CN107044456A - 一种配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器 - Google Patents
一种配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，包括端盖、配流盘转轴、平衡配流组件、主配流组件、缸体组件、斜盘和壳体；所述端盖右端面与平衡盖左端面、平衡盖右端面与配流盖左端面、配流盖右端面与缸体左端面通过油膜贴合，平衡配流盘和主配流盘的结构尺寸完全相同；所述端盖、平衡盖、配流盖和壳体相对固定不动，平衡配流盘和主配流盘与配流盘转轴固定在一起，配流盘转轴、缸体和斜盘均能够沿各自的中心轴线转动，且配流盘转轴和缸体的中心轴线一致，并与斜盘的中心轴线间存在夹角。本发明在不改变现有阀控负载调速方式的前提下，能够回收原系统中各处节流浪费的液压能，可以直接利用回收的液压能，也可以存储起来。
Description
技术领域
本发明涉及一种配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，属于液压传动与控制技术。
背景技术
现在液压设备一般一台液压泵同时给多个负载供油，液压泵输出压力必须高于最大负载压力才能让最大负载动作。如果负载压力差别很大，系统供给低压负载回路的油液经速度控制阀节流掉很大的压力，产生很大的功率损失，系统的效率很低，而且引起油温的升高，必须配备较大功率的散热设备把油液温度降到系统要求的范围，这样又增加功率的消耗。对于有势能减小和惯性动能制动的工况，也通过节流把势能和动能转化为了热能。
现在的泵和马达对拖液压回收装置结构复杂、体积和重量大、回收效率低、成本高；而新型液压变压器两个压力油口的流量比是变压比的倒数，很难控制进入负载的流量，主要用于恒压网络的二次压力调节。现在的液压设备特别是工程机械大部分是阀控负载液压系统，这种系统已经很成熟，很多都做成了与特定负载相匹配的集成阀组和工业液压泵，很难改变现有液压系统结构和工艺，但存在节流发热和效率低下的问题。所以需要发明适合现有液压系统的节能装置。
发明内容
发明目的：现在的阀控液压系统，通过节流调节负载速度，把液压能转化为热能浪费掉了，使得液压油温度升高，为了防止油液因过热而老化，还需要增设降温设备，降温设备也会浪费能源。为此，本发明为现有阀控液压系统设计一种配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，在不改变现有阀控负载调速方式的前提下，能够回收原系统中各处节流浪费的液压能，可以直接利用回收的液压能，也可以存储起来，在系统需要高压油液时，此液压变压器再把存储的液压能释放出来再利用。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，包括端盖、配流盘转轴、平衡配流组件、主配流组件、缸体组件、斜盘和壳体；
所述平衡配流组件包括平衡盖、平衡配流盘和两个平衡隔离块，平衡配流盘上对称设置有两个腰型孔，平衡盖左端面设置有与平衡配流盘相适配的凹槽，凹槽的深度与平衡配流盘的厚度相同，两个平衡隔离块对称固定在平衡盖的凹槽内，平衡配流盘设置在凹槽内，两个平衡隔离块分别插入到两个腰型孔内，将两个腰型孔隔离成四个互不连通的平衡腰型孔，在平衡盖侧面设置有四个平衡油口，在每个平衡隔离块的圆周向两侧各设置有一个平衡油口，平衡盖上的四个平衡油口和两个平衡隔离块的四个平衡油口一一对应连通后，再分别连通至四个平衡腰型孔，形成四条互不连通的平衡通路，分别记为通路、通路、通路和通路；
