CN113924028B - 搁架支承梁以及利用该搁架支承梁的搁架单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于在搁架单元(10)中用以支承搁架(22)的搁架支承梁(80,130,200)。结构构件(82,132,202)具有C形横截面。腹板(94,144,216)将顶部凸缘(96,146,220)与底部凸缘(112,162,234)分开。顶部凸缘(96,146,220)构造成支承搁架(22)。腹板(94,144,216)、顶部凸缘(96,146,220)和底部凸缘(112,162,234)限定了构件(82,132,202)的通道(92,142,214)。通道(92,142,214)限定了腔高度(C1,D1,E1)。顶部凸缘(96,146,220)和底部凸缘(112,162,234)分别限定了顶部凸缘宽度(C2,D2,E2)和底部凸缘宽度(C3,D3,E3)。腔高度(C1、D1、E1)与顶部凸缘宽度(C2,D2,E2)和底部凸缘宽度(C3,D3,E3)之和的比率大于1、为至少1.20或为约1.40。C形横截面(98,148,238)具有大于0.40、大于0.45或为至少0.46的惯性矩。顶部凸缘(96,146,220)包括由侧壁(106,156,230)分开的升高部分(100、150、222)和下部支承部分或搁架支承部分(104,154,226)。

Description

搁架支承梁以及利用该搁架支承梁的搁架单元
技术领域
本发明涉及搁架单元、并且更具体涉及用以提高搁架单元的载荷承载能力的搁架支承梁。
背景技术
搁架单元通常用于以节省空间的方式存放各种物品。这些单元通常包括布置在大体矩形图案的拐角处的四个竖向支承柱。水平前搁架支承梁和水平后搁架支承梁在两个前拐角支承柱之间以及两个后拐角支承柱之间延伸。较短的水平搁架支承梁通常位于单元的相对侧部上并且在前拐角支承柱与后拐角支承柱之间延伸。在常规的布置结构中,这些搁架单元通过拐角支承柱和金属的搁架支承梁限定了位于彼此之上的多个搁架和支承梁。例如,这些部件通常由金属板或钢制成并且与搁架组合地通常被称为钢搁架或存放单元。
当对搁架单元施加载荷时,比如通过将重物装载到搁架上,每个搁架可能会弯折或弯曲。弯折和弯曲超过极限、特别地当弯折导致应变超过单元的载量时能够导致搁架失效。例如,搁架单元在载荷作用下的过度弯折或弯曲可能会使搁架永久变形,从而使搁架从搁架单元的搁架支承梁上脱离,由此导致搁架和/或搁架单元不能在将来使用,或者搁架可能发生灾难性故障。
虽然金属搁架单元通常在其预期用途方面是成功的,并且仍然是有用的且深受消费者的欢迎,但是制造商和其他供应商仍然在不断努力改进其设计和载荷承载能力。在这方面,期望在不显著增加制造成本和/或不显著增加搁架单元重量的情况下显著增加搁架单元的载荷承载能力。
发明内容
根据本发明的实施方式,通过相对于现有金属搁架单元至少显著地增加了载荷能力而没有增加相关材料或制造成本,解决了常规金属搁架单元中的这些缺陷和其他缺陷。在一个实施方式中,用于在搁架单元中用以支承搁架的搁架支承梁包括具有C形横截面的结构构件。在横截面中,腹板将顶部凸缘与底部凸缘分开。顶部凸缘构造成支承搁架。腹板、顶部凸缘和底部凸缘限定了通道。通道限定了腔高度。并且,顶部凸缘和底部凸缘分别限定了顶部凸缘宽度和底部凸缘宽度。腔高度与顶部凸缘宽度和底部凸缘宽度之和的比率大于1。
在一个实施方式中,C形横截面具有大于0.40的惯性矩。
在一个实施方式中,C形横截面具有大于0.45的惯性矩。
在一个实施方式中,C形横截面具有为至少0.46的惯性矩。
在一个实施方式中,顶部凸缘包括由侧壁分开的升高部分和下部部分或搁架支承部分并且具有S形构型,其中,搁架支承部分构造成支承搁架,并且侧壁构造成防止搁架朝向腹板横向移动。腔高度被限定在搁架支承部分与底部凸缘之间。
在一个实施方式中,该比率为至少1.20。
在一个实施方式中,该比率为约1.40。
在一个实施方式中,腔高度大于2.50英寸(6.35厘米)且小于5.375英寸(13.65厘米)。
在一个实施方式中,C形横截面具有质心,并且该质心在腹板的0.25英寸(0.635厘米)内。
在一个实施方式中,腹板包括凹陷区域,在该凹陷区域中,结构构件沿朝向通道的方向偏移。
在一个实施方式中,凹陷区域为结构构件的总高度的至少50%。
在一个实施方式中,凹陷区域在结构构件的总高度的50%至70%的范围内。
在一个实施方式中,凹陷区域为结构构件的总高度的至少70%。
在一个实施方式中,腹板包括凹陷区域,在该凹陷区域中,结构构件沿朝向通道的方向偏移,并且其中,C形横截面具有质心并且该质心在凹陷区域的0.125英寸(0.3175厘米)内。
在一个实施方式中,凹陷区域为结构构件的总高度的至少50%。
在一个实施方式中,凹陷区域在结构构件的总高度的50%至70%的范围内。
在一个实施方式中,凹陷区域为结构构件的总高度的至少70%。
在一个实施方式中,C形横截面具有0.054英寸(0.1372厘米)的规格。
在一个实施方式中,C形横截面具有5.735英寸(14.57厘米)的条宽度。
在一个实施方式中,C形横截面具有0.054英寸(0.1372厘米)的条宽度。
在一个实施方式中,搁架单元包括多个柱以及多个根据上述实施方式中的任一实施方式所述的搁架支承梁,搁架支承梁附接至所述多个柱。搁架坐置在支承梁上。
根据本发明的一个方面,存在一种制造根据上述实施方式中的任一实施方式所述的搁架支承梁的方法。
在实施方式中,用于在搁架单元中用以支承搁架的搁架支承梁包括具有C形横截面的结构构件。在该横截面中,腹板将构造成支承搁架的顶部凸缘与底部凸缘分开。腹板、顶部凸缘和底部凸缘限定了通道。C形横截面具有大于0.40的惯性矩。
在一个实施方式中,C形横截面具有大于2.977英寸(7.562厘米)的总高度。
在一个实施方式中,C形横截面具有大于0.45的惯性矩。
在一个实施方式中,C形横截面具有为至少0.46的惯性矩。
在一个实施方式中,C形横截面具有5.735英寸(14.57厘米)的条宽度。
