CN108302152A - 一种具有复杂液流通道结构的磁流变阻尼器 - Google Patents

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    • F16F9/32—Details
    • F16F9/53—Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/535—Magnetorheological [MR] fluid dampers

Abstract

本发明公开了一种具有复杂液流通道结构的磁流变阻尼器。主要由活塞杆、阻尼器端盖、阻尼器缸体、励磁线圈、活塞头左端盖、活塞头右端盖以及活塞头等组成。活塞头左端盖、活塞头右端盖以及活塞头之间围成的间隙构成复杂液流通道，其中轴向圆环式阻尼间隙Ⅰ和V、径向圆盘式阻尼间Ⅱ和III组成四段有效阻尼间隙。给励磁线圈通电时，四段有效阻尼间隙内将产生一定大小的磁场，从而增加了阻尼通道的剪切面积和有效阻尼长度。本发明采用复杂流动式液流通道结构，在阻尼器径向和轴向尺寸不变的前提下，进一步增加了阻尼器的输出阻尼力和阻尼力可调范围，特别适用于铁路、交通等行业减振系统。

Description

一种具有复杂液流通道结构的磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种具有复杂液流通道结构的磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变阻尼器是基于磁流变液可控特性的一种新型半主动阻尼器件，具有结构简单、响应速度快、功耗低、阻尼力大且连续可调等优点。目前，磁流变阻尼器已广泛应用在建筑物及桥梁的减振抗震系统、铁路机车车辆及汽车悬架系统的减振等场合。
振动控制系统中，磁流变阻尼器主要用来控制系统器件产生的振动，满足各类机械设备对各种工况的要求。因此磁流变阻尼器的性能直接影响到各种系统的静、动态特性及工作可靠性，是减振系统中的核心单元。随着高新技术的发展，减振系统的工程应用对减振元件的要求越来越高，现有磁流变阻尼器大多数都是单一通道的剪切式阻尼器，磁流变液的液流阻力通道主要设置在线圈内部和线圈与套筒之间，需要保证磁场方向与磁流变液的流向相垂直，否则就不能达到最佳效果；在这个前提下，还要使液流阻力通道的面积尽可能大，以获得足够的阻尼力，因此其体积一般比较大，且阻尼力可调范围比较窄。
公开号为CN205118104 U的中国发明专利“一种具有径向流和圆环流阻尼通道的磁流变阻尼器”提出一种磁流变阻尼器与磁流变阀组合的复杂阻尼器，通过磁流变阀与磁流变阻尼器的结合实现了复杂的磁流变液通道，但是该结构有一定的局限性，由于加入了阀的结构，使阻尼器的轴向和径向的尺寸变大，导致整个阻尼器体积庞大。
基于此，有必要设计一种结构相对紧凑、输出阻尼力大、阻尼力控制范围宽的磁流变阻尼器，从而进一步拓宽磁流变阻尼器的工业应用。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题及满足磁流变阻尼器实际使用需求，本发明提出一种具有复杂液流通道结构的磁流变阻尼器。该磁流变阻尼器的液流通道由轴向圆环阻尼间隙Ⅰ、径向圆盘阻尼间隙Ⅰ、轴向圆环阻尼间隙Ⅱ、径向圆盘阻尼间隙Ⅱ、轴向圆环阻尼间隙Ⅲ、径向圆盘阻尼间隙III、轴向圆环阻尼间隙Ⅳ、径向圆盘阻尼间隙Ⅳ以及轴向圆环阻尼间隙V按序组合而成；其中轴向圆环式阻尼间隙Ⅰ、径向圆盘式阻尼间Ⅱ、径向圆盘式阻尼间隙III和轴向圆环阻尼间隙V组成四段有效阻尼间隙。给励磁线圈通电时，四段有效阻尼间隙内将产生一定大小的磁场，从而增加了有效阻尼通道的剪切面积和有效阻尼长度。通过控制输入电流大小，可使阻尼间隙处的剪切屈服应力增强或减弱，从而使得输出阻尼力可调范围变宽。本发明采用复杂液流通道结构，在不增加活塞头轴向和径向尺寸的前提下，增大了有效阻尼长度及剪切面积，保证了阻尼器能够输出足够大的阻尼力，同时不会因阻尼间隙太窄而造成堵塞，阻尼力调节范围大，特别适用于铁路交通、桥梁等行业减振系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：左吊耳(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、励磁线圈(6)、活塞头(7)、活塞头右端盖(8)、紧固螺母(9)、浮动活塞(10)、阻尼器右端盖(11)及右吊耳(12)；左吊耳(1)右端中间加工有内螺纹孔；活塞杆(2)加工成阶梯状，其左端外圆周表面加工有外螺纹；左吊耳(1)右端和活塞杆(2)左端通过螺纹固定连接；阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体(4)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