所述主配流组件包括配流盖、主配流盘和两个配流隔离块，主配流盘上对称设置有两个腰型孔，配流盖右端面设置有与主配流盘相适配的凹槽，凹槽的深度与主配流盘的深度相同，两个配流隔离块对称固定在配流盖的凹槽内，主配流盘设置在凹槽内，两个配流隔离块分别插入到两个腰型孔内，将两个腰型孔隔离成四个互不连通的配流腰型孔，在配流盖侧面设置有四个配流油口，在每个配流隔离块的圆周向两侧各设置有一个配流油口，配流盖上的四个配流油口和两个配流隔离块的四个配流油口一一对应连通后，再分别连通至四个配流腰型孔，形成四条互不连通的配流通路，分别记为通路、通路、通路和通路；
所述缸体组件包括缸体和柱塞等，缸体左端面沿中心轴线均匀设置有N个结构尺寸相同的腰型孔，缸体右部沿中心轴线均匀设置有N个结构尺寸相同的柱塞孔，缸体上的腰型孔和柱塞孔一一对应连通，且柱塞孔的中心线平行于缸体的中心轴线，每个柱塞孔内设置有一个柱塞，柱塞的右端伸出柱塞孔并通过球形端头与斜盘铰接；
所述端盖右端面与平衡盖左端面、平衡盖右端面与配流盖左端面、配流盖右端面与缸体左端面通过油膜贴合，平衡配流盘的左右端面通过油膜分别与端盖右端面和平衡盖凹槽底面贴合，主配流盘的左右端面通过油膜分别与平衡盖凹槽底面和缸体左端面贴合；平衡配流盘和主配流盘的结构尺寸完全相同，平衡隔离块和配流隔离块的结构尺寸完全相同；所述端盖、平衡盖、配流盖和壳体相对固定不动，平衡配流盘和主配流盘与配流盘转轴固定在一起，配流盘转轴、缸体和斜盘均能够沿各自的中心轴线转动，且配流盘转轴和缸体的中心轴线一致，并与斜盘的中心轴线间存在夹角；在任意时刻，四个配流腰型孔中的一个能够同时连通一个以上柱塞孔，一个柱塞孔在同一时刻只能连通四个配流腰型孔中的一个；
通过斜盘限定柱塞的伸出最大行程和缩回最大行程：柱塞在伸出最大行程位置时，其在主配流盖上的圆周位置定义为上死点TDC；柱塞在缩回最大行程位置时，其在主配流盖上的圆周位置定义为下死点BDC；两个配流隔离块的中心均位于上死点TDC和下死点BDC连线上。
本案中，通过配流盘转轴带动主配流盘转动，改变了主配流盘上四个配流腰型孔的长度，改变了对应进出油柱塞的个数和行程，改变了柱塞进出油做功的大小，就可以改变回收出油口压力与高压进油口和低压出油口压差的比，实现变压的功能。本发明的液压变压器不仅可以串入液压系统回收系统中的液压能(且不改变油路的流量)，也可以释放储存的液能再利用，具有油液压力的变换功能。
本发明的液压变压器，其结构与现有的定量斜轴式柱塞马达有相似之处，不同点在于：定量斜轴式柱塞马达的配流盘只有两个腰型孔，且配流盘是固定不动的，端盖上只有两个油口，马达是用来将液压能转化为机械能从马达轴输出的；而本发明的液压变压器，主配流盖上的两个腰型孔被配流隔离块分隔成四个配流腰型孔，并且主配流盘是可以转动的，配流盖上有四个油口，液压变压器是用来将高压进油口和低压出油口的压差液压能转化为另一种压力的液压能从回收出油口输出，马达轴不接机械负载，也没有机械能输出。由于存在该重要差别，使得本发明与定量斜轴式柱塞马达的效用不同。
优选的，所述平衡盖和两个平衡隔离块为一体结构，所述配流盖和两个配流隔离块为一体结构。
优选的，所述平衡盖和两个平衡隔离块形成的结构，与配流盖和两个配流隔离块形成的结构，除了油口以及连通油口的通道存在截面尺寸差别外，其他的结构尺寸完全相同。
优选的，所述平衡盖和两个平衡隔离块形成的结构，其油口以及连通油口的通道在截面尺寸上小于配流盖和两个配流隔离块形成的结构的对应尺寸。
优选的，所述配流隔离块的周向长度与主配流盘上两个腰型孔间过渡区间的周向长度相等。
