CN110756827A - 一种高载荷高刚性快速冷却式电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其包括有钢筒、前轴承座和后轴承座，前轴承座内设有前轴承，后轴承座内设有后轴承室，后轴承室内设有后轴承，钢筒内设有水冷内套，水冷内套内设有定子组件，定子组件内穿设有转子，后轴承座的后端固定有背盖，背盖的后端固定有冷却液注入接头和冷却液排出接头，前轴承座的外侧壁开设有前轴承冷却水道，前轴承冷却水道环绕于前轴承座，前轴承座的外侧套设有水冷外套，水冷内套的外侧壁开设有定子冷却水道，后轴承室的外侧壁开设有后轴承冷却水道。本发明冷却回路合理，能够优先对前轴承部分进行快速冷却，并且冷却效果更好。

Description

一种高载荷高刚性快速冷却式电主轴

技术领域

本发明涉及电主轴，尤其涉及一种高载荷高刚性快速冷却式电主轴。

背景技术

电主轴是应用于机床设备，用于进行精密加工的重要驱动器材。现有的电主轴中，由于其工作过程中会产生大量热量，所以必须为电主轴设计冷却机构，现有电主轴的冷却机构，一般是分别对前轴承部分和定子部分单独进行冷却，导致电主轴的冷却通道复杂，冷却回路较多，不利于主轴的生产制造以及维修维护。此外，由于主轴在工作过程中，其前端的发热量较大，而现有的冷却方式将导致主轴前端部分的冷却能力不足，无法满足大载荷、高刚性的加工需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种冷却回路合理，能够优先对前轴承部分进行快速冷却，并且冷却效果更好的高载荷高刚性快速冷却式电主轴。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其包括有钢筒，所述钢筒的前后两端分别设有前轴承座和后轴承座，所述前轴承座内设有前轴承，所述后轴承座内设有后轴承室，所述后轴承室内设有后轴承，所述钢筒内设有水冷内套，所述水冷内套内设有定子组件，所述定子组件内穿设有转子且二者转动连接，所述转子的前后两端分别穿过所述前轴承和所述后轴承，所述后轴承座的后端固定有背盖，所述背盖的后端固定有冷却液注入接头和冷却液排出接头，所述背盖、后轴承座、钢筒和前轴承座内开设有依次连通的冷却液注入通道，所述前轴承座的外侧壁开设有前轴承冷却水道，所述前轴承冷却水道环绕于所述前轴承座，所述前轴承座的外侧套设有水冷外套，所述水冷外套覆盖于所述前轴承冷却水道，所述冷却液注入接头、所述冷却液注入通道和所述前轴承冷却水道的入口依次连通，所述水冷内套的外侧壁开设有定子冷却水道，所述后轴承室的外侧壁开设有后轴承冷却水道，所述后轴承座覆盖于所述后轴承冷却水道，所述前轴承冷却水道的出口、所述定子冷却水道、所述后轴承冷却水道和所述冷却液排出接头依次连通，所述冷却液注入接头注入的冷却液依次对所述前轴承、所述定子组件和所述后轴承进行冷却后，经由所述冷却液排出接头排出。

优选地，所述前轴承冷却水道内形成有至少两个隔水环，所述隔水环的外环面抵接于所述水冷外套的内壁，所述隔水环上开设有第一开口，相邻两个隔水环的第一开口对称设于所述前轴承座的两侧。

优选地，相邻两个隔水环之间设有多个环状凸缘，所述环状凸缘的两侧分别开设有第二开口，所述环状凸缘的外环面与所述水冷外套的内壁之间设有间隙。

优选地，所述前轴承座的前端形成有非法兰端，所述前轴承座的后端形成有法兰端，所述前轴承冷却水道的入口靠近所述前轴承座的非法兰端，所述前轴承冷却水道的出口靠近所述前轴承座的法兰端。

优选地，所述后轴承室与所述后轴承座之间设有活动间隙，所述后轴承室的外侧套设有两个密封圈，两个密封圈分设于所述后轴承冷却水道的前后两侧，且所述密封圈夹紧于所述后轴承室与所述后轴承座之间。

