CN104305483B - 一种具有智能控制功能的半夏清洗脱皮机 - Google Patents

一种具有智能控制功能的半夏清洗脱皮机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有智能控制功能的半夏清洗脱皮机,包括水平支架、以及共同安装在该水平支架上的进料单元、清洗脱皮单元、动力单元、电控单元、水循环单元和出料单元,其中半夏由进料单元进入到清洗脱皮单元的罐体中,通过罐体内层的螺旋叶片和刷丝对其执行清洗和脱皮;电控单元中的质量传感器用于实时获取已导入罐体的半夏质量,定量加水器和定时器则基于该质量传感器的检测信息,分别设定向罐体加入的所需水量和罐体旋转时间。通过本发明,能够实现清洗资源的功效最大化,并防止半夏的破损,同时具备自动化程度高、机构紧凑、便于操控和后期拆卸维护方便等特点。

Description

一种具有智能控制功能的半夏清洗脱皮机
技术领域
本发明属于农用机械设备领域,更具体地,涉及一种具有智能控制功能的半夏清洗脱皮机。
背景技术
半夏作为一种经济性药用植物,具有非常高的药用价值和经济价值,但它的清洗和风干等操作是比较复杂和繁琐的过程。现有技术中已经提出了一些解决方案,例如,CN201776245U中公开了一种半夏药材清洗机,其通过在洗涤筒的两端分别设置进料斗和出料斗,并在其内部设置多个搅拌杆来执行清洗;CN203209357U中公开了一种半夏清洗防堵塞装置,其中通过将半夏装在滚筒内,并采用贴近该滚筒表面的淋洗管来使水淋入滚筒,从而执行对半夏的清洗。
然而,进一步的研究表明,上述设备仅适于对小批量的半夏执行简单的清洗,当需要清洗的半夏数量很大时,需要消耗巨大的人力物力,清洗过程中多个环节都需要人工干预,整体清洗效率偏低,而且不能实现操作自动化和水资源的循环利用;特别是,由于没有对待清洗的半夏量与需要加入的水量等参数进行针对性研究,往往会造成清洗效果不够好,清洗过程中半夏的损坏比较严重,进而影响到药材的质量,此外清洗后的半夏风干包装需要很长的时间周期。相应地,本领域中亟需研究设计新型的自动化相关设备,以便更好地执行半夏清洗脱皮处理。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种具有智能控制功能的半夏清洗脱皮机,其中通过对其整体构造和工作控制过程、以及多个关键组件如电控单元、清洗脱皮单元和水循环单元等的具体结构及设置方式进行研究设计,相应能够高效率、高质量地执行对半夏的全方位清洗脱皮,并实现水的合理利用,有效避免对半夏的损坏,同时具备自动化程度高、机构紧凑、便于操控和后期拆卸维护方便等特点,因而尤其适用于对半夏大批量的工业化清洗脱皮场合。
为实现上述目的,按照本发明,提供了一种半夏清洗脱皮机,该半夏清洗脱皮机包括水平支架、以及共同安装在该水平支架上的进料单元、清洗脱皮单元、动力单元、电控单元、水循环单元和出料单元,其特征在于:
所述进料单元包括整体连接在所述水平支架上的滑轨、沿着该滑轨往复移动并在最高点处执行翻转以导入待清洗半夏的料斗,以及用于引导该料斗执行往复移动的滑轮系统;
所述清洗脱皮单元包括与所述水平支架呈倾角设置的罐体、分别设置在该罐体后端顶部和后端底部的进料口和出料口,以及设置在该罐体前端且与罐体内部相连通的水管;其中所述罐体被分为彼此间隔的内外两层,该内层中沿着轴向方向设置有两条螺旋叶片,这些螺旋叶片的表面上附有毛刷,并在所述内层的内壁上装有刷丝;此外,在位于所述罐体前端底部的所述内层设有分离孔,并在相应位置的所述外层开有排污口;
所述动力单元设置在所述罐体的前端,并包括用于使此罐体可沿着正向和反向旋转的电机、与该电机的输出端相连的取力器,以及联接在该取力器和所述罐体之间的液压系统和减速器;