在一个实施方式中,C形横截面具有0.054英寸(0.1372厘米)的规格。
在一个实施方式中,顶部凸缘包括由侧壁分开的升高部分和下部部分或搁架支承部分并且具有S形构型。搁架支承部分构造成支承搁架并且侧壁构造成防止搁架朝向腹板横向移动。腔高度被限定在搁架支承部分与底部凸缘之间。
在一个实施方式中,通道具有腔高度,顶部凸缘和底部凸缘分别限定了顶部凸缘宽度和底部凸缘宽度。腔高度与顶部凸缘宽度和底部凸缘宽度之和的比率大于1。
在一个实施方式中,该比率为至少1.20。
在一个实施方式中,该比率为约1.40。
在一个实施方式中,搁架单元包括:多个柱;多个根据上述实施方式中的任一实施方式所述的搁架支承梁,搁架支承梁附接至所述多个柱;以及搁架,搁架坐置在搁架支承梁上。
根据本发明的一个方面,存在一种制造根据上述实施方式中的任一实施方式所述的搁架支承梁的方法。
附图说明
在结合附图参阅对一个或更多个说明性实施方式的以下详细描述时,本发明的各种附加特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的一个或更多个实施方式并且与下面给出的详细描述一起用于解释本发明的一个或更多个实施方式。
图1是根据本发明的实施方式的示例性搁架单元的等距视图;
图2是搁架支承梁的立体图;
图3A和图3B是图2的搁架支承梁的横截面图;
图4是沿着图2的线4-4截取的等距横截面详细视图,其示出了本发明的一个实施方式的一部分;
图5是根据本发明的一个实施方式的搁架支承梁的立体图;
图6是图5的搁架支承梁的沿着截面线6-6截取的横截面图;
图7是沿着图5的线6-6截取的等距横截面详细视图,其示出了本发明的一个实施方式的一部分;
图8是根据本发明的一个实施方式的图1的搁架支承梁的立体图;
图9是图8的搁架支承梁的沿着截面线9-9截取的横截面图;
图10是沿着图8的线10-10截取的等距横截面详细视图,其示出了本发明的一个实施方式的一部分;
图11是根据本发明的一个实施方式的图1的搁架支承梁的立体图;
图12是图11的搁架支承梁的沿着图11的截面线12-12截取的横截面图;
图13是沿着图11的线13-13截取的等距横截面详细视图,其示出了本发明的一个实施方式的一部分。
具体实施方式
为了这些目的和其他目的,在一个实施方式中并且参照图1,搁架单元10包括以大体矩形构型布置的四个拐角柱12。一对前拐角柱12进行配合以承载前水平搁架支承梁14,并且一对后拐角柱12进行配合以承载后水平搁架支承梁14。如在下文中详细描述的,前搁架支承梁14和后搁架支承梁14中的一者或两者构造成承载与现有支承梁相比明显更高的载荷。申请人发现,当搁架支承梁14的惯性矩最大时,搁架支承梁14的挠度最小(即,载荷承载能力最大)。因此,根据本发明的实施方式的水平搁架支承梁具有相对于现有水平搁架支承梁增大的惯性矩。
继续参照图1,一个或更多个侧轨18和/或对角支撑物20将每个前拐角柱12与对应的后拐角柱12联接。虽然未示出,但拐角柱12除了承载侧轨18和/或对角支撑物20之外或者作为侧轨18和/或对角支撑物20的替代,还可以承载侧水平搁架支撑梁。在该构型中,水平搁架支承梁14将在搁架单元10的一个高度处形成外边沿,并且因此在各个柱12之间延伸。仅作为示例,在共有的美国专利申请No.16/130,398、于2019年5月2日公布的美国专利公开No.2019/015077中示出并描述了水平搁架支承梁,该美国专利申请的全部内容通过参引并入本文中。
水平搁架支承梁14构造成支承搁架22。在使用搁架单元10的正常过程中,物品(未示出)可以存放在搁架22上。这些物品由于重力而对搁架支承梁14中的每个支承梁产生载荷,该载荷被传递至柱12。搁架单元10的搁架22中的一个或更多个搁架、并且优选地搁架单元10的搁架22中的每个搁架可以构造为丝网架。其他搁架构型比如实心搁架构型也是可能的。
在示例性实施方式中,水平搁架支承梁14构造成经由在美国专利申请No.16/130,398中充分描述的可释放紧固装置而选择性地联接至柱12。作为示例,水平搁架支承梁14中的每个水平搁架支承梁可以包括一个或更多个锁定销24,锁定销24构造成接纳在对应的H形或V形键孔26中,键孔26沿着拐角柱12的长度分布。水平搁架支承梁14在键孔26处联接至拐角柱12并且可以相对于柱12竖向地移动,使得水平搁架支承梁14的数目和水平搁架支承梁14沿着柱12的相应的高度可以改变。如所示出的,根据本发明的实施方式,搁架单元10包括由搁架支承梁14支承的四个水平搁架22。然而,将理解的是,可以使用任何数目的搁架22和对应的水平搁架支承梁14。
如上所述,根据本发明的各方面,具有相对于现有支承梁增加的载荷承载能力的水平搁架支承梁14可以使用很少的附加材料或不使用附加材料来生产。更具体地,这些水平搁架支承梁14可以用现有材料和现有资源来生产,并且可以与现有制造技术相适应地生产。因此,本发明的实施方式在提供优异承载性能的同时不会显著地增加搁架单元10的制造成本。为了这些目的和其他目的,申请人发现使梁的横截面的惯性矩最大化将提高搁架支承梁14相对于现有梁的载荷承载能力。
仅通过比较并且参照图2、图3A、图3B以及图4,示出了示例性的现有梁28。现有搁架支承梁28可以用于搁架单元中、比如用于图1中所图示的搁架单元中。现有搁架支承梁28通常包括形成为大体C形的结构构件30。参照图3A和图3B,为了计算结构构件30的横截面的惯性矩,可以将搁架支承梁28的横截面在视觉上分成部段32、部段34和部段36。部段32将部段34与部段36分开在部段34与部段36之间限定了通道38。总体上,部段32、34、36的布置结构限定了结构构件30的C形横截面构型并且限定了通道38。