优选地，所述背盖上固定有多个油气注入接头及一油气排出接头，所述后轴承座、所述钢筒和所述前轴承座内开设有依次连通的多条油气注入通道，所述后轴承座内设有多个前轴承，所述前轴承的外环开设有第一通孔，多条油气注入通道的输入端分别与多个油气注入接头相连通，多条油气注入通道的输出端分别与前轴承的第一通孔相连通，相邻两个前轴承之间设有内隔环和外隔环，所述内隔环夹设于两个前轴承的内环之间，所述外隔环夹设于两个前轴承的外环之间，且所述内隔环和所述外隔环之间设有间隙，所述外隔环开设有第二通孔，所述前轴承座、所述钢筒和所述后轴承座内开设有依次连通的油气排出通道，多个外隔环的第二通孔均连通于所述油气排出通道的输入端，所述油气排出通道的输出端连通于所述油气排出接头。

优选地，所述前轴承座的前端固定有轴承压板，所述轴承压板抵紧于所述前轴承的外环，所述轴承压板的后侧开设有油气收集槽，所述油气收集槽朝向所述前轴承的内环与外环之间，所述轴承压板的后端面开设有多个油气导槽，所述油气导槽连通于所述油气收集槽与所述油气排出通道之间。

优选地，所述内隔环的外环面形成有外凸缘，所述外凸缘的后端形成有后斜面，所述外隔环的后端面开设有环状后油槽，所述环状后油槽朝向所述外凸缘，且所述环状后油槽与所述第二通孔相连通。

优选地，所述转子内穿设有拉杆，所述拉杆的前端连接有刀柄组件，所述拉杆的后端位于所述背盖内。

优选地，所述背盖的后端固定有油缸套，所述油缸套内设有油缸且二者滑动连接，所述油缸的后端固定有油缸盖，所述油缸内设有活塞，所述活塞的中心处设有中空的活塞杆，所述活塞杆的前端穿过所述油缸并延伸至所述背盖内，所述活塞杆的后端穿过所述油缸盖，所述拉杆的后端穿过所述活塞杆，所述背盖上固定有第一油压接头和第二油压接头，所述油缸的外侧壁开设有环状的液压油槽，所述油缸套覆盖于所述液压油槽，所述油缸内开设有第一液压油通道和第二液压油通道，所述第一油压接头、所述液压油槽、所述第一液压油通道和所述活塞的后侧空腔依次连通，所述第二油压接头、所述第二液压油通道和所述活塞的前侧空腔依次连通，通过向所述第一油压接头或者所述第二油压接头加载液压油而驱使所述活塞前后移动。

本发明公开的高载荷高刚性快速冷却式电主轴中，在所述前轴承座的外侧壁设置了前轴承冷却水道，所述冷却液注入接头注入的冷却液经由所述冷却液注入通道传输至所述前轴承冷却水道，从而优先对所述前轴承座以及其内部的前轴承进行冷却，使得前轴承部分保持在冷却状态，从而满足大载荷、高刚性的加工要求，同时，本发明将所述冷却液注入接头注入的冷却液依次对所述前轴承、所述定子组件和所述后轴承进行冷却，其采用了先对发热量高的部分进行冷却，后对发热量低的部分进行冷却的方式，冷却回路设置更加合理，较好地满足了主轴的冷却降温需求，因此适合在本领域内推广应用。

