CN108150595B - 一种液压衬套 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液压衬套，其包括主簧和筒状的外套，并且主簧具有芯轴，芯轴具有第一台阶面以将芯轴构造为中部段直径大于两端部直径的阶梯轴；套设在芯轴的中部段的外壁上的第一橡胶体，在第一橡胶体上径向相对地间隔式设置两个轴向贯穿的液腔；套设在第一橡胶体的外壁上的套筒，在套筒的壁上设置有凹槽，其中，主簧设置在外套的内腔中，并且外套与套筒在凹槽处形成用于连通两个液腔的流道，该液压衬套有助于实现轨道列车的稳定行驶，并且可以减小在弯道行驶状态中车轮和轨道的磨损。

Description

一种液压衬套
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2016年12月02日提交的名称为“一种液压衬套”的中国专利申请CN201611096400.2，以及2016年12月02日提交的名称为“液压衬套和轨道列车”的中国专利申请CN201611095592.5的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及轨道列车技术领域，特别是涉及一种液压衬套。
背景技术
轨道列车的运行可简单地分为两种状态，第一种是直行状态，第二种是弯道行驶状态。在现有技术中，通常借助于橡胶转臂将车轮与转向架相连，以使得在直行状态中，列车沿着铁轨快速稳定地行驶；在弯道行驶状态中，列车能沿着轨道顺畅转向。
为了使在直行状态中列车能稳定运行，通常将橡胶转臂构造为具有较大的刚度值。但是，这种具有较大刚度的橡胶转臂会导致在弯道行驶状态中，车轮和轨道的严重磨损，从而增加了列车的运营成本。
发明内容
针对上述问题的部分或全部，本发明提出了一种液压衬套。在将本发明的液压衬套用到轨道列车上之后，不但可保证列车在直行状态中稳定前行，而且可以减小在弯道行驶状态中车轮和轨道的磨损。
根据本发明的液压衬套，包括主簧和筒状的外套，主簧具有：
芯轴，芯轴具有第一台阶面以将芯轴构造为中部段直径大于两端部直径的阶梯轴，
套设在芯轴的中部段的外壁上的第一橡胶体，在第一橡胶体上间隔式设置两个液腔，
套设在第一橡胶体的外壁上的套筒，在套筒的壁上设置有凹槽，
其中，主簧设置在外套的内腔中，并且外套与套筒在凹槽处形成用于连通两个液腔的流道。
在一个实施例中，液腔轴向贯穿地设置在第一橡胶体上，
在芯轴的两端部构造有密封组件，密封组件具有第二橡胶体和第一配合体，第二橡胶体与套筒的轴向端面和第一台阶面接触，第一配合体用于在同一端上密封式隔离两个液腔。
在一个实施例中，两个液腔径向相对式设置，并且各液腔的径向截面构造为沿着第一橡胶体的周向延伸。
在一个实施例中，在液腔的内壁上设置限位凸起以使液腔在周向两端处的径向尺寸大于液腔在周向中间部分的径向尺寸。
在一个实施例中，限位凸起设置在靠近芯轴侧的液腔的内壁上。
在一个实施例中，芯轴的中间段径向向外凸出，凸出部分的轮廓线为圆弧状，并且与芯轴连接的液腔的内侧壁也构造为具有径向向外凸出的弧形表面。
在一个实施例中，在外套上设置与流道连通的注液孔。
在一个实施例中，密封组件还包括刚性的支撑环组件，支撑环组件具有套接在芯轴上的装配环和由装配环的外壁径向向外凸出的凸环，其中，第二橡胶体包覆凸环式套设在装配环的外侧。
在一个实施例中，第二橡胶体具有至少一个橡胶峰部与外套过盈式配合。
在一个实施例中，于轴向由内到外的方向上，第二橡胶体依次形成第一橡胶峰部和第三橡胶峰部，第一橡胶峰部和第三橡胶峰部均与外套过盈式配合，在第一橡胶峰部处包覆式设置刚性的与装配环同轴的第一垫环，在第三橡胶峰部内嵌入刚性的与装配环同轴的第二垫环。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的液压衬套构造有第一橡胶体、液腔和流道。在列车弯道行驶时，液腔和流道不但能够使车轮能够顺畅地转向从而减小车轮和轨道的磨损，而且在列车直行期间为列车提供较大的刚度，使得列车保持稳定运行。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的立体图；
