CN112444641A - 水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，包括卡式挂载部件、倾斜调整部件、上下运动部件、五轮仪测速模块；卡式挂载部件安装在拖拉机主梁上，卡式挂载部件上设置倾斜检测模块；倾斜调整部件连接至卡式挂载部件上，上下运动部件上下滑动安装在倾斜调整部件上，倾斜调整部件与上下运动部件之间设置有测距模块，测距模块能够检测上下运动部件相对于倾斜调整部件的滑动距离；倾斜调整部件能够根据拖拉机倾斜角度调整上下运动部件角度，使上下运动部件保持竖直；上下运动部件上设置五轮仪测速模块，五轮仪测速模块能够检测拖拉机的行驶速度。本发明的优点在于：降低检测误差，检测精度较高。

Description

水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置
技术领域
本发明涉及检测自动化技术领域，具体涉及一种水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置。
背景技术
打滑率和下陷深度的检测是计算水田拖拉机在行驶或作业工况下动态特性的重要参数。对打滑率和下陷深度的实时监测有助于提高水田拖拉机的实时操作性、降低油耗、提高作业效率，同时也是了解拖拉机行走系轮胎或履带板与软质水田泥土之间力学作用机理的重要方式，其结果为水田动力机具的设计提供了有价值的依据。现有技术中，例如公开号为CN204882084U的中国实用新型专利公开了一种拖拉机打滑率检测装置，其包括光栅板、接近开关、控制器和显示器，所述的光栅板与驱动轮的轮毂固定，光栅板的外周间隔设有多个感应片，所述的感应片以轮毂中心轴为中心圆形分布，所述的接近开关设置在光栅板的侧部且刚好与上述感应片的运动轨迹正对，接近开关和显示器均与控制器电性连接。该拖拉机打滑率检测装置能在不影响机械工况直接测试完成，测试结果准确。打滑率是通过测量出主轴转速和车体速度后计算得出。主轴位置相对车体固定不变，其转速容易获取。
五轮仪是一种较为常见的测量车体速度的装置，由于主要部件是机械结构，其具有成本低、功耗小、精度适中、受电子类器件零偏性影响较小、易于维护等优点，适于安装在拖拉机上长时间、连续地检测车体速度。水田环境下的土壤水分过大、土壤坚实度小呈烂泥状，拖拉机在此类地面上行驶时车体时常向一侧倾斜。五轮仪正常工作时需要有一定的压力迫使轮面适度紧贴地面，当车体发生倾斜时，五轮仪的轮面与地面之间会出现一个夹角。
现有技术中的五轮仪是单自由度的结构，不能调整五轮仪的倾斜角度，这导致了现有五轮仪的轮面不能紧贴地面，容易产生测量误差。
现有技术中，下陷深度通过测量车体某固定点与某一基准面(如地面)之间的距离来获取。然而水田中的基准面是水面，水面会对光、超声波等媒介的传播产生漫反射现象，同时水面会受到拖拉机行走系统的影响而时刻发生大幅度波动，这使得采用激光、超声波、视觉等方法不能获取准确的距离值。现有技术中采用普通机械结构测量下陷深度的方法，同样是单自由度结构，不能解决常见的水田拖拉机行驶过程中车体出现倾斜而导致测量误差的问题。
有鉴于水田环境的特殊性，与现有技术相比，提供一种易于安装拆卸、能克服水面影响、实现适当倾斜角度调整、提高检测精度和实时性、低功耗、适于长时间连续地监测水田环境下拖拉机行驶时车速和下陷深度的检测装置具有重要的实用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：现有技术中检测水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度时，受拖拉机倾斜以及水面影响导致检测精度低的技术问题。
本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，包括卡式挂载部件、倾斜调整部件、上下运动部件、五轮仪测速模块；
所述卡式挂载部件安装在拖拉机主梁上，卡式挂载部件上设置有能够检测拖拉机相对于地面倾斜角度的倾斜检测模块；
倾斜调整部件连接至卡式挂载部件上，上下运动部件上下滑动安装在倾斜调整部件上，所述倾斜调整部件与上下运动部件之间设置有测距模块，测距模块能够检测上下运动部件相对于倾斜调整部件的滑动距离；
所述倾斜调整部件能够根据拖拉机倾斜角度调整上下运动部件角度，使上下运动部件保持竖直；
所述上下运动部件上设置五轮仪测速模块，五轮仪测速模块能够检测拖拉机的行驶速度。
