CN109499938A - 一种雨刷式光伏组件清洁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雨刷式光伏组件清洁装置，包括移动装置、吊臂装置、清洁吊架、清洁刷装置及位置检测系统；移动装置包括四个滚轮、支撑架及旋转盘；吊臂装置包括主伺服液压油缸、吊臂，主伺服液压油缸安装于旋转盘上；吊臂的后端与清洁吊架铰接，且吊臂的后部设有副伺服液压油缸，清洁吊架与清洁刷装置连接；清洁刷装置包括清洁刷单元、长度调节单元及局部强刷单元；局部强刷单元包括安装于第二刷板中部侧边的楔形刷块、强刷驱动电机及齿条；位置检测系统包括包括中央控制器、前红外距离传感器、后红外距离传感器、压力传感器。具有结构简单、调整方便、高效智能且清洁效果好的特点，能适应不同规格的光伏组件的清洁，能去除顽固污点。

Description

一种雨刷式光伏组件清洁装置
技术领域
本发明属于光伏组件清洁领域，具体涉及一种雨刷式光伏组件清洁装置。
背景技术
太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统；光伏组件(俗称太阳能电池板)由太阳能电池片或由激光切割机机或钢线切割机切割开的不同规格的太阳能电池组合在一起构成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，然后我们把他们先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管(防止电流回输)然后输出。
由于光伏组件需要放置在露天环境中，易粘染尘土或污点，影响透光率，从而不利于吸收太阳能发电；由于大型光伏电站占地很大，组件数量庞大，人工清扫效率低下，并且清洁效果差；现有技术中，也有采用机械设备进行清洁，常见的光伏清洁装置通常有固定安装或导轨安装，结构复杂，且不易调整角度，清洁效果不好；另外，对于紧附于玻璃上面的硬性异物如泥土、鸟粪、粘稠物体，清洁不到位，最终影响发电效果。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出一种雨刷式光伏组件清洁装置，具有结构简单、调整方便、高效智能且清洁效果好的特点，能适应不同规格的光伏组件的清洁，能去除顽固污点。
本发明采用的技术方案为：
一种雨刷式光伏组件清洁装置，用于清洁安装于台架上的光伏组件，包括移动装置、吊臂装置、清洁吊架、清洁刷装置及位置检测系统；
移动装置包括四个滚轮、支撑架及旋转盘，每个所述滚轮内部安装有轮毂电机，旋转盘安装于支撑架上，旋转3通过转盘电机进行驱动；
吊臂装置包括主伺服液压油缸、吊臂，主伺服液压油缸安装于旋转盘上，吊臂的前端与主伺服液压油缸的活塞杆连接；吊臂的后端与清洁吊架铰接，且吊臂的后部设有副伺服液压油缸，清洁吊架与清洁刷装置连接；
清洁刷装置包括清洁刷单元、长度调节单元及局部强刷单元；
清洁刷单元包括第一刷板、第二刷板及第三刷板，第一刷板、第三刷板分别与第二刷板滑动连接，第一刷板、第二刷板及第三刷板分别连接有毛刷层；
长度调节单元包括第一伺服气缸、第二伺服气缸及中间连接支架，第一伺服气缸、第二伺服气缸分别与中间连接支架连接，第一伺服气缸的活塞杆端部与第一刷板的连接，第二伺服气缸的活塞杆端部与第三刷板连接，
局部强刷单元包括安装于第二刷板中部侧边的楔形刷块、强刷驱动电机及齿条，楔形刷块与齿条连接，强刷驱动电机安装于第二刷块的上表面上，强刷驱动电机的输出轴上连接有齿轮，齿轮与齿条啮合从而进行驱动楔形刷块上下运动；
位置检测系统包括包括中央控制器、分别设置于第二刷板前端的前红外距离传感器和后端的后红外距离传感器、设置于第二刷板与毛刷层之间的压力传感器。
优选地，主伺服液压油缸的活塞杆与吊臂之间还设置有角度调节油缸，用于调节吊臂与主伺服液压油缸之间的角度。
优选地，第一刷板、第三刷板的一侧边设有“T”字形凸起，对应地，第二刷板一侧边设有“T”字形槽，将第一刷板、第三刷板的一侧边的“T”字形凸起置于第二刷板一侧边的“T”字形槽中。