图2是来自图1的A-A剖视图；
图3是来自图1的B-B剖视图；
图4是来自图1的C-C剖视图；
图5显示了主簧的立体图；
图6显示了主簧的左视图；
图7显示了主簧的另一个实施例的剖面图；
图8显示了套筒的主视图；
图9显示了套筒的右视图；
图10显示了未进行翻边加工的外套的剖视图；
图11显示了密封组件的立体图；
图12是来自图11的D-D剖视图；
图13是来自图11的E-E剖视图；
图14显示了支撑环组件的立体图；
图15为来自图12的F处放大图；
图16显示了第一配合体的立体图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，液压衬套1包括主簧100和筒状的外套200。如图2和3所示，主簧100具有芯轴101、第一橡胶体102和套筒103。第一橡胶体102套设在芯轴101的外壁上。在第一橡胶体102上设置两个液腔104，各液腔104为沿着第一橡胶体102的轴向贯穿的通孔，并且在第一橡胶体102的径向上，两个液腔104相对式间隔分布。套筒103套设在第一橡胶体102的外壁上。同时，在套筒103的壁上设置有凹槽110。其中，主簧100设置在外套300的内腔中，从而外套300与套筒103在凹槽110处形成流道105，以用于连通两个液腔104。
将该液压衬套1安装在轨道列车上时，其中，液压衬套1的芯轴101与轨道列车的转向架的构架连接，而外套300与车轮的定位臂连接，同时，使得两个液腔104在轨道列车的行进方向上前后相对设置，也就是，以列车运行方向为参考，一个液腔104位于前方，而另一个位于后方。轨道列车拐弯过程中，车轮发生转向并驱动定位臂运动，并促动外套300相对于芯轴101运动，然后与芯轴101相连的转向架的转向以及列车的弯道行驶。在此过程中，使得液压衬套1的一个液腔104因受到挤压而变小，另一个液腔104受到拉伸而变大，因受到挤压而变小的液腔104内的液体能够通过流道105流入受到拉伸而变大的液腔104内，以顺应芯轴101和外套300的相对运动和转向。从而，在列车弯道行驶期间，根据本发明的液压衬套1比现有技术中的橡胶转臂等部件具有更大的柔性，以使得车轮能更顺畅地转向，从而减小车轮和轨道的磨损。在轨道列车直行状态中，液腔104受到的挤压力较小，液腔104和流道105内的液体几乎不流动。这使得液压衬套1的刚度相对于现有技术中的橡胶转臂等部件的刚度没有明显变化，能够使得列车保持稳定运行。由此，该液压衬套1具有很好的刚度调节能力，满足轨道列车更稳定地直行和更柔性地过弯的目的。
在一个实施例中，如图2所示，芯轴101具有第一台阶面107，以将芯轴101构造为中部段直径大于两端部直径的阶梯轴。第一橡胶体102设置在芯轴101的中间段。在一个优选的实施例中，芯轴101的中间段径向向外凸出，凸出部分的轮廓线为圆弧状。也就是，芯轴101的中间段构造为鼓型。第一橡胶体102套设在中间段上。并且，第一橡胶体102的内侧壁适应鼓型式的中间段与芯轴101连接，而第一橡胶体102的外侧壁的轮廓线在截面上为直线以与套筒103配合式连接。通过这种设置一方面，避免了芯轴101和第一橡胶体102接触处的应力集中，提高了液压衬套1的使用寿命。另一方面，提高了芯轴101相对于外套200的摆幅，增加了芯轴101的偏转角度，从而最终提高了轨道列车柔性过弯的能力。
由于芯轴101的中间段构造为鼓型结构，并且，在轴向上，液腔104与芯轴101之间的第一橡胶体102除了轴向端部之外各处厚度大体相同。从而，在轴向方向上，液腔104中部的宽度小于两端的宽度。通过这种设置能有效避免液腔104在轴向两端容易撕裂的问题，从而提高液压衬套1的使用寿命。另外，这种设置方式还提高了液腔104中的液体的反应灵敏度，从而增加了液压衬套1辅助列车柔性过弯的能力。
