CN112008310A - 一种大型储罐拱顶梁一体化组焊系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型储罐拱顶梁一体化组焊系统，包括组对平台、自动焊接装置和内置PLC控制器的控制柜，所述组对平台由若干平台单元依次拼接而成，每个平台单元包括平台基座和多个用于固定拱顶梁内外翼缘板的卡板组件，每个卡板组件沿平台基座的长度方向间隔布置；每组卡板组件配置一个驱动装置；所述组对平台的驱动装置与PLC控制器相连；所述自动焊接装置可沿固定于卡板组件的拱顶梁内外翼缘板上沿行走，自动焊接装置与PLC控制器相连。本发明还提供了一种大型储罐拱顶梁一体化组焊方法。本发明的有益效果为：设计组对平台和自动焊接装置，并利用PLC控制器控制各装置的运行，实现拱顶梁组对、焊接一体化，与现有技术中人工操作相比，提高了组对、焊接精度，保证了焊接质量。

Description

一种大型储罐拱顶梁一体化组焊系统及方法

技术领域

本发明涉及储罐焊接技术领域，具体涉及一种大型储罐拱顶梁一体化组焊系统及方法。

背景技术

大型储罐拱顶梁多为“H”型钢弯曲结构，一般采用自行下料、手工焊接的方式进行制作。目前尚无专业的组对平台，由于板材自身厚度的原因，在拱顶梁组对、焊接的过程中极易产生变形，且其变形具有复杂性和多样性，后期进行形状矫正的困难性较大；同时，采用手工焊接的方法焊接大型储罐拱顶梁效率较为低下，焊接质量也不能得到有效保障。

大型储罐拱顶梁组对、焊接变形、焊缝质量问题严重影响着产品的按期交付。传统的大型储罐拱顶梁组对、焊接防变形方法主要是，通过地面模具对其板材进行限位固定，并调整焊接工艺进行控制，焊接完成后再次对拱顶梁变形的位置进行矫形处理。采用上述传统工艺时，往往需要根据不同规格的拱顶梁结构，制作不同规格的地面模具，占用施工场地的同时还会浪费较多的施工辅材和人力资源；同时，拱顶梁的制作精度和生产效率也较为低下，严重影响产品的施工周期。此外，目前大型储罐拱顶梁的焊接施工多依赖人工进行，自动化程度低且组对及焊接精度低，大大降低了施工效率和成品。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不同，提供一种组对精度高、焊接效率高的大型储罐拱顶梁一体化组焊系统及方法。

本发明采用的技术方案为：一种大型储罐拱顶梁一体化组焊系统，包括组对平台、自动焊接装置和内置PLC控制器的控制柜，所述组对平台由若干平台单元依次拼接而成，每个平台单元包括平台基座和多个用于固定拱顶梁内外翼缘板的卡板组件，每个卡板组件沿平台基座的长度方向间隔布置；每组卡板组件配置一个驱动装置；所述组对平台的驱动装置与PLC控制器相连；所述自动焊接装置可沿固定于卡板组件的拱顶梁内外翼缘板上沿行走，自动焊接装置与PLC控制器相连；所述PLC控制器控制驱动装置动作，将卡板组件移动至设定位置，使卡板组件夹紧拱顶梁的内外翼缘板；并启动自动焊接装置，实现拱顶梁腹板与内外翼缘板的焊接。

按上述方案，所述卡板组件包括滑移轴，以及正对布置的第一卡板和第二卡板，所述第一卡板的上部穿过开设于平台基座上的安装槽后，通过两侧的第一滑动角支座设于平台基座上；所述安装槽沿平台基座的宽度方向间隔布置且安装槽的长度方向与滑移轴的轴线方向一致；第一卡板的底部设于第一座体上，第一座体与滑移轴相连；所述第二卡板的上部穿过安装槽后，通过两侧的第二滑动角支座设于平台基座上；第二卡板的底部设于第二座体上，滑移轴穿过第二座体；所述第一座体和第二座体分别与驱动装置相连，驱动装置带动第二卡板和第二卡板沿滑移轴轴向移动，使第一卡板和第二卡板移动至设定位置，各第一卡板设定位置的连线与拱顶梁内翼缘板的轮廓线相适配，各第二卡板设定位置的连线与拱顶梁外翼缘板的轮廓线相适配，第一卡板和第二卡板的间距与拱顶梁的宽度相适配。