在该C形横截面构型中,部段32包括腹板40,腹板40在使用期间形成结构构件30的竖向部分。部段34限定了顶部凸缘42并且构造成接纳搁架。顶部凸缘42在搁架单元中(例如,图1)大体向内延伸并且沿远离腹板40的方向延伸。顶部凸缘42具有S形构型,其中,升高部分44限定顶部边缘46和下部部分50。侧壁52从升高部分44过渡至下部部分50以提供S形构型。在下部部分50上支承搁架,其中,侧壁52为搁架在搁架单元中沿向外方向(即,朝向腹板40的方向)的横向移动提供止挡。位于搁架的前侧和后侧上的一对现有搁架支承梁28将搁架捕获在相对的侧壁52之间,以防止搁架的不期望的横向移动。通常,顶部边缘46与搁架支承部50之间的距离64大约为搁架的厚度。于是,搁架与升高部分44大致齐平、特别地与顶部边缘46大致齐平。当结构构件30从顶部边缘46过渡到腹板40时,升高部分44可以具有倒圆构型或圆角构型,并且因此呈现为半圆形。部段36限定底部凸缘48,底部凸缘48在腹板40的与顶部凸缘42相反的端部上接合腹板40。如所示出的,腹板40可以在结构构件30过渡至顶部凸缘42和过渡至底部凸缘48的位置中的每个位置处成圆角。腹板40在结构构件30中被限定为从在一个端部处顶部凸缘42的内表面的表面曲率的切线平行于腹板40的内表面的位置到在相反的端部处底部凸缘48的内表面的表面曲率的切线平行于腹板40的内表面的位置。顶部凸缘42、腹板40和底部凸缘48共同限定了通道38。
参照图3B,现有搁架支承梁28的示例性尺寸为:
(1)5.735英寸(14.57厘米)的条宽度(在图3A的横截面中,结构构件30的条宽度是从结构构件30的一个端部54沿着结构构件30到另一端部56的距离),
(2)6.8磅(3.084千克)的重量,该重量是基于制成该梁的条的可用规格和尺寸变化的近似值,
(3)2.352英寸(5.974厘米)的腔高度(A1)(图3B),腔高度是下部部分50处的顶部凸缘42与底部凸缘48之间的内部尺寸,
(4)0.054英寸(0.1372厘米)的规格,
(5)1.385英寸(3.518厘米)的顶部凸缘宽度(A2)(如从端部54到腹板40的向内面向表面所测量的),
(6)1.250英寸(3.175厘米)的底部凸缘宽度(A3)(如从端部56到腹板40的向内面向表面所测量的),
(7)2.577英寸(6.546厘米)的腹板高度(A4),
(8)2.977英寸(7.562厘米)的总高度(A5),以及
(9)韦氏标度(Webster scale)上的为12的硬度。
通过确定横截面的质心针对梁28的每个部段32、34和36计算惯性矩并且然后将每个部段的惯性矩相加来计算搁架支承梁28的惯性矩。例如,参照图3A和图3B,计算质心60。质心60建立中性轴线62。中性轴线62大体垂直于搁架支承梁28的纵向轴线66(图2),但是这两个轴线可能不相交。根据下式计算每个部段32、34和36围绕中性轴线62的单个惯性矩Ix
Ix=IC+Ad2
其中,IC是部段32围绕部段的质心的惯性矩(即,I32)、部段34围绕部段的质心的惯性矩(即,I34)或部段36围绕部段的质心的惯性矩(即,I36),A是相应的部段32、部段34或部段36的面积,并且d是针对部段32、部段34或部段36中的每个部段从相应的质心(未示出)到中性轴线62的竖向距离。此外,在部段32、34、36近似于矩形情况下,那么
其中,“b”对应于矩形的底部尺寸或宽度尺寸,并且“h”对应于矩形的高度尺寸。
将部段32、34和36考虑为矩形并参照图3B,部段32是近似于具有b1乘h1尺寸的矩形,部段34是近似于具有b2乘h2尺寸的矩形,并且部段36是近似于具有b3乘h3尺寸的矩形。为了计算各个部段32、34和36的惯性矩Ix,在SolidWorks 2015上建立了该梁的三维CAD模型,并且通过该软件计算了每个部段的惯性矩。惯性矩Lc也通过该软件计算。参照图3A和图3B,横截面的惯性矩根据下式计算为每个部段32、34和36的各个惯性矩Ix之和(参见表1):
I总和=I32+I34+I36
表1
部段 IC(in4) Ad2(in4) Ix(in4)
32 0.09 0.002 0.092
34 0.02 0.130 0.150
36 0.01 0.151 0.161
I总和 0.403
在所计算的为0.403的惯性矩处,现有搁架支承梁28的理论载量通过有限元分析确定为1734磅(786.5千克)。有限元分析是在workbench软件15.1版本上以静态结构分析模块进行的。预处理包括A36结构钢作为材料分配和线弹性机械性能。网格划分为四面体细网格。对具有两个支架、每个端部一个支架的图2、图3A、图3B和图4中所示出的梁的CAD模型进行分析。符合ANSI MH28.2-2012标准的约束原则。在固定支承的四点载荷下,以R等级和挠度极限为0.399英寸(1.013厘米)的四点挠曲测试公式完成测试。使用L/180的公式计算挠度极限,其中,L是71.750英寸(192.405厘米)的梁跨度。后处理包括沿着宽度和沿着深度方向变形的总变形。
现在参照图5、图6和图7,在本发明的一个实施方式中,搁架支承梁80具有相对于梁28更大的惯性矩。搁架支承梁80对应于图1中示出的搁架支承梁14的一个实施方式。
此外,在该方面,搁架支承梁80总体上包括结构构件82,结构构件82形成为大致C形并且具有纵向轴线88。示例性搁架支承梁80可以在视觉上被分成三个部分,即部段84、部段86和部段90(参见图6),以用于利用以上关于图2和图3的搁架支承梁28阐述的程序进行惯性矩计算。部段84将部段86与部段90分开并且限定了通道92。总体上,部段84、86和90的布置结构限定了C形横截面构型。
在该C形横截面构型中,部段84包括腹板94,腹板94在使用期间形成结构构件82的竖向部分。部段86限定了顶部凸缘96并且构造成接纳搁架22。顶部凸缘96在搁架单元10中(例如,图1)大体向内延伸并且因此沿远离腹板94的方向延伸,并且具有S形构型,该S形构型具有限定了顶部凸缘102的升高部分100以及下部部分104。侧壁106从升高部分100过渡至下部部分104以提供S形构型。搁架22支承在下部部分104上,其中,侧壁106为搁架在搁架单元10中沿向外方向(即,朝向腹板94的方向)的横向运动提供止挡。因此,位于搁架单元10的相对侧部上的一对相对的搁架支承梁80将搁架22捕获在侧壁106之间。通常,顶部边缘102与搁架支承部104之间的距离110大约为搁架的厚度。当结构构件82从顶部边缘102过渡到腹板94时,升高部分100可以具有倒圆构型或圆角构型。