本发明中的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置在实际应用时，拖拉机行驶，五轮仪测速模块随之移动，测距模块能够检测上下运动部件相对于倾斜调整部件的滑动距离；进而得到拖拉机的下陷深度，相对于现有技术，不以水面为基准，进而测试过程不受水面影响，因而测试精度更高，五轮仪测速模块则能够检测拖拉机的行驶速度，当拖拉机倾斜时，倾斜检测模块检测拖拉机相对于地面倾斜角度，根据拖拉机倾斜角度，倾斜调整部件调整上下运动部件角度，使上下运动部件保持竖直；降低或大比例消除因拖拉机在烂泥土壤上行驶时车体侧面倾斜而产生五轮仪测速模块轮面与地面之间的夹角，降低检测误差，检测精度较高。
优化的，所述倾斜检测模块采用陀螺仪。
优化的，所述卡式挂载部件包括卡式背板、卡板、螺丝；
所述卡式背板竖直设置，所述卡板设置两个，二者分别通过螺丝安装在卡式背板的顶端和底端，两个卡板分别夹持在拖拉机主梁的顶部和底部；
所述倾斜调整部件连接至卡式背板上，所述倾斜检测模块设置在卡式背板上。
实际安装时，两个卡板分别夹持在拖拉机主梁的顶部和底部；并可通过螺丝调节卡板在拖拉机主梁上的压紧程度，安装牢固、装拆方便。
优化的，所述卡板朝向拖拉机主梁的一面设置有防滑纹。
优化的，所述倾斜调整部件包括安装板，安装板铰接安装至卡式挂载部件上，铰接轴平行于拖拉机的行驶方向；
还包括伸缩驱动机构，伸缩驱动机构的两端分别铰接在卡式挂载部件及安装板上，伸缩驱动机构的铰接轴平行于拖拉机的行驶方向；
所述上下运动部件上下滑动安装在安装板上。
拖拉机向一侧倾斜时，伸缩驱动机构伸长或者缩短，安装板绕其铰接轴摆动，以使上下运动部件保持竖直，进而降低或大比例消除因拖拉机在烂泥土壤上行驶时车体侧面倾斜而产生五轮仪测速模块轮面与地面之间的夹角，降低检测误差，检测精度较高。
优化的，所述安装板与卡式挂载部件之间还设置有固定座、缓冲连接件，所述固定座通过缓冲连接件安装在卡式挂载部件上；
所述安装板铰接安装在固定座上。
缓冲连接件能够实现将固定座连接至卡式挂载部件上，同时还能够起到减震缓冲的作用，提高了整体装置在拖拉机快速行驶时的检测过程中抵抗外部冲击的能力，提高了装置的可靠性和耐久性。
优化的，所述安装板与固定座之间设置有旋转阻尼器。
旋转阻尼器能够将安装板与固定座连接，同时也具有快速衰减倾斜调整部件受到外部瞬间冲击力矩而产生的绕旋转阻尼器轴线旋转的振动的作用。
优化的，所述上下运动部件通过引导机构上下滑动安装在倾斜调整部件上，还包括作用在上下运动部件上使其具有下滑趋势的压轮部件。
优化的，所述压轮部件采用减震器，减震器的两端分别铰接在倾斜调整部件以及上下运动部件上，减震器两端的铰接轴均平行于拖拉机的行驶方向。
采用压轮部件，例如减震器，可以作用在上下运动部件上使其具有下滑趋势，进而作用在五轮仪测速模块上，使其紧压在地面，进而降低检测误差，提高检测精度。
优化的，所述五轮仪测速模块包括转动安装在上下运动部件上的测速轮，还包括设置在上下运动部件与测速轮之间的编码器。
拖拉机行驶时，测速轮随之行走，编码器能够检测测速轮的速度，进而准确得到拖拉机行驶速度。
本发明的优点在于：
1.本发明中的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置在实际应用时，拖拉机行驶，五轮仪测速模块随之移动，测距模块能够检测上下运动部件相对于倾斜调整部件的滑动距离；进而得到拖拉机的下陷深度，相对于现有技术，不以水面为基准，进而测试过程不受水面影响，因而测试精度更高，五轮仪测速模块则能够检测拖拉机的行驶速度，当拖拉机倾斜时，倾斜检测模块检测拖拉机相对于地面倾斜角度，根据拖拉机倾斜角度，倾斜调整部件调整上下运动部件角度，使上下运动部件保持竖直；降低或大比例消除因拖拉机在烂泥土壤上行驶时车体侧面倾斜而产生五轮仪测速模块轮面与地面之间的夹角，降低检测误差，检测精度较高。
2.实际安装时，两个卡板分别夹持在拖拉机主梁的顶部和底部；并可通过螺丝调节卡板在拖拉机主梁上的压紧程度，安装牢固、装拆方便。
3.拖拉机向一侧倾斜时，伸缩驱动机构伸长或者缩短，安装板绕其铰接轴摆动，以使上下运动部件保持竖直，进而降低或大比例消除因拖拉机在烂泥土壤上行驶时车体侧面倾斜而产生五轮仪测速模块轮面与地面之间的夹角，降低检测误差，检测精度较高。
4.缓冲连接件能够实现将固定座连接至卡式挂载部件上，同时还能够起到减震缓冲的作用，提高了整体装置在拖拉机快速行驶时的检测过程中抵抗外部冲击的能力，提高了装置的可靠性和耐久性。