优选地，清洁吊架包括第一支杆、第二支杆及主杆，清洁吊架的主杆与所述副伺服液压油缸的活塞杆连接；第一伺服气缸、第二伺服气缸的气缸体上分别设置有第一吊耳和第二吊耳；第一伺服气缸通过第一吊耳与清洁吊架的第一支杆固定连接，第二伺服气缸通过第二吊耳与清洁吊架的第二支杆固定，中间连接支架通过连接折杆与第二刷板固定连接。
优选地，在第一刷板、第二刷板及第三刷板的长度方向分别开有长孔，在第一刷板、第二刷板及第三刷板的底面上垂直开设有多个喷孔，喷孔与长孔连通，每个喷孔上安装有喷嘴。
优选地，还包括清洁液供给装置，清洁液供给装置包括存储罐、输送导管、加压泵，存储罐安装在移动装置上，存储罐中的清洁液通过加压泵加压后，输送导管分三路分别与第一刷板、第二刷板及第三刷板的长孔处连接。
优选地，楔形刷块采用塑料或木材或陶瓷，楔形刷块的长度为第二刷板的1/3～1/5。
优选地，还具有污点识别系统，其包括图像采集装置、图像处理单元及图像分析单元，图像采集装置，图像采集装置安装于第二刷板上；图像采集装置将采集到的光伏组件面板图像后，将图像传输到图像处理单元，图像处理单元对图像进行灰度化，并进行噪声过滤、对比度增强处理。
优选地，图像分析单元预先储存有干净的光伏组件模型、污点检测标准块和污点灰度值阈值，将通过处理后的图像传输到图像分析单元，图像分析单元将处理后的图像进行分割，将分割后单个图像块区域的灰度值与污点灰度值阈值进行对比，来判断分割后单个图像块区域是否存在污点；若图像块区域的灰度值大于等于污点灰度值阈值，则判定存在为污点块。
优选地，发现污点后，局部强刷单元的强刷驱动电机驱动齿条向下移动，从而楔形刷块相对第二刷块滑动，凸出于第二刷块的毛刷层；中央控制器向主液压伺服油缸发送指令，控制第二刷板向光伏组件移动，第二刷板与光伏组件接触后，并控制第二刷板与光伏组件之间的压力，中央控制器控制滚轮的轮毂电机，使移动装置向前或向后移动，形成楔形刷块在刮刷的动作，从而去除污点。
本发明相对现有技术，具有如下有益效果：
(1)采用三段式刷板，并通过第一伺服气缸和第二伺服气缸分别控制第一刷板和第三刷板的长度，使得总刷板长度可调节，以适应不同规格的光伏组件。
(2)设置有位置检测系统，包括中央控制器、分别设置于第二刷板的前端和后端的前红外距离传感器和后红外距离传感器、设置于第二刷板17与毛刷层19或海绵层之间的压力传感器，根据压力传感器、前红外距离传感器和后红外距离传感器对第二刷板的位置进行实时调整，实时保证刷洗的有效性。
(3)设置有普通清洁模式和强刷清洁模式，在强刷清洁模式下，依靠楔形刷块通过较大的力度精准的去除顽固的污点，使得清洁更全面。
(4)设置有污点识别系统，配合强刷清洁模式，自动识别是否有污点，大大提高了效率，使得装置更加智能化。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的清洁刷装置的结构图；
图3为本发明的清洁刷装置的爆炸图；
图4为本发明的清洁刷装置的另一角度的结构图；
图5为本发明的第一刷板的结构图；
图6为本发明的楔形刷块的结构图；
图7为本发明的毛刷层安装于第二刷板上的状态图。
其中附图标记对应的名称为：
1滚轮、2支撑架、3旋转盘、4台架、5光伏组件、6主伺服液压油缸、7角度调节油缸、8吊臂、9副伺服液压油缸、10主杆、11第一支杆、12第二支杆、13第一伺服气缸、14第二伺服气缸、15中间连接支架、16第一刷板、17第二刷板、18第三刷板、19毛刷层、20存储罐、21楔形刷块、22齿条、23强刷驱动电机、24齿轮
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-6所示，一种雨刷式光伏组件清洁装置，包括移动装置、吊臂装置、清洁吊架、清洁刷装置、清洁液供给装置及位置检测系统，用于清洁安装于台架4上的光伏组件5。
移动装置包括四个滚轮1、支撑架2及旋转盘3，每个所述滚轮1内部安装有轮毂电机，用于驱动滚轮1前进、后退及转向，支撑架2与滚轮1连接，且旋转盘3安装于支撑架2上；旋转盘3通过转盘电机(图中未示出)进行驱动；
吊臂装置包括主伺服液压油缸6、吊臂8，主伺服液压油缸6安装于旋转盘3上，吊臂8的前端与主伺服液压油缸6的活塞杆连接，主伺服液压油缸6通过其活塞杆的上下运动，来调节吊臂8的高度；主伺服液压油缸6的活塞杆与吊臂8之间还设置有角度调节油缸7，用于调节吊臂8与主伺服液压油缸6之间的角度。
