CN111890941A - 列车的制动装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车的制动装置、系统及方法。其中，该装置包括：车辆控制器和制动执行机构，其中，车辆控制器，用于接收制动指令，并依据制动指令控制制动执行机构执行制动；制动执行机构，用于基于车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将制动力放大完成制动。本发明解决了相关技术中采用空气压力进行列车制动，存在易造成列车部件损坏，而且制动不精确的技术问题。

Description

列车的制动装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，具体而言，涉及一种列车的制动装置、系统及方法。

背景技术

为保证列车运行安全，列车会安装制动装置，制动装置一般包括空气控制阀、风缸、制动缸、管路连接装置、基础制动装置等。列车中所有车辆的制动系统通过车辆两端软管连接器使前后车辆制动系统相连。制动时，机车司机操纵大闸使列车管压力降低，后方各车辆列车管压力也随之降低，车辆制动系统中空气控制阀动作使副风缸与制动缸沟通，制动缸充风带动基础制动装置动作使闸瓦、车轮间摩擦力增大而实现制动作用；缓解时，列车司机操纵大闸使列车管压力升高，车辆空气控制阀动作使制动缸与外界大气想通，制动缸排风压力降低，闸瓦与车轮间摩擦力减小，车辆开始缓解。

在列车制动、缓解过程中，空气压力一方面作为控制信号触发空气控制阀动作，另一方面又作为能量来源为制动缸提供输出源动力。由于空气介质的可压缩性，空气信号传递较慢、列车前后制动、缓解作用不同步会导致列车产生较大的纵向冲动，带来关键承载件疲劳断裂等一系列问题；另外，采用压力空气作为动力来源，输出力响应速度受充气、排气物理所限，无法精确快速动作，制约了列车制动效果的进一步提升。

因此，在相关技术中采用空气压力进行列车制动，存在易造成列车部件损坏，而且制动不精确的问题。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种列车的制动装置、系统及方法，以至少解决相关技术中采用空气压力进行列车制动，存在易造成列车部件损坏，而且制动不精确的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种列车的制动装置，包括：车辆控制器和制动执行机构，其中，所述车辆控制器，用于接收制动指令，并依据所述制动指令控制所述制动执行机构执行制动；所述制动执行机构，用于基于所述车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将所述制动力放大完成制动。

可选地，所述制动执行机构包括：驱动器，伺服电机和电动缸，其中，所述驱动器，用于接收所述车辆控制器的控制指令，依据所述控制指令生成电流，并通过所述电流驱动所述伺服电机转动；伺服电机，用于基于所述驱动器的驱动进行转动产生力；所述电动缸，用于将所述伺服电机产生的力进行放大，直线推动基础制动装置完成制动。

可选地，所述装置还包括：蓄电池，其中，所述蓄电池，用于依据所述车辆控制器的控制完成充电和供电。

可选地，所述装置还包括：辅助功能模块，其中，所述辅助功能模块用于实现制动的辅助操作。

可选地，所述辅助功能模块包括以下至少之一：位移传感器，用于获取车辆的载重信息，其中，所述载重信息用于所述车辆控制器确定对所述制动执行机构的制动控制；加速度传感器，用于监控车辆的脱轨状态，其中，所述脱轨状态用于所述车辆控制器确定对所述制动执行机构的制动控制；手动开关，用于在车辆故障时，切断依据所述车辆控制器控制的制动，手动开闭车门。

可选地，还包括：手动操作机构，其中，所述手动操作机构用于在所述制动执行机构故障的情况下，手动执行车辆的制动。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种列车的制动系统，包括：机车单元和车辆单元，其中，所述车辆单元包括上述任一项所述的装置，所述车辆单元包括多个，所述机车单元，用于对多个车辆单元供电，以及对所述多个车辆单元进行控制。

可选地，所述机车单元与所述车辆单元，以及所述车辆单元间通过电缆连通。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种列车的制动方法，车辆控制器接收制动指令，并依据所述制动指令控制制动执行机构执行制动；所述制动执行机构基于所述车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将所述制动力放大完成制动。