5.旋转阻尼器能够将安装板与固定座连接，同时也具有快速衰减倾斜调整部件受到外部瞬间冲击力矩而产生的绕旋转阻尼器轴线旋转的振动的作用。
6.采用压轮部件，例如减震器，可以作用在上下运动部件上使其具有下滑趋势，进而作用在五轮仪测速模块上，使其紧压在地面，进而降低检测误差，提高检测精度。
7.拖拉机行驶时，测速轮随之行走，编码器能够检测测速轮的速度，进而准确得到拖拉机行驶速度。
附图说明
图1为本发明实施例中水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置的示意图；
图2为本发明实施例中水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置的爆炸图；
图3为本发明实施例中卡式挂载部件的爆炸图；
图4为本发明实施例中倾斜调整部件的示意图；
图5为本发明实施例中倾斜调整部件的爆炸图；
图6为本发明实施例中上下运动部件的示意图；
图7为本发明实施例中五轮仪测速模块的示意图；
图8为本发明实施例中水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置非倾斜状态的示意图；
图9为本发明实施例中水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置倾斜时的示意图；
图10为本发明实施例中拖拉机倾斜时倾斜调整部件将上下运动部件及五轮仪测速模块调整至非倾斜时的示意图；
图11为本发明实施例中上下运动部件及五轮仪测速模块上下滑动的示意图；
其中，
卡式挂载部件-1、倾斜检测模块-11、卡板-12、螺丝-13、卡式背板-14、防滑纹-121、弹簧定位柱-141；
倾斜调整部件-2、安装板-21、伸缩驱动机构-22、固定座-23、缓冲连接件-24、旋转阻尼器-25、滑块-26；
上下运动部件-3、测距模块-31、压轮部件-32、导轨-33；
五轮仪测速模块-4、测速轮-41、编码器-42；
拖拉机主梁-5。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
如图1所示，一种水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，包括卡式挂载部件1、倾斜调整部件2、上下运动部件3、五轮仪测速模块4、控制单元。
如图1、2所示，所述卡式挂载部件1安装在拖拉机主梁5上，卡式挂载部件1上设置有能够检测拖拉机相对于地面倾斜角度的倾斜检测模块11。
如图1所示，倾斜调整部件2连接至卡式挂载部件1上，上下运动部件3上下滑动安装在倾斜调整部件2上，所述倾斜调整部件2与上下运动部件3之间设置有测距模块31，测距模块31能够检测上下运动部件3相对于倾斜调整部件2的滑动距离。
所述倾斜调整部件2能够根据拖拉机倾斜角度调整上下运动部件3角度，使上下运动部件3保持竖直。
如图1所示，所述上下运动部件3上设置五轮仪测速模块4，五轮仪测速模块4能够检测拖拉机的行驶速度。
如图3所示，所述卡式挂载部件1包括卡式背板14、卡板12、螺丝13；所述卡式背板14呈矩形板状，所述卡式背板14竖直设置，所述卡板12设置两个，二者分别通过螺丝13安装在卡式背板14的顶端和底端，两个卡板12分别夹持在拖拉机主梁5的顶部和底部；所述倾斜调整部件2连接至卡式背板14上，所述倾斜检测模块11设置在卡式背板14上。如图3所示，所述卡板12朝向拖拉机主梁5的一面设置有防滑纹121。
所述倾斜检测模块11采用陀螺仪。陀螺仪安装在卡式背板14外侧中间位置，用以检测拖拉机的倾斜角度，本实施例中，所述控制单元采用PLC，PLC为现有技术，本领域技术人员根据实际需求对其进行编程，即可实现本实施例中所述的控制功能，所述陀螺仪能够将检测的拖拉机倾斜角度传输至控制单元。
如图4、5所示，所述倾斜调整部件2包括安装板21，安装板21整体呈竖直的板状结构，安装板21铰接安装至卡式挂载部件1上，铰接轴平行于拖拉机的行驶方向；还包括伸缩驱动机构22，伸缩驱动机构22的两端分别铰接在卡式挂载部件1及安装板21上，伸缩驱动机构22的铰接轴平行于拖拉机的行驶方向；所述上下运动部件3上下滑动安装在安装板21上。