吊臂8的后端与清洁吊架铰接，且吊臂8的后部设置有副伺服液压油缸9，清洁吊架包括第一支杆11、第二支杆12及主杆10，清洁吊架的主杆10与所述副伺服液压油缸9的活塞杆连接；
清洁刷装置包括清洁刷单元、长度调节单元及局部强刷单元。
清洁刷单元包括第一刷板16、第二刷板17及第三刷板18，第一刷板16、第三刷板18分别与第二刷板17滑动连接，具体连接方式为：第一刷板16、第三刷板18的一侧边设有“T”字形凸起，对应地，第二刷板17一侧边设有“T”字形槽，将第一刷板16、第三刷板18的一侧边的“T”字形凸起置于第二刷板一侧边的“T”字形槽中，从而实现滑动，具体的滑动驱动力来自于长度调节单元；
在第一刷板16、第二刷板17及第三刷板18的长度方向分别开有长孔，该长孔为非通孔，在第一刷板16、第二刷板17及第三刷板18的底面上垂直开设有多个喷孔，喷孔与长孔连通，每个喷孔上安装有喷嘴(图中未示出)，喷嘴内设置有单向阀。
第一刷板16、第二刷板17及第三刷板18分别连接有毛刷层19，或替代采用海绵层；毛刷层19的长度小于第二刷板17的长度，且毛刷层19不覆盖长孔，以留出喷嘴的安装空间。
长度调节单元包括第一伺服气缸13、第二伺服气缸14及中间连接支架15，第一伺服气缸13、第二伺服气缸14分别与中间连接支架15连接，中间连接支架15通过连接折杆与第二刷板17固定连接，第一伺服气缸13的活塞杆端部与第一刷板16连接，第二伺服气缸14的活塞杆端部与第三刷板18连接；第一伺服气缸13、第二伺服气缸14的气缸体上分别设置有第一吊耳和第二吊耳；第一伺服气缸13通过第一吊耳与清洁吊架的第一支杆11固定连接，第二伺服气缸14通过第二吊耳与清洁吊架的第二支杆12固定。
局部强刷单元包括安装于第二刷板中部侧边的楔形刷块21、强刷驱动电机23及齿条22，楔形刷块21的下部为楔形，端部相对较尖，楔形刷块21的一边贴合于第二刷板17的侧边，楔形刷块两侧滑动设于第二刷板17的滑槽中，且楔形刷块21与齿条22固定连接，优选地，楔形刷块21与齿条22一体形成；强刷驱动电机23安装于第二刷块17的上表面上，强刷驱动电机23的输出轴设置有齿轮24，齿轮24与齿条22啮合进行驱动；楔形刷块21的材料相对毛刷层较硬质，优选地，采用塑料或陶瓷或木材。在强劲清洁模式下，仅楔形刷块的下部接触光伏组件，压力相较大，且接触面积相对较小，能更容易地将顽固污点清除；楔形刷块21的长度为第二刷板17的1/3～1/5。
局部强刷单元用于刮除顽固污点，如鸟粪或其他粘贴性较高的污点，采用毛刷层无法清除掉；本发明的清洁分为两种模式，一种为普通清洁模式，主要用于清除光伏组件表面的灰尘，通过第一刷板16、第二刷板17及第三刷板18上分别连接的毛刷层19或海绵层实现，另一种为强刷清洁模式，通过局部强刷单元实现，具体为：发现顽固污点后，强刷驱动电机23驱动楔形刷块21向光伏组件5靠近，从而使楔形刷块突出于第二刷板17，且进一步突出于第二刷板上的毛刷层19。
清洁液供给装置包括存储罐20、输送导管、加压泵，存储罐20安装在移动装置上，存储罐中的清洁液通过加压泵加压后，通过导管输送到对应的刷板上；导管分三路分别与第一刷板16、第二刷板17及第三刷板18的长孔处的清洁液电磁阀连接，如此，清洁液通过导管输入到第一刷板16、第二刷板17及第三刷板18后，通过喷嘴喷出，长孔处的清洁液电磁阀的开闭时间受中央控制器控制；
本发明的位置检测系统包括中央控制器、分别设置于第二刷板的前端的前红外距离传感器和后端的后红外距离传感器、设置于第二刷板17与毛刷层19或海绵层之间的压力传感器。
毛刷层19的长度小于第二刷板17的长度，从而留出了安装前红外距离传感器和后红外距离传感器的空间，使得检测距离不被干扰。
中央控制器与压力传感器、前红外距离传感器和后红外距离传感器连接，并根据传感器采集的数据，经分析后，将数据传递给主液压伺服油缸6、副液压伺服油缸9，用于调整清洁刷装置的高度及其与光伏组件之间的平行度；具体为：中央控制器根据前红外距离传感器和后红外距离传感器采集的距离值，计算出距离差，来判断第二刷板是否平行于光伏组件，此处的平行不是指完全的平行，可以允许有一点的偏差；当距离差超过设计的阈值时，认为平行度不好，会造成清洁力度不均匀，影响清洁质量，此时，中央控制器向主液压伺服油缸、副液压伺服油缸发送指令，副液压伺服油缸通过调整其活塞杆伸出的长度来调节第二刷板的相对于光伏组件的角度；由于第一刷板、第三刷板与第二刷板平行，因此，只要保证第二刷板平行于光伏组件，就能保证清洁刷装置整体平行于光伏组件。