所述电控单元包括设置在所述罐体内部用于实时获取已导入罐体的半夏质量的质量传感器、与所述水管相连并基于该质量传感器的信息来向所述罐体加入所需水量的定量加水器,以及同样基于所述质量传感器的信息来设定罐体旋转时间的定时器;以此方式,在所设定的水量和旋转时间工艺条件下,当罐体正向旋转时,半夏沿着所述螺旋叶片向罐体前端运动并执行脱皮清洗的处理,清洗后的污水与半夏皮混合物则经由所述分离孔分离进入到罐体外层,然后经由所述排污口排出;而当罐体反向旋转时,完成清洗脱皮的半夏沿着所述螺旋叶片向罐体后端运动,并经由所述出料口卸出;
所述水循环单元包括设置在所述排污口下方的滤网、与所述水管相连并用于将经该滤网过滤后的水再次注入至罐体中循环使用的抽水泵,以及用于将滤网过滤后的残留物予以排出的阀门;
所述出料单元包括集料箱,它设置在所述出料口的下方,并用于将执行清洗脱皮后的半夏予以收集和风干处理。
作为进一步优选地,所述清洗脱皮单元还包括上支撑架和下支撑架,其中该上支撑架优选为上表面呈斜面的框架结构,并通过枢轴块与所述罐体后端底部的外层相连,该下支撑架呈水平框架结构与上支撑架保持相连,并固定安装在所述水平支架上。
作为进一步优选地,所述罐体的中心线与所述水平支架之间呈13°~15°的夹角;此外,所述罐体外层由金属薄板制成,罐体内层由耐磨的钢板制成,并且内外两层之间的间隔被设定为2cm~4cm。
作为进一步优选地,所述螺旋叶片在罐体中以彼此180°交错的方式进行设置,且其螺旋升角均被设定为25°~30°,由此将半夏沿罐体轴向和切向共同推动使其产生复合运动,从而具有旋转和卸料等多种工作性能;此外,附着在各个螺旋叶片表面上的毛刷由软纤维材质制成。
作为进一步优选地,所述定量加水器按照以下公式来计算和设定向所述罐体加入的所需水量:
Vb(h)=kv×(Vn(h)-V0)
Vn(h)﹦b0+b1h+b2h2+…+bnhn
其中,Vb(h)表示当待清洗的半夏质量为m、在罐体中对应的高度为h时,所需加入水的体积的多项式方程;Vn(h)表示待清洗的半夏水平放置在罐体内且对应高度为h时,所占用的罐体体积的表达式;V0表示待清洗半夏自身的体积;kv为清洗用水量波动系数且赋值为0.9~1.2;b0、b1、b2、...、bn则分别是采用最小二乘法对所述多项式方程Vn(h)执行拟合所获得的多项式系数。
作为进一步优选地,所述定时器按照以下公式来计算和设定罐体的旋转时间:
tn(m)=c0+c1m+c2m2+…+cnmn
其中,tn(m)表示当待清洗的半夏质量为m时,完成清洗脱皮工作所需时间的多项式方程,c0、c1、c2、…、cn分别是采用最小二乘法对所述多项式方程tn(m)执行拟合所获得的多项式系数。
作为进一步优选地,所述电控单元还包括报警器,该报警器用于在所述质量传感器监测到已导入的半夏质量达到罐体最大容量时予以声光报警,并使得所述料斗停止导入待清洗的半夏。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,主要具备以下的技术优点:
1、通过对半夏清洗脱皮机的整体构造进行研究设计,不仅可以高效率、高质量地执行清洗脱皮操作,而且可有效防止半夏破损;此外,整个处理过程中无需人工干预,可自动分离半夏和清洗残留物,并实现清洗水的循环使用;
2、通过对清洗脱皮单元和动力单元的结构及其设置方式的改进,测试表明能够实现对半夏的全方位清洗,同时只需执行螺旋叶片的正传和反转即可完成半夏的清洗去皮和收集处理,操作方便快捷,可专门用于实现大批量半夏的工业化处理;