按上述方案，所述驱动装置包括安装于平台基座下表面的多级液压驱动机构和气动推杆机构，所述多级液压驱动机构的驱动端与设于第一座体上的第一连接耳板A铰接，气动推杆机构与设于第一座体上的第一连接耳板B相连，气动推杆机构的驱动端与设于第二座体上的第二连接耳板铰接；多级液压驱动机构的驱动方向及气动推杆机构的驱动方向均与滑移轴的轴线方向平行。

按上述方案，所述第一座体和第二座体上均分别布置有位移传感器，所述位移传感器用于检测第一卡板或第二卡板的位移信息，并将该位移信息发送至PLC控制器。

按上述方案，所述第一座体为与PLC控制器相连的电磁吸附座。

按上述方案，平台基座的底部设四条支腿；平台基座上开设有用于背面焊接的操作孔。

按上述方案，所述自动焊接装置包括自动焊小车、焊丝滚筒、送丝机构和焊枪头，所述自动焊小车的底部安装有左右两组行走轮，两组行走轮的间距与拱顶梁的宽度一致，行走轮可沿拱顶梁的内外翼缘板上沿行走；所述焊丝滚筒、送丝机构和焊枪头均布置有两组，分设于安装于自动焊小车的两侧，两组送丝机构均分别连通保护气管道；焊丝缠绕在焊丝滚筒上，焊丝头部自焊丝滚筒引出后经送丝机构引入焊枪头；所述焊枪头上安装有焊缝识别感应器，所述焊缝识别感应器与PLC控制器相连，用于对焊缝自动定位跟踪识别。

按上述方案，所述送丝机构包括与保护气管道连通的封闭罩体、内设于罩体的上滚筒和下滚筒；所述焊丝自上下滚筒之间的缝隙穿过，利用上下滚筒的转动实现送丝；保护气经送丝机构引入焊枪头。

本发明还提供了一种大型储罐拱顶梁一体化组焊方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、提供如上所述组焊系统各构件，并安装调试；

步骤二、PLC控制器根据拱顶梁相关规格参数设计各卡板组件中第一卡板和第二卡板在平台基座上的设定位置，各第一卡板设定位置的连线与拱顶梁内翼缘板的轮廓线相适配，各第二卡板设定位置的连线与拱顶梁外翼缘板的轮廓线相适配，第一卡板和第二卡板的间距与拱顶梁的宽度相适配；

步骤三、PLC控制器接收各位移传感器的位移信息，并结合各卡板组件中第一卡板和第二卡板的设定位置，控制驱动装置将第一卡板和第二卡板移动到位；在第一卡板和第二夹板之间的平台基座上方式下撑板；

步骤四、将拱顶梁的内外翼缘板及腹板吊装至组对平台上，利用第一卡板和第二卡板夹紧内外翼缘板，并在腹板上放置上撑板；

步骤五、拱顶梁夹持组装完成后，利用自动焊接装置完成对拱顶梁的上下部焊接。

本发明的有益效果为：

1、本发明设计组对平台和自动焊接装置，并利用PLC控制器控制各装置的运行，实现拱顶梁组对、焊接一体化，与现有技术中人工操作相比，提高了组对、焊接精度，保证了焊接质量，提高了拱顶梁焊后曲率检查的一次合格率，降低了拱顶梁组对、焊接的制造难度，提高了施工效率，同时节省了大量的人力资源；

2、所述组对平台中各卡板分别配置位移传感器，位移传感器向PLC控制器实时反馈各卡板的位移信息，并由独立的多级液压驱动装置进行驱动，实现各卡板位置的高精度自动调节，减少了对辅助操人员的需求，节约了人工成本；

3、所述卡板组件设计电磁吸附座，第一卡板移动至设定位置后，利用电磁吸附座将第一卡板吸附在平台基座的下表面，减少了拱顶梁内外翼缘板和腹板在吊装落位过程中碰撞冲击各卡板造成的位移，保证了拱顶梁组对过程中的曲率尺寸精度；