附图说明

图1为本发明电主轴的局部剖视图一；

图2为本发明电主轴的局部剖视图二；

图3为本发明电主轴的局部剖视图三；

图4为前轴承座的立体图；

图5为前轴承座的剖视图；

图6为本发明电主轴的局部剖视图四；

图7为本发明电主轴的局部剖视图五；

图8为本发明电主轴的局部剖视图六；

图9为图6中A部分的放大图；

图10为外隔环的结构图；

图11为内隔环的结构图；

图12为轴承压板的结构图；

图13为轴承压板的剖视图；

图14为前轴承座部分的剖视图一；

图15为前轴承座部分的剖视图二；

图16为环喷板的结构图；

图17为油缸部分的剖视图；

图18为转子的内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种高载荷高刚性快速冷却式电主轴，结合图1至图18所示，其包括有钢筒1，所述钢筒1的前后两端分别设有前轴承座2和后轴承座3，所述前轴承座2内设有前轴承20，所述后轴承座3内设有后轴承室30，所述后轴承室30内设有后轴承31，所述钢筒1内设有水冷内套10，所述水冷内套10内设有定子组件11，所述定子组件11内穿设有转子4且二者转动连接，所述转子4的前后两端分别穿过所述前轴承20和所述后轴承31，所述后轴承座3的后端固定有背盖5，所述背盖5的后端固定有冷却液注入接头50和冷却液排出接头51，所述背盖5、后轴承座3、钢筒1和前轴承座2内开设有依次连通的冷却液注入通道12，所述前轴承座2的外侧壁开设有前轴承冷却水道21，所述前轴承冷却水道21环绕于所述前轴承座2，所述前轴承座2的外侧套设有水冷外套22，所述水冷外套22覆盖于所述前轴承冷却水道21，所述冷却液注入接头50、所述冷却液注入通道12和所述前轴承冷却水道21的入口依次连通，所述水冷内套10的外侧壁开设有定子冷却水道13，所述后轴承室30的外侧壁开设有后轴承冷却水道32，所述后轴承座3覆盖于所述后轴承冷却水道32，所述前轴承冷却水道21的出口、所述定子冷却水道13、所述后轴承冷却水道32和所述冷却液排出接头51依次连通，所述冷却液注入接头50注入的冷却液依次对所述前轴承20、所述定子组件11和所述后轴承31进行冷却后，经由所述冷却液排出接头51排出。

上述电主轴中，在所述前轴承座2的外侧壁设置了前轴承冷却水道21，所述冷却液注入接头50注入的冷却液经由所述冷却液注入通道12传输至所述前轴承冷却水道21，从而优先对所述前轴承座2以及其内部的前轴承20进行冷却，使得前轴承部分保持在冷却状态，从而满足大载荷、高刚性的加工要求，同时，本发明将所述冷却液注入接头50注入的冷却液依次对所述前轴承20、所述定子组件11和所述后轴承31进行冷却，其采用了先对发热量高的部分进行冷却，后对发热量低的部分进行冷却的方式，冷却回路设置更加合理，较好地满足了主轴的冷却降温需求，因此适合在本领域内推广应用。

作为一种优选结构，所述前轴承冷却水道21内形成有至少两个隔水环23，所述隔水环23的外环面抵接于所述水冷外套22的内壁，所述隔水环23上开设有第一开口，相邻两个隔水环23的第一开口对称设于所述前轴承座2的两侧。在所述隔水环23的作用下，有助于延长所述前轴承冷却水道21的延伸长度。

为了进一步提高热交换能力，本实施例中，相邻两个隔水环23之间设有多个环状凸缘24，所述环状凸缘24的两侧分别开设有第二开口，所述环状凸缘24的外环面与所述水冷外套22的内壁之间设有间隙。在多个环状凸缘24的作用下，有助于提高冷却液与前轴承座2的接触面积，使得热交换能力进一步提升。

本实施例优选由前端注入冷却液，请参见图4和图5，具体是指，所述前轴承座2的前端形成有非法兰端，所述前轴承座2的后端形成有法兰端，所述前轴承冷却水道21的入口靠近所述前轴承座2的非法兰端，所述前轴承冷却水道21的出口靠近所述前轴承座2的法兰端。上述结构有利于整个轴承组在运行之后，令各轴承的温度处于一致状态。

作为一种优选方式，所述后轴承室30与所述后轴承座3之间设有活动间隙，所述后轴承室30的外侧套设有两个密封圈，两个密封圈分设于所述后轴承冷却水道32的前后两侧，且所述密封圈夹紧于所述后轴承室30与所述后轴承座3之间。上述结构使得所述后轴承室30与所述后轴承座3之间呈浮动关系，当所述后轴承室30的周围布满冷却液后，可使得所述后轴承室30和所述后轴承31自动找正，并保持在与转子4同轴心的位置。