优选的，油液对平衡配流盘产生的扭矩与油液对主配流盘产生的扭矩大小相等、方向相反，即油液不对配流盘转轴产生扭矩。
有益效果：现在的泵和马达对拖液压回收装置结构复杂、体积和重量大、回收效率低、成本高；而新型液压变压器两个压力油口的流量比是变压比的倒数，很难控制进入负载的流量，主要用于恒压网络的二次压力调节。本发明的四通液压变压器，主配流盘上的两个腰型孔被配流盖上的两个配流隔离块隔成四个配流腰型孔，在主配流盘转动时，四个配流腰型孔的长度是变化的，配流腰型孔不会跨过死点，柱塞通过一个配流腰型孔时只能吸油或排油，主配流盘的转动范围理论上能够达到180°，变压比的分辨率大，可以提高控制精度。本发明的液压变压器不仅可以回收系统中的液压能，也可以释放储存的液能再利用，既具有液能的转换功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为主配流盘和配流盖前后重叠结构示意图；
图中包括：1配流盘转轴；2端盖；3平衡配流盘；4平衡盖；5配流盖；6主配流盘；7缸体；8柱塞；9斜盘，10壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明的液压变压器，主配流盘6上的两上腰型孔被配流盖5上的两个固定的配流隔离块隔出四个配流腰型孔，在主配流盘6转动时，四个配流腰型孔的长度是变化的，配流腰型孔不会跨过死点，柱塞8通过一个配流腰型孔时只能吸油或排油，这种结构使得主配流盘6的转动范围理论上能达到180度，变压比的分辨率大、控制精度高；使用这种液压变压器能够大大减小液能损失，提高系统效率，减小系统发热和油液温升，降低系统配备的散热设备规格，达到节能减排的目的。
如图1所示为本发明的一种具体实施结构，包括端盖2、配流盘转轴1、平衡配流组件、主配流组件、缸体组件、斜盘9和壳体10。油液对平衡配流盘3产生的扭矩与油液对主配流盘6产生的扭矩大小相等、方向相反，即油液不对配流盘转轴1产生扭矩。
所述平衡配流组件包括平衡盖4、平衡配流盘3和两个平衡隔离块，平衡配流盘3上对称设置有两个腰型孔，平衡盖4左端面设置有与平衡配流盘3相适配的凹槽，凹槽的深度与平衡配流盘3的厚度相同，两个平衡隔离块对称固定在平衡盖4的凹槽内，平衡配流盘3设置在凹槽内，两个平衡隔离块分别插入到两个腰型孔内，将两个腰型孔隔离成四个互不连通的平衡腰型孔，在平衡盖4侧面设置有四个平衡油口，在每个平衡隔离块的圆周向两侧各设置有一个平衡油口，平衡盖4上的四个平衡油口和两个平衡隔离块的四个平衡油口一一对应连通后，再分别连通至四个平衡腰型孔，形成四条互不连通的平衡通路，分别记为通路、通路、通路和通路。
所述主配流组件包括配流盖5、主配流盘6和两个配流隔离块，主配流盘6上对称设置有两个腰型孔，配流盖5右端面设置有与主配流盘6相适配的凹槽，凹槽的深度与主配流盘6的深度相同，两个配流隔离块对称固定在配流盖5的凹槽内，主配流盘6设置在凹槽内，两个配流隔离块分别插入到两个腰型孔内，将两个腰型孔隔离成四个互不连通的配流腰型孔，在配流盖5侧面设置有四个配流油口，在每个配流隔离块的圆周向两侧各设置有一个配流油口，配流盖5上的四个配流油口和两个配流隔离块的四个配流油口一一对应连通后，再分别连通至四个配流腰型孔，形成四条互不连通的配流通路，分别记为通路、通路、通路和通路。
所述缸体组件包括缸体7和柱塞8等，缸体7左端面沿中心轴线均匀设置有N个结构尺寸相同的腰型孔，缸体7右部沿中心轴线均匀设置有N个结构尺寸相同的柱塞孔，缸体7上的腰型孔和柱塞孔一一对应连通，且柱塞孔的中心线平行于缸体7的中心轴线，每个柱塞孔内设置有一个柱塞8，柱塞8的右端伸出柱塞孔并通过球形端头与斜盘9铰接。