4、所述平台基座上相邻两个安装槽之间开设一个用于拱顶梁背面焊的操作孔，可实现对拱顶梁正面和反面同时焊接的需求，大大提高了生产效率；

5、所述组对平台由多个平台单元拼接而成，这种模块化设计可根据具体拱顶梁的长度选择合适数量的平台单元，并拼接平台基座，一方面可用于不同尺寸的拱顶梁，具有较强的通用性和灵活性；另一方面这种拼接式结构可以满足不同场地的生产需求，对作业环境的适应性较强；

6、所述自动焊接装置设置两个焊枪头，并同时配置追踪识别感应器，具有追踪识别功能，两个焊枪同步自动定位追踪识别焊接，提高了焊接效率，且焊缝的一次焊接合格率可以得到有效保障。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为拱顶梁安装于所述焊接系统上的局部放大图。

图3为本实施例中组对平台的结构示意图一。

图4为本实施例中组对平台的结构示意图二。

图5为本实施例中驱动装置与卡板组件的连接示意图。

图6为本实施例中第一卡板的结构示意图。

图7为本实施例中第二卡板的连接示意图。

图8为本实施例中自动焊接装置的结构示意图。

其中：1、组对平台；1.1、平台基座；1.2、安装槽；1.3、操作孔；1.4、支腿；1.5、下撑板；1.6、第一卡板；1.7、第一座体；1.8、滑移轴；1.9、第一滑动角支座；1.10、第一连接耳板A；1.11、第一连接耳板B；1.12、第二卡板；1.13、第二座体；1.14、第二滑动角支座；1.15、第二连接耳板；1.16、多级液压驱动机构；1.17、气动推杆机构；1.18、上撑板；1.19、滑台；2、拱顶梁；2.1、内翼缘板；2.2、外翼缘板；2.3、腹板；2.4、内弧曲线；3、自动焊接装置；3.1、自动焊小车；3.2、行走轮；3.3、焊丝滚筒；3.4、焊丝；3.5、送丝机构；3.6、保护气管道；3.7、焊枪头；4、控制柜。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

储罐拱顶梁2多为“H”型钢弯曲结构，其包括腹板2.3和分设于腹板2.3两侧的内外翼缘板；腹板2.3及两翼缘板由钢板切割，最后组焊形成拱顶梁2。如图1所示一种大型储罐拱顶梁2一体化组焊系统，包括如上所述的组对平台1、自动焊接装置3和内置PLC控制器的控制柜4，所述组对平台1由若干平台单元依次拼接而成，每个平台单元包括平台基座1.1和多个用于固定拱顶梁2内外翼缘板的卡板组件，每个卡板组件沿平台基座1.1的长度方向间隔布置；每组卡板组件配置一个驱动装置，驱动装置与PLC控制器相连；所述自动焊接装置3沿固定于卡板组件的拱顶梁2内外翼缘板上沿行走，自动焊接装置3与PLC控制器相连；所述PLC控制器控制驱动装置动作将卡板组件移动至设定位置并夹紧拱顶梁2的内外翼缘板，并在腹板2.3安装完成后启动自动焊接装置3，实现拱顶梁2其腹板2.3与内外翼缘板的焊接。本发明中，各卡板组件在平台基座1.1上的设定位置由拱顶梁2的长度及曲率确定。

优选地，所述卡板组件包括滑移轴1.8，以及正对布置的第一卡板1.6和第二卡板1.12，所述第一卡板1.6的上部穿过开设于平台基座1.1上的安装槽1.2后，通过两侧的第一滑动角支座1.9设于平台基座1.1上(第一滑动角支座1.9的底部设滑台1.19，滑台1.19与平台基座1.1上表面接触；滑台1.19采用聚四氟乙烯材料制作，耐磨润滑)；所述安装槽1.2沿平台基座1.1的宽度方向间隔布置且安装槽1.2的长度方向与滑移轴1.8的轴线方向一致；第一卡板1.6的底部设于第一座体1.7上，第一座体1.7与滑移轴1.8相连；所述第二卡板1.12的上部穿过安装槽1.2后，通过两侧的第二滑动角支座1.14设于平台基座1.1上；第二卡板1.12的底部设于第二座体1.13上，滑移轴1.8穿过第二座体1.13；所述第一座体1.7和第二座体1.13分别与驱动装置相连，驱动装置带动第二卡板1.12和第二卡板1.12沿滑移轴1.8轴向移动，使第一卡板1.6和第二卡板1.12移动至设定位置，各第一卡板1.6设定位置的连线与拱顶梁2其内翼缘板2.1的轮廓线(也即拱顶梁2的内弧曲线2.4)相适配，各第二卡板1.12设定位置的连线与拱顶梁2其外翼缘板2.2的轮廓线相适配，第一卡板1.6和第二卡板1.12的间距与拱顶梁2的宽度相适配。