另外，主液压伺服油缸6通过调整其活塞杆伸出的长度来调节第二刷板17与光伏组件5之间的距离，并结合压力传感器的数据来调节清洁刷的力度。
本发明还具有污点识别系统，其包括图像采集装置、图像处理单元及图像分析单元，图像采集装置优选为工业相机，图像采集装置安装于第二刷板上。污点识别系统应用于强刷清洁模式，当普通清洁模式完成后，再进行强刷清洁模式。在强刷清洁模式下，启动污点识别系统，图像采集装置将采集到的光伏组件面板图像后，将图像传输到图像处理单元，图像处理单元对图像进行灰度化，并进行噪声过滤、对比度增强等处理；噪声过滤可采用均值滤波法，增强对比度的方法采用对比度线性拉伸。
图像分析单元预先储存有干净的光伏组件模型、污点检测标准块和污点灰度值阈值，将通过处理后的图像传输到图像分析单元，图像分析单元将处理后的图像进行分割，将分割后单个图像块区域的灰度值与污点灰度值阈值进行对比，来判断分割后单个图像块区域是否存在污点；具体为，若图像块区域的灰度值大于等于污点灰度值阈值，则判定存在为污点块。
发现污点后，局部强刷单元的强刷驱动电机驱动齿条向下移动，从而楔形刷块相对第二刷块滑动，凸出于第二刷块的毛刷层；中央控制器向主液压伺服油缸发送指令，控制第二刷板向光伏组件移动，接触，并控制第二刷板与光伏组件之间的压力，中央控制器控制滚轮的轮毂电机，使移动装置向前或向后移动，形成楔形刷块在刮刷的动作，从而去除污点。
本发明的清洁装置在具体操作过程中，其工作方式为：将移动装置置于光伏组件的前方，对主伺服液压油缸、副伺服液压油缸进行简单的调整，将吊臂及清洁刷装置调整至大致位置，作为人工的准备阶段。
首先采用普通清洁模式，启动位置检测系统对清洁刷装置的位置进行精调，当第二刷板与光伏组件平行后，主伺服液压油缸将吊臂整体自动向下移动，使得毛刷层接触光伏组件，此时，清洁液从喷嘴喷出，当压力传感器的值达到预设值时，移动装置的滚轮中的轮毂电机接收到中央控制器的指令，进行前进或后退产生刷洗的清洁动作；根据压力传感器、前红外距离传感器和后红外距离传感器对第二刷板的位置进行实时调整。
当采用普通清洁模式清洁了一定区域的光伏组件后，启动污点识别系统，当发现污点后，进入强刷清洁模式，强刷驱动电机驱动楔形刷块向光伏组件靠近，从而使楔形刷块突出于第二刷板，且进一步突出于第二刷板上的毛刷层，通过楔形刷块下部刮刷污点，使得清洁力度很多，清除顽固污点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种雨刷式光伏组件清洁装置，用于清洁安装于台架(4)上的光伏组件(5)，其特征在于，包括移动装置、吊臂装置、清洁吊架、清洁刷装置及位置检测系统；
移动装置包括四个滚轮(1)、支撑架(2)及旋转盘(3)，每个所述滚轮(1)内部安装有轮毂电机，旋转盘(3)安装于支撑架(2)上，旋转盘(3)通过转盘电机进行驱动；
吊臂装置包括主伺服液压油缸(6)、吊臂(8)，主伺服液压油缸(6)安装于旋转盘(3)上，吊臂(8)的前端与主伺服液压油缸(6)的活塞杆连接；吊臂(8)的后端与清洁吊架铰接，且吊臂(8)的后部设有副伺服液压油缸(9)，清洁吊架与清洁刷装置连接；
清洁刷装置包括清洁刷单元、长度调节单元及局部强刷单元；
清洁刷单元包括第一刷板(16)、第二刷板(17)及第三刷板(18)，第一刷板(16)、第三刷板(18)分别与第二刷板(17)滑动连接，第一刷板(16)、第二刷板(17)及第三刷板(18)分别连接有毛刷层(19)；
长度调节单元包括第一伺服气缸(13)、第二伺服气缸(14)及中间连接支架(15)，第一伺服气缸(13)、第二伺服气缸(14)分别与中间连接支架(15)连接，第一伺服气缸(13)的活塞杆端部与第一刷板(16)的连接，第二伺服气缸(14)的活塞杆端部与第三刷板(18)连接，