所述端盖2右端面与平衡盖4左端面、平衡盖4右端面与配流盖5左端面、配流盖5右端面与缸体7左端面通过油膜贴合，平衡配流盘3的左右端面通过油膜分别与端盖2右端面和平衡盖4凹槽底面贴合，主配流盘6的左右端面通过油膜分别与平衡盖4凹槽底面和缸体7左端面贴合；平衡配流盘3和主配流盘6的结构尺寸完全相同，平衡隔离块和配流隔离块的结构尺寸完全相同；所述端盖2、平衡盖4、配流盖5和壳体10相对固定不动，平衡配流盘3和主配流盘6与配流盘转轴1固定在一起，配流盘转轴1、缸体7和斜盘9均能够沿各自的中心轴线转动，且配流盘转轴1和缸体7的中心轴线一致，并与斜盘9的中心轴线间存在夹角；在任意时刻，四个配流腰型孔中的一个能够同时连通一个以上柱塞孔，一个柱塞孔在同一时刻只能连通四个配流腰型孔中的一个。
通过斜盘9限定柱塞8的伸出最大行程和缩回最大行程：柱塞在伸出最大行程位置时，其在主配流盖6上的圆周位置定义为上死点TDC；柱塞在缩回最大行程位置时，其在主配流盖6上的圆周位置定义为下死点BDC；两个配流隔离块的中心均位于上死点TDC和下死点BDC连线上。
如图2所示为主配流盘6与缸体7配合的面，主配流盘6的配流腰型孔给缸体7中的柱塞8配油，主配流盘6的另一侧与配流盖5配合。
如图1所示，将主配流盘6上的四个配流腰型孔按顺时针方向分别记为A”腰型孔(位于通路上，该通路上的配流油口为A”口)、T”腰型孔(位于通路上，该通路上的配流油口为T”口)、B”腰型孔(位于通路上，该通路上的配流油口为B”口)和O”腰型孔(位于通路上，该通路上的配流油口为O”口)，且A”腰型孔和O”腰型孔为一个配流隔离块隔离出来的两个配流腰型孔，B”腰型孔和T”腰型孔为一个配流隔离块隔离出来的两个配流腰型孔。
如图1所示，将平衡配流盘上的四个腰型孔按顺时针方向分别记为A'腰型孔(位于通路上，该通路上的平衡油口为A'口)、O'腰型孔(位于通路上，该通路上的平衡油口为O'口)，B'腰型孔(位于通路上，该通路上的平衡油口为B'口)和T'腰型孔(位于通路上，该通路上的平衡油口为T'口)，且A'腰型孔和O'腰型孔为一个平衡隔离块隔离出来的两个平衡腰型孔，B'腰型孔和T'腰型孔为一个平衡隔离块隔离出来的两个平衡腰型孔。
通路与通路连通，通路与通路连通，通路与通路，通路与通路连通；A'口与A”口通过外部管路接通，B'口与B”口通过外部管路接通，O'口与O”口通过外部管路接通，T'口与T”口通过外部管路接通。
将A”口作为高压进油口，B”口作为低压出油口(接负载)，O”口作为回收出油口，T”口作为低压吸油口，则该种情况下，该液压变压器的工作过程为：
(1)当A”口接高压油时，从A”口流入的高压油通过通路流入与A”腰型孔相连通的柱塞孔(为了便于说明下文以柱塞孔X0表示，柱塞孔X0内的柱塞以柱塞X表示)内，高压油对柱塞X的作用力使得柱塞X开始向柱塞孔X0外伸出，柱塞X的球形端头紧紧压在斜盘上，由于斜盘对柱塞X有反作用力，该反作用力垂直于缸体中心轴线方向的分力使得柱塞X侧面对缸体产生扭矩，迫使缸体按逆时针旋转，液压能转换为机械能，A”腰型孔完成液压马达进油的作用。
在该步骤中，A”腰型孔中有高压油，作用在A”腰型孔和T”腰型孔之间的过渡区侧面上，假设这产生了使主配流盘顺时针旋转的扭矩；同时A'口也接高压油，从A'口流入的高压油通过通路流入A'腰型孔，此时流入到A'腰型孔内的油液对平衡配流盘产生逆时针的扭矩，油液对主配流盘产生的扭矩与油液对平衡配流盘产生的扭矩大小相等、方向相反，因此配流盘转轴没有旋转的扭矩。在后面的分析中，油液进入B”腰型孔、O”腰型孔和T”腰型孔内会产生使主配流盘旋转的扭矩，同时油液也进入B'腰型孔、O'腰型孔和T'腰型孔内会产生使平衡配流盘反向旋转的扭矩，也会使得配流盘转轴没有旋转的扭矩。