部段90限定了底部凸缘112,底部凸缘112在腹板94的与顶部凸缘96相反的端部上接合腹板94。如所示出的,腹板94可以在结构构件82过渡至顶部凸缘96和过渡至底部凸缘112的位置中的每个位置处成圆角。腹板94在结构构件82中限定为从在一个端部处顶部凸缘96的内表面的表面曲率的切线平行于腹板94的内表面的位置到在相反的端部处底部凸缘112的内表面的表面曲率的切线平行于腹板94的内表面的位置。顶部凸缘96、腹板94和底部凸缘112共同限定了通道92和质心98,质心98与顶部凸缘96、腹板94和底部凸缘92中的每一者间隔开。仅作为示例,质心98与结构构件82的最近部分的间隔小于0.25英寸(0.635厘米)。
参照图6,示例性搁架支承梁80的尺寸为:
(1)5.735英寸(14.57厘米)的条宽度(在图6的横截面中,结构构件82的条宽度是从结构构件82的一个端部114沿着结构构件82到另一端部116的距离),
(2)6.8磅(3.084千克)的重量,该重量是基于制成该梁的条的可用规格和尺寸变化的近似值,
(3)2.801英寸(7.115厘米)的腔高度(C1)(下部部分104处的顶部凸缘96与底部凸缘112之间的内部尺寸),
(4)0.054英寸(0.1372厘米)的规格,
(5)1.278英寸(3.246厘米)的顶部凸缘宽度(C2)(如从端部114到腹板94的向内面向表面所测量的),
(6)1.024英寸(2.601厘米)的底部凸缘宽度(C3)(如从端部116到腹板94的向内面向表面所测量的),
(7)2.927英寸(7.435厘米)的腹板高度(C4),
(8)3.314英寸(8.418厘米)的总高度(C5),以及
(9)韦氏标度上的为12的硬度。
如上关于搁架支承梁28所述的,通过确定每个部段的质心针对梁80的每个部段计算惯性矩并且然后将每个部段的惯性矩相加来计算梁80的惯性矩。
表2
部段 IC(in4) Ad2(in4) Ix(in4)
84 0.11 0.004 0.114
86 0.01 0.149 0.159
90 0.01 0.169 0.179
I总和 0.452
搁架支承梁80的横截面的惯性矩大于0.4,作为示例,该惯性矩为至少0.452。如表2中所示出的,惯性矩计算为0.452或比图2的梁28的惯性矩大约12%。因此,示例性搁架支承梁80的理论载量被认为比图2中所示出的梁28的理论载量大至少约15%。
如上所述,搁架支承梁80的尺寸不同于搁架支承梁28,但是条宽度相同。尽管具有相等的条宽度,但是搁架支承梁80的不同尺寸产生了比搁架支承梁28的惯性矩大的惯性矩。通过比较的方式,搁架支承梁80的总高度尺寸C5比梁28的总高度尺寸A5大至少11%,并且作为进一步示例,总高度C5可以大于3英寸(7.62厘米)。在一个实施方式中,搁架支承梁80的总高度C5为约3.30英寸(约8.382厘米)(除非本文中关于尺寸“约”另有说明,否则指的是所述尺寸±0.01的尺寸)(例如,示例性高度为3.314英寸(8.418厘米),其为约3.30英寸(约8.382厘米))。然而,条宽度保持不变,为5.735英寸(14.57厘米)。对于相等的条宽度,图5、图6和图7中所示出的搁架支承梁80具有比图2至图4的梁28大的载荷承载能力。
通过进一步的比较,腹板94的腔高度C1大于腹板40(图3)的腔高度A1。仅作为示例,腔高度C1大于2.50英寸(6.35厘米)。在搁架支承梁28和搁架支承梁80中的每一者的条宽度保持相同的情况下,将腹板94相对于腹板40加长以增加腔高度需要减小凸缘96和凸缘112中的一者或两者的宽度尺寸。在示例性实施方式中并且仅作为示例,与测量为1.385英寸(3.518厘米)(A2)的顶部凸缘42的相比,顶部凸缘96测量为1.278英寸(3.246厘米)(C2)。在搁架支承梁80中,与测量为1.250英寸(3.175厘米)(A3)的底部凸缘48的尺寸相比,底部凸缘112测量为1.024英寸(2.601厘米)(C3)。对于图5至图7中所示出的搁架支承梁80,腔高度的尺寸相对于顶部凸缘的宽度和底部凸缘的宽度之和的比率为约1.23(参见图6,例如,2.801英寸(7.115厘米)的尺寸C1与1.024英寸(2.601厘米)的尺寸C3加上1.278英寸(3.246厘米)的尺寸C2(总和为2.302英寸(5.847厘米)的比率为1.217,约为1.22)。
通过对比,对于图2至图4的搁架支承梁28,腔高度相对于顶部凸缘的宽度和底部凸缘的宽度之和的比率约为0.9(参见图3B,例如,2.352英寸(5.974厘米)的尺寸A1与1.250英寸(3.175厘米)的尺寸A3加上1.385英寸(3.518厘米)的尺寸A2(总和为2.635英寸(6.693厘米)的比率为0.893,约为0.9)。
在本发明的一个实施方式,搁架支承梁80的腔高度与凸缘宽度之和的比率大于1。也就是说,腹板高度大于凸缘宽度之和。有利地,搁架支承梁80可以由与搁架支承梁28相同的存料制成,但是搁架支承梁80能够承载更大的载荷。
现在参照图8、图9和图10,在本发明的一个实施方式中,搁架支承梁130具有相对于梁28更大的惯性矩。搁架支承梁130是图1中示出的搁架支承梁14的一个实施方式。此外,在该方面,搁架支承梁130总体上包括结构构件132,结构构件132形成为大致C形并且具有纵向轴线138。示例性搁架支承梁130可以在视觉上被分成三个部分,即部段134、部段136和部段140(参见图9),以用于利用以上关于图2和图3的搁架支承梁28所述的程序进行惯性矩计算。部段134将部段136与部段140分开并且限定了通道142。总体上,部段134、136和140的布置结构限定了C形横截面构型。