如图4和6所示，液腔104沿着第一橡胶体102的周向分布。也就是，在径向截面上，液腔104呈弧状延伸。另外，在液腔104的径向中间处设置限位凸起106，从而使得，液腔104在周向两端段的径向尺寸大于中间段的径向尺寸，优选地，限位凸起106设置在靠近芯轴101侧的液腔104的内壁上。芯轴101相对应外套200运动时，限位凸起106有可能最先与液腔104的靠近套筒103的内侧壁接触，起到止档作用。尤其在过载的时候，可以通过限位凸起106的顶端抵住液腔104的靠近套筒103的内侧壁而防止芯轴101相对应外套200过渡偏移，从而保证液压衬套1的使用安全性。同时，液腔104在周向两端段的径向尺寸较大，从而形成较大的让位空间，以使得液腔104的靠近芯轴101的内侧壁和靠近套筒103的内侧壁不容易被撕裂，从而提高了液压衬套1的使用寿命。
还有，在径向截面上，液腔104的各段光滑过渡，尤其是，液腔104的周向两端处构造为圆弧形状。通过这种设置有效改善了液腔104的应力集中问题，从而进一步地提高液压衬套1的使用寿命。
在一个实施例中，芯轴101、第一橡胶体102和套筒103通过硫化固定在一起，以形成主簧100，如图5所示。
根据本发明的另一个实施例，芯轴101可以构造为分体式结构。例如，如图7所示，芯轴101包括第一部分108和第二部分109。其中，第一部分108构造为阶梯轴。第二部分109构造为筒状并套设在第一部分108的外壁上。并且，为了加工方便，结构简单，第一部分108的外壁面和第二部分109的内壁面均构造为圆柱状面。而第二部分109的外壁面可以根据不同的需要而构造为圆柱状面或弓形弧状面。根据这种结构，在液压衬套1的生产过程中，可以单独生产第一部分108和第二部分109，然后仅将第二部分109、第一橡胶体102和套筒103配合到一起形成装配体，最后再将装配体与第一部分108装配起来以形成主簧100。由于芯轴101的尺寸往往较大(例如直径84毫米，长度226毫米)，而造成主簧100的生产很困难并且生产费用极高。然而，根据本实施例，在生产主簧100时并不需要操作整个芯轴101，而是仅需要操作第二部分109(例如，长度为70毫米)，这极大地降低了生产难度并且降低了生产费用。另外，通过硫化加工主簧100的过程中，由于芯轴101为分体式结构，故只对第二部分109、第一橡胶体102和套筒103硫化便可，从而可有效降低硫化加热时间，从而节约了硫化加工成本。同时，由于大幅减小了需要硫化的芯轴101的尺寸，从而能大幅提升主簧100的硫化效果，提高液压衬套1的使用寿命。
在套筒103的端面上设置有豁口111，以与凹槽110连通，如9所示。豁口111的一端与凹槽110连通，另一端与液腔104连通。优选地，凹槽110螺旋式设置在套筒103的外壁上，如图8所示。通过这种设置可以适当增加凹槽110的长度，并很方便地对流道105的长度进行调节，以满足设计需求。
进一步优选地，凹槽110的截面构造为矩形结构，其截面尺寸可以根据不同的需要进行设置。这种结构简单，易于实现。例如，凹槽110的截面可以构造为正方形，且其截面边长可以设置在2毫米到5毫米之间。需要说明的是，凹槽110的截面形状还可以构造为其它结构，例如，“V”形、梯形、“U”形或半圆形等。凹槽110的长度可以设置在2-5米之间。例如，流道105的长度设置为3.4米。需要说明的是，凹槽110的长度可以根据实际需要而设置为不同的尺寸。在套筒103的外壁上，凹槽110的螺旋升角可以为3到10度。
再如图2所示，在阶梯式芯轴101的两端分别套设密封组件300，以实现流道105和液腔104等液体通道的密封。