优选地，所述驱动装置包括安装于平台基座1.1下表面的多级液压驱动机构1.16和气动推杆机构1.17，所述多级液压驱动机构1.16的驱动端与设于第一座体1.7上的第一连接耳板A1.10铰接，气动推杆机构1.17与设于第一座体1.7上的第一连接耳板B1.11相连，气动推杆机构1.17的驱动端与设于第二座体1.13上的第二连接耳板1.15铰接；多级液压驱动机构1.16的驱动方向及气动推杆机构1.17的驱动方向均与滑移轴1.8的轴线方向平行。本实施例中，多级液压驱动机构1.16驱动第一卡板1.6和第二卡板1.12沿安装槽1.2的长度方向移动，将第一卡板1.6移动至设定位置；再启动气动推杆机构1.17，将第二卡板1.12移动至设定位置。

优选地，所述第一座体1.7和第二座体1.13上均分别布置有位移传感器，所述位移传感器用于检测第一卡板1.6或第二卡板1.12的位移信息，并将该位移信息发送至PLC控制器，PLC控制器接收该位移信息并与对应卡板的设定位置比对，计算驱动装置的行程，控制驱动装置动作，最终将第一卡板1.6和第二卡板1.12移动至设定位置。

优选地，所述第一座体1.7为与PLC控制器相连的电磁吸附座，当第一卡板1.6移动至设定位置后，PLC控制器控制电磁吸附座得电吸附于平台基座1.1的下表面，第一卡板1.6随之固定。

优选地，平台基座1.1的底部设四条支腿1.4；平台基座1.1上开设有用于背面焊接的操作孔1.3，操作孔1.3的大小以最大面积覆盖该段拱顶梁2且保证平台基座1.1的强度为准。

优选地，所述自动焊接装置3包括自动焊小车3.1、焊丝滚筒3.3、送丝机构3.5和焊枪头3.7，所述自动焊小车3.1的底部安装有左右两组行走轮3.2，两组行走轮3.2的间距与拱顶梁2的宽度一致，行走轮3.2可沿拱顶梁2的内外翼缘板上沿行走；所述焊丝滚筒3.3、送丝机构3.5和焊枪头3.7均布置有两组，分设于安装于自动焊小车3.1的两侧，两组送丝机构3.5均分别连通保护气管道3.6；焊丝3.4缠绕在焊丝滚筒3.3上，焊丝3.4头部自焊丝滚筒3.3引出后经送丝机构3.5引入焊枪头3.7；所述焊枪头3.7上安装有焊缝识别感应器，所述焊缝识别感应器与PLC控制器相连，用于对焊缝自动定位跟踪识别。

本实施例中，所述送丝机构3.5包括与保护气管道3.6连通的封闭罩体、内设于罩体的上滚筒和下滚筒；所述焊丝3.4自上下滚筒之间的缝隙穿过，利用上下滚筒的转动实现送丝；保护气经送丝机构3.5引入焊枪头3.7。本实施例中，送丝机构3.5为现有技术，这里不再赘述。自动焊接装置3为气体保护焊；两个焊枪头3.7的设计，可实现腹板2.3两侧同步自动定位追踪识别焊接。