(3)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器左端盖(3)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；活塞头左端盖(5)加工有中心通孔，其中心通孔内表面与活塞杆(2)右端外表面过盈配合；活塞头左端盖(5)左侧通过活塞杆(2)右侧台肩进行轴向定位；活塞头左端盖(5)加工成阶梯状，活塞头左端盖(5)左端外圆周表面加工出的轴向环形凹槽与活塞头(7)左端圆形内表面之间的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)；活塞头左端盖(5)左端右侧面加工出的径向凹槽与活塞头(7)左端内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅰ(14)；活塞头左端盖(5)右端均匀加工有凸台Ⅰ(55)、凸台Ⅱ(56)、凸台Ⅲ(57)和凸台Ⅳ(58)，四个凸台之间的轴向环形凹槽与活塞头(7)中间部位圆周内表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅱ(15)；活塞头左端盖(5)右端四个凸台之间的径向凹槽与活塞头(7)中间部位的内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)；活塞头左端盖(5)左端圆周外表面加工有键Ⅰ(51)、键Ⅱ(52)、键Ⅲ(53)和键Ⅳ(54)，四个键可与活塞头(7)左端圆周内表面的四个均匀分布的凹槽(71)间隙配合，进行径向固定；活塞头(7)中间部位加工有圆形通孔，其圆形通孔内表面加工有四个轴向均匀分布的凸台(72)；四个凸台(72)之间的圆环形凹槽与活塞杆(2)外表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅲ(17)；活塞头(7)左侧内表面凹槽通过活塞头左端盖(5)右侧的凸台轴向固定；活塞头(7)圆周外表面与阻尼器缸体(4)圆周内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；活塞头(7)右侧内表面凹槽通过活塞头右端盖(8)左侧的凸台轴向固定；活塞头右端盖(8)加工有中心通孔，其中心通孔内表面与活塞杆(2)右端外表面过盈配合；活塞头右端盖(8)加工成阶梯状，其左端均匀加工有凸台Ⅰ(85)、凸台Ⅱ(86)、凸台Ⅲ(87)和凸台Ⅳ(88)；活塞头右端盖(8)左端四个凸台之间的径向凹槽与活塞头(7)中间部位的内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙III(18)；四个凸台之间的轴向环形凹槽与活塞头(7)中间部位圆周内表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅳ(19)；活塞头右端盖(8)右端左侧面加工出的径向凹槽与活塞头(7)右端内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅳ(20)；活塞头右端盖(8)右端外圆周表面加工出的轴向环形凹槽与活塞头(7)右端圆形内表面之间的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙V(21)；轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)、径向圆盘阻尼间隙Ⅰ(14)、轴向圆环阻尼间隙Ⅱ(15)、径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)、轴向圆环阻尼间隙Ⅲ(17)、径向圆盘阻尼间隙III(18)、轴向圆环阻尼间隙Ⅳ(19)、径向圆盘阻尼间隙Ⅳ(20)以及轴向圆环阻尼间隙V(21)按序组成磁流变液的流通通道；活塞头右端盖(8)右端圆周表面加工有键Ⅰ(81)、键Ⅱ(82)、键Ⅲ(83)和键Ⅳ(84)，四个键可与活塞头(7)右端圆周内表面的四个均匀分布的凹槽间隙配合，进行径向固定；活塞头左端盖(5)、活塞头(7)及活塞头右端盖(8)通过紧固螺母(9)轴向固定锁紧；活塞头(7)加工有圆环形凹槽，励磁线圈(6)均匀缠绕在圆环形凹槽内；活塞头(7)、活塞杆(2)以及左吊耳(1)均加工有引线孔，励磁线圈的引线通过上述引线孔引出；浮动活塞(10)圆周外表面与阻尼器缸体(4)圆周内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(11)与阻尼器缸体(4)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；右吊耳(12)左端中间加工有内螺纹孔，阻尼器右端盖(11)右侧加工有外螺纹，两者通过螺纹紧固连接。