CN110410419A - 气体脉冲器固体润滑转子副及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体脉冲器固体润滑转子副及其工艺方法。所述固体润滑转子副采用了双金属无油滑动轴承形式，包括开了排气孔的镶嵌固体润滑转子套和开同样数目排气孔的固体润滑转子，所述镶嵌固体润滑转子套上的排气孔沿周向的分布相位与所述固体润滑转子上的排气孔的分布相位相同。本发明能够成功规避高速大口径双金属固体润滑轴承的胶合失效问题和有效减轻磨损失效问题，能够获得有效减小双金属无油轴承发热量和降温的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体脉冲器固体润滑转子副及其工艺方法。
背景技术
现有技术中，气体脉冲器(气体脉冲发生器)具有广泛的应用，人们也进行了很多研究。例如，提出了通过电磁阀高速控制高压气源开关来获得气体脉冲的方法，也提出了机械旋转式脉冲气发生器的方案等。
对于通过电磁阀获得气体脉冲的方法，一般认为其存在密封不可靠有泄露现象、电磁阀高频切换的频率有限适用范围窄以及寿命短、工作可靠性差等缺点。
对于机械旋转式脉冲气发生器，一般来说，现有技术的结构比较复杂等。
参考文献：专利文献CN107402194A，CN102966643A
在现有技术中，本发明人注意到，存在固体镶嵌润滑轴承，但是所有固体镶嵌润滑轴承都没有高压气体脉冲开关功能；存在气体脉冲开关器，但是脉冲开关器都不能同时具有封严性能优异的轴承功能。本发明人研究了双金属固体润滑轴承在气体脉冲器中的应用。
目前既有的双金属固体润滑轴承一般用于极地速度的转动副，从而摆脱非液体摩擦滑动轴承的磨损失效和胶合失效问题。在本发明的气体脉冲器中，转动副半径相对较大，转速也相对较高，双金属滑动面之间的相对滑动速度达到6～10m/s，在非液体摩擦滑动轴承设计中属于高速滑动，需要防止滑动副速度过高引起的滑动面加速磨损问题。气体脉冲器在发射高压脉冲气流时，脉冲器转子处于非对称受力状态，几十倍标准大气压的高压气体使轴承承受很大的径向作用力，也会导致滑动轴承过度磨损。当轴承滑动速度水平较高，径向载荷也较大时，控制轴承发热量的PV值也处于较高水平，轴承非常容易产生过热胶合问题。即双金属固体润滑轴承在气体脉冲器中的应用同时面临磨损失效和胶合失效问题。
而且，在强声波应用技术领域，特别是强声增雨技术，需要一种结构简单、性能可靠安全、能够迅速产生强大的连续气体脉冲的气体脉冲发生器。
发明内容
本发明是鉴于上述问题提出的，目的在于提供一种气体脉冲器固体润滑转子副，通过巧妙设计，其能够成功规避高速大口径双金属固体润滑轴承的胶合失效问题，并有效减轻磨损失效问题。
本发明的又一目的在于提供一种气体脉冲器固体润滑转子副，其能够有效减小双金属无油轴承的发热量，具有降温作用。
本发明的目的还在于提供一种气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，其能够确保气体脉冲器固体润滑转子副的制造和在气体脉冲器壳体中的简单可靠安装。
为了实现上述目的，根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，采用了双金属无油滑动轴承形式，包括开了排气孔的镶嵌固体润滑转子套和开同样数目排气孔的固体润滑转子，所述镶嵌固体润滑转子套上的排气孔沿周向的分布相位与所述固体润滑转子上的排气孔的分布相位相同。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，优选地，所述镶嵌固体润滑转子套采用高利黄铜CuZn25A16Fe3Mn3基体，基体上镶嵌固体润滑剂，所述固体润滑剂选用石墨或氮化硼或二硒化铌。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，优选地，所述镶嵌固体润滑转子套在所述气体脉冲器转子副中作为静子件起到轴承作用，所述镶嵌固体润滑转子套与所述固体润滑转子一起实现高压气体脉冲开关功能。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，优选地，所述固体润滑转子采用铍青铜QBe1.9硬态材料，或者选用材料CuSn10Zn2或者不锈钢，以防锈蚀和防亲和作用，特别防止与所述镶嵌固体润滑转子套基体材料高利黄铜之间发生亲和作用。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，优选地，所述固体润滑转子驱动端具有方形凹窝，所述方形凹窝通过挤压成型或者机加工成型，机加工时刀头半径不能大于1mm，以便加工出方形凹窝四角的小圆角。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，优选地，所述固体润滑转子套和所述固体润滑转子的排气孔为方孔，方孔用机加工成型或者用线切割成型或者用电火花成型。