在该C形横截面构型中,部段134包括腹板144,腹板144在使用期间形成结构构件132的竖向部分。部段134限定了顶部凸缘146并且构造成接纳搁架22。顶部凸缘146在搁架单元10中(例如,图1)大体向内延伸并且因此沿远离腹板144的方向延伸,并且具有S形构型,该S形构型具有限定了顶部凸缘152的升高部分150和下部部分154。侧壁156从升高部分150过渡至下部部分154以提供S形构型。搁架22支承在下部部分154上,其中,侧壁156为搁架22在搁架单元10中沿向外方向(即,朝向腹板144的方向)的横向运动提供止挡。因此,位于搁架单元10的相对侧部上的一对相对的搁架支承梁130将搁架22捕获在侧壁156之间。通常,顶部边缘152与搁架支承部154之间的距离160大约为搁架的厚度。当结构构件132从顶部边缘152过渡到腹板144时,升高部分150可以具有倒圆构型或圆角构型。
部段140限定了底部凸缘162,底部凸缘162在腹板144的与顶部凸缘146相反的端部上接合腹板144。如所示出的,腹板144可以在结构构件132过渡至顶部凸缘146和过渡至底部凸缘162的位置中的每个位置处成圆角。腹板144在结构构件132中限定为从在一个端部处顶部凸缘146的内表面的表面曲率的切线平行于腹板144的内表面的位置到在相反的端部处底部凸缘162的内表面的表面曲率的切线平行于腹板144的内表面的位置。顶部凸缘146、腹板144和底部凸缘162共同限定了通道142和质心148,质心148与顶部凸缘146、腹板144和底部凸缘162中的每一者间隔开。作为示例,质心148可以位于结构构件132并且更具体地位于腹板144的0.25英寸(0.635厘米)内。
参照图9和图10,腹板144包括凹陷区域164,凹陷区域164基本上沿着如图8中所示出的搁架支承梁130的整个纵向长度(例如,整个纵向长度的80%或更大、90%或更大,并且可能地大于95%)延伸。此外,就纵向长度而言长度小于整个纵向长度的凹陷区域164的位置可以对称地定位,其中,凹陷区域164的中点与搁架支承梁130的纵向长度的中点对准。然而,本发明的实施方式不限于对称地定位的凹陷区域164。在所示出的示例性实施方式中,凹陷区域164由一对向外面向的侧壁166和侧壁170限定,这对侧壁相对于限定了腹板144的最外表面的平面172成角度。相对的侧壁166和侧壁170与基础表面180相交。
尽管凹陷区域164会降低搁架支承梁130的总高度(即,相对于图5至图7中所示出的相等的条宽度的搁架支承梁80),但是凹陷区域164导致结构构件132沿着腹板144的一部分在通道142的方向上的偏移182。该偏移182使结构构件132的惯性矩增加的程度大于由于腹板144的总高度尺寸的减小而造成的惯性矩发生任何损失的程度。尽管示出了多面凹陷区域164(即,由平坦表面166、170、180限定的多面凹陷区域164),但是凹陷区域164也可以具有其他构型比如倒圆构型,或者可以具有多个其他表面,这些表面限定了腹板144的下述部分:该部分从平面172沿朝向通道142的方向偏移,并且有效地减小了通道142的深度。在图9中所示出的实施方式中,腹板144和质心148在凹陷区域164处重叠,或者凹陷区域164可以在质心148的0.125英寸(0.3175厘米)内。
参照图9和图10,凹陷区域164将腹板144分成174处和176处的间隔开的外部部分。间隔开的外部部分174和外部部分176限定了平面172。在示例性实施方式中,基础表面180总体上平行于平面172,其中,相对的侧壁166和侧壁170中的每个侧壁具有大致相同的尺寸和角度。参照图9,作为示例,基础表面180可以为搁架支承梁130的横截面的总高度的至少40%。作为进一步的示例,凹陷区域164可以大于横截面的总高度的50%。凹陷区域164可以形成结构构件132的总高度的约70%。
参照图9,凹陷区域164可以看得出围绕凹陷区域164的中心线对称。然而,本发明的实施方式不限于对称的凹陷区域164。此外,凹陷区域164不需要对称地定位在腹板144内。然而本发明的实施方式不限于图9中所示出的间距,凹陷区域164可以如箭头178所指示的那样相对于顶部凸缘146和底部凸缘162偏移,使得凹陷区域164更靠近底部凸缘162定位。有利地,搁架支承梁130具有如下阐述的比图2和图3中所示出的搁架支承梁28大的惯性矩。
参照图9,示例性搁架支承梁130的尺寸为:
(1)5.735英寸(14.57厘米)的条宽度(在图9的横截面中,结构构件132的条宽度是从结构构件132的一个端部184沿着结构构件132到另一端部186的距离),
(2)6.8磅(3.084千克)的重量,该重量是基于制成该梁的条的可用规格和尺寸变化的近似值,
(3)2.688英寸(6.828厘米)的腔高度(D1)(下部部分154处的顶部凸缘146与底部凸缘162之间的内部尺寸),
(4)0.054英寸(0.1372厘米)的规格,
(5)1.278英寸(3.246厘米)的顶部凸缘宽度(D2)(如从端部184到腹板144在174处的向内面向表面所测量的),
(6)1.024英寸(2.601厘米)的底部凸缘宽度(D3)(如从端部186到腹板144的向内面向表面所测量的),
(7)2.814英寸(7.148厘米)的腹板高度(D4),
(8)3.201英寸(8.131厘米)的总高度(D5),以及
(9)韦氏标度上的为12的硬度。
(10)基础表面(D6)测量为1.550英寸(3.937厘米),其中,相对的侧壁中的每个侧壁测量为0.477英寸(1.212厘米),
(11)间隔开的部分(D7)为0.727英寸(1.847厘米),以及
(12)间隔开的部分(D8)为0.094英寸(0.2388厘米)。
如上关于搁架支承梁28所述的,通过确定每个部段的质心针对梁130的每个部段计算惯性矩并且然后将每个部段的惯性矩相加来计算梁130的惯性矩。
表3
部段 IC(in4) Ad2(in4) Ix(in4)
134 0.11 0.004 0.114
136 0.01 0.148 0.158
140 0.01 0.158 0.168
I总和 0.440