3、本发明中针对待清洗的半夏质量与需要加入的水量、清洗时间等关键工艺参数之间的关系进行针对性研究,并构造电控单元来执行智能化工艺控制处理,相应能够进一步提高清洗效果、并实现清洗资源的功效最大化。
附图说明
图1是按照本发明所构建的半夏清洗脱皮机的整个结构示意图;
图2是按照本发明优选实施例的螺旋叶片的结构示意图;
图3是用于显示本发明主要工艺序列的流程图;
图4是用于显示按照本发明对供水体积和清洗时间等工艺参数进行智能化控制的原理框图;
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
1-集料箱2-质量传感器3-水平支架4-进料口5-上支撑架6-罐体内层7-刷丝8-罐体外层9-罐体10-取力器11-水阀12-定量加水器13-水管14-电机15-电控面板16-计时器17-定时器18-水泵19-分离孔20-排污口21-滤网22-阀门23-下支撑架24-出料口25-报警器28-料斗
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明所构建的半夏清洗脱皮机的整个结构示意图。如图1中示范性所示地,该半夏清洗脱皮机主要包括水平支架3、以及共同安装在该水平支架3上的进料单元、清洗脱皮单元、动力单元、电控单元、水循环单元和出料单元等,并通过对这些关键组件的结构及其设置方式的研究设计,相应克服现有设备中的清洗效率和自动化程度不高、半夏易于破损等缺陷,同时实现清洗资源的功效最大化。
具体而言,所述进料单元包括整体连接在水平支架3上的滑轨(图1中显示为右端也即罐体的外端处)、沿着该滑轨往复移动并在最高点处执行翻转以导入待清洗半夏的料斗28,以及用于引导该料斗28执行往复移动的滑轮系统(图中未显示)。料斗28譬如为铲斗状,能容纳一定的半夏量,并且在最高点翻转时将半夏倒入罐体中,料斗运动最高点末端高度高于进料口4的高度。
所述清洗脱皮单元的主体是罐体9,该罐体9与水平支架3呈一定角度的倾角,在一个优选实施例中,被设定为其中心线与水平支架之间呈13°~15°的夹角,并且罐体的后端相对较高即相对于前端稍微翘起。在该罐体后端的顶部和底部,分别设置有进料口4和出料口24,水管13设置在罐体前端譬如中央处,并与水源相连以便向罐体内部提供清洗用水。对于上述罐体而言,处于清洗效果和操控便利性方面的考虑,它被分为彼此间隔的内外两层6、8,其中内层6中沿着轴向方向设置有两条螺旋叶片,这些螺旋叶片的表面上还附有优选由软纤维制成的毛刷;内层6的内壁上则装有譬如由尼龙材料制成的刷丝7;此外,在位于罐体前端底部的内层和外层上,层设有分离孔19,外层开有排污口20。
参见图2,显示了按照本发明一个优选实施例的螺旋叶片的结构。如图2中所示,所述螺旋叶片在罐体中以彼此180°交错的方式进行设置,且其螺旋升角优选均被设定为25°~30°,由此将半夏沿罐体轴向和切向共同推动使其产生复合运动,从而具有旋转和卸料等多种工作性能;此外,附着在各个螺旋叶片表面上的毛刷由软纤维材质制成。
所述动力单元设置在罐体9的前端,并包括用于使此罐体可沿着正向和反向旋转的电机14、与该电机14的输出端相连的取力器10,以及联接在该取力器和罐体9之间的液压系统和减速器;以此方式,取力器10取出的电机动力,被转化为液压能(排量和压力),再经马达输出为机械能(转速和扭矩),减速机将马达输出的转速减速后,传给罐体并按照以下描述的定时器所设定的旋转时间来控制罐体正传和反转,进而利用罐体中所配备的功能组件及清洗水的作用来共同执行对半夏的清洗和脱皮处理。
所述水循环单元包括设置在排污口20下方的滤网21、与水管13譬如以可控方式相连并用于将经该滤网过滤后的水再次注入至罐体中循环使用的抽水泵18,以及用于将滤网过滤后的残留物予以排出的阀门22;所述出料单元包括集料箱1,它设置在出料口24的下方,并用于将执行清洗脱皮后的半夏予以收集和风干处理。
