CN112832832A - 一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置及方法，涉及室内隧道模型实验技术领域。该室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，包括环形量角器、水平尺支撑座、水平尺、传动杆、转角量角器、旋转旋钮、升降齿轮、升降滑座、升降尺、底座、接触座、电磁铁固定端、电磁铁磁吸端和锚杆模型。本发明可以简单、方便、精准地将锚杆模型插入室内隧道模型箱隧道内指定的倾角、进尺、深度位置，定位精准，实验成本投入较低，便于在室内隧道模型实验中推广应用。

Description

一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置及方法

技术领域

本发明涉及室内隧道模型实验技术领域，具体地说是涉及一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置及方法。

背景技术

地下工程的利用、开发具有许多不可替代的优越性能，因此地下工程的利用、开发已成为世界性的发展趋势。地下工程的发展离不开室内模型实验，在地下工程室内模型实验中，支护锚杆的定位安装是重要的实验内容。但由于室内模型尺寸的限制以及模型通常深埋于其他实验材料中，致使无法精确定位，也无法在指定的位置插入锚杆模型，导致通过室内隧道模型实验得到的实验数据存在较大误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置及方法，解决在室内隧道模型的指定位置插入锚杆模型的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：

一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，包括环形量角器、水平尺支撑座、水平尺、传动杆、转角量角器、旋转旋钮、升降齿轮、升降滑座、升降尺、底座、接触座、电磁铁固定端、电磁铁磁吸端和锚杆模型；

所述环形量角器设置为环形结构，沿环形量角器的圆周方向边沿位置设置有角度刻度线；

所述水平尺支撑座的左侧及右侧均开设有转动槽，水平尺支撑座的左侧、右侧的至少一侧设置有锁定机构，水平尺支撑座的中间位置设置有水平尺滑槽，水平尺滑槽内滑动连接水平尺；

环形量角器的左右两侧均滑动连接于转动槽内，水平尺支撑座可带动水平尺相对于环形量角器转动，在转动状态，水平尺的正投影与环形量角器的中心保持重合，在非转动状态，锁定机构可使水平尺支撑座与沿环形量角器之间保持静止；

所述水平尺贯穿所述环形量角器，水平尺的延伸方向设置有进尺刻度线；

所述水平尺的前端和后端均设置有传动杆支撑架，所述传动杆贯穿所述环形量角器，传动杆位于水平尺的上方，传动杆与水平尺之间平行布置，传动杆的前、后端分别转动连接传动杆支撑架；

水平尺后端的传动杆支撑架上设置转角量角器，沿转角量角器的圆周方向边沿位置设置有角度刻度线；

传动杆贯穿转角量角器的中央位置，传动杆的后端设置旋转旋钮，传动杆的前端设置升降齿轮；

水平尺的前端设置升降滑座，升降滑座上沿竖直方向布置有升降滑槽，所述升降尺滑动连接于升降滑槽内；

所述升降尺的一侧设置有齿条，所述齿条与升降齿轮啮合；

所述升降尺的上端设置底座，底座的边沿位置设置若干个导向孔，接触座的边沿位置设置与导向孔位置对应的导向杆，所述导向杆滑动连接于导向孔内，接触座位于底座的上方，底座与接触座之间连接有弹簧，所述导向杆位于弹簧内部；

若干个导向孔中的一个导向孔内设置第一电极，该导向孔内的导向杆由绝缘材料制成，该导向孔内的导向杆的下端设置第二电极，第一电极经电缆串接电源、指示灯和第二电极，导向杆相对于导向孔处于初始位置时，第一电极与第二电极保持电连接，导向杆相对于导向孔向下移动时，第一电极与第二电极断开电连接；

所述底座设置上下贯通的下锚杆孔，底座上于下锚杆孔的一侧设置电磁铁固定端，底座上于下锚杆孔的另一侧设置电磁铁磁吸端，电磁铁固定端及电磁铁磁吸端的相对侧均设置锚杆夹持槽，两锚杆夹持槽之间的空间为用于夹持锚杆模型的锚杆夹持孔；