搁架支承梁130的横截面的惯性矩大于0.403。如所示出的,该惯性矩为0.440或比梁28的惯性矩大约9%。因此,示例性搁架支承梁130的理论载量被认为比图2中所示出的梁的理论载量大至少约9%。
如上所述,搁架支承梁130的尺寸不同于搁架支承梁28,但是条宽度相同。尽管具有相等的条宽度,但是具有凹陷区域164的搁架支承梁130的不同尺寸产生了比搁架支承梁28的惯性矩大的惯性矩。
通过比较的方式,搁架支承梁130的总高度尺寸比梁28的总高度尺寸大至少7%。在一个实施方式中,搁架支承梁130的总高度D5为约3.2英寸(约8.128厘米)。然而,条宽度保持不变,为5.735英寸(14.57厘米)。对于相等的条宽度,图8至图10中所示出的搁架支承梁130具有比图2至图3的梁28大的载荷承载能力。
通过进一步的比较,腹板144(图9)的腔高度D1大于腹板40(图3)的腔高度A1。在针对搁架支承梁28和搁架支承梁130中的每一者的条宽度保持相同的情况下,将腹板144相对于腹板40加长以增加腔高度需要减小凸缘146和凸缘162中的一者或两者的宽度尺寸。在示例性实施方式中,并且仅作为示例,与搁架支承梁28的测量为1.385英寸(3.518厘米)的顶部凸缘42相比,顶部凸缘146测量为1.278英寸(3.246厘米),并且与测量为1.253英寸(3.183厘米)的底部凸缘48相比,底部凸缘162测量为1.024英寸(2.601厘米)。对于图8至图10中所示出的搁架支承梁130,腔高度的尺寸与顶部凸缘的宽度和底部凸缘的宽度之和的比率为约1.20(参见图9,例如,2.688英寸(6.828厘米)的尺寸D1与1.024英寸(2.601厘米)的尺寸D3加上1.278英寸(3.246厘米)的尺寸D2(总和为2.297英寸(5.834厘米)的比率为1.170)。根据本发明的一个实施方式,搁架支承梁130的腔高度与凸缘宽度之和的比率大于1。有利地,搁架支承梁130可以由与搁架支承梁28相同的存料制成,但是搁架支承梁130能够承载更大的载荷。
现在参照图11、图12和图13,在本发明的一个实施方式中,搁架支承梁200具有相对于梁28更大的惯性矩。搁架支承梁200是图1中示出的搁架支承梁14的一个实施方式。此外,在该方面,搁架支承梁200总体上包括结构构件202,结构构件202形成为大致C形并且具有纵向轴线204。示例性搁架支承梁200可以在视觉上被分成三个部分,即(在图12中最佳示出的)部段206、部段210和部段212,以用于利用以上关于图2和图3的搁架支承梁28所述的程序进行惯性矩计算。部段206将部段210与部段212分开并且限定了通道214。总体上,部段206、210和212的布置结构限定了C形横截面构型。
在该C形横截面构型中,部段206包括腹板216,腹板216在使用期间形成结构构件202的竖向部分。部段210限定了顶部凸缘220并且构造成接纳搁架22。顶部凸缘220在搁架单元10中(例如,图1)大体向内延伸并且因此沿远离腹板216的方向延伸,并且具有S形构型,该S形构型具有限定了顶部表面224的升高部分222以及下部部分226,顶部表面224与顶部边缘152(例如,在图10中所示出的)不同,顶部表面224是平面的。侧壁230从升高部分222过渡至下部部分226以提供S形构型。搁架22支承在下部部分226上,其中,侧壁230为搁架22在搁架单元10中沿向外方向(即,朝向腹板216的方向)的横向运动提供止挡。因此,位于搁架单元10的相对侧部上的一对相对的搁架支承梁200将搁架22捕获在侧壁230之间。通常,顶部表面224与搁架支承部226之间的距离232大约为搁架的厚度。当结构构件202从顶部平面224(该顶部平面是平面的)过渡到腹板216时,升高部分222可以具有倒圆构型或圆角构型,但是该半径小于图9中所示出的半径。
部段212限定了底部凸缘234,底部凸缘234在腹板216的与顶部凸缘220相反的端部上接合腹板216。如所示出的,腹板216可以在结构构件202过渡至顶部凸缘220和过渡至底部凸缘234的位置中的每个位置处成圆角。腹板216在结构构件202中限定为从在一个端部处顶部凸缘220的内表面的表面曲率的切线平行于腹板216的内表面的位置处到在相对的端部处底部凸缘234的内表面的表面曲率的切线平行于腹板216的内表面的位置。顶部凸缘220、腹板216和底部凸缘234共同限定了结构构件202和质心238。
参照图12和图13,腹板216包括凹陷区域236,凹陷区域236如图11中所示出的那样大致延伸搁架支承梁200的整个纵向长度(例如,整个纵向长度的80%或更大、90%或更大、并且可能地大于95%)。此外,就纵向长度而言长度小于整个纵向长度的凹陷区域236的位置可以对称地定位,其中,凹陷区域236的中点与搁架支承梁200的纵向长度的中点对准。然而,本发明的实施方式不限于对称地定位的凹陷区域236。在所示出的示例性实施方式中,凹陷区域236由一对向外面向的侧壁240和侧壁242限定,这对侧壁相对于限定了腹板216的最外表面的平面244成角度。相对的侧壁240和侧壁242与基础表面246相交。
尽管凹陷区域236会降低搁架支承梁200的总高度(即,相对于图5至图7中所示出的相等的条宽度的搁架支承梁80),但是凹陷区域236导致结构构件202沿着腹板216的一部分在通道214的方向上的偏移250。该偏移250使惯性矩增加的程度大于由于腹板216的总高度尺寸的减小而造成的惯性矩发生任何损失的程度。尽管示出了多面凹陷区域236(即,由平坦表面240、242、246限定的多面凹陷区域236),但是凹陷区域236也可以具有其他构型比如倒圆构型,或者可以具有多个其他表面,这些表面限定了腹板216的下述部分:该部分从平面244沿朝向通道214的方向偏移,并且有效地减小了通道214的深度。在图12所示出的实施方式中,腹板216和质心238在凹陷区域236处重叠,或者凹陷区域236可以在质心238的0.125英寸(0.3175厘米)内。