本发明在前轴承部分优选采用油气润滑方式，具体是指，所述背盖5上固定有多个油气注入接头及一油气排出接头，所述后轴承座3、所述钢筒1和所述前轴承座2内开设有依次连通的多条油气注入通道15，所述后轴承座3内设有多个前轴承20，所述前轴承20的外环开设有第一通孔200，多条油气注入通道15的输入端分别与多个油气注入接头相连通，多条油气注入通道15的输出端分别与前轴承20的第一通孔200相连通，相邻两个前轴承20之间设有内隔环25和外隔环26，所述内隔环25夹设于两个前轴承20的内环之间，所述外隔环26夹设于两个前轴承20的外环之间，且所述内隔环25和所述外隔环26之间设有间隙，所述外隔环26开设有第二通孔260，所述前轴承座2、所述钢筒1和所述后轴承座3内开设有依次连通的油气排出通道16，多个外隔环26的第二通孔260均连通于所述油气排出通道16的输入端，所述油气排出通道16的输出端连通于所述油气排出接头。上述油气润滑方式可使得前轴承的外圆面同前轴承座的内孔形成油膜，实现油气润滑的作用。

作为一种优选结构，所述前轴承座2的前端固定有轴承压板201，所述轴承压板201抵紧于所述前轴承20的外环，所述轴承压板201的后侧开设有油气收集槽202，所述油气收集槽202朝向所述前轴承20的内环与外环之间，所述轴承压板201的后端面开设有多个油气导槽203，所述油气导槽203连通于所述油气收集槽202与所述油气排出通道16之间。上述油气收集槽202可在前轴承20的前端收集油气并将其排入所述油气排出通道16。

为了对油气起到导流作用，本实施例中，所述内隔环25的外环面形成有外凸缘250，所述外凸缘250的后端形成有后斜面251，所述外隔环26的后端面开设有环状后油槽261，所述环状后油槽261朝向所述外凸缘250，且所述环状后油槽261与所述第二通孔260相连通。

关于转子4内部的结构，本实施例中，所述转子4内穿设有拉杆7，所述拉杆7的前端连接有刀柄组件8，所述拉杆7的后端位于所述背盖5内。

本实施例的松刀、夹刀动作优选采用静压驱动方式，具体是指，所述背盖5的后端固定有油缸套60，所述油缸套60内设有油缸61且二者滑动连接，所述油缸61的后端固定有油缸盖62，所述油缸61内设有活塞63，所述活塞63的中心处设有中空的活塞杆64，所述活塞杆64的前端穿过所述油缸61并延伸至所述背盖5内，所述活塞杆64的后端穿过所述油缸盖62，所述拉杆7的后端穿过所述活塞杆64，所述背盖5上固定有第一油压接头66和第二油压接头67，所述油缸61的外侧壁开设有环状的液压油槽68，所述油缸套60覆盖于所述液压油槽68，所述油缸61内开设有第一液压油通道610和第二液压油通道611，所述第一油压接头66、所述液压油槽68、所述第一液压油通道610和所述活塞63的后侧空腔依次连通，所述第二油压接头67、所述第二液压油通道611和所述活塞63的前侧空腔依次连通，通过向所述第一油压接头66或者所述第二油压接头67加载液压油而驱使所述活塞63前后移动。

作为一种优选结构，所述水冷外套22的外径由前至后逐渐增加，以令所述水冷外套22呈锥形。这种锥形设计，可使得主轴前端能伸入更加窄小的空间内，从而避免了因刀柄、刀具部分过长而发生抖动、断裂的情况发生。

本实施例优选在主轴前端涉及气封结构，具体是指，所述轴承压板201的前端固定有防尘环210，所述防尘环210的前端固定有环喷板211，所述转子4上套设有防尘盖212，所述轴承压板201、所述防尘环210和所述环喷板211均环绕于所述防尘盖212，且所述防尘盖212与所述轴承压板201、所述防尘环210和所述环喷板211之间均设有间隙，所述转子4上套设有防水盖214，所述防水盖214位于环喷板211的内侧且二者之间设有间隙，所述背盖5上设有气封接头，所述背盖5、后轴承座3、钢筒1、前轴承座2、轴承压板201和防尘环210内开设有依次连通的气封通道，所述环喷板211的后端面开设有多个气封导槽213，所述气封导槽213连通于所述气封通道与所述环喷板211内侧的间隙之间。