本发明还提供了一种大型储罐拱顶梁2一体化组焊方法，主要包括所述组焊系统的搭建调试、拱顶梁2规格参数设置及卡板组件位置设定、拱顶梁2夹持组装和拱顶梁2焊接这四部分，所述组焊系统调试完成后，对拱顶梁2各构件进行辅助组对夹持固定，并由自动焊接装置3进行双枪同步自动追踪识别焊接。卡板结构曲率及第一卡板1.6和第二卡板1.12的位置由PLC控制器根据拱顶梁2的规格参数进行设定，撑板数量与每组卡板的数量相对应，拱顶梁2各构件每个位置的夹持操作均可由一人控制完成。一种大型储罐拱顶梁2一体化组焊方法具体包括如下步骤：

步骤一、提供如上所述组焊系统各构件，并安装调试。

拱顶梁2组对焊接前，根据拱顶梁2的长度选择合适数量的平台单元，并依次拼装；再将各平台单元与PLC控制器和驱动装置连接调试，以保证各平台单元内卡板组件的移位精度。

步骤二、PLC控制器根据拱顶梁2相关规格参数设计各卡板组件中第一卡板1.6和第二卡板1.12的位置。

向PLC控制器输入拱顶梁2的相关规格参数如拱顶梁2长度和宽度、拱顶梁2曲率等，PLC控制器根据拱顶梁2的相关规格参数设计各卡板组件中第一卡板1.6、第二卡板1.12的设定位置，以及第一卡板1.6与第二卡板1.12的间距，使各第一卡板1.6设定位置的连线与拱顶梁2其内翼缘板2.1的轮廓线适配，各第二卡板1.12设定位置的连线与拱顶梁2其外翼缘板2.2的轮廓线适配，第一卡板1.6和第二卡板1.12的间距与拱顶梁2的宽度相适配。

步骤三、PLC控制器接收各位移传感器的位移信息，并结合各卡板组件中第一卡板1.6和第二卡板1.12的设定位置计算各驱动装置的驱动位移，控制驱动装置将第一卡板1.6和第二卡板1.12移动到位；在第一卡板1.6和第二夹板之间的平台基座1.1上方式下撑板1.5。具体地，各多级液压驱动机构1.16分别驱动第一卡板1.6至对应设定位置，并控制电磁吸附装置启动，吸附平台基座1.1以固定第一卡板1.6；气动推杆机构1.17推动第二卡板1.12至对应设定位置；在第一卡板1.6和第二卡板1.12之间的平台基座1.1上放置下撑板1.5。

步骤四、将拱顶梁2的内外翼缘板及腹板2.3吊装至组对平台1上，利用第一卡板1.6和第二卡板1.12夹紧内外翼缘板，并在腹板2.3上放置上撑板1.18。具体地，将拱顶梁2其内翼缘板2.1放置在各第一卡板1.6设定位置处，拱顶梁2的腹板2.3放置在各下撑板1.5上，拱顶梁2其外翼缘板2.2放置在第二卡板1.12设定位置处，并在腹板2.3上放置上撑板1.18；依次调整每组卡板组件对应的气动推杆机构1.17，使第一卡板1.6和第二卡板1.12夹紧拱顶梁2的内外翼缘板。

步骤五、拱顶梁2自动化焊接。拱顶梁2夹持组装完成后，自动焊接装置3由一名焊工控制进行双枪间断自动跳焊。自动焊接装置3为气体保护焊，焊枪具有追踪识别功能，两个焊枪和实现同步自动定位追踪识别焊接。间断焊接完成后，调整撑板位置，对其遮挡位置再次进行2道焊缝同步焊接。拱顶梁2上部焊接完成后对其进行翻面，采用同样工序进行夹持、组装和焊接。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大型储罐拱顶梁一体化组焊系统，其特征在于，包括组对平台、自动焊接装置和内置PLC控制器的控制柜，所述组对平台由若干平台单元依次拼接而成，每个平台单元包括平台基座和多个用于固定拱顶梁内外翼缘板的卡板组件，每个卡板组件沿平台基座的长度方向间隔布置；每组卡板组件配置一个驱动装置；所述组对平台的驱动装置与PLC控制器相连；所述自动焊接装置可沿固定于卡板组件的拱顶梁内外翼缘板上沿行走，自动焊接装置与PLC控制器相连；所述PLC控制器控制驱动装置动作，将卡板组件移动至设定位置，使卡板组件夹紧拱顶梁的内外翼缘板；并启动自动焊接装置，实现拱顶梁腹板与内外翼缘板的焊接。

