵伸作用的区的两个滚筒之间，而滚筒旋转速度最高是发生在输出区。

在现有技术中，将牵伸装置的速度调整至捻线成形的速度的方法是在两个驱动部件之间配置机械和电的耦合件。机械耦合件包括传动装置，通常是几组能更换的齿轮组，以配合各种不同品级的纱线或其他生产条件。电的耦合件，例如西德专利DE-2911378中所述的，其速度控制是用可变频率倒相馈电同步电机来操作的。电源的定时频率是由一个基准时钟信号发生器和许多分频级产生的。根据设定的速度而定，相应的设定频率按照电机的已知性能转换成三相电压以适用于对该电机馈电。由于只能在整数级进行分频，这种现有技术方法就不能消除在单独传动之间的角的位置的剩余误差。因而也不能消除速度的误差。

所述三相电机是一种多少带有已知的电压/频率特性的同步或异步电机。由于这类电机的失步转矩很小，它的额定功率必须基本上与起动所需要的转矩相等。然而由于机械轴承的数量很大以及牵伸装置内磨擦阻力的原因，起动转矩可能要比通常工作时的转矩为大。例如在环锭纺纱机中，牵伸装置驱动电机的额定功率设计成每一个纺纱部位为5W;具有1000个纺纱部位的机器就需要5kW的电机功率。

这种已知的耦合式牵伸装置驱动装置的缺点是如上面所提到的驱动电机的额定功率较高，频率/电压控制的费用高以及如果电源突然中断缺少一个控制开关的应急装置。在上述那种已知的纺织机中，电源的中断会引起不受控制的减速，当机器再次起动之时或之前，造成大量的断线。在上述那种纺织机中，即使在平常的起动和停机的情况下，也需要加以改进，因为，特别是在长的牵伸装置上，由于扭转振动往往造成大量的断线。

因此，本发明的一个目的就是根据纺织机的纺纱器来改进牵伸装置的电机控制。

本发明的另一个目的就是根据对纺纱器和纺织机的主驱动机构的操作来改进牵伸装置驱动机构的控制。

简单地说，本发明提供一种纺织机，它有用于将线绕成卷装纱的锭子，用于驱动该锭子的主驱动机构，用于将线供给锭子的牵伸装置和用于与主驱动机构同步地驱动该牵伸装置的牵伸装置驱动机构。

根据本发明，牵伸装置驱动机构包括连接并驱动牵伸装置滚筒的位置控制无刷直流电机和具有集成电子换向、连接到电机上的控制器，后者用于起动该电机使其以相对于主驱动机构速度的一定比率驱动滚筒。

这种驱动装置的主要优点在于，如果电流突然中断可以有加以控制的减速状态，以及能精确和灵敏地控制起动和减速状态。因此，可以用一个小得多的电机来驱动牵伸装置，其额定功率只需这类已知机器的电机功率的三分之一。对于特别长的纺织机，例如牵伸装置滚筒长达30至40米还有另外的优点。虽然也有建议将滚筒分割，但是根据这种装置，牵伸装置的速度可以用特别简单，精确和可靠的方式使其与主驱动装置的速度同步，因而对长滚筒的改进也是很大的。

本发明的特征在于：工作时所述滚筒中至少有一个是由在其输出端和输入端之间带有反馈电路的电动机来驱动的，以致于在工作时，电动机的至少一个预定的输出特性是根据可确定的设定值来控制的。

所述输出特性可以是电动机轴的输出转速（即，每分钟的转数）但是，该特性最好是所述轴的角位置。

电动机可以驱动牵伸装置所有的滚筒，各滚筒之间配有适当的机械连接，以保证在滚筒之间获得所需要的旋转关系。然而，最好是所述电动机只驱动牵伸装置的单独一个滚筒。在最好的体系中，如上面所规定的，至少有两个滚筒是由各自的电动机所驱动的。在这种情况下，两个主要的驱动电动机中至少有一个是位置控制的电动机，也就是一种与控制系统相连系的电动机，以便将电动机输出轴的角配置维持在由控制系统限定的位置的预定容差（差错）之内。

如果配置有两台位置控制的电动机，最好将它们用于驱动主牵伸区的滚筒，如果只配置一台位置控制的电动机，最好将其控制在主从结构的从属方式中，其中，主驱动电动机是驱动相关的牵伸区中的输出滚筒的转数控制电动机。

以下将根据附图对本发明的目的及优点作详细的说明，其中：

图1是已知环锭纺纱机有关部件的简单方块线路图;

图2是根据本发明的环锭纺纱机有关部件的方块线路图;