所述接触座设置上下贯通的上锚杆孔；

所述锚杆模型从下向上依次穿过下锚杆孔、锚杆夹持孔和上锚杆孔。

优选的，所述锁定机构设置为锁定螺丝，旋转锁定螺丝，锁定螺丝的末端可接触环形量角器，以使水平尺支撑座与沿环形量角器之间保持静止。

优选的，水平尺滑槽上向前侧、后侧的至少一侧延伸布置有水平尺导轨，所述水平尺位于水平尺导轨上。

优选的，所述水平尺的下表面开设沿水平尺延伸方向布置的滑动槽，水平尺导轨滑动连接于滑动槽内。

优选的，环形量角器的前端沿环形量角器的圆周方向设置若干个固定座。

优选的，所述指示灯位于水平尺后端位置。

优选的，所述水平尺支撑座的左侧及右侧均设置为条板状结构。

优选的，水平尺支撑座上于水平尺滑槽的一侧设置有第一指示线。

优选的，旋转旋钮的边沿位置设置有第二指示线。

一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装方法，应用上述的室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，还应用室内隧道模型箱；

所述方法包括如下步骤：

步骤一、将环形量角器的前端固定至室内隧道模型箱的模拟隧道口的外部位置，将锚杆模型从下向上依次穿过下锚杆孔、锚杆夹持孔和上锚杆孔，使锚杆模型的顶端与接触座的上表面平齐，接通电磁铁，使锚杆夹持孔夹持锚杆模型；

步骤二、调节水平尺支撑座带动水平尺相对于环形量角器转动，根据环形量角器上角度刻度线，使水平尺支撑座带动水平尺转动至指定倾角位置，锁定机构使水平尺支撑座与沿环形量角器之间保持静止；

步骤三、调节水平尺相对于水平尺支撑座向前移动，根据水平尺上进尺刻度线，使水平尺带动锚杆模型移动至指定进尺位置；

步骤四、调节旋转旋钮相对于转角量角器转动，使升降尺带动接触座及锚杆模型接触室内隧道模型箱模拟隧道内壁，指示灯由亮变为熄灭，以此作为锚杆模型插入模拟隧道的零点，根据转角量角器上角度刻度线，继续调节旋转旋钮相对于转角量角器转动，使锚杆模型插入模拟隧道的指定深度位置，关闭电磁铁，锚杆夹持孔松开锚杆模型。

本发明的有益技术效果是：

本发明的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，结构简单，设计巧妙，可以被利用在室内隧道模型箱隧道内指定的倾角、进尺、深度位置插入锚杆模型，定位精准。

本发明的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装方法，通过应用本发明的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，可以简单、方便、精准地将锚杆模型插入室内隧道模型箱隧道内指定的倾角、进尺、深度位置，实验成本投入较低，便于在室内隧道模型实验中推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置的主视图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图2中B处的局部放大图；

图4为本发明实施例室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置的俯视图；

图5为本发明实施例室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置的右视图；

图6为本发明实施例室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置的左视图；

图7为本发明实施例室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置中水平尺支撑座及水平尺导轨部分的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实施例的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，请参考图1至图7所示。

一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，包括环形量角器1、水平尺支撑座2、水平尺3、传动杆41、转角量角器42、旋转旋钮43、升降齿轮44、升降滑座51、升降尺52、底座61、接触座62、电磁铁固定端71、电磁铁磁吸端72和锚杆模型8等。

环形量角器1设置为圆环形结构，环形量角器1的前端沿环形量角器1的圆周方向等间距设置四个固定座11。环形量角器1可以通过固定座11固定至室内隧道模型箱的模拟隧道口的外部位置。沿环形量角器1的圆周方向的外端边沿位置设置角度刻度线。水平尺支撑座2相对于环形量角器1转动，根据水平尺支撑座2相对于环形量角器1上的角度刻度线转动，可以精确确定水平尺支撑座2相对于环形量角器1的转动倾角。其中，水平尺支撑座2的左侧及右侧均设置为条板状结构，以便于以水平尺支撑座2的左侧及右侧自身作为指示参照物，确定水平尺支撑座2相对于环形量角器1的转动倾角。

水平尺支撑座2的左侧及右侧均开设有转动槽21，水平尺支撑座2的左侧、右侧的均设置锁定机构，水平尺支撑座2的中间位置设置水平尺滑槽22，水平尺滑槽22内滑动连接水平尺3。环形量角器1的左右两侧的环形边嵌于转动槽21内，环形量角器1的左右两侧的环形边滑动连接转动槽21。水平尺支撑座2可相对于环形量角器1转动，进而带动水平尺3相对于环形量角器1转动。在转动状态，水平尺3的正投影与环形量角器1的中心保持重合，在非转动状态，锁定机构可使水平尺支撑座2与沿环形量角器1之间保持静止。