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，优选地，所述固体润滑转子允许正常磨损，设计成可以定期更换；所述镶嵌固体润滑转子套不允许发生磨损，通过过盈配合一次性压入气体脉冲器的壳体内。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，优选地，所述固体润滑转子的轴端与单向推力球轴承的轴圈进行过盈配合，所述单向推力球轴承的轴圈通过油压机缓慢压入所述固体润滑转子驱动端或采用转子冷缩装配。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，包括：采用双金属无油滑动轴承形式，形成包括开了排气孔的固体润滑转子套和开同样数目排气孔的固体润滑转子的固体润滑转子副，所述固体润滑转子套上的排气孔沿周向的分布相位与所述固体润滑转子上的排气孔的分布相位相同；在所述固体润滑转子套的高利黄铜CuZn25A16Fe3Mn3基体上镶嵌固体润滑剂，所述固体润滑剂包括石墨或氮化硼或二硒化铌；将所述固体润滑转子套采用冷缩方式装配于气体脉冲器壳体内，即将所述固体润滑转子套置于-70℃的液氮中2h后装入所述壳体上，有装配引入角的一端为内端；安装使得镶嵌固体润滑转子套在气体脉冲器固体润滑转子副中作为静子件起到轴承作用，所述镶嵌固体润滑转子套不允许发生磨损，通过过盈配合一次性压入所述气体脉冲器壳体内；安装使得所述固体润滑转子允许正常磨损，设计成可以定期更换。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述镶嵌固体润滑转子套与所述固体润滑转子一起实现高压气体脉冲开关功能。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述固体润滑转子采用铍青铜QBe1.9硬态材料，或者选用材料CuSn10Zn2或者不锈钢，以防锈蚀和防亲和作用，特别防止与所述镶嵌固体润滑转子套基体材料高利黄铜之间发生亲和作用。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述固体润滑转子驱动端的方形凹窝通过挤压成型或者机加工成型，机加工时刀头半径不能大于1mm，以便加工出方形凹窝四角的小圆角。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述固体润滑转子套和所述固体润滑转子的排气孔为方孔，方孔用机加工成型或者用线切割成型或者用电火花成型。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述固体润滑转子的轴端与单向推力球轴承的轴圈进行过盈配合，所述单向推力球轴承的轴圈通过油压机缓慢压入所述固体润滑转子驱动端或采用转子冷缩装配。
技术效果：
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副及其工艺方法，由于包括开有排气孔的转子与同样开有排气孔的转子套，转子套上的排气孔沿周向的分布相位与转子上的排气孔的分布相位相同，转子套和转子采用镶嵌固体润滑等，因此本发明的结构既具有封严性能优异的轴承功能，又具有高压气体脉冲开关功能，能够成功规避高速大口径双金属固体润滑轴承的胶合失效问题和有效减轻磨损失效问题，能够获得有效减小双金属无油轴承的发热量和降低温度的技术效果，使用本发明固体润滑转子副的气体脉冲器，能够使高压气体射流产生强间断脉冲，从而能够产生强声波，能应用但不限于强声波增雨、消雾、除尘等领域。
从以下结合附图对实施例的描述中，本发明的上述和/或其它方面将变得清楚和更容易理解。
附图说明
图1是采用根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副的气体脉冲器的结构示意图。
图2是根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副的示意图。
图3是根据本发明的开通气孔的镶嵌固体润滑转子套的示意图。
图4示出根据本发明的镶嵌固体润滑转子套与轴承座即气体脉冲器壳体的配合的示意图。
图5是根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子的示意图。
图6是采用根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副的气体脉冲器的一个设计实例图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施例，但是本发明的范围不局限于说明的具体实施例。
图1是采用根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副的气体脉冲器的结构示意图。如图1所示，本发明的气体脉冲器的结构包括：电机组件1；紧固螺栓2；壳体紧固螺栓3；托架4；转子连接板5；转子组件6；进气端盖耐油纸垫7；进气端盖8；壳体组件9；出气端盖耐油纸垫10；出气端盖11等。