可选地，所述制动执行机构基于所述车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将所述制动力放大完成制动包括：采用驱动器根据所述控制指令生成电流，并通过所述电流驱动伺服电机转动；通过所述伺服电机的转动产生力；通过电动缸将所述伺服电机产生的力进行放大，并直线推动基础制动装置完成制动。

在本发明实施例中，采用采用电机驱动方式产生制动力，达到了电机直接驱动产生制动力的目的，从而实现了列车制动系统去风化，能够快速精准调整制动力的技术效果，进而解决了相关技术中采用空气压力进行列车制动，存在易造成列车部件损坏，而且制动不精确技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例提供的列车的制动装置的结构框图；

图2是根据本发明实施例所提供的列车的制动系统的结构框图；

图3是根据本发明实施例的列车的制动方法的流程图；

图4是根据本发明优选实施方式提供的列车的制动系统的结构示意图；

图5是根据本发明优选实施方式提供的列车的制动系统中车辆单元的示意图；

图6是根据本发明优选实施方式提供的列车的制动系统中车辆单元的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在相关技术中，在列车(例如，铁路货车)上一般采用空气制动系统，该系统包括：软管连接器，组合式集尘器，阀，储风缸(包括双室风缸和副风缸)以及制动缸，其中，软管连接器用于连接前后车辆间空气管路，组合式集尘器用于截断本车辆制动系统与列车管路间联系，阀用于控制不同的通路切换，储风缸用于存储压力空气，制动缸用于输出制动力。

该空气制动系统的工作方式如下：缓解时，列车管充风，阀使气路处于副风缸与列车管连通、制动缸与大气连通状态，储风缸充风、制动缸排风，活塞回退，制动系统缓解；制动时，列车管减压，阀控制气路切换使列车管与副风缸切断、副风缸与制动缸连通、制动缸充风、活塞推出，带动杠杆机构及闸瓦动作开始制动作用。其中，该制动缸作为产生制动力的直接来源，包括缸体、活塞、密封圈、复原弹簧等，制动缸充气时，活塞推出输出推力，排气时，活塞在复原弹簧作用下返回。

但采用上述空气制动系统存在以下问题：由于空气信号传递速度较慢，列车前后部车辆制动作用时间不一致，容易造成较大的纵向冲动。空气信号在长距离传递过程中易出现信号衰减，导致各部位控制阀作用差异，整列车制动力不一致、热负荷不均匀，带来异常磨耗问题。由于空气介质的可压缩性，制动缸输出力的调整必然伴随着制动缸充排气的过程，调整速度较慢，限制了制动力的快速调整，不利于列车的智能精准控制。压力空气存在密封要求，铁路货车存在低温、振动等恶劣运行环境，易出现漏泄等故障问题。

在相关技术中，还提出了一种电控空气制动系统，该电控空气制动系统是一种微机系统控制的直通式制动系统，该系统通过电子信号传输控制指令，车辆的微机系统根据收到的电子指令控制制动电磁阀及缓解电磁阀动作实现直接由副风缸向制动缸充风制动及制动缸排风缓解。压缩空气是制动力产生的来源，但空气不作为制动指令的传递介质。列车管持续向副风缸充风，列车管在制动时不排风。该电控空气制动系统能够提供几乎同步的制动命令，实现全列车的同步制动、缓解和再制动，它具有阶段制动、阶段缓解的特性。但该电控空气制动系统还存在一些问题：(1)同时存在电子信号系统及空气压力系统，加大了系统的复杂程度，降低了系统可靠性，同时未能解决由低温及振动环境造成的空气管路及部件漏泄问题。(2)采用压缩空气作为动力来源，制动缸作为执行机构，由于空气介质的可压缩性存在制动力调整速度慢，不利于列车的智能精准控制。

基于上述问题，在本发明实施例中，提供了一种新的列车的制动方案，该制动方案采用制动指令电子信号传递、电机直接驱动产生制动力的电制动技术方案，实现铁路货车制动系统去风化设计，能够解决空气制动时空气漏泄故障、作用一致性差、无法实现快速调整等问题。从而达到提高整列车制动力的一致性、同步性，实现制动力的快速精准调整的效果。