本实施例的锁定机构设置为锁定螺丝23，旋转锁定螺丝23，锁定螺丝23的末端可穿过转动槽21接触环形量角器1的边沿，以使水平尺支撑座2与沿环形量角器1之间保持静止。

水平尺3贯穿环形量角器1的中间圆形空间，水平尺3的延伸方向设置有进尺刻度线。水平尺3相对于水平尺支撑座2移动，根据水平尺3上的进尺刻度线相对于水平尺支撑座2的移动，可以精确确定水平尺3带动锚杆模型8等相对于水平尺支撑座2的移动进尺。其中，水平尺支撑座2上于水平尺滑槽22的一侧设置第一指示线，以便于以第一指示线作为参照物，确定水平尺3带动锚杆模型8等相对于水平尺支撑座2的移动进尺。

水平尺滑槽22上向后侧延伸布置水平尺导轨24，水平尺3位于水平尺导轨24上，以使水平尺导轨24承托水平尺3，避免在实验过程中水平尺3弯折变形。在水平尺3的下表面开设滑动槽32，滑动槽32沿水平尺3的延伸方向布置，水平尺导轨24滑动连接于滑动槽32内。以通过水平尺导轨24、滑动槽32的滑动配合，实现对水平尺3相对于水平尺支撑座2移动时的导向限位。

水平尺3的前端和后端均设置有传动杆支撑架31，传动杆41贯穿环形量角器1中间圆形空间。传动杆41位于水平尺3的上方，传动杆41与水平尺3之间平行布置，传动杆41的前、后端分别经轴承转动连接于传动杆支撑架31上。水平尺3后端的传动杆支撑架31上设置转角量角器42，沿转角量角器42的圆周方向边沿位置设置角度刻度线。传动杆41贯穿转角量角器1的中央位置，传动杆41的后端设置旋转旋钮43，传动杆41的前端设置升降齿轮44。根据旋转旋钮43相对于转角量角器42上角度刻度线的转动，通过换算，可以精确确定锚杆模型8插入模拟隧道的深度。其中，旋转旋钮43的边沿位置设置第二指示线，以便于以第二指示线作为参照物，确定锚杆模型8插入模拟隧道的深度。

水平尺3的前端设置升降滑座51，升降滑座51上沿竖直方向布置升降滑槽，升降尺52滑动连接于升降滑槽内。升降尺52的一侧设置齿条521，齿条521与升降齿轮44啮合。旋转旋钮43转动，通过传动杆41带动升降齿轮44转动，进而带动齿条521及升降尺52沿着升降滑座51升起或降落。旋转旋钮43相对于转角量角器42的转动角度，通过换算，可以确定升降尺52的升降位移，进而确定锚杆模型8插入模拟隧道的深度。

升降尺3的上端设置底座61，底座61的边沿位置等间距设置四个导向孔，接触座62的边沿位置设置对应数量的导向杆63，导向杆63的位置与导向孔的位置对应，导向杆63滑动连接于导向孔内。接触座62位于底座61的上方，底座61与接触座62之间连接弹簧64，导向杆63位于弹簧64的内部。导向杆63沿着导向孔滑动，使接触座62相对于底座61沿竖直方向升降。在接触座62接触抵接在室内隧道模型箱模拟隧道内壁后，底座61相对于继续向上升起，将锚杆模型8插入模拟隧道时，弹簧64对底座61起到缓冲阻尼，避免因旋转旋钮43旋转过快，底座61激烈撞击到接触座62，损坏室内隧道模型箱模拟隧道内壁，使实验失败。此外，弹簧64起到对接触座62的支撑，使接触座62保持于底座61的上方。在弹簧64支撑接触座62时，导向杆63与导向孔配合，避免接触座62相对于底座61歪斜。

在四个导向孔中的一个导向孔内设置第一电极91，本实施例中的第一电极91设置为导电套，该导向孔内的导向杆63由绝缘材料(比如硬质塑料)制成，该导向孔内的导向杆63的下端设置第二电极92，本实施例中的第二电极92设置导电柱，第一电极91上的第一接线端911经电缆串接电源、指示灯93和第二电极92上的第二接线端921。在导向杆63(接触座62或第一电极91)相对于导向孔(底座61或第二电极92)处于初始位置(保持静止)时，第一电极91与第二电极92保持电连接，指示灯93亮；在导向杆63(接触座62或第一电极91)与导向孔(底座61或第二电极92)相对移动时，第一电极91与第二电极92断开电连接，指示灯93灭。由此，通知实验操作者，接触座62及锚杆模型8接触室内隧道模型箱模拟隧道内壁，以此作为锚杆模型8插入模拟隧道的零点。其中，指示灯93位于水平尺3后端位置，以便于实验操作者观察指示灯93的“亮”、“灭”状态。