电机组件1可以包括直流伺服电机，用于驱动气体脉冲器的气体脉冲发生部壳体内的转子旋转。壳体紧固螺栓3用于将气体脉冲器的气体脉冲发生部的壳体紧固在托架(或者支撑架)4上。托架(或者支撑架)4用于牢固支撑电机组件1和气体脉冲器的气体脉冲发生部。转子连接板5用于通过与电机轴连轴套配合在电机组件1的电机轴与气体脉冲器的气体脉冲发生部壳体内的转子之间传递扭矩。转子组件6包括根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，转子副包括开有通气孔的转子与同样开有通气孔的镶嵌固体润滑转子套，位于气体脉冲器的气体脉冲发生部的壳体的内部。
图6是采用根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副的气体脉冲器的一个设计实例图。如图6所示，气体脉冲器包括进气端盖、进气口、出气端盖、出气口、壳体、支撑架和直流伺服电机等部分。在本说明书中，将进气端盖、进气口、出气端盖、出气口、壳体以及壳体内部的各组件部分假设为气体脉冲器的气体脉冲产生部。
参考图1和图6，本发明气体脉冲器的工作原理是：连续高压气体从气体脉冲器的进气口中吹入，将该恒压连续压缩空气，通过由电机驱动处于旋转状态的开有通气孔的转子和处于静止状态的同样开有通气孔的固体润滑转子套上通气孔的规律开闭，形成脉冲射流。当气体脉冲器转子开孔与转子套开孔存在重叠时，高压气体从气体脉冲器内部通过转子副形成脉冲射流；当气体脉冲器转子开孔与转子套开孔错位时，高压气体被密闭在气体脉冲器内部，形成射流间断；射流和间断重复出现形成气体脉冲射流。气体脉冲从气体脉冲器的出气口射出。
根据本发明的气体脉冲器，其包括脉冲器固体润滑转子副、弹性连接系统、电机及控制系统(未图示)，其脉冲发生原理是基于一对具有气体止开开关作用的脉冲器转子副，转子副由开有通气孔的转子与同样开有通气孔的固体润滑转子套构成。根据本发明，可以通过控制气体脉冲器转子的转速，来控制高压气体脉冲频率；可以通过设定流经脉冲器气体的压强和流量，来控制气体脉冲的强度。气体脉冲器能够使高压气体射流产生强间断脉冲，引起脉冲器出口附近空气发生强振荡，从而引起强声波。
图2是根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副的示意图。如图2所示，固体润滑转子副包括镶嵌固体润滑转子套1和固体润滑转子2，在固体润滑转子2的驱动端侧安装有单向推力球轴承3、弹性连接板4和电机轴连轴套5。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副，采用了双金属无油滑动轴承形式，其包括开了排气孔的脉冲器固体润滑转子套和开同样数目排气孔的脉冲器固体润滑转子，固体润滑转子套上的排气孔沿周向的分布相位与固体润滑转子上的排气孔的分布相位相同，固体润滑转子与固体润滑转子套之间仅保留极小间隙。气体脉冲器固体润滑转子副的效果是能够作为一对转子副，而且有高压气体脉冲开关功能，并能使高压气体在通气孔关闭时高效地密封在转子副中，间歇性脉冲气体的排出也能带走滑动轴承的热量，起到降温作用。
图3是根据本发明的开通气孔的镶嵌固体润滑转子套的示意图。本发明的气体脉冲器镶嵌固体润滑转子套采用在固体镶嵌润滑轴承上开排气口的方式实现，其特点是可以有较大的直径和轴向尺寸，其效果是气体脉冲器固体润滑转子套既具有润滑轴承作用，又具有可供脉冲气体释放的通道。图3示出的镶嵌固体润滑转子套开有四个排气口，这四个排气口构成脉冲气体释放通道。当然，根据需要，本发明的镶嵌固体润滑转子套上也可以开有n个排气口，n可设计为2，3，4等，镶嵌固体润滑转子套上的这n个排气口沿周向的分布相位应当与一起构成转子副的对应转子上的n个排气口的分布相位相同。
根据本发明的镶嵌固体润滑转子套采用高利黄铜(CuZn25A16Fe3Mn3)基体，基体上(如图3所示基体上圆圈处)镶嵌固体润滑剂，固体润滑剂优选选用石墨、氮化硼或二硒化铌。
本发明的镶嵌固体润滑转子套在气体脉冲器转子副中作为静子件，起到轴承作用，与固体润滑转子一起实现高压气体脉冲开关功能。在气体脉冲器中，镶嵌固体润滑转子套固定静止地安装在壳体内，其上的一个排气口必须正对气体脉冲器出气口安装。当转子在转子套内转动过程中，转子和转子套上的对应排气口会同时开启或者同时关闭，气体从转子套的n个排气口排出后，经过转子套和壳体之间的气道，以并联形式汇集到脉冲器出口，沿气流方向从出口喷出，形成脉冲射流。这种多通道并联结构设计的技术效果是：在相同脉冲气流强度下，可以降低转子直径，也就是说，当转子在转动过程中，n对转子和转子套上的排气口同时开启或者同时关闭，实现多通道并联工作，由此增大气体脉冲强度。气体从转子套的n个排气口排出后，经过转子套和壳体之间的气道，以并联形式汇集到脉冲器出口，从出口喷出，形成脉冲射流。