在本发明实施例中，提供了一种列车的制动装置，图1是根据本发明实施例提供的列车的制动装置的结构框图，如图1所示，该列车的制动装置包括：车辆控制器12和制动执行机构14，其中，车辆控制器12，用于接收制动指令，并依据制动指令控制制动执行机构执行制动；制动执行机构14，用于基于车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将制动力放大完成制动，其中，该制动执行机构包括用于采用电机驱动产生制动力的电机驱动结构。

通过上述列车的制动装置，采用采用电机驱动方式产生制动力，达到了电机直接驱动产生制动力的目的，从而实现了列车制动系统去风化，能够快速精准调整制动力的技术效果，进而解决了相关技术中采用空气压力进行列车制动，存在易造成列车部件损坏，而且制动不精确技术问题。

作为一种可选的实施例，上述车辆控制器接收制动指令，该制动指令可以是列车的机车单元(例如，可以是司机室通过司机或者智能操控平台)发出的。车辆控制器接收到该制动指令后对该制动指令进行转化，得到用于后续对制动执行机构中驱动器进行驱动的驱动指令，从而实现对制动执行机构的控制。

作为一种可选的实施例，制动执行机构所采用的制动方式是直接采用电机驱动的方式发生制动力，所实现的方式可以包括多种，例如，该制动执行机构可以采用以下结构：制动执行机构包括：驱动器，伺服电机和电动缸，其中，驱动器，用于接收车辆控制器的控制指令(例如，上述所指的驱动指令)，依据控制指令生成电流，并通过该电流驱动伺服电机转动；伺服电机，用于基于驱动器的驱动进行转动产生力(即制动力)；电动缸，用于将伺服电机产生的力进行放大，直线推动基础制动装置完成制动。优选地，电动缸可以结合减速机不仅将伺服电机产生的力进行放大，而且还能将伺服电机的转动转换为直线推动，从而带动基础制动装置完成制动动作，即实现制动力的杠杆作用，其中，该基础制动装置可以采用多种类型的杠杆布置方式。通过采用上述伺服电机及电动缸的制动执行机构，实现了快速精准调整制动力的效果，能够适应未来列车智能发展的需要。需要指出的是，上述伺服电机和电动缸均可以采用多种型式，例如，伺服电机可以采用步进电机型式等；电动缸可以采用电动推杆结构型式等。

作为一种可选的实施例，该列车的制动装置还可以包括蓄电池，其中，蓄电池，用于依据车辆控制器的控制完成充电和供电。即针对列车所包括的各个车辆分别采用蓄电池来分布供电。采用蓄电池分布充电，分布供电的系统结构，能够有效减少全列制动作用时对总线的电流冲击，且能有效应对列车分离等意外情况，且能适应列车过分相等供电受限应用场景。需要说明的是，上述蓄电池可以采用多种储能型式，例如，可以采用超级电容、充电电容等型式的储能型式。

作为一种可选的实施例，该列车的制动装置还可以包括：辅助功能模块，其中，辅助功能模块用于实现制动的辅助操作。其中，该辅助功能模块可以包括多种，例如，可以包括以下至少之一：位移传感器，加速度传感器和手动开关。需要说明的是，上述辅助功能模块仅仅是本发明实施例的一种举例，并非穷举。为完善列车的制动装置的制动功能，或者其它特殊场景的需求时，还可以采用用于实现其它辅助操作的设备。下面对上述列举的位移传感器，加速度传感器以及手动开关分别说明。

位移传感器，用于获取车辆的载重信息，其中，载重信息用于车辆控制器确定对制动执行机构的制动控制。例如，车辆的载重信息是指该车辆的装载货物的重量，例如，可以是空载，也可以是满载。由于车辆不同的载重，用于制动的力是不同的，因此，由车辆控制器发出的用于对制动执行机构进行制动控制的控制指令也是不同的。