所述电控单元包括设置在罐体9内部用于实时获取已导入罐体的半夏质量的质量传感器2、与水管13相连并基于该质量传感器2的信息来向罐体9加入所需水量的定量加水器12,以及同样基于质量传感器2的信息来设定罐体旋转时间的定时器17等元件。
下面将具体描述按照本发明的半夏清洗脱皮机的工作流程。
参见图3和图4,首先启动电机,提升机料斗工作,通过滑轮使得装有半夏的料斗28向上运动,料斗28运动到最高点时翻转,将半夏经由进料口4倒入罐体中,此时电控单元中的称重模块,譬如优选设置在罐体内层支撑点处的质量传感器实时监测进入到罐体中的半夏质量数据,测得的信号经A/D转换机转化为半夏在罐体中的高度信号,然后通过本领域各种适当的处理方式将高度信号转化为清洗半夏所需的水的体积;转换后的信号再譬如通过PLC控制系统来控制供水模块的水管工作。水管13通过定量加水器给罐体加入对应体积的水,在水量达到一定量时定量加水器自动关闭,停止加水,此时罐体中水量淹没所有的半夏。
与此同时,同时电机的动力通过取力器取出,并驱动液压系统的变量泵,机械能转化为液压能传给定量马达,马达再驱动减速机,由减速机驱动罐体,实现该装置清洗模块的工作。在此过程中,上述高度信号通过本领域各种适当的处理方式转化为装置清洗半夏所需的时间,清洗模块通过定时器设定清洗时间,相应调节操纵杆使罐体正方向旋转,此时罐体里层内壁焊有的螺旋叶片也将随罐体正向旋转,通过叶片表面附有的软纤维材质的毛刷,可以对半夏进行全方位的清洗脱皮。
在清洗过程中,污水和脱掉的皮会通过罐体内层前部开有的分离孔进入罐体外层的内表面;清洗时间达到后,清洗模块停止工作,清洗过程结束,此时打开罐体外层前部下端面的排污口,将污水和皮的混合物排入到水循环系统中,经由过滤网过滤后,分离出的水通过抽水泵抽出,可在下一次清洗半夏时重新注入罐体中循环使用。而在污水排放完毕后,再次调节定时器使罐体反向旋转,此时罐体里层内壁焊有的螺旋叶片也将随罐体反向旋转,清洗脱皮后的半夏沿着螺旋叶片卸出,在出料口对其进行收集,由此完成半夏的清洗、去皮和收集等多项工序。
考虑到在整个清洗过程中,加水量、清洗时间等关键工艺参数直接影响到最终的清洗效果以及清洗资源的合理利用程度,因此本发明中除了提出构建电控单元对其执行智能化控制之外,还对半夏清洗量与加水量、清洗时间之间的特定函数关系进行了更进一步的研究。然而应当理解的是,以下控制过程仅为本发明的最佳优选实施方式,而非本发明唯一或排他性的限制。
照本发明的一个优选实施例,质量传感器被布置在罐体内部并测量进入罐体内半夏的质量;定量加水器是一种可以监测流过水量大小并且在流过达到相应档位的水量时自行关闭的加水装置,与水管连接;定时器譬如布置在电控面板内部,对电动机运动时间进行控制,从而达到对清洗半夏的时间进行精确控制;报警器能在质量传感器检测到半夏质量达到罐体最大容量值时报警,此时输送系统停止运输半夏;控制器接收来自所述质量传感器的信号,并且在清洗过程之前对定量加水器和定时器的开-关进行控制,以实现清洗时间和加入水的体积与半夏质量之间成对应函数关系。
按上述方案,具体智能化控制步骤依次为:
首先将待清洗半夏通过传送带输送至罐体内,同时通过质量传感器将信号传递给控制器,测得半夏的质量为m0,已知半夏的密度ρ,根据质量、密度和体积之间的关系式可知进入罐体内半夏的体积V0,即:
V 0 = m 0 ρ - - - ( 1 )