根据本发明的固体润滑转子套采用冷缩方式装配于壳体内，即将固体润滑转子套置于-70℃的液氮中2h后装入壳体上，有装配引入角的一端为内端。图4示出根据本发明的镶嵌固体润滑转子套与轴承座即壳体的配合的示意图。图4中，附图标记1代表轴承座即壳体，2代表镶嵌固体润滑转子套。镶嵌固体润滑转子套在气体脉冲器转子副中作为静子件，被固定静止地安装在壳体内，其上的一个排气口必须正对气体脉冲器出气口安装。
图5是根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子的示意图。气体脉冲器固体润滑转子采用铍青铜QBe1.9(硬态)材料，材料选择的效果是防锈蚀和防亲和作用，特别是防止与镶嵌固体润滑转子套基体材料高利黄铜之间发生亲和作用。根据本发明，还可优选材料CuSn10Zn2或者机械性能较差、但防亲和性能更好的不锈钢。
如图5所示，固体润滑转子一周开有4个通气孔(根据需要，也可为n个通气孔，n可设计为2、3、4等)，固体润滑转子上的这4个通气孔沿周向的分布相位应当与一起构成转子副的对应固体润滑转子套上的n个通气孔的分布相位相同，原因同上，不再赘述。气体脉冲器固体润滑转子上的通气孔优选为方孔，该方孔可以机加工成型，也可以用线切割成型，也可以用电火花成型。
如图5所示，气体脉冲器固体润滑转子在其驱动端被形成有方形凹窝，该方形凹窝可以通过挤压成型，也可以机加工成型，机加工的好处是能保证直边的直线度。根据本发明，机加工时刀头半径不能大于1mm，以便加工出方形凹窝四角的小圆角。
根据本发明，气体脉冲器固体润滑转子允许正常磨损，设计成可以定期更换；镶嵌固体润滑转子套不允许发生磨损，通过过盈配合一次性压入脉冲器壳体内。
根据本发明的气体脉冲器固体润滑转子副具有半径大、长度长的特点。本发明的设计实例中，优选地，镶嵌固体润滑转子套外径达180mm，长度达150mm。
根据本发明，气体脉冲器固体润滑转子轴端与单向推力球轴承的轴圈进行过盈配合。单向推力球轴承的轴圈通过油压机缓慢压入气体脉冲器转子驱动端或采用转子冷缩装配。
作为本发明的又一个实施例，即本发明的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，包括：采用双金属无油滑动轴承形式，形成包括开了排气孔的固体润滑转子套和开同样数目排气孔的固体润滑转子的固体润滑转子副，所述固体润滑转子套上的排气孔沿周向的分布相位与所述固体润滑转子上的排气孔的分布相位相同；在所述固体润滑转子套的高利黄铜CuZn25A16Fe3Mn3基体上镶嵌固体润滑剂，所述固体润滑剂包括石墨或氮化硼或二硒化铌；将所述固体润滑转子套采用冷缩方式装配于气体脉冲器壳体内，即将所述固体润滑转子套置于-70℃的液氮中2h(小时)后装入所述壳体上，有装配引入角的一端为内端；安装使得镶嵌固体润滑转子套在气体脉冲器固体润滑转子副中作为静子件起到轴承作用，所述镶嵌固体润滑转子套不允许发生磨损，通过过盈配合一次性压入所述气体脉冲器壳体内；安装使得所述固体润滑转子允许正常磨损，设计成可以定期更换。
根据气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述镶嵌固体润滑转子套与所述固体润滑转子一起实现高压气体脉冲开关功能。
根据气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述固体润滑转子采用铍青铜QBe1.9(硬态)材料，或者选用材料CuSn10Zn2或者不锈钢，以防锈蚀和防亲和作用，特别防止与所述镶嵌固体润滑转子套基体材料高利黄铜之间发生亲和作用。
根据气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述固体润滑转子驱动端的方形凹窝通过挤压成型或者机加工成型，机加工时刀头半径不能大于1mm，以便加工出方形凹窝四角的小圆角。
根据气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述固体润滑转子套和所述固体润滑转子的排气孔为方孔，方孔用机加工成型或者用线切割成型或者用电火花成型。
根据气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，优选地，所述固体润滑转子的轴端与单向推力球轴承的轴圈进行过盈配合，所述单向推力球轴承的轴圈通过油压机缓慢压入所述固体润滑转子驱动端或采用转子冷缩装配。
上面结合具体实施例说明了本发明，应当理解，本发明不限于公开的具体实施例。能够改进本发明以进行改变、替换或者等同配置，但是其是与本发明的精神和范围相当。因此，本发明范围不应被看着由前述说明书限制。
Claims (14)