在一个实施例中，如图11、12和13所示，密封组件300具有刚性的支撑环组件301、第二橡胶体302和第一配合体305。其中，支撑环组件301具有装配环303和凸环304，如图14所示。装配环303大体呈筒状，用于套接在芯轴101的外壁上。凸环304设置在装配环303的外壁上并径向向外凸出，且轴向上，凸环304大约地位于装配环303的轴向中间处。第二橡胶体302套设在装配环303的外侧并包覆凸环304。也就是，凸环304插入到第二橡胶体302内。具体地，第二橡胶体302的轴向内端面与套筒103的轴向端面和芯轴101的第一台阶面107均接触，从而达到轴向密封流道105和液腔104的效果。
第一配合体305设置在第二橡胶体302上，并从第二橡胶体302的轴向内端面上沿着轴向凸式延伸，用于与设置在第一橡胶体102上的第二配合体112(由图2中可见)密封式配合接触，以避免在同一轴向端面内的液腔104的连通。通过设置密封组件300不仅实现了液压衬套1内的液体流道105和液腔104的密封，并避免液体在同一轴向端面内的液腔104上连通，保证液体是通过流道105从一个液腔104中传入另一个液腔104中。另外，该密封组件300增加了液压衬套1的轴向刚度，实现液压衬套1的多方向刚度的匹配，从而满足客户的需要。从而，通过调整密封组件300可以灵活调整液压衬套1的径向刚度和轴向刚度的比值，从而优化液压衬套1的使用性能。
需要说明的是，上述只是描述了第一配合体305为凸出式结构的例子。而第一配合体305还可以设计为凹式结构，相对应地，第二配合体112构造为凸式结构，这种设置方式也同样能够达到阻隔两个液腔104在第一橡胶体102的同一轴向端面内连通的目的。
在一个优选的实施例中，如图16所示，第一配合体305构造为径向截面为弓形的凸出体，并且第一配合体305的弓形的圆弧面向第二配合体112内延伸。相对应地，第二配合体112构造为凹式径向截面为弓形的体结构。进一步优选地，在第一配合体305的弓形的圆弧面上设置突出条316。在径向上，该突出条316匹配第一配合体305的弓形的圆弧面延伸。通过该突出条316起到了更好的密封效果。另外，上述的第一配合体305和第二配合他112紧密，在有效防止漏液的基础上，能减低应力集中。
在轴向由内到外的方向上，第二橡胶体302构造至少一个橡胶峰部，以与外套200过盈式配合，从而达到轴向密封的目的。在一个具体的实施例中，第二橡胶体302上形成两个峰部，既第一橡胶峰部306和第三橡胶峰部308。其中，第一橡胶峰部306与外套200过盈式配合，以保证对于流道105的密封效果，防止液体通过第二橡胶体302和外套200之间的缝隙泄露出去。进一步地，第三橡胶峰部308与外套200过盈式配合，从而进一步保证并提高对于流道105的密封效果。
在轴向上，第三橡胶峰部308位于第一橡胶峰部306的外侧。同时，在未装配到外套200的内腔中时，第三橡胶峰部308的直径尺寸大于第一橡胶峰部306的直径尺寸。优选地，第三橡胶峰部308的直径比第一橡胶峰部306的直径大6到10毫米。在装配中，密封组件300可以通过压装的方式设置到外套200的内腔中，而上述设置保证了装配的顺利进行，同时能够在轴向上形成两道密封，充分保证密封效果。
第一橡胶峰部306和第三橡胶峰部308间隔式设置。并且，在第一橡胶峰部306和第三橡胶峰部308之间形成了第一让位空间309。在轨道列车过弯道的过程中，外套200相对于芯轴101运动，第二橡胶体302会受到挤压，而通过设置第一让位空间309降低了外套200所受到的运动阻力，使得外套200相对于芯轴101在一定幅度内运动更容易，从而提高了轨道列车柔性过弯的能力。