当给励磁线圈(6)通电时，由于电磁感应产生的磁力线经过活塞头左端盖(5)、轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)、活塞头(7)到达阻尼器缸体(4)，然后再穿过活塞头(7)、轴向圆环阻尼间隙V(21)、活塞头右端盖(8)、径向圆盘阻尼间隙Ⅲ(18)到达活塞头(7)，最后经过径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)返回活塞头左端盖(5)，形成闭合回路；阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、活塞头(7)及活塞头右端盖(8)由10号钢导磁材料制成；左吊耳(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、紧固螺母(9)、浮动活塞(10)、阻尼器右端盖(11)及右吊耳(12)由不锈钢不导磁材料制成。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
（1）本发明磁流变阻尼器的液流通道由轴向圆环阻尼间隙Ⅰ、径向圆盘阻尼间隙Ⅰ、轴向圆环阻尼间隙Ⅱ、径向圆盘阻尼间隙Ⅱ、轴向圆环阻尼间隙Ⅲ、径向圆盘阻尼间隙III、轴向圆环阻尼间隙Ⅳ、径向圆盘阻尼间隙Ⅳ以及轴向圆环阻尼间隙V按序组合而成；其中轴向圆环式阻尼间隙Ⅰ、径向圆盘式阻尼间Ⅱ、径向圆盘式阻尼间隙III和轴向圆环阻尼间隙V组成四段有效阻尼间隙。给励磁线圈通电时，四段有效阻尼间隙内将产生一定大小的磁场，从而增加了阻尼通道的剪切面积和有效阻尼长度。通过控制输入电流大小，可使阻尼间隙处的剪切屈服应力增强或减弱，从而使得输出阻尼力可调范围变宽。
（2）本发明与传统的单一液流通道的磁流变阻尼器相比，在不增加磁流变阻尼器活塞头轴向和径向尺寸的前提下，增加了径向圆盘式阻尼间Ⅱ和径向圆盘式阻尼间隙III，有效延长了阻尼间隙长度，因此采用较小的励磁电流就可输出较大的可控阻尼力，同时阻尼力动态调节范围更宽，特别适用于铁路、汽车、桥梁等结构的减振抗震系统。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明磁力线分布图。
图3是本发明液流通道及阻尼间隙结构示意图。
图4是本发明活塞头左端盖结构示意图。
图5是本发明活塞头右端盖结构示意图。
图6是本发明活塞头半剖结构示意图。
具体实施方式
图1是本发明结构示意图，主要由左吊耳(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、励磁线圈(6)、活塞头(7)、活塞头右端盖(8)、紧固螺母(9)、浮动活塞(10)、阻尼器右端盖(11)及右吊耳(12)组成。
图2是本发明磁力线分布图。阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、活塞头(7)及活塞头右端盖(8)由10号钢导磁材料制成；其余零件由不锈钢不导磁材料制成。当给励磁线圈(6)通电时，由于电磁感应产生的磁力线经过活塞头左端盖(5)、轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)、活塞头(7)到达阻尼器缸体(4)，然后再穿过活塞头(7)、轴向圆环阻尼间隙V(21)、活塞头右端盖(8)、径向圆盘阻尼间隙Ⅲ(18)到达活塞头(7)，最后经过径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)返回活塞头左端盖(5)，形成闭合回路。
图3是本发明液流通道及阻尼间隙结构示意图。活塞头左端盖(5)左端外圆周表面加工出的轴向环形凹槽与活塞头(7)左端圆形内表面之间的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)；活塞头左端盖(5)左端右侧面加工出的径向凹槽与活塞头(7)左端内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅰ(14)；活塞头左端盖(5)右端均匀加工有凸台Ⅰ(55)、凸台Ⅱ(56)、凸台Ⅲ(57)和凸台Ⅳ(58)，四个凸台之间的轴向环形凹槽与活塞头(7)中间部位圆周内表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅱ(15)；活塞头左端盖(5)右端四个凸台之间的径向凹槽与活塞头(7)中间部位的内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)；活塞头(7)中间部位加工有圆形通孔，其圆形通孔内表面加工有四个轴向均匀分布的凸台(72)；四个凸台(72)之间的圆环形凹槽与活塞杆(2)外表