接着,可以取罐体的最低点为零点,此时进入罐体内半夏的高度为h0,由于不同质量的半夏进入罐体的高度不同,可以预先通过实验测得不同质量的半夏所对应的不同罐体高度,然后优选采用最小二乘法拟合原理对其执行多项式拟合,从而计算出下式所示的多项式系数,由此确定高度与质量之间的函数关系式,并且经较多的实际测试结果表明能够很好地反映出真实的质量-高度关系,其线性方程譬如被拟合为:
hn(m)=a0+a1m+a2m2+…+anmn(2)
此时可利用控制器对获取到的信息进行处理,并根据式(2)可知在清洗质量为m时对应高度hn,接着,同样可以预先通过实验测得不同高度的半夏各自所占用的罐体体积,即得到(h1,V(h1))、(h2,V(h2))、…,(hn,V(hn))多组数据,然后优选采用最小二乘法拟合原理对其执行多项式拟合,从而计算出下式所示的多项式系数,进而确定高度与所占体积之间的函数表达式,则罐体体积与高度之间的关系为:
Vn(h)=b0+b1h+b2h2+…+bnhn(3)
根据式(3),可得到清洗质量为m、高度为hn时,罐体被占用的体积,从而得到在清洗不同质量半夏时,加入不同体积的水Vb,即:
Vb(h)=(Vn(h)-V0)kv
其中,Vb(h)表示当待清洗的半夏质量为m、在罐体中对应的高度为h时,所需加入水的体积的函数表达式;Vn(h)表示待清洗的半夏水平放置在罐体内且对应高度为h时,所占用的罐体体积的表达式,由于半夏水平放置时,半夏与半夏之间有间隙,其所占体积将大于半夏自身的体积;V0表示待清洗半夏自身的体积。
接着,控制器接收信号,控制定量加水器对罐体进行加水;
最后,完成加水后,控制器会对定时器进行控制,智能计算出针对清洗不同质量的半夏所需清洗的时间,其具体过程例如为:通过实验测得待清洗的半夏质量m不同时清洗所皮所需的时间t(m),得到(m1,t(m1)),(m2,t(m2)),…,(mn,t(mn))多组数据,给予这些数据并优选采用最小二乘法原理对其进行多项式拟合计算出多项式系数,从而得到相关函数表达式如下:
tn(m)=c0+c1m+c2m2+…+cnmn(4)
此外,本发明以多项式拟合作为优选方式进行说明,在实际处理过程中还可以综合运用对数方程和指数方程等进行拟合处理,并选取拟合效果相对最佳的用于获取各个函数表达式。
综上,对于按照本发明的半夏清洗脱皮机,在整个清洗过程中,定量加水器可根据半夏清洗质量的不同给罐体注入特定体积的水,实现了水资源的合理利用,并且在确保清洗质量的同时有效防止半夏的破损;此外,整个清洗过程只需通过控制面板即可实现,该设备实现了半夏清洗和脱皮的智能化,通过定时器实现螺旋叶片的正转和反转就能完成半夏的清洗去皮和收集,操作方便、快捷,因而尤其适用于对大批量半夏的工业化处理应用场合,其清洗效率高,效果好,并且装置拆卸清洗方便。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有智能控制功能的半夏清洗脱皮机,该半夏清洗脱皮机包括水平支架(3)、以及共同安装在该水平支架(3)上的进料单元、清洗脱皮单元、动力单元、电控单元、水循环单元和出料单元,其特征在于:
所述进料单元包括整体连接在所述水平支架(3)上的滑轨、沿着该滑轨往复移动并在最高点处执行翻转以导入待清洗半夏的料斗(28),以及用于引导该料斗(28)执行往复移动的滑轮系统;
所述清洗脱皮单元包括与所述水平支架(3)呈倾角设置的罐体(9)、分别设置在该罐体后端顶部和后端底部的进料口(4)和出料口(24),以及设置在该罐体前端且与此罐体内部相连通的水管(13);其中所述罐体(9)被分为彼此间隔的内外两层,该内层中沿着轴向方向设置有两条螺旋叶片,这些螺旋叶片的表面上附有毛刷,并在所述内层的内壁上装有刷丝(7);此外,在位于所述罐体前端底部的所述内层设有分离孔(19),并在相应位置的所述外层开有排污口(20);