局部强刷单元包括安装于第二刷板中部侧边的楔形刷块(21)、强刷驱动电机(23)及齿条(22)，楔形刷块(21)与齿条(22)连接，强刷驱动电机(23)安装于第二刷块(17)的上表面上，强刷驱动电机(23)的输出轴上连接有齿轮(24)，齿轮(24)与齿条(22)啮合从而进行驱动楔形刷块(21)上下运动；
位置检测系统包括包括中央控制器、分别设置于第二刷板的前端和后端的前红外距离传感器和后红外距离传感器、设置于第二刷板(17)与毛刷层(19)之间的压力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，主伺服液压油缸(6)的活塞杆与吊臂(8)之间还设置有角度调节油缸(7)，用于调节吊臂(8)与主伺服液压油缸(6)之间的角度。
3.根据权利要求1所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，第一刷板(16)、第三刷板(18)的一侧边设有“T”字形凸起，对应地，第二刷板(17)一侧边设有“T”字形槽，将第一刷板(16)、第三刷板(18)的一侧边的“T”字形凸起置于第二刷板(17)一侧边的“T”字形槽中。
4.根据权利要求1所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，清洁吊架包括第一支杆(11)、第二支杆(12)及主杆(10)，清洁吊架的主杆(10)与所述副伺服液压油缸(9)的活塞杆连接；第一伺服气缸(13)、第二伺服气缸(14)的气缸体上分别设置有第一吊耳和第二吊耳；第一伺服气缸(13)通过第一吊耳与清洁吊架的第一支杆(11)固定连接，第二伺服气缸(14)通过第二吊耳与清洁吊架的第二支杆(12)固定，中间连接支架(15)通过连接折杆与第二刷板(17)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，在第一刷板(16)、第二刷板(17)及第三刷板(18)的长度方向分别开有长孔，在第一刷板(16)、第二刷板(17)及第三刷板(18)的底面上垂直开设有多个喷孔，喷孔与长孔连通，每个喷孔上安装有喷嘴。
6.根据权利要求5所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，还包括清洁液供给装置，清洁液供给装置包括存储罐(20)、输送导管、加压泵，存储罐(20)安装在移动装置上，存储罐中的清洁液通过加压泵加压后，输送导管分三路分别与第一刷板(16)、第二刷板(17)及第三刷板(18)的长孔处连接。
7.根据权利要求1所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，楔形刷块(21)采用塑料或木材或陶瓷，楔形刷块(21)的长度为第二刷板(17)的1/3～1/5。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，还具有污点识别系统，其包括图像采集装置、图像处理单元及图像分析单元，图像采集装置安装于第二刷板上；图像采集装置将采集到的光伏组件面板图像后，将图像传输到图像处理单元，图像处理单元对图像进行灰度化，并进行噪声过滤、对比度增强处理。
9.根据权利要求8所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，图像分析单元预先储存有干净的光伏组件模型、污点检测标准块和污点灰度值阈值，将通过处理后的图像传输到图像分析单元，图像分析单元将处理后的图像进行分割，将分割后单个图像块区域的灰度值与污点灰度值阈值进行对比，来判断分割后单个图像块区域是否存在污点；若图像块区域的灰度值大于等于污点灰度值阈值，则判定存在为污点块。
10.根据权利要求9所述的一种雨刷式光伏组件清洁装置，其特征在于，发现污点后，局部强刷单元的强刷驱动电机驱动齿条向下移动，从而楔形刷块相对第二刷块滑动，凸出于第二刷块的毛刷层；中央控制器向主液压伺服油缸发送指令，控制第二刷板向光伏组件移动，第二刷板与光伏组件接触后，并控制第二刷板与光伏组件之间的压力，中央控制器控制滚轮的轮毂电机，使移动装置向前或向后移动，形成楔形刷块在刮刷的动作，从而去除污点。
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