(2)当柱塞孔X0转过上死点与O”腰型孔相连通时，斜盘对柱塞X的作用力使柱塞X缩回柱塞孔X0，液压油从通路排出，O”腰型孔完成液压泵的排油作用。
(3)随着缸体的旋转，当柱塞孔X0与B”腰型孔相连通时，通过通路排油，B”腰型孔完成液压马达排油作用。
(4)当柱塞孔X0转过下死点与T”腰型孔相连通时，柱塞X在斜盘的作用下开始向柱塞孔X0外伸出，柱塞孔X0就通过通路吸油，T”腰型孔完成液压泵的吸油作用。
(5)随着缸体的旋转，柱塞孔X0又与A”腰型孔相连通，缸体完成一周的转动。
缸体转动一周，所有柱塞都从主配流盘上的四个配流腰型孔中吸油或排油一次，如果忽略泄漏，从通路流入的高压油和从通路流出的低压油流量相同，从通路吸入的低压油和从通路流出的高压油流量相同。该液压变压器相当于一台液压马达和一台液压泵的结合，这种工况可以回收A”口和B”口之间的压差液能，回收的高压油从O”口排出并可再利用。
依然采用图2的位置设置：如果B”口作为高压进油口，A”口作为低压出油口(接负载)，T”口作为回收出油口，O”口作为低压吸油口，则缸体会按照顺时针旋转，我们依然可以回收B”口和A”口之间的压差液能；如果O”口作为进油口，A”口作为出油口(接负载)，T”口和B”口接油箱，则缸体反转释放回收的液压能；如果A”口作为进油口，O”口作为出油口(接负载)，T”口和B”口接油箱，则缸体正转释放回收的液压能。所以本案的液压变压器可以四象限运行。
如图2所示，定义主配流盘控制角δ为A”腰型孔和T”腰型孔过渡区间的对称中心线与上死点TDC和下死点BDC所在直径的夹角。主配流盘转动时，调节主配流盘控制角δ的大小，就改变了柱塞对应主配流盘上的四个腰型孔的行程，也就调节了A”口和O”口的流量比，从而调节了A”口和B”口的压差，由能量守恒定律推导得到变压比为λ＝PO/(PA-PB)＝PO/PL＝(tanδ/2)2，其中PA为A”口压力，PB为B”口压力，PO为O”口压力(即回收的油液压力)，PL为A”口和B”口的压差，且0<δ<π，0<λ<∞。
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 (6)
1.一种配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，其特征在于：包括端盖(2)、配流盘转轴(1)、平衡配流组件、主配流组件、缸体组件、斜盘(9)和壳体(10)；
所述平衡配流组件包括平衡盖(4)、平衡配流盘(3)和两个平衡隔离块，平衡配流盘(3)上对称设置有两个腰型孔，平衡盖(4)左端面设置有与平衡配流盘(3)相适配的凹槽，凹槽的深度与平衡配流盘(3)的厚度相同，两个平衡隔离块对称固定在平衡盖(4)的凹槽内，平衡配流盘(3)设置在凹槽内，两个平衡隔离块分别插入到两个腰型孔内，将两个腰型孔隔离成四个互不连通的平衡腰型孔，在平衡盖(4)侧面设置有四个平衡油口，在每个平衡隔离块的圆周向两侧各设置有一个平衡油口，平衡盖(4)上的四个平衡油口和两个平衡隔离块的四个平衡油口一一对应连通后，再分别连通至四个平衡腰型孔，形成四条互不连通的平衡通路，分别记为通路、通路、通路和通路；