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅲ(17)；活塞头右端盖(8)左端均匀加工有凸台Ⅰ(85)、凸台Ⅱ(86)、凸台Ⅲ(87)和凸台Ⅳ(88)，四个凸台之间的径向凹槽与活塞头(7)中间部位的内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙III(18)；四个凸台之间的轴向环形凹槽与活塞头(7)中间部位圆周内表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅳ(19)；活塞头右端盖(8)右端左侧面加工出的径向凹槽与活塞头(7)右端内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅳ(20)；活塞头右端盖(8)右端外圆周表面加工出的轴向环形凹槽与活塞头(7)右端圆形内表面之间的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙V(21)；轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)、径向圆盘阻尼间隙Ⅰ(14)、轴向圆环阻尼间隙Ⅱ(15)、径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)、轴向圆环阻尼间隙Ⅲ(17)、径向圆盘阻尼间隙III(18)、轴向圆环阻尼间隙Ⅳ(19)、径向圆盘阻尼间隙Ⅳ(20)以及轴向圆环阻尼间隙V(21)按顺序组成磁流变液的流通通道。
图4是本发明活塞头左端盖结构示意图。活塞头左端盖(5)加工成阶梯状，其右端均匀加工有凸台Ⅰ(55)、凸台Ⅱ(56)、凸台Ⅲ(57)和凸台Ⅳ(58)；活塞头左端盖(5)左端圆周外表面加工有键Ⅰ(51)、键Ⅱ(52)、键Ⅲ(53)和键Ⅳ(54)。
图5是本发明活塞头右端盖结构示意图。活塞头右端盖(8)加工成阶梯状，其左端均匀加工有凸台Ⅰ(85)、凸台Ⅱ(86)、凸台Ⅲ(87)和凸台Ⅳ(88)；活塞头右端盖(8)右端圆周外表面加工有键Ⅰ(81)、键Ⅱ(82)、键Ⅲ(83)和键Ⅳ(84)。
图6是本发明活塞头半剖示意图。活塞头(7)中间部位加工有圆环形凹槽，励磁线圈(6)均匀缠绕在圆环形凹槽内；活塞头(7)左右两端分别加工有圆形沉孔槽；活塞头(7)中间部位加工有圆形通孔，其圆形通孔内表面加工有四个轴向均匀分布的凸台(72)；活塞头(7)左右两端圆形沉孔槽内表面分别加工有四个轴向均匀分布的凹槽。
本发明工作原理如下：
当给励磁线圈通入一定大小的电流时，由于采用了复杂液流通道，在保持活塞头轴向和径向外形尺寸不变的前提下有效增加了阻尼间隙长度，使得磁力线作用面积增大，磁场利用效率也相应增加。
由于磁场作用，复杂液流通道内的两段有效径向圆盘阻尼间隙和两段有效轴向圆盘阻尼间隙处的磁流变液粘度增大，从而使得屈服应力也随之增强。通过调节励磁线圈通入电流大小，可改变四段有效阻尼间隙处磁流变液的屈服应力，使可控输出阻尼力增大。

Claims (3)

1.一种具有复杂液流通道结构的磁流变阻尼器，其特征在于包括：左吊耳(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、励磁线圈(6)、活塞头(7)、活塞头右端盖(8)、紧固螺母(9)、浮动活塞(10)、阻尼器右端盖(11)及右吊耳(12)；左吊耳(1)右端中间加工有内螺纹孔；活塞杆(2)加工成阶梯状，其左端外圆周表面加工有外螺纹；左吊耳(1)右端和活塞杆(2)左端通过螺纹固定连接；阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体(4)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(3)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器左端盖(3)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；活塞头左端盖(5)加工有中心通孔，其中心通孔内表面与活塞杆(2)右端外表面过盈配合；活塞头左端盖(5)左侧通过活塞杆(2)右侧台肩进行轴向定位；活塞头左端盖(5)加工成阶梯状，活塞头左端盖(5)左端外圆周表面加工出的轴向环形凹槽与活塞头(7)左端圆形内表面之间的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)；活塞头左端盖(5)左端右侧面加工出的径向凹槽与活塞头(7)左端内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅰ(14)；活塞头左端盖(5)右端均匀加工有凸台Ⅰ(55)、凸台Ⅱ(56)、凸台Ⅲ(57)和凸台Ⅳ(58)，四个凸台之