图3是显示一个根据本发明的集成电机控制装置的实施例;

图4显示另一个优越的电机控制装置的实施例;

图5是电机控制装置的第三个实例;

图6显示在同一牵伸装置上控制串联的电机的实施例;

图7显示牵伸装置上两个电机的主从式控制的实例;

图8显示在同一牵伸装置上两个独立控制的驱动电机控制的实例;

图9是牵伸装置的方块图。

附图中一些文字的含意是：图3中，33-末级，32-电流控制器，31-带有电子换向的数字式位置控制器，3-位置计算机，“ist”-“实际”，“soll”＝“设定”;图4中，RLG＝转子位置传感器，“Rolorlage        ist”“实际转子位置”“Endstufe        mit        Kommutierung”＝“带有换向的末级”，“Regles”＝“控制器”，Ison＝I设定，Lage        ist＝实际位置，41-数字式位置控制器，3-位置计算机，Lage        soll＝设定位置;图5（与图4文字相同）;图6中，““Ist-Lage”＝实际位置，“soll”＝“设定”。

下面叙述的是将电机控制应用于环锭纺纱机的最佳实施例，由于牵伸装置和锭子或转子之间灵敏的协作，电机控制对这种机器的优点特别明显。当然，这个实例并不是限制性的，电机控制对其他带有牵伸装置的纺织机基本上具有相同的优点。

图1显示牵伸装置1，从其中一条被牵伸的纤维单纱由锭子2拉出，形成一条纱绕在纱线卷（纬管）（未显示）上。锭子2由主驱动装置，即，电机M₁，以速度n驱动，而牵伸装置1由电机M₂以取决于主驱动装置的速度Kn驱动。电机M₂是受到速度控制的，速度比率是在主计算机3上根据特定的数据，例如纺织参数，预先设定的。也可以用锭子电机M₁本身经由机械传动齿轮来驱动牵伸装置，用该齿轮带来的速度偏差代替所示的牵伸装置的驱动装置带来的速度电偏差。

参考图2，其中相同的标号代表与上面的相同的部件，牵伸装置驱动机构包括受控的无刷直流电机Mx，这个电机包括结合或安装在电机Mx的轴上的飞轮体S。电机Mx是通过带有集成电子换向的控制器31来激励的。控制器31在这里是作为功能性元件的，在图3，4和5中将详细描述。控制器31从主计算机3处接收速度设定值信号P。

参考图3，控制器31是带有电子换向的数字式位置控制器，该电子换向器接收由手动或主计算机3预先设定的设定位置信号P，并将其与从位置控制的牵伸装置驱动电机Mx（例如，经过固定在电机Mx轴上的数字式位置传感器34）中得来的实际的位置信号作比较。位置控制器31根据轴的位置，首先为变交流电流为直流电流的电子换向产生配位信号A、B、C。它还通过把实际位置信号与设定位置信号P作比较而计算出设定电流信号I。这个信号I被提供给电流控制器32，用以经由接收直流电流的末级33导出电机Mx的受控相电流I_A，I_B，I_C。

电机Mx是无刷直流电机或伺服电机，其起动特性远胜于一般的同步或磁阻或异步电机。特别是无刷直流电机能够短时间地超载至其额定转矩的好几倍，而这个时间要较平常用于纺织机的起动时间（例如5秒）为长。这意味着电机的额定负荷不需主要根据如开始时所提到的高起动转矩来加以选择;电机的额定功率可以是平常工作所需功率，而在起动阶段为获得较高起动转矩所需的短时间超载完全处在通常功率限度的范围之内。

在实际操作中，用于1000个纺纱部位的环锭纺纱机上的牵伸装置电机不必是5KW的磁阻电机，而可以是带有电子换向的、额定功率1.5KW的无刷伺服电机。这种电机在通常约5秒钟的起动时间内能够超载350%，以达到所需要的起动转矩。电机的最高转速固定在6000rpm。

与图3中电子换向和数字式位置传感器34相配合，牵伸装置的驱动装置具有极高的位置精确性，而不会发生例如开始时提到的由分频器激励的异步或磁阻电机所发生的滞后误差。

直接的动力控制与附加的轴飞轮体S相结合是特别有利的。在前述规模的环锭纺纱机的实例中，该机的减速停转的时间大约为10秒钟。如果装在牵伸装置驱动电机Mx的轴上的附加飞轮体，每100个纺纱部位具有的铁盘是200mm直径和约3mm厚，即，每1000个纺纱部位，其厚度是30mm，飞轮体，轴和牵伸装置上其他转动体的组合惯性，足以单独通过机械的质量惯性矩给出与主驱动装置相同的减速停转时间，即，该实施例中锭子驱动装置的减速停转时间。因此，即便电流突然中断，牵伸装置的驱动装置也能在减速停转期间与锭子驱动装置保持同步。这一特征大大地减少了电源意外中断所引起的断线危险。