加速度传感器，用于监控车辆的脱轨状态，其中，脱轨状态用于车辆控制器确定对制动执行机构的制动控制。加速度传感器可以用于监控车辆的加速度信息，而加速度信息可以用于判定车辆是否脱轨。依据车辆是否脱轨确定用于对车辆进行制动的力是不同的，例如，在依据加速度信息确定出车辆处于脱轨状态时，车辆控制器可以直接发出紧急制动指令，采用制动执行机构进行紧急制动。因此，依据车辆的脱轨状态来实现对制动执行机构的制动控制，能够有效地对制动执行机构进行精准的控制，从而提高整个列车的制动准确性。

手动开关，用于在车辆故障时，切断依据车辆控制器控制的制动，手动开闭车门。需要说明的是，此处所指的手动开关即是在车辆故障时，对车辆的车门的开闭操作。例如，在车辆故障时设置关车门标记，切断故障车制动作用，从而隔离故障制动单元。

作为一种可选的实施例，该列车的制动装置还可以包括：手动操作机构，其中，手动操作机构用于在制动执行机构故障的情况下，手动执行车辆的制动。即在列车的制动装置中设置一个备份的制动操作机构，在电动的制动执行机构故障的时候，可以采用手动操作机构实现对车辆的制动，有效地保障列车的行车安全。

在本发明实施例，还提供了一种列车的制动系统，图2是根据本发明实施例所提供的列车的制动系统的结构框图，如图2所示，该列车的制动系统包括：机车单元22和车辆单元24，其中，车辆单元包括上述任一项的装置，车辆单元包括多个，机车单元，用于对多个车辆单元供电，以及对多个车辆单元进行控制。

作为一种可选的实施例，机车单元与车辆单元，以及车辆单元间通过电缆连通。通过电缆连通的方式，不仅可以实现信号的传输，而且还可以为各个车辆单元供电，有效降低列车系统的复杂性。

根据本发明实施例，提供了一种列车的制动方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。图3是根据本发明实施例的列车的制动方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S302，车辆控制器接收制动指令，并依据制动指令控制制动执行机构执行制动；

步骤S304，制动执行机构基于车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将制动力放大完成制动。

通过上述步骤，采用采用电机驱动方式产生制动力，达到了电机直接驱动产生制动力的目的，从而实现了列车制动系统去风化，能够快速精准调整制动力的技术效果，进而解决了相关技术中采用空气压力进行列车制动，存在易造成列车部件损坏，而且制动不精确技术问题。

作为一种可选的实施例，制动执行机构基于车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将制动力放大完成制动可以采用以下方式：采用驱动器根据控制指令生成电流，并通过电流驱动伺服电机转动；通过伺服电机的转动产生力；通过电动缸将伺服电机产生的力进行放大，并直线推动基础制动装置完成制动。

结合上述实施例及优选实施例，下面对本发明的优选实施方式进行说明。

图4是根据本发明优选实施方式提供的列车的制动系统的结构示意图，如图4所示，该系统包括：机车单元、车辆单元、总线网络及列尾装置，其中，该机车单元为列车控制中心，对后部车辆进行供电及发送控制指令和接收控制信息；车辆单元可以包括车辆控制器、供电模块、通信模块、蓄电池、执行机构及辅助功能装置等，用于接收并执行制动控制指令完成制动力输出，同时具有蓄电池电源管理功能。

图5是根据本发明优选实施方式提供的列车的制动系统中车辆单元的示意图，如图5所示，该车辆单元包括：控制系统，执行机构(即上述所指的制动执行机构)和辅助功能装置(与上述辅助功能模块的功能相同)。其中，该控制系统包括：车辆控制器(CCD)，电源管理模块，网络管理模块和蓄电池等；该执行机构包括：驱动器，伺服电机和电动缸等；该辅助功能装置包括：位移传感器，加速度传感器和开断按钮(或称开关按钮)等。

CCD通过电源管理模块完成蓄电池的充电及供电，网络管理模块实现控制指令及状态信息的网络传递，CCD控制执行机构驱动器、伺服电机及电动缸产生制动力，经基础制动装置放大传递制动力完成制动作用，辅助功能装置用于辅助实现空重车自动测量、脱轨状态自动监测及手动关门隔离故障单元。手动操作机构用于特殊场景下的手动施加及缓解操作。