底座61的中间位置设置上下贯通的下锚杆孔，底座61上于下锚杆孔的一侧设置电磁铁固定端71，底座61上于下锚杆孔的另一侧设置电磁铁磁吸端72，电磁铁固定端71及电磁铁磁吸端72的相对侧均设置锚杆夹持槽，两锚杆夹持槽之间的空间为锚杆夹持孔。接触座62设置上下贯通的上锚杆孔。锚杆模型8从下向上依次穿过下锚杆孔、锚杆夹持孔和上锚杆孔。

在电磁铁接通后，电磁铁磁吸端72被吸合至电磁铁固定端71的位置，锚杆夹持孔用于夹持锚杆模型8，在关闭电磁铁时，电磁铁磁吸端72与电磁铁固定端71脱离，锚杆夹持孔松开锚杆模型8。

本实施例还提供一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装方法，应用本实施例上述的室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，还应用室内隧道模型箱；

所述方法包括如下步骤：

步骤一、将环形量角器1的前端通过固定座11固定至室内隧道模型箱的模拟隧道口的外部位置，将锚杆模型8从下向上依次穿过下锚杆孔、锚杆夹持孔和上锚杆孔，使锚杆模型8的顶端与接触座62的上表面平齐，接通电磁铁，使锚杆夹持孔夹持锚杆模型8。

步骤二、调节水平尺支撑座2带动水平尺3相对于环形量角器1转动，根据环形量角器1上角度刻度线，使水平尺支撑座2带动水平尺3转动至指定倾角位置，旋转锁定螺丝23，使锁定螺丝23的末端接触环形量角器1的边沿，以使水平尺支撑座2与沿环形量角器1之间保持静止。

步骤三、调节水平尺3相对于水平尺支撑座2向前移动，根据水平尺3上的进尺刻度线，使水平尺3带动锚杆模型8移动至指定进尺位置。

步骤四、调节旋转旋钮43相对于转角量角器42转动，使升降尺52带动接触座62及锚杆模型8接触室内隧道模型箱模拟隧道内壁，指示灯93由亮变为熄灭，以此作为锚杆模型8插入模拟隧道的零点，根据转角量角器42上的角度刻度线，继续调节旋转旋钮43相对于转角量角器42转动，弹簧64被压缩，使锚杆模型8插入模拟隧道的指定深度位置，关闭电磁铁，锚杆夹持孔松开锚杆模型8，使升降尺52、底座61、接触座62等从模拟隧道撤出，重新装配锚杆模型8，在室内隧道模型箱模拟隧道内壁其他位置继续安装锚杆模型8。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置及方法有了清楚的认识。本发明的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，结构简单，设计巧妙，可以被利用在室内隧道模型箱隧道内指定的倾角、进尺、深度位置插入锚杆模型8，定位精准。本发明的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装方法，通过应用本发明的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，可以简单、方便、精准地将锚杆模型8插入室内隧道模型箱隧道内指定的倾角、进尺、深度位置，实验成本投入较低，便于在室内隧道模型实验中推广应用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：包括环形量角器、水平尺支撑座、水平尺、传动杆、转角量角器、旋转旋钮、升降齿轮、升降滑座、升降尺、底座、接触座、电磁铁固定端、电磁铁磁吸端和锚杆模型；

所述环形量角器设置为环形结构，沿环形量角器的圆周方向边沿位置设置有角度刻度线；

所述水平尺支撑座的左侧及右侧均开设有转动槽，水平尺支撑座的左侧、右侧的至少一侧设置有锁定机构，水平尺支撑座的中间位置设置有水平尺滑槽，水平尺滑槽内滑动连接水平尺；

环形量角器的左右两侧均滑动连接于转动槽内，水平尺支撑座可带动水平尺相对于环形量角器转动，在转动状态，水平尺的正投影与环形量角器的中心保持重合，在非转动状态，锁定机构可使水平尺支撑座与沿环形量角器之间保持静止；

所述水平尺贯穿所述环形量角器，水平尺的延伸方向设置有进尺刻度线；

所述水平尺的前端和后端均设置有传动杆支撑架，所述传动杆贯穿所述环形量角器，传动杆位于水平尺的上方，传动杆与水平尺之间平行布置，传动杆的前、后端分别转动连接传动杆支撑架；