在第一橡胶峰部306和第三橡胶峰部308之间设置第二橡胶峰部307，第二橡胶峰部307形成在凸环304位置处。同时，第二橡胶峰部307凸出到第一让位空间309内，且在自然状态下，第二橡胶峰部307距离外套200具有一定距离。也就是，第二橡胶峰部307并不与外套200直接接触。优选地，第二橡胶峰部307距离外套200大约3到10毫米，例如，可以为5毫米。在外套200相对于芯轴101运动幅度比较大的时候，第二橡胶峰部307能抵住外套200从而防止运动幅度进一步增大。由此，第一让位空间309为芯轴101与外套200的相对运动提供一定的运动空间，同时，第二橡胶峰部307处的刚性凸环304也能防止运动幅度过大。另外，上述设置方式还能相对提高密封组件300的刚度，从而优化液压衬套1的轴向刚度。
在第一橡胶峰部306处包覆式设置第一垫环310。该第一垫环310为刚性环，并与装配环303同轴式设置。同时，在轴向上，第一垫环310靠近套筒103并与套筒103的端面相对。在径向上，第一垫环310靠近外套200。通过设置第一垫环310保证了第二橡胶体302在径向上与外套200的接触，进一步提升了密封组件300的密封能力。优选地，在第一橡胶峰部306上与第一垫环310相对应的位置处设置径向向外凸出的第一凸出部311，如图15所示。该第一凸出部311更进一步地增加了密封组件300的密封能力，而保证密封效果。
外套200包括外套主体201和延伸部202，如图2所示。其中，外套主体201构造为筒状，并套接在套筒103的外壁上，而延伸部202设置在外套主体201的轴向两端与外套主体201固定连接，且构造为圆环状而沿着轴向向内延伸。外套主体201和延伸部202为一体式构件，如图10所示，并通过压装工艺而与密封组件300接触。延伸部202限定了第一橡胶体102、套筒103和密封组件300等部件的轴向位置，保证了密封组件300与套筒103密贴，从而确保了密封效果。另外，在径向上，延伸部202的内壁距离支撑环组件301一定距离(例如，5到10毫米)。在外套200相对于芯轴101运动过程中，延伸部202与支撑环组件301之间的距离能够避免刚性的延伸部202抵接在刚性的支撑环组件301上，从而保证了液压衬套1的柔性过弯道的能力。
如图10所示，在生产过程中，在外套200上设置第二台阶面203，使得外套200的两端段的内径尺寸大于中间段的内径尺寸。也就是，外套200中间段处的壁厚大于两端段处的壁厚。延伸部202在两端段处通过压装而形成。这种设置使得压装操作变得容易。同时，第三橡胶峰部308不仅与外套200的内壁接触，而且与第二台阶面203接触，从而提高了密封效果。另外，在第三橡胶峰部308内嵌入第二垫环313。第二垫环313为刚性环并与装配环303同轴设置。在轴向上，第二垫环313设置在第二台阶面203与延伸部202之间。在径向上，第二垫环313靠近外套200。并且，第二垫环313的轴向的外端面与径向延伸部202直接接触。通过这种设置更进一步地提高了密封组件的密封能力。
第二垫环313的轴向的外端面与径向的外端面之间通过圆弧面连接，从图15中可以看出。通过这种设置有助于对外套200进行压装操作，并保证延伸部202能够压装到位。
在第三橡胶峰部308上设置径向向外凸出的第二凸出部314，如图15所示。第二凸出部314位于第二垫环313和外套200之间，则又进一步地提高了密封组件300的密封能力。
在第二橡胶体302的轴向内端面上设置第三突出部315，如图15所示。第三突出部315位于第二橡胶体302和芯轴101的第一台阶面107之间，以保证辅助液腔114的密封。
另外，在第二橡胶体302上，还设置有第二让位空间312，如图12所示。第二让位空间312设置在第二橡胶体302的轴向外端面上，并构造为内凹的环形槽。该第二让位空间312增加密封组件300的径向变形能力，由此提高了液压衬套1的柔性过弯能力。
如图1所示，在外套200上设置注液孔204。该注液孔204构造为外套200的壁上的通孔，并与流道105连通。该注液孔204结构简单，易于实现，并且很容易实现加油操作。另外，在注液孔204处密封式设置堵头205，如图2所示。例如，堵头205与注液孔204可以密封式螺纹连接。