实验证明，如果控制器31是一个带有电子换向的集成位置控制器，例如由HeWlett-Packard出售的HCTL-1000型开关电路，则比较有利。这种类型的控制器能够以既简单又精确的方式控制位置而绝无发生扭振动的危险。

这种类型的控制体系与前述的伺服电机相结合，便是一种动态性能非常好的直接控制体系，与牵伸装置相结合就形成一个配合良好的驱动单元。

图4显示一种图3中控制器的变体，其中，附加的轴位置传感器35装在电机Mx上，其输出端连接到带有换向的控制器末级上。和图3的实施例一样，向这个末级提供电机电流的设定信号，这个信号根据电机轴的位置做了重新调整。

参考图5，为了测出电机轴的实际速度，测速发电机T（36）装在电机Mx上。在这个实施例中，设定的位置信号从计算机3传送给位置控制器51，而从第一传感器34得到实际的位置信号。两个信号在控制器51内作比较而获得相当于电机轴位置偏离的设定速度信号。所得出的设定速度信号n被传送给速度控制器52，后者将该信号与来自测速发电机T的实际值信号作比较而得出设定电流信号I，用于通过电流控制器53起动末级54。

如果这类牵伸装置的滚筒超过一定的长度，牵伸装置滚筒的机械扭转振动，即便驱动电机Mx的位置受到的控制，也会讨厌地被察觉出来。为了消除这种振动，牵伸装置的每一端上都有一个电机驱动。

图6至8显示有利地控制两个作用在同一滚筒上的驱动电机的各种不同实例，这种控制严格地维持同步，不会发生两个电机互相抵触的操作。

图6中两个电机Mx和My串连起来，但只在电机Mx上装位置传感器34。传感器34作用在位置控制器31和下游的电子换向器62上，如结合图3所述。换向器62之后的末级63向两个串连的电机Mx和My馈电。这一实施例特别适用于非常小的扭转角，例如牵伸装置上较短的滚筒。

图7显示进一步改进的实施例。电机Mx和My由不同的末级71，72所馈电，每一末级分别具有上游电子换向器73，74。根据主从控制原理，一个单独的位置控制器75仅受到第一电机Mx根据它的实际位置的再调整。位置控制器75的设定电流I作用在两个电子换向器73和74上，以保证Mx和My产生相同的转矩。

图8显示利用两个完全受控的电机Mx和My的另一实施例。从位置计算机3开始，第一位置控制器81通过电子换向器82和末级83独立地控制第一电机Mx，而第二位置控制器84通过电子换向器85，用于与第二电机My相连的第二末级86上。

图9以图表方式显示牵伸装置101，该牵伸装置包括处于进料滚筒100（与上皮辊102一起）和中间滚筒104（与上皮辊106一起）之间的解捻牵伸区和处于中间滚筒104和输出滚筒108（与上皮辊110一起）之间的主牵伸区。虽然图中没有明确显示，但滚筒100，104和108中的每一个都沿着纺织机的整个长度伸展，并经过一排纺纱器，这排纺纱器中的一个（作为一个锭子）以简图表示在112处。纺纱器如果不包括锭子则也可以包括纺纱元件（如空气喷射装置）。上皮辊102，106和110与相应的纺纱器相连系。牵伸装置101从适当的供源（未显示）接受纤救单纱114，并将其变细后输送给纺纱器112。

滚筒100和104至少从纺织机的一端受到驱动装置115的驱动，该驱动装置包括：带有输出传动装置118的驱动电机116，减速齿轮120和传动装置122，124。传动装置122，124中的第二个元件124决定滚筒100，104的速度关系，（从而，解捻牵伸的大小）。驱动装置115还包括耦合到电机轴上的反馈信号发生器126和反馈控制装置128，反馈控制装置128从发生器126接受输出信号，将其与经由来自中央控制单元132的线130输送的设定值作比较，并经由线134提供相应的输出，以调整电机116的状况，以便使发生器126的输出符合于设定值。控制装置128最好能适合于四象限操作。驱动装置115也可以任意包括飞轮136，但这不是主要的。驱动装置115也可以在同一滚筒对100，104的另一端重复地再设置一套，在这种情况下，将同样的设定值输送给这两个驱动装置。