水平尺后端的传动杆支撑架上设置转角量角器，沿转角量角器的圆周方向边沿位置设置有角度刻度线；

传动杆贯穿转角量角器的中央位置，传动杆的后端设置旋转旋钮，传动杆的前端设置升降齿轮；

水平尺的前端设置升降滑座，升降滑座上沿竖直方向布置有升降滑槽，所述升降尺滑动连接于升降滑槽内；

所述升降尺的一侧设置有齿条，所述齿条与升降齿轮啮合；

所述升降尺的上端设置底座，底座的边沿位置设置若干个导向孔，接触座的边沿位置设置与导向孔位置对应的导向杆，所述导向杆滑动连接于导向孔内，接触座位于底座的上方，底座与接触座之间连接有弹簧，所述导向杆位于弹簧内部；

若干个导向孔中的一个导向孔内设置第一电极，该导向孔内的导向杆由绝缘材料制成，该导向孔内的导向杆的下端设置第二电极，第一电极经电缆串接电源、指示灯和第二电极，导向杆相对于导向孔处于初始位置时，第一电极与第二电极保持电连接，导向杆相对于导向孔向下移动时，第一电极与第二电极断开电连接；

所述底座设置上下贯通的下锚杆孔，底座上于下锚杆孔的一侧设置电磁铁固定端，底座上于下锚杆孔的另一侧设置电磁铁磁吸端，电磁铁固定端及电磁铁磁吸端的相对侧均设置锚杆夹持槽，两锚杆夹持槽之间的空间为用于夹持锚杆模型的锚杆夹持孔；

所述接触座设置上下贯通的上锚杆孔；

所述锚杆模型从下向上依次穿过下锚杆孔、锚杆夹持孔和上锚杆孔。

2.根据权利要求1所述的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：所述锁定机构设置为锁定螺丝，旋转锁定螺丝，锁定螺丝的末端可接触环形量角器，以使水平尺支撑座与沿环形量角器之间保持静止。

3.根据权利要求1所述的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：水平尺滑槽上向前侧、后侧的至少一侧延伸布置有水平尺导轨，所述水平尺位于水平尺导轨上。

4.根据权利要求3所述的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：所述水平尺的下表面开设沿水平尺延伸方向布置的滑动槽，水平尺导轨滑动连接于滑动槽内。

5.根据权利要求1所述的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：环形量角器的前端沿环形量角器的圆周方向设置若干个固定座。

6.根据权利要求1所述的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：所述指示灯位于水平尺后端位置。

7.根据权利要求1所述的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：所述水平尺支撑座的左侧及右侧均设置为条板状结构。

8.根据权利要求1所述的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：水平尺支撑座上于水平尺滑槽的一侧设置有第一指示线。

9.根据权利要求1所述的一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，其特征在于：旋转旋钮的边沿位置设置有第二指示线。

10.一种室内隧道模型实验支护锚杆定位安装方法，其特征在于，应用权利要求1至9任一项所述的室内隧道模型实验支护锚杆定位安装装置，还应用室内隧道模型箱；

所述方法包括如下步骤：

步骤一、将环形量角器的前端固定至室内隧道模型箱的模拟隧道口的外部位置，将锚杆模型从下向上依次穿过下锚杆孔、锚杆夹持孔和上锚杆孔，使锚杆模型的顶端与接触座的上表面平齐，接通电磁铁，使锚杆夹持孔夹持锚杆模型；

步骤二、调节水平尺支撑座带动水平尺相对于环形量角器转动，根据环形量角器上角度刻度线，使水平尺支撑座带动水平尺转动至指定倾角位置，锁定机构使水平尺支撑座与沿环形量角器之间保持静止；

步骤三、调节水平尺相对于水平尺支撑座向前移动，根据水平尺上进尺刻度线，使水平尺带动锚杆模型移动至指定进尺位置；

步骤四、调节旋转旋钮相对于转角量角器转动，使升降尺带动接触座及锚杆模型接触室内隧道模型箱模拟隧道内壁，指示灯由亮变为熄灭，以此作为锚杆模型插入模拟隧道的零点，根据转角量角器上角度刻度线，继续调节旋转旋钮相对于转角量角器转动，使锚杆模型插入模拟隧道的指定深度位置，关闭电磁铁，锚杆夹持孔松开锚杆模型。

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