参照图12和图13,凹陷区域236将腹板216分成252处和254处的间隔开的外部部分。间隔开的外部部分252和外部部分254限定了平面244。在示例性实施方式中,基础表面246总体上平行于平面244,其中,相对的侧壁240和侧壁242中的每个侧壁具有大致相同的尺寸和角度。凹陷区域236可以因此看得出围绕凹陷区域236的中心线对称。本发明的实施方式不限于对称的凹陷区域236。作为示例,基础表面246可以是搁架支承梁200的横截面的总高度的至少40%。作为进一步的示例,凹陷区域236可以大于横截面的总高度的50%。参照图12,凹陷区域236可以形成结构构件202的总高度的大约70%。
此外,凹陷区域236不需要对称地定位在腹板216内。然而本发明的实施方式不限于图12中所示出的间距,凹陷区域236可以如箭头256指示的那样相对于顶部凸缘220和底部凸缘234偏移,使得凹陷区域236更靠近底部凸缘234定位。有利地,搁架支承梁200具有如下面阐述的比图2和图3中所示出的搁架支承梁28大的惯性矩。
图11、图12和图13中所示出的梁200的示例性尺寸为:
(1)5.735英寸(14.57厘米)的条宽度(在图12的横截面中,结构构件202的条宽度是从结构构件202的一个端部260沿着结构构件202到另一端部262的距离),
(2)7.4磅(3.357千克)的重量,该重量是基于制成该梁的条的可用规格和尺寸变化的近似值,
(3)2.723英寸(6.916厘米)的腔高度(E1)(下部部分226处的顶部凸缘220与底部凸缘234之间的内部尺寸),
(4)0.054英寸(0.1372厘米)的规格,
(5)1.056英寸(2.682厘米)的顶部凸缘宽度(E2)(如从端部260到腹板216在252处的向内面向表面所测量的),
(6)0.876英寸(2.225厘米)的底部凸缘宽度(E3)(如从端部262到腹板216在254处的向内面向表面所测量的),
(7)3.159英寸(8.024厘米)的腹板高度(E4),
(8)3.347英寸(8.501厘米)的总高度(E5),
(9)韦氏标度上的为12的硬度,
(10)基础表面宽度(E6)为1.550英寸(3.937厘米),其中,相对的侧壁中的每个侧壁为0.477英寸(1.212厘米),
(11)间隔开的部分(E7)为0.556英寸(1.412厘米),以及
(12)间隔开的部分(E8)为0.083英寸(0.2108厘米)。
如上关于搁架支承梁28所述的,通过确定每个部段的质心针对梁200的每个部段计算惯性矩并且然后将每个部段的惯性矩相加来计算搁架支承梁200的惯性矩。
表4
部段 IC(in4) Ad2(in4) Ix(in4)
206 0.15 0.0018 0.152
210 0.01 0.141 0.151
212 0.01 0.152 0.162
I总和 0.465
搁架支承梁200的横截面的惯性矩大于0.400且小于0.500。通过与梁28对比,梁200的惯性矩比梁28的惯性矩大约15%。示例性搁架支承梁200的理论载量通过有限元分析确定为2566磅(1164千克),与图2至图4的搁架支承梁28相比增加了约48%。有限元分析是在Ansys workbench软件19.1版本上以静态结构分析模块进行的。对具有两个支架、每个端部一个支架的图2、图3A、图3B和图4中所示出的梁的CAD模型进行分析。符合ANSI MH28.2标准的约束原则。在四点载荷下,以R等级和挠度最大值为0.399英寸(1.013厘米)的四点挠曲测试公式完成测试。使用L/180的公式计算挠度极限,其中,L是71.750英寸(192.405厘米)的梁跨度。
如上所述,搁架支承梁200的尺寸不同于搁架支承梁28,但是条宽度相同。尽管具有相等的条宽度,但是具有凹陷区域236的搁架支承梁200的不同尺寸产生了比搁架支承梁28的惯性矩大的惯性矩。通过对比,搁架支承梁28的横截面的惯性矩为0.403并且搁架支承梁200的横截面的惯性矩为0.465。因此,在条宽度相同的情况下,通过改变横截面的构型,惯性矩增加了15%。关于不同的尺寸,搁架支承梁200的总高度E5比梁28的总高度A5大至少12%。在一个实施方式中,搁架支承梁200的总高度E5为约3.35英寸(约8.509厘米)(例如,3.347)。然而,条宽度保持不变,为5.735英寸(14.57厘米)。对于相等的条宽度,图11至图13中所示出的搁架支承梁200具有比图2至图3的梁28大的载荷承载能力。
通过进一步的比较,腹板216(图12)的腔高度E1大于腹板40(图3B)的腔高度A1。在搁架支承梁28和搁架支承梁200中的每一者的条宽度保持相同的情况下,将腹板216相对于腹板40加长(以增加腔高度E1)需要减小凸缘220和凸缘234中的一者或两者的宽度尺寸。在示例性实施方式中并且仅作为示例,与搁架支承梁28的测量为1.385英寸(3.518厘米)(A2)的顶部凸缘42的相比,顶部凸缘220的测量为1.056英寸(2.682厘米)(E2),并且与测量为1.250英寸(3.175厘米)(A3)的底部凸缘48的相比,底部凸缘234测量为0.876英寸(2.225厘米)(E3)。对于图11至图13中所示出的搁架支承梁200,腔高度的尺寸E1相对于顶部凸缘的宽度E2和底部凸缘的宽度E3之和的比率为约1.4(参见图12,2.723英寸(6.916厘米)的尺寸E1与0.876英寸(2.225厘米)的尺寸E3加上1.056英寸(2.682厘米)的尺寸E2(总和为1.932英寸(4.907厘米)的比率为1.409,约为1.4)。根据本发明的一个实施方式,搁架支承梁200的腔高度E1与凸缘宽度E2与E3之和的比率大于1。有利地,搁架支承梁200可以由与搁架支承梁28相同的存料制成,但是搁架支承梁200能够承载更大的载荷。
尽管已经通过描述本发明的各实施方式对本发明进行了说明并且尽管已经详细描述了各实施方式,但是并非意在将所附权利要求的范围局限或以任何方式限制为这样的细节。因此,本文中讨论的各种特征可以单独使用或以任何组合的方式使用。本领域的技术人员将容易明白其他优点和改型。因此,本发明在其更广泛的各方面不限于所示出和所描述的具体细节和说明性示例。因此,在不脱离总的发明构思的范围的情况下,可以偏离这些细节。