输出滚筒108至少还受到另一个驱动装置135的驱动，驱动装置135相似于装置115，但是没有机械齿轮装置124。这样，装置135就包括：耦合在滚筒108上的齿轮装置138，减速齿轮140，驱动电机144的输出齿轮142，反馈信号发生器146，反馈控制装置148（它接收发生器146的输出信号并把控制信号经由线150供给电机144），线152（它提供来自中央控制单元132的相应的设定值）以及飞轮154（可以不要）。驱动装置135也可以在滚筒的另一端重复再设置一套。为叙述的简便起见，可以假定只需如图中的装置115，135就能保证所需的工作条件。

可以看到，主牵伸是由两个经调整的电机（伺服电机）116，114所决定的。这些电机可以是交流电机（同步或异步电机），通常式样的直流电机或者无刷直流电机。被反馈信号发生器126或146检测到的电机输出特性可以是输出速度（rpm）（供给速度调节电机）或者是输出轴的角位置（供给位置调节电机）。在最好的装置中，电机116，144中至少有一个是位置调节电机，然而，即使采用两个速度调节电机（每一个有它自己的从输出到输入的反馈回路）也能较现有技术带有极大优点。

在以图例表示的装置中（其中，每一个电机接受独立决定的设定值），每一个电机最好是位置调节电机。此时，每个电机最好使各自的编码器或分解器与其输出轴相关连，并且，反馈信号发生器126或146提供由该编码器或分解器给出的代表电机轴位置的信号（相对于同一预定的基准）。

在另一种可供选择的装置中（未显示），一个驱动装置可以由“主”电机所驱动，而另一个由“伺服”电机所驱动。“伺服”电机的设定值并不是从中央控制装置得来，而是从“主”电机得来。在这种情况下，主电机可以是装有编码器的速度调节电机，该编码器并不是用于主电机本身的反馈控制，而是用于为位置调节伺服电机提供设定值。此时，所述速度调节电机最好用于驱动输出滚筒，从而，迫使中间滚筒跟上输出滚筒的位置。

各驱动电机的受控输入的形式决定于该电机的类型和想要达到的性能，一般说来，需要控制输入到电机的功率，以便能够对检测到的对所要求的（设定的）状态的偏离作出适当的反应。这种反应必须考虑到加到电机上的负荷以及所需要的代表电机加速度的反应速度。

最好的电机类型是无刷直流电机，其理由前面已叙说过。这种类型的电机本来就带有轴（转子）位置感测系统，能进行电子换向，因而，该电机理想地适合于与位置控制反馈回路相配合。但是，应用这种类型的电机对于实现位置控制驱动装置并不是主要的。

图9中还示出锭子驱动机构，图中以纺纱器112为例给出该锭子，该驱动机构的例子是与变速齿轮传动装置162相耦合的交流电机160。例如，该变速齿轮传动装置驱动在环锭纺纱中所熟知的四锭皮带传动机构。其他可供选择的熟知的环锭驱动系统包括驱动一排锭子的切向皮带。然而，也有可能为每一个锭子配备自己的独立的驱动电机，并通过控制对这些电机的能量供应来获得所需要的锭子速度。这种系统已经由例如，SKF（IMDS-系统）和Asea        Brown        Boveri（MAS-系统）提出，并在1987年巴黎的国际纺织机械展览会上展出。

然而，本发明并不限于用在以“锭子为基础”的纺纱器上。例如，目前由Murata公司所提供的气流喷射纺纱系统，其纺纱器具有空气喷嘴，而不包括转动的机械部件。本发明的原理同样可以应用于这种纺纱机的牵伸装置中。

在图9中，变速器的输出一方面经由适当的中间齿轮164，166传到环经纱架驱动机构168，另一方面传到编码器170，该编码器向中央控制单元发送表示锭子速度的信号。如果锭子速度是由中央控制单元直接控制的，则这后一联系就不需要，除非是有必要监测或者需要反馈控制。如果需要的话，环经纱架也可以单独驱动，当然，如果纱纺系统并不需要用于加捻和成为卷装纱的环形或类似的装置，这也就没有必要了。可以看出，本发明是从我们的欧洲专利申请第89106261.4号（Obj.744）中构思延伸到纺纱机的牵伸装置的。

本发明提供了一种控制装置，其中，通过驱动牵伸装置并与由主驱动装置控制的微处理机结合的位置控制无刷直流电机，并借助机械飞轮体，精确地实现了牵伸装置与主驱动装置之间的同步。

Claims (16)