为了保证气封效果，避免灰尘、水等进入上述间隙之内，本实施例优选设计了气囊结构，用于将气流进行暂存，具体是指，所述防尘盖212与所述环喷板211之间形成有第一环状气囊215，所述防水盖214与所述环喷板211之间形成有第二环状气囊216。

当转子4运转时，为了对其受热形变程度进行检测，本实施例中，所述防尘环210的前端面固定有位移传感器217，所述位移传感器217的感应端朝向所述防尘盖212。

本实施例优选采用中心吹气结构，具体是指，所述拉杆7的中心处设有中心气道70，所述中心气道70的后端连通有旋转接头9，所述转子4内开设有多个L形气道40，所述L形气道40的前端开口朝向所述刀柄组件8，所述拉杆7的前端连接有中空的前连接杆71，所述前连接杆71的侧壁开设有多个侧孔710，所述侧孔710连通于所述中心气道70，所述L形气道40的后端开口朝向所述前连接杆71，当所述拉杆7向前推进时，所述L形气道40的后端开口与所述侧孔710相连通。其中，所述L形气道40前端吹向所述刀柄组件8的气流，有助于在卸刀、换刀过程中，将周围的尘屑、水等吹开，从而避免对主轴内部造成污染，较好地满足了应用需求。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，包括有钢筒(1)，所述钢筒(1)的前后两端分别设有前轴承座(2)和后轴承座(3)，所述前轴承座(2)内设有前轴承(20)，所述后轴承座(3)内设有后轴承室(30)，所述后轴承室(30)内设有后轴承(31)，所述钢筒(1)内设有水冷内套(10)，所述水冷内套(10)内设有定子组件(11)，所述定子组件(11)内穿设有转子(4)且二者转动连接，所述转子(4)的前后两端分别穿过所述前轴承(20)和所述后轴承(31)，所述后轴承座(3)的后端固定有背盖(5)，所述背盖(5)的后端固定有冷却液注入接头(50)和冷却液排出接头(51)，所述背盖(5)、后轴承座(3)、钢筒(1)和前轴承座(2)内开设有依次连通的冷却液注入通道(12)，所述前轴承座(2)的外侧壁开设有前轴承冷却水道(21)，所述前轴承冷却水道(21)环绕于所述前轴承座(2)，所述前轴承座(2)的外侧套设有水冷外套(22)，所述水冷外套(22)覆盖于所述前轴承冷却水道(21)，所述冷却液注入接头(50)、所述冷却液注入通道(12)和所述前轴承冷却水道(21)的入口依次连通，所述水冷内套(10)的外侧壁开设有定子冷却水道(13)，所述后轴承室(30)的外侧壁开设有后轴承冷却水道(32)，所述后轴承座(3)覆盖于所述后轴承冷却水道(32)，所述前轴承冷却水道(21)的出口、所述定子冷却水道(13)、所述后轴承冷却水道(32)和所述冷却液排出接头(51)依次连通，所述冷却液注入接头(50)注入的冷却液依次对所述前轴承(20)、所述定子组件(11)和所述后轴承(31)进行冷却后，经由所述冷却液排出接头(51)排出。

2.如权利要求1所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，所述前轴承冷却水道(21)内形成有至少两个隔水环(23)，所述隔水环(23)的外环面抵接于所述水冷外套(22)的内壁，所述隔水环(23)上开设有第一开口，相邻两个隔水环(23)的第一开口对称设于所述前轴承座(2)的两侧。

3.如权利要求2所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，相邻两个隔水环(23)之间设有多个环状凸缘(24)，所述环状凸缘(24)的两侧分别开设有第二开口，所述环状凸缘(24)的外环面与所述水冷外套(22)的内壁之间设有间隙。