间的轴向环形凹槽与活塞头(7)中间部位圆周内表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅱ(15)；活塞头左端盖(5)右端四个凸台之间的径向凹槽与活塞头(7)中间部位的内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)；活塞头左端盖(5)左端圆周外表面加工有键Ⅰ(51)、键Ⅱ(52)、键Ⅲ(53)和键Ⅳ(54)，四个键可与活塞头(7)左端圆周内表面的四个均匀分布的凹槽(71)间隙配合，进行径向固定；活塞头(7)中间部位加工有圆形通孔，其圆形通孔内表面加工有四个轴向均匀分布的凸台(72)；四个凸台(72)之间的圆环形凹槽与活塞杆(2)外表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅲ(17)；活塞头(7)左侧内表面凹槽通过活塞头左端盖(5)右侧的凸台轴向固定；活塞头(7)圆周外表面与阻尼器缸体(4)圆周内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；活塞头(7)右侧内表面凹槽通过活塞头右端盖(8)左侧的凸台轴向固定；活塞头右端盖(8)加工有中心通孔，其中心通孔内表面与活塞杆(2)右端外表面过盈配合；活塞头右端盖(8)加工成阶梯状，其左端均匀加工有凸台Ⅰ(85)、凸台Ⅱ(86)、凸台Ⅲ(87)和凸台Ⅳ(88)；活塞头右端盖(8)左端四个凸台之间的径向凹槽与活塞头(7)中间部位的内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙III(18)；四个凸台之间的轴向环形凹槽与活塞头(7)中间部位圆周内表面形成的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙Ⅳ(19)；活塞头右端盖(8)右端左侧面加工出的径向凹槽与活塞头(7)右端内侧面之间的间隙构成径向圆盘阻尼间隙Ⅳ(20)；活塞头右端盖(8)右端外圆周表面加工出的轴向环形凹槽与活塞头(7)右端圆形内表面之间的环形间隙构成轴向圆环阻尼间隙V(21)；轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)、径向圆盘阻尼间隙Ⅰ(14)、轴向圆环阻尼间隙Ⅱ(15)、径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)、轴向圆环阻尼间隙Ⅲ(17)、径向圆盘阻尼间隙III(18)、轴向圆环阻尼间隙Ⅳ(19)、径向圆盘阻尼间隙Ⅳ(20)以及轴向圆环阻尼间隙V(21)按序组成磁流变液的流通通道；活塞头右端盖(8)右端圆周表面加工有键Ⅰ(81)、键Ⅱ(82)、键Ⅲ(83)和键Ⅳ(84)，四个键可与活塞头(7)右端圆周内表面的四个均匀分布的凹槽间隙配合，进行径向固定；活塞头左端盖(5)、活塞头(7)及活塞头右端盖(8)通过紧固螺母(9)轴向固定锁紧；活塞头(7)加工有圆环形凹槽，励磁线圈(6)均匀缠绕在圆环形凹槽内；活塞头(7)、活塞杆(2)以及左吊耳(1)均加工有引线孔，励磁线圈的引线通过上述引线孔引出；浮动活塞(10)圆周外表面与阻尼器缸体(4)圆周内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(11)与阻尼器缸体(4)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；右吊耳(12)左端中间加工有内螺纹孔，阻尼器右端盖(11)右侧加工有外螺纹，两者通过螺纹紧固连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有复杂液流通道结构的磁流变阻尼器，其特征在于：当给励磁线圈(6)通电时，由于电磁感应产生的磁力线经过活塞头左端盖(5)、轴向圆环阻尼间隙Ⅰ(13)、活塞头(7)到达阻尼器缸体(4)，然后再穿过活塞头(7)、轴向圆环阻尼间隙V(21)、活塞头右端盖(8)、径向圆盘阻尼间隙Ⅲ(18)到达活塞头(7)，最后经过径向圆盘阻尼间隙Ⅱ(16)返回活塞头左端盖(5)，形成闭合回路。
3.根据权利要求1所述的一种具有复杂液流通道结构的磁流变阻尼器，其特征在于：阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、活塞头(7)及活塞头右端盖(8)由10号钢导磁材料制成；左吊耳(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、紧固螺母(9)、浮动活塞(10)、阻尼器右端盖(11)及右吊耳(12)由不锈钢不导磁材料制成。
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