1.一种气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，采用了双金属无油滑动轴承形式，包括开了排气孔的镶嵌固体润滑转子套和开同样数目排气孔的固体润滑转子，所述镶嵌固体润滑转子套上的排气孔沿周向的分布相位与所述固体润滑转子上的排气孔的分布相位相同。
2.根据权利要求1所述的气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，所述镶嵌固体润滑转子套采用高利黄铜CuZn25A16Fe3Mn3基体，基体上镶嵌固体润滑剂，所述固体润滑剂选用石墨或氮化硼或二硒化铌。
3.根据权利要求1所述的气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，所述镶嵌固体润滑转子套在所述气体脉冲器转子副中作为静子件起到轴承作用，所述镶嵌固体润滑转子套与所述固体润滑转子一起实现高压气体脉冲开关功能。
4.根据权利要求1所述的气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，所述固体润滑转子采用铍青铜QBe1.9硬态材料，或者选用材料CuSn10Zn2或者不锈钢，以防锈蚀和防亲和作用，特别防止与所述镶嵌固体润滑转子套基体材料高利黄铜之间发生亲和作用。
5.根据权利要求1所述的气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，所述固体润滑转子驱动端具有方形凹窝，所述方形凹窝通过挤压成型或者机加工成型，机加工时刀头半径不能大于1mm，以便加工出方形凹窝四角的小圆角。
6.根据权利要求1所述的气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，所述固体润滑转子套和所述固体润滑转子的排气孔为方孔，方孔用机加工成型或者用线切割成型或者用电火花成型。
7.根据权利要求1所述的气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，所述固体润滑转子允许正常磨损，设计成可以定期更换；所述镶嵌固体润滑转子套不允许发生磨损，通过过盈配合一次性压入气体脉冲器的壳体内。
8.根据权利要求1所述的气体脉冲器固体润滑转子副，其特征在于，所述固体润滑转子的轴端与单向推力球轴承的轴圈进行过盈配合，所述单向推力球轴承的轴圈通过油压机缓慢压入所述固体润滑转子驱动端或采用转子冷缩装配。
9.一种气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，包括：
采用双金属无油滑动轴承形式，形成包括开了排气孔的固体润滑转子套和开同样数目排气孔的固体润滑转子的固体润滑转子副，所述固体润滑转子套上的排气孔沿周向的分布相位与所述固体润滑转子上的排气孔的分布相位相同；
在所述固体润滑转子套的高利黄铜CuZn25A16Fe3Mn3基体上镶嵌固体润滑剂，所述固体润滑剂包括石墨或氮化硼或二硒化铌；
将所述固体润滑转子套采用冷缩方式装配于气体脉冲器壳体内，即将所述固体润滑转子套置于-70℃的液氮中2h后装入所述壳体上，有装配引入角的一端为内端；
安装使得镶嵌固体润滑转子套在气体脉冲器固体润滑转子副中作为静子件起到轴承作用，所述镶嵌固体润滑转子套不允许发生磨损，通过过盈配合一次性压入所述气体脉冲器壳体内；
安装使得所述固体润滑转子允许正常磨损，设计成可以定期更换。
10.根据权利要求9所述的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，其特征在于，所述镶嵌固体润滑转子套与所述固体润滑转子一起实现高压气体脉冲开关功能。
11.根据权利要求9所述的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，其特征在于，所述固体润滑转子采用铍青铜QBe1.9硬态材料，或者选用材料CuSn10Zn2或者不锈钢，以防锈蚀和防亲和作用，特别防止与所述镶嵌固体润滑转子套基体材料高利黄铜之间发生亲和作用。
12.根据权利要求9所述的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，其特征在于，所述固体润滑转子驱动端的方形凹窝通过挤压成型或者机加工成型，机加工时刀头半径不能大于1mm，以便加工出方形凹窝四角的小圆角。
13.根据权利要求9所述的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，其特征在于，所述固体润滑转子套和所述固体润滑转子的排气孔为方孔，方孔用机加工成型或者用线切割成型或者用电火花成型。
14.根据权利要求9所述的气体脉冲器固体润滑转子副工艺方法，其特征在于，所述固体润滑转子的轴端与单向推力球轴承的轴圈进行过盈配合，所述单向推力球轴承的轴圈通过油压机缓慢压入所述固体润滑转子驱动端或采用转子冷缩装配。
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