4.如权利要求1所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，所述前轴承座(2)的前端形成有非法兰端，所述前轴承座(2)的后端形成有法兰端，所述前轴承冷却水道(21)的入口靠近所述前轴承座(2)的非法兰端，所述前轴承冷却水道(21)的出口靠近所述前轴承座(2)的法兰端。

5.如权利要求1所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，所述后轴承室(30)与所述后轴承座(3)之间设有活动间隙，所述后轴承室(30)的外侧套设有两个密封圈，两个密封圈分设于所述后轴承冷却水道(32)的前后两侧，且所述密封圈夹紧于所述后轴承室(30)与所述后轴承座(3)之间。

6.如权利要求1所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，所述背盖(5)上固定有多个油气注入接头及一油气排出接头，所述后轴承座(3)、所述钢筒(1)和所述前轴承座(2)内开设有依次连通的多条油气注入通道(15)，所述后轴承座(3)内设有多个前轴承(20)，所述前轴承(20)的外环开设有第一通孔(200)，多条油气注入通道(15)的输入端分别与多个油气注入接头相连通，多条油气注入通道(15)的输出端分别与前轴承(20)的第一通孔(200)相连通，相邻两个前轴承(20)之间设有内隔环(25)和外隔环(26)，所述内隔环(25)夹设于两个前轴承(20)的内环之间，所述外隔环(26)夹设于两个前轴承(20)的外环之间，且所述内隔环(25)和所述外隔环(26)之间设有间隙，所述外隔环(26)开设有第二通孔(260)，所述前轴承座(2)、所述钢筒(1)和所述后轴承座(3)内开设有依次连通的油气排出通道(16)，多个外隔环(26)的第二通孔(260)均连通于所述油气排出通道(16)的输入端，所述油气排出通道(16)的输出端连通于所述油气排出接头。

7.如权利要求6所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，所述前轴承座(2)的前端固定有轴承压板(201)，所述轴承压板(201)抵紧于所述前轴承(20)的外环，所述轴承压板(201)的后侧开设有油气收集槽(202)，所述油气收集槽(202)朝向所述前轴承(20)的内环与外环之间，所述轴承压板(201)的后端面开设有多个油气导槽(203)，所述油气导槽(203)连通于所述油气收集槽(202)与所述油气排出通道(16)之间。

8.如权利要求6所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，所述内隔环(25)的外环面形成有外凸缘(250)，所述外凸缘(250)的后端形成有后斜面(251)，所述外隔环(26)的后端面开设有环状后油槽(261)，所述环状后油槽(261)朝向所述外凸缘(250)，且所述环状后油槽(261)与所述第二通孔(260)相连通。

9.如权利要求1所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，所述转子(4)内穿设有拉杆(7)，所述拉杆(7)的前端连接有刀柄组件(8)，所述拉杆(7)的后端位于所述背盖(5)内。

10.如权利要求9所述的高载荷高刚性快速冷却式电主轴，其特征在于，所述背盖(5)的后端固定有油缸套(60)，所述油缸套(60)内设有油缸(61)且二者滑动连接，所述油缸(61)的后端固定有油缸盖(62)，所述油缸(61)内设有活塞(63)，所述活塞(63)的中心处设有中空的活塞杆(64)，所述活塞杆(64)的前端穿过所述油缸(61)并延伸至所述背盖(5)内，所述活塞杆(64)的后端穿过所述油缸盖(62)，所述拉杆(7)的后端穿过所述活塞杆(64)，所述背盖(5)上固定有第一油压接头(66)和第二油压接头(67)，所述油缸(61)的外侧壁开设有环状的液压油槽(68)，所述油缸套(60)覆盖于所述液压油槽(68)，所述油缸(61)内开设有第一液压油通道(610)和第二液压油通道(611)，所述第一油压接头(66)、所述液压油槽(68)、所述第一液压油通道(610)和所述活塞(63)的后侧空腔依次连通，所述第二油压接头(67)、所述第二液压油通道(611)和所述活塞(63)的前侧空腔依次连通，通过向所述第一油压接头(66)或者所述第二油压接头(67)加载液压油而驱使所述活塞(63)前后移动。

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