所述主配流组件包括配流盖(5)、主配流盘(6)和两个配流隔离块，主配流盘(6)上对称设置有两个腰型孔，配流盖(5)右端面设置有与主配流盘(6)相适配的凹槽，凹槽的深度与主配流盘(6)的深度相同，两个配流隔离块对称固定在配流盖(5)的凹槽内，主配流盘(6)设置在凹槽内，两个配流隔离块分别插入到两个腰型孔内，将两个腰型孔隔离成四个互不连通的配流腰型孔，在配流盖(5)侧面设置有四个配流油口，在每个配流隔离块的圆周向两侧各设置有一个配流油口，配流盖(5)上的四个配流油口和两个配流隔离块的四个配流油口一一对应连通后，再分别连通至四个配流腰型孔，形成四条互不连通的配流通路，分别记为通路、通路、通路和通路；
所述缸体组件包括缸体(7)和柱塞(8)，缸体(7)左端面沿中心轴线均匀设置有N个结构尺寸相同的腰型孔，缸体(7)右部沿中心轴线均匀设置有N个结构尺寸相同的柱塞孔，缸体(7)上的腰型孔和柱塞孔一一对应连通，且柱塞孔的中心线平行于缸体(7)的中心轴线，每个柱塞孔内设置有一个柱塞(8)，柱塞(8)的右端伸出柱塞孔并通过球形端头与斜盘(9)铰接；
所述端盖(2)右端面与平衡盖(4)左端面、平衡盖(4)右端面与配流盖(5)左端面、配流盖(5)右端面与缸体(7)左端面通过油膜贴合，平衡配流盘(3)的左右端面通过油膜分别与端盖(2)右端面和平衡盖(4)凹槽底面贴合，主配流盘(6)的左右端面通过油膜分别与平衡盖(4)凹槽底面和缸体(7)左端面贴合；平衡配流盘(3)和主配流盘(6)的结构尺寸完全相同，平衡隔离块和配流隔离块的结构尺寸完全相同；所述端盖(2)、平衡盖(4)、配流盖(5)和壳体(10)相对固定不动，平衡配流盘(3)和主配流盘(6)与配流盘转轴(1)固定在一起，配流盘转轴(1)、缸体(7)和斜盘(9)均能够沿各自的中心轴线转动，且配流盘转轴(1)和缸体(7)的中心轴线一致，并与斜盘(9)的中心轴线间存在夹角；在任意时刻，四个配流腰型孔中的一个能够同时连通一个以上柱塞孔，一个柱塞孔在同一时刻只能连通四个配流腰型孔中的一个；
通过斜盘(9)限定柱塞(8)的伸出最大行程和缩回最大行程：柱塞在伸出最大行程位置时，其在主配流盖(6)上的圆周位置定义为上死点TDC；柱塞在缩回最大行程位置时，其在主配流盖(6)上的圆周位置定义为下死点BDC；两个配流隔离块的中心均位于上死点TDC和下死点BDC连线上。
2.根据权利要求1所述的配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，其特征在于：所述平衡盖(4)和两个平衡隔离块为一体结构，所述配流盖(5)和两个配流隔离块为一体结构。
3.根据权利要求1所述的配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，其特征在于：所述平衡盖(4)和两个平衡隔离块形成的结构，与配流盖(5)和两个配流隔离块形成的结构，除了油口以及连通油口的通道存在截面尺寸差别外，其他的结构尺寸完全相同。
4.根据权利要求3所述的配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，其特征在于：所述平衡盖(4)和两个平衡隔离块形成的结构，其油口以及连通油口的通道在截面尺寸上小于配流盖(5)和两个配流隔离块形成的结构的对应尺寸。
5.根据权利要求1所述的配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，其特征在于：所述配流隔离块的周向长度与主配流盘(6)上两个腰型孔间过渡区间的周向长度相等。
6.根据权利要求1所述的配流腰型孔可变进出油等流量四通液压变压器，其特征在于：油液对平衡配流盘(3)产生的扭矩与油液对主配流盘(6)产生的扭矩大小相等、方向相反，即油液不对配流盘转轴(1)产生扭矩。
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