图6是根据本发明优选实施方式提供的列车的制动系统中车辆单元的结构图，如图6所示，该车辆两端设有车间电缆，与相邻车辆车间电缆连通，构成总线网络，能够传递网络电子信号及供电电源。车辆以车辆控制器CCD为控制核心，通过电源管理模块对蓄电池充放电进行电源管理，通过通信模块接收机车控制指令及上传数据信息。CCD通过辅助功能装置中位移传感器获取的车辆载重信息，并对接收到的制动控制指令进行转换处理后发送给驱动器。驱动器将指令转化为对应的电流，依据该电流驱动伺服电机转动，再通过减速机及电动缸将力放大转变为直线推动作用，带动基础制动杠杆作用实现车辆的制动作用。

在列车运行过程中，CCD还通过加速度传感器连续监控车辆脱轨状态，监测到有发生车辆脱轨危险时及时对本车及整列车发出紧急制动指令，保证列车运行安全。辅助功能装置中开关按钮用于在车辆故障时设置关门车标记，切断故障车制动作用。

通过上述优选实施方式，能够实现以下效果：

(1)实现了铁路货车制动系统去风化，解决了制动系统漏泄等由空气压力导致的故障问题。(2)电同时作为信号及能量介质，系统复杂程度大大降低，整列车制动的同步性、一致性大大增强，纵向冲动大大降低。(3)采用蓄电池分布充电，分布供电的系统结构，能够有效减少全列制动作用时对总线的电流冲击，且能有效应对列车分离等意外情况，且能适应列车过分相等供电受限应用场景。(4)采用伺服电机及电动缸的执行机构型式，具有快速精准调整制动力的能力，能够适应未来列车智能发展的需要。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种列车的制动装置，其特征在于，包括：车辆控制器和制动执行机构，其中，

所述车辆控制器，用于接收制动指令，并依据所述制动指令控制所述制动执行机构执行制动；

所述制动执行机构，用于基于所述车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将所述制动力放大完成制动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述制动执行机构包括：驱动器，伺服电机和电动缸，其中，

所述驱动器，用于接收所述车辆控制器的控制指令，依据所述控制指令生成电流，并通过所述电流驱动所述伺服电机转动；

伺服电机，用于基于所述驱动器的驱动进行转动产生力；

所述电动缸，用于将所述伺服电机产生的力进行放大，直线推动基础制动装置完成制动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：蓄电池，其中，所述蓄电池，用于依据所述车辆控制器的控制完成充电和供电。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：辅助功能模块，其中，所述辅助功能模块用于实现制动的辅助操作。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述辅助功能模块包括以下至少之一：

位移传感器，用于获取车辆的载重信息，其中，所述载重信息用于所述车辆控制器确定对所述制动执行机构的制动控制；

加速度传感器，用于监控车辆的脱轨状态，其中，所述脱轨状态用于所述车辆控制器确定对所述制动执行机构的制动控制；

手动开关，用于在车辆故障时，切断依据所述车辆控制器控制的制动，手动开闭车门。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：手动操作机构，其中，所述手动操作机构用于在所述制动执行机构故障的情况下，手动执行车辆的制动。

7.一种列车的制动系统，其特征在于，包括：机车单元和车辆单元，其中，所述车辆单元包括权利要求1至6中任一项所述的装置，所述车辆单元包括多个，所述机车单元，用于对多个车辆单元供电，以及对所述多个车辆单元进行控制。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述机车单元与所述车辆单元，以及所述车辆单元间通过电缆连通。

9.一种列车的制动方法，其特征在于，

车辆控制器接收制动指令，并依据所述制动指令控制制动执行机构执行制动；

所述制动执行机构基于所述车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将所述制动力放大完成制动。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制动执行机构基于所述车辆控制器的控制，采用电机驱动方式产生制动力，并将所述制动力放大完成制动包括：

采用驱动器根据所述控制指令生成电流，并通过所述电流驱动伺服电机转动；

通过所述伺服电机的转动产生力；

通过电动缸将所述伺服电机产生的力进行放大，并直线推动基础制动装置完成制动。

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