1、一种纺纱机包括：

一排多个纺纱器，每一个纺纱器将输送到该处的纤维单纱纺成纱线，

牵伸装置，它用于将牵伸的纤维单纱输送到纺纱器，该牵伸装置包括多个与每一纺纱器相连的滚筒，

其特征在于：工作时，所述滚筒中至少有一个是由在其输出端和输入端之间带有反馈回路的电动机来驱动的，以致于在工作时，电动机的至少一个预定的输出特性是根据可确定的设定值来调整的。

2、权利要求1的纺纱机，其特征在于：所述电机输出特性是该电机转轴的角位置。

3、权利要求1或2的纺纱机，其特征在于：所述牵伸装置的至少两个滚筒是由各自带有相应的反馈回路的相应的电动机驱动的。

4、一种纺织机包括：

至少一个具有驱动滚筒的牵伸装置，

至少一个纺织锭子，

至少一个电驱动机构，该电主驱动机构连接于并驱动该锭子，以使该滚筒旋转，和

牵伸装置驱动机构，该机构包括连接在并驱动该滚筒的位置控制无刷直流电机和具有连接于所述电机的集成电子换向器的控制器，后者用于起动该电机，以便根据该电机的位置以相对于该主驱动机构速度的一定的比率驱动该滚筒。

5、如权利要求4的纺织机，其特征在于该牵伸装置驱动机构包括可旋转的飞轮体。

6、如权利要求5的纺织机，其特征在于该飞轮体的大小使该牵伸装置驱动机构的减速停转时间与主驱动机构的减速停转时间具有相同的数量级。

7、如权利要求4的纺织机，其特征在于还包括位置传感器，该传感器连接到该电机上，以产生相当于该电机位置的实际数值信号，该传感器的输出端连接到该控制器上，以向其传送该信号。

8、如权利要求7的纺织机，其特征在于：

该位置控制器具有用于把交流电流转换为直流电流的电子换向器和用于把受控的相电流传送给该电机的末级，

该纺织机还包括连接到该电机上的第二个位置传感器，后者用于产生相当于该电机的位置的第二实际值速度信号，该位置传感器的输出端连接在该末级上，以向其传送该第二信号。

9、如权利要求8的纺织机，其特征在于该位置控制器响应来自该传感器的偏离设定位置信号的信号而产生设定速度信号，

该纺织机还包括：（1）连接到该电机上、用于产生相当于该电机速度的实际值信号的测速发电机，（2）连接到该测速发电机和该位置控制器上的速度控制器，用于比较来自该处的信号并据此产生该电机电流的设定电流信号，（3）连接到该速度控制器和该末级之间的电流控制器，用于把该设定电流信号传送给该末级。

10、如权利要求4的纺织机，其特征在于该牵伸装置驱动机构包括：

一对串联在一起的所述电机，后者用于驱动该滚筒，

连接到该电机上、用于向其馈送电流的控制器末级，

连接到该末级和该控制器之间的换向器。

11、如权利要求4的纺织机，其特征在于该牵伸装置驱动机构包括：

一对所述电机，

一对控制器末级，每一所述末级连接到各自的一个电机上，以向其馈送电流，以及

一对换向器，每一所述换向器受到各自电机的位置控制，并被连接到各自的末级和该控制器之间，以接受来自该控制器的设定值信号。

12、如权利要求4的纺织机，其特征在于该牵伸装置驱动机构包括一对所述电机和一对所述控制器，每一所述控制器连接到各自的电机上。

13、一种纺织机，其特征在于其中一种系统包括：

用以将线绕成卷装纱的锭子，

驱动该锭子的主驱动机构，

为该锭子提供单纱的牵伸装置，和

牵伸装置驱动机构，该机构用于与主驱动机构同步地驱动所述牵伸装置，该牵伸装置驱动机构包括无刷直流电机和具有电子换向器的位置控制器，后者用于接受相当于该电机位置的实际位置信号，并根据其对设定值信号的偏离产生设定电流值信号，该电机连接于该控制器和该牵伸装置之间，以接收该设定电流值信号，并根据该信号驱动该牵伸装置。

14、如权利要求13的纺织机，其特征在于该牵伸装置驱动机构包括连接在该电机与该控制器之间的位置传感器，后者用于为该控制器提供该电机位置的位置信号，以便把该位置信号与该设定值信号作比较，产生设定电流值信号。

15、如权利要求13的纺织机，其特征在于该电机有驱动轴和装在该轴上的飞轮体。

16、如权利要求15的纺织机，其特征在于：

该位置控制器具有用以把交流电流转换为直流电流的电子换向器和用以把受控的相电流传送给该电机的末级，

该纺织机还包括连接到该电机上的第二个位置传感器，后者用于产生相当于该电机的位置的第二实际值速度信号，该位置传感器的输出端连接到该末级上，以向其传送该第二信号。

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