所述动力单元设置在所述罐体(9)的前端,并包括用于使此罐体可沿着正向和反向旋转的电机(14)、与该电机(14)的输出端相连的取力器(10),以及联接在该取力器(10)和所述罐体(9)之间的液压系统和减速器;
所述电控单元包括设置在所述罐体(9)内部用于实时获取已导入罐体的半夏质量的质量传感器(2)、与所述水管(13)相连并基于该质量传感器(2)的信息来向所述罐体(9)加入所需水量的定量加水器(12),以及同样基于所述质量传感器(2)的信息来设定罐体旋转时间的定时器(17);以此方式,在所设定的水量和旋转时间工艺条件下,当罐体正向旋转时,半夏沿着所述螺旋叶片向罐体前端运动并执行脱皮清洗的处理,清洗后的污水与半夏皮混合物则经由所述分离孔(19)分离进入到罐体外层,然后经由所述排污口(20)排出;而当罐体反向旋转时,完成清洗脱皮的半夏沿着所述螺旋叶片向罐体后端运动,并经由所述出料口(24)卸出;
所述水循环单元包括设置在所述排污口(20)下方的滤网(21)、与所述水管(13)相连并用于将经该滤网过滤后的水再次注入至罐体中循环使用的抽水泵(18),以及用于将滤网过滤后的残留物予以排出的阀门(22);
所述出料单元包括集料箱(1),它设置在所述出料口(24)的下方,并用于将执行清洗脱皮后的半夏予以收集和风干处理。
2.如权利要求1所述的半夏清洗脱皮机,其特征在于,所述清洗脱皮单元还包括上支撑架(5)和下支撑架(23),其中该上支撑架(5)为上表面呈斜面的框架结构,并通过枢轴块与所述罐体(9)后端底部的外层相连;该下支撑架(23)呈水平框架结构与上支撑架保持相连,并固定安装在所述水平支架(3)上。
3.如权利要求1或2所述的半夏清洗脱皮机,其特征在于,所述罐体(9)的中心线与所述水平支架之间呈13°~15°的夹角;此外,所述罐体外层由金属薄板制成,罐体内层由耐磨的钢板制成,并且内外两层之间的间隔被设定为2cm~4cm。
4.如权利要求1或2所述的半夏清洗脱皮机,其特征在于,所述螺旋叶片在罐体中以彼此180°交错的方式进行设置,且其螺旋升角均被设定为25°~30°,由此将半夏沿着罐体轴向和切向共同推动使其产生复合运动;此外,附着在各个螺旋叶片表面上的毛刷由软纤维材质制成。
5.如权利要求4所述的半夏清洗脱皮机,其特征在于,所述定量加水器(12)按照以下公式来计算和设定向所述罐体(9)加入的所需水量:
Vb(h)=kv×(Vn(h)-V0)
Vn(h)﹦b0+b1h+b2h2+…+bnhn
其中,Vb(h)表示当待清洗的半夏质量为m、在罐体中对应的高度为h时,所需加入水的体积的多项式方程;Vn(h)表示待清洗的半夏水平放置在罐体内且对应高度为h时,所占用的罐体体积的表达式;V0表示待清洗半夏自身的体积;kv为清洗用水量波动系数且赋值为0.9~1.2;b0、b1、b2、...、bn则分别是采用最小二乘法对所述多项式方程Vn(h)执行拟合所获得的多项式系数。
6.如权利要求5所述的半夏清洗脱皮机,其特征在于,所述定时器(17)按照以下公式来计算和设定罐体的旋转时间:
tn(m)=c0+c1m+c2m2+…+cnmn
其中,tn(m)表示当待清洗的半夏质量为m时,完成清洗脱皮工作所需时间的多项式方程,c0、c1、c2、…、cn分别是采用最小二乘法对所述多项式方程tn(m)执行拟合所获得的多项式系数。
7.如权利要求1或2所述的半夏清洗脱皮机,其特征在于,所述电控单元还包括报警器(25),该报警器用于在所述质量传感器(2)监测到已导入的半夏质量达到罐体最大容量时予以声光报警,并使得所述料斗(28)停止导入待清洗的半夏。
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