2.如权利要求1所述的组焊系统，其特征在于，所述卡板组件包括滑移轴，以及正对布置的第一卡板和第二卡板，所述第一卡板的上部穿过开设于平台基座上的安装槽后，通过两侧的第一滑动角支座设于平台基座上；所述安装槽沿平台基座的宽度方向间隔布置且安装槽的长度方向与滑移轴的轴线方向一致；第一卡板的底部设于第一座体上，第一座体与滑移轴相连；所述第二卡板的上部穿过安装槽后，通过两侧的第二滑动角支座设于平台基座上；第二卡板的底部设于第二座体上，滑移轴穿过第二座体；所述第一座体和第二座体分别与驱动装置相连，驱动装置带动第二卡板和第二卡板沿滑移轴轴向移动，使第一卡板和第二卡板移动至设定位置。

3.如权利要求2所述的组焊系统，其特征在于，所述驱动装置包括安装于平台基座下表面的多级液压驱动机构和气动推杆机构，所述多级液压驱动机构的驱动端与设于第一座体上的第一连接耳板A铰接，气动推杆机构与设于第一座体上的第一连接耳板B相连，气动推杆机构的驱动端与设于第二座体上的第二连接耳板铰接；多级液压驱动机构的驱动方向及气动推杆机构的驱动方向均与滑移轴的轴线方向平行。

4.如权利要求2所述的组焊系统，其特征在于，所述第一座体和第二座体上均分别布置有位移传感器，所述位移传感器用于检测第一卡板或第二卡板的位移信息，并将该位移信息发送至PLC控制器。

5.如权利要求2所述的组焊系统，其特征在于，所述第一座体为与PLC控制器相连的电磁吸附座。

6.如权利要求2所述的组焊系统，其特征在于，平台基座的底部设四条支腿；平台基座上开设有用于背面焊接的操作孔。

7.如权利要求1所述的组焊系统，其特征在于，所述自动焊接装置包括自动焊小车、焊丝滚筒、送丝机构和焊枪头，所述自动焊小车的底部安装有左右两组行走轮，两组行走轮的间距与拱顶梁的宽度一致，行走轮可沿拱顶梁的内外翼缘板上沿行走；所述焊丝滚筒、送丝机构和焊枪头均布置有两组，分设于安装于自动焊小车的两侧，两组送丝机构均分别连通保护气管道；焊丝缠绕在焊丝滚筒上，焊丝头部自焊丝滚筒引出后经送丝机构引入焊枪头；所述焊枪头上安装有焊缝识别感应器，所述焊缝识别感应器与PLC控制器相连，用于对焊缝自动定位跟踪识别。

8.如权利要求7所述的组焊系统，其特征在于，所述送丝机构包括与保护气管道连通的封闭罩体、内设于罩体的上滚筒和下滚筒；所述焊丝自上下滚筒之间的缝隙穿过，利用上下滚筒的转动实现送丝。

9.一种大型储罐拱顶梁一体化组焊方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、提供权利要求1所述组焊系统各构件，并安装调试；

步骤二、PLC控制器根据拱顶梁相关规格参数设计各卡板组件中第一卡板和第二卡板在平台基座上的设定位置，各第一卡板设定位置的连线与拱顶梁内翼缘板的轮廓线相适配，各第二卡板设定位置的连线与拱顶梁外翼缘板的轮廓线相适配，第一卡板和第二卡板的间距与拱顶梁的宽度相适配；

步骤三、PLC控制器接收各位移传感器的位移信息，并结合各卡板组件中第一卡板和第二卡板的设定位置，控制驱动装置将第一卡板和第二卡板移动到位；在第一卡板和第二夹板之间的平台基座上方式下撑板；

步骤四、将拱顶梁的内外翼缘板及腹板吊装至组对平台上，利用第一卡板和第二卡板夹紧内外翼缘板，并在腹板上放置上撑板；

步骤五、拱顶梁夹持组装完成后，利用自动焊接装置完成对拱顶梁的上下部焊接。

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