第一橡胶体102的端面构造有沿周向分布的环形槽113，如图5所示。第一橡胶体102、第二橡胶体302、套筒103和第一配合305体在环形槽113处形成了辅助液腔114，如图3所示。该辅助液腔114设置在液腔104和流道105中间并与两者均连通。一方面，该辅助液腔114增加了液压衬套1的储液能力，提高了液压衬套1的刚度调整效果。另一方面，该辅助液腔114增加了液压衬套1的使用安全性，例如，即便在液腔104被封堵的情况下，液压衬套1内部的液体依然能流动。
主簧100通过压装的方式设置在外套200的内腔中。这种方式能保证流道105的密封。根据本发明，在未压装前，主簧100的外直径比外套200的内直径大1.5-2.3毫米。例如，外套200的内直径设计尺寸为
Figure BDA0001182475520000101
毫米，而主簧100的外直径为
Figure BDA0001182475520000102
毫米。通过这种设置既能保证主簧100被顺利地压入到外套200内，还能保证主簧100和外套200之间的密封。
在一个优选地实施例中，套筒103由尼龙66制成。这种设置方式利用率尼龙66具有抗疲劳强度和钢性较高，耐热性较好，同时耐磨性好的优点，提高了液压衬套1的使用寿命。
对于本申请的说明书、摘要和权利要求书来说，应当注意的是，单数形式“一”、“该”等也包括复数形式，除非另有明确说明。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种液压衬套，其特征在于，包括主簧和筒状的外套，所述主簧具有：
芯轴，所述芯轴具有第一台阶面以将所述芯轴构造为中部段直径大于两端部直径的阶梯轴，
套设在所述芯轴的中部段的外壁上的第一橡胶体，在所述第一橡胶体上间隔式设置两个液腔，所述液腔轴向贯穿地设置在所述第一橡胶体上，
套设在所述第一橡胶体的外壁上的套筒，在所述套筒的壁上设置有螺旋式的凹槽，所述凹槽的螺旋升角在3度到10度之间，所述凹槽的长度在2米到5米之间，
其中，所述主簧设置在所述外套的内腔中，并且所述外套与所述套筒在所述凹槽处形成用于连通两个所述液腔的螺旋式的流道，
其中，在所述外套上设置与所述螺旋式的流道连通的注液孔，所述注液孔能由堵头密封，
在所述芯轴的两端部构造有密封组件，所述密封组件具有第二橡胶体和第一配合体，所述第二橡胶体与所述套筒的轴向端面和所述第一台阶面接触，所述第一配合体用于在同一端上密封式隔离两个所述液腔，所述密封组件还包括刚性的支撑环组件，所述支撑环组件具有套接在所述芯轴上的装配环和由装配环的外壁径向向外凸出的凸环，其中，所述第二橡胶体包覆所述凸环式套设在所述装配环的外侧，于轴向由内到外的方向上，所述第二橡胶体依次形成第一橡胶峰部和第三橡胶峰部，所述第一橡胶峰部和所述第三橡胶峰部均与所述外套过盈式配合，在所述第一橡胶峰部处包覆式设置刚性的与所述装配环同轴的第一垫环，在所述第三橡胶峰部内嵌入刚性的与所述装配环同轴的第二垫环。
2.根据权利要求1所述的液压衬套，其特征在于，两个所述液腔径向相对式设置，并且各所述液腔的径向截面构造为沿着所述第一橡胶体的周向延伸。
3.根据权利要求2所述的液压衬套，其特征在于，在所述液腔的内壁上设置限位凸起以使所述液腔在周向两端处的径向尺寸大于所述液腔在周向中间部分的径向尺寸。
4.根据权利要求3所述的液压衬套，其特征在于，所述限位凸起设置在靠近芯轴侧的液腔的内壁上。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的液压衬套，其特征在于，芯轴的中间段径向向外凸出，凸出部分的轮廓线为圆弧状，并且所述液腔的靠近所述芯轴的内侧壁也构造为具有径向向外凸出的弧形表面。
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