具体的，所述伸缩驱动机构22采用电推杆，电推杆设置一对，所述卡式背板14外侧下部两侧分别设置一铰接耳，电推杆的伸缩端铰接安装在卡式背板14的两个铰接耳上，所述安装板21的内侧下部两侧各设置一铰接耳，所述电推杆铰接安装在安装板21的铰接耳上，两电推杆平行，电推杆连接至控制单元并由控制单元控制。
具体的，如图1所示，所述安装板21与卡式挂载部件1之间还设置有固定座23、缓冲连接件24，所述固定座23通过缓冲连接件24安装在卡式挂载部件1上；所述安装板21铰接安装在固定座23上。
所述卡式背板14外侧上部设置有四个弹簧定位柱141，四个弹簧定位柱141分布在一虚拟矩形的四个拐角处，所述缓冲连接件24采用弹簧，四个弹簧的第一端固定安装在对应的弹簧定位柱141上，所述固定座23上也设置有四个弹簧定位柱141，四个弹簧的第二端固定安装在固定座23上的弹簧定位柱141上。弹簧的固定可采用焊接的方式。
如图4、5所示，所述安装板21与固定座23之间设置有旋转阻尼器25。旋转阻尼器25为现有技术，市购即可。具体的，所述固定座23外侧设置铰接耳，所述安装板21顶部设置铰接耳，安装板21顶部通过旋转阻尼器25铰接在固定座23外侧的铰接耳上。
如图1、4、6所示，所述上下运动部件3通过引导机构上下滑动安装在倾斜调整部件2上，还包括作用在上下运动部件3上使其具有下滑趋势的压轮部件32。
具体的，所述引导机构包括设置在安装板21外侧的滑块26，滑块26设置上下各一个，所述上下运动部件3为L形的板，上下运动部件3的内侧竖直设置有与滑块26配合的导轨33，导轨33滑动安装在两滑块26中，所述测距模块31采用激光测距仪，激光测距仪安装在上下运动部件3下端折弯部位的上方，激光测距仪发射口朝上指向滑块26或者安装板21，激光测距仪能够将检测的数据传输至控制单元。
如图1、4、6所示，所述压轮部件32采用减震器，减震器的两端分别铰接在倾斜调整部件2以及上下运动部件3上，减震器两端的铰接轴均平行于拖拉机的行驶方向。减震器可采用直线阻尼减震器。
减震器的上端铰接安装在安装板21的内侧，上下运动部件3下端折弯的上方设置铰接耳，所述减震器的下端铰接安装在上下运动部件3下端折弯上方的铰接耳上。
另外，根据实际需求，压轮部件32也可采用拉簧，拉簧的两端分别安装在安装板21以及上下运动部件3上，拉簧对上下运动部件3施加向下的拉力。
压轮部件32还可采用设置在上下运动部件3上的配重块，以对上下运动部件3施加压力。
如图1、7所示，所述五轮仪测速模块4包括转动安装在上下运动部件3上的测速轮41，还包括设置在上下运动部件3与测速轮41之间的编码器42。
具体的，所述测速轮41通过轴承座转动安装在上下运动部件3的底端，且测速轮41轴线沿水平方向，所述编码器42设置在上下运动部件3的底端或者轴承座上，并连接至测速轮41的转轴，以检测测速轮41的转速，进而得到拖拉机的行驶速度，编码器42能够将检测的数据传输至控制单元。
工作原理：
如图8所示，本发明中的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置在实际应用时，拖拉机行驶，五轮仪测速模块4随之移动，测距模块31能够检测上下运动部件3相对于倾斜调整部件2的滑动距离，即如图11所示的状态，五轮仪测速模块4上下移动距离为L；进而得到拖拉机的下陷深度，相对于现有技术，不以水面为基准，进而测试过程不受水面影响，因而测试精度更高，五轮仪测速模块4则能够检测拖拉机的行驶速度，如图9所示，当拖拉机倾斜时，倾斜检测模块11检测拖拉机相对于地面倾斜角度，根据拖拉机倾斜角度，倾斜调整部件2调整上下运动部件3角度，使上下运动部件3保持竖直，即如图10所示的状态；降低或大比例消除因拖拉机在烂泥土壤上行驶时车体侧面倾斜而产生五轮仪测速模块4轮面与地面之间的夹角，降低检测误差，检测精度较高。
实际安装时，两个卡板12分别夹持在拖拉机主梁5的顶部和底部；并可通过螺丝13调节卡板12在拖拉机主梁5上的压紧程度，安装牢固、装拆方便。
拖拉机向一侧倾斜时，伸缩驱动机构22伸长或者缩短，安装板21绕其铰接轴摆动，以使上下运动部件3保持竖直，进而降低或大比例消除因拖拉机在烂泥土壤上行驶时车体侧面倾斜而产生五轮仪测速模块4轮面与地面之间的夹角，降低检测误差，检测精度较高。
缓冲连接件24能够实现将固定座23连接至卡式挂载部件1上，同时还能够起到减震缓冲的作用，提高了整体装置在拖拉机快速行驶时的检测过程中抵抗外部冲击的能力，提高了装置的可靠性和耐久性。
旋转阻尼器25能够将安装板21与固定座23连接，同时也具有快速衰减倾斜调整部件2受到外部瞬间冲击力矩而产生的绕旋转阻尼器25轴线旋转的振动的作用。
采用压轮部件32，例如减震器，可以作用在上下运动部件3上使其具有下滑趋势，进而作用在五轮仪测速模块4上，使其紧压在地面，进而降低检测误差，提高检测精度。
拖拉机行驶时，测速轮41随之行走，编码器42能够检测测速轮41的速度，进而准确得到拖拉机行驶速度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：包括卡式挂载部件(1)、倾斜调整部件(2)、上下运动部件(3)、五轮仪测速模块(4)；
所述卡式挂载部件(1)安装在拖拉机主梁(5)上，卡式挂载部件(1)上设置有能够检测拖拉机相对于地面倾斜角度的倾斜检测模块(11)；
倾斜调整部件(2)连接至卡式挂载部件(1)上，上下运动部件(3)上下滑动安装在倾斜调整部件(2)上，所述倾斜调整部件(2)与上下运动部件(3)之间设置有测距模块(31)，测距模块(31)能够检测上下运动部件(3)相对于倾斜调整部件(2)的滑动距离；
所述倾斜调整部件(2)能够根据拖拉机倾斜角度调整上下运动部件(3)角度，使上下运动部件(3)保持竖直；
所述上下运动部件(3)上设置五轮仪测速模块(4)，五轮仪测速模块(4)能够检测拖拉机的行驶速度。
2.根据权利要求1所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述倾斜检测模块(11)采用陀螺仪。
3.根据权利要求1所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述卡式挂载部件(1)包括卡式背板(14)、卡板(12)、螺丝(13)；
所述卡式背板(14)竖直设置，所述卡板(12)设置两个，二者分别通过螺丝(13)安装在卡式背板(14)的顶端和底端，两个卡板(12)分别夹持在拖拉机主梁(5)的顶部和底部；
所述倾斜调整部件(2)连接至卡式背板(14)上，所述倾斜检测模块(11)设置在卡式背板(14)上。
4.根据权利要求3所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述卡板(12)朝向拖拉机主梁(5)的一面设置有防滑纹(121)。
5.根据权利要求1所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述倾斜调整部件(2)包括安装板(21)，安装板(21)铰接安装至卡式挂载部件(1)上，铰接轴平行于拖拉机的行驶方向；
还包括伸缩驱动机构(22)，伸缩驱动机构(22)的两端分别铰接在卡式挂载部件(1)及安装板(21)上，伸缩驱动机构(22)的铰接轴平行于拖拉机的行驶方向；
所述上下运动部件(3)上下滑动安装在安装板(21)上。
6.根据权利要求5所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述安装板(21)与卡式挂载部件(1)之间还设置有固定座(23)、缓冲连接件(24)，所述固定座(23)通过缓冲连接件(24)安装在卡式挂载部件(1)上；
所述安装板(21)铰接安装在固定座(23)上。
7.根据权利要求6所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述安装板(21)与固定座(23)之间设置有旋转阻尼器(25)。
8.根据权利要求1所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述上下运动部件(3)通过引导机构上下滑动安装在倾斜调整部件(2)上，还包括作用在上下运动部件(3)上使其具有下滑趋势的压轮部件(32)。
9.根据权利要求8所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述压轮部件(32)采用减震器，减震器的两端分别铰接在倾斜调整部件(2)以及上下运动部件(3)上，减震器两端的铰接轴均平行于拖拉机的行驶方向。
10.根据权利要求1所述的水田环境下拖拉机行驶车速和下陷深度检测装置，其特征在于：所述五轮仪测速模块(4)包括转动安装在上下运动部件(3)上的测速轮(41)，还包括设置在上下运动部件(3)与测速轮(41)之间的编码器(42)。
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