Claims (29)

1.一种用于在搁架单元中用以支承搁架的搁架支承梁,所述搁架支承梁包括:
结构构件,所述结构构件具有C形横截面并且包括将构造成支承所述搁架的顶部凸缘与底部凸缘分开的腹板,所述腹板、所述顶部凸缘和所述底部凸缘限定了通道,
其中,所述通道、所述顶部凸缘和所述底部凸缘分别限定了腔高度、顶部凸缘宽度和底部凸缘宽度,
其中,所述腔高度与所述顶部凸缘宽度和所述底部凸缘宽度之和的比率大于1,
其中,所述腹板包括凹陷区域,在所述凹陷区域中,所述结构构件沿朝向所述通道的方向偏移,所述凹陷区域为所述结构构件的总高度的至少50%,
其中,所述顶部凸缘包括由侧壁分开的升高部分和搁架支承部分并且具有S形构型,其中,所述搁架支承部分构造成支承所述搁架并且所述侧壁构造成防止所述搁架朝向所述腹板横向移动,并且
其中,所述腔高度被限定在所述搁架支承部分与所述底部凸缘之间。
2.根据权利要求1所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有大于0.40的惯性矩。
3.根据权利要求1所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有大于0.45的惯性矩。
4.根据权利要求1所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有为至少0.46的惯性矩。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述比率为至少1.20。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述比率为约1.40。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述腔高度大于6.35厘米且小于13.65厘米。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有质心并且所述质心在所述腹板的0.635厘米内。
9.根据权利要求1所述的搁架支承梁,其中,所述凹陷区域在所述结构构件的总高度的50%至70%的范围内。
10.根据权利要求1所述的搁架支承梁,其中,所述凹陷区域为所述结构构件的总高度的至少70%。
11.根据权利要求1至4中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有质心并且所述质心在所述凹陷区域的0.3175厘米内。
12.根据权利要求1至4中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有0.1372厘米的规格。
13.根据权利要求1至4中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有14.57厘米的条宽度。
14.根据权利要求13所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有0.1372厘米的规格。
15.根据权利要求1至4中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述顶部凸缘宽度大于所述底部凸缘宽度。
16.一种搁架单元,所述搁架单元包括:
多个柱;
多个根据权利要求1至15中的任一项所述的搁架支承梁,所述搁架支承梁构造成附接至所述多个柱中的两个柱;以及
搁架,所述搁架构造成在所述搁架支承梁联接至所述两个柱后支承在所述搁架支承梁上。
17.一种制造根据权利要求1至15中的任一项所述的搁架支承梁的方法。
18.一种用于在搁架单元中用以支承搁架的搁架支承梁,所述搁架支承梁包括:
结构构件,所述结构构件具有C形横截面并且包括将构造成支承所述搁架的顶部凸缘与底部凸缘分开的腹板,所述腹板、所述顶部凸缘和所述底部凸缘限定了通道,
其中,所述C形横截面具有大于0.40的惯性矩,
其中,所述腹板包括凹陷区域,在所述凹陷区域中,所述结构构件沿朝向所述通道的方向偏移,所述凹陷区域为所述结构构件的总高度的至少50%,并且
其中,所述顶部凸缘包括由侧壁分开的升高部分和搁架支承部分并且具有S形构型,其中,所述搁架支承部分构造成支承所述搁架并且所述侧壁构造成防止所述搁架朝向所述腹板横向移动。
19.根据权利要求18所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有大于7.562厘米的总高度。
20.根据权利要求18所述的搁架支承梁,其中,所述惯性矩大于0.45。
21.根据权利要求18所述的搁架支承梁,其中,所述惯性矩为至少0.46。
22.根据权利要求18至21中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有14.57厘米的条宽度。
23.根据权利要求18至21中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述C形横截面具有0.1372厘米的规格。
24.根据权利要求18至21中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述通道、所述顶部凸缘和所述底部凸缘分别限定了腔高度、顶部凸缘宽度和底部凸缘宽度,并且
其中,所述腔高度与所述顶部凸缘宽度和所述底部凸缘宽度之和的比率大于1。
25.根据权利要求24所述的搁架支承梁,其中,所述比率为至少1.20。
26.根据权利要求24所述的搁架支承梁,其中,所述比率为约1.40。
27.根据权利要求18至21中的任一项所述的搁架支承梁,其中,所述顶部凸缘和所述底部凸缘分别限定了顶部凸缘宽度和底部凸缘宽度,并且所述顶部凸缘宽度大于所述底部凸缘宽度。
28.一种搁架单元,所述搁架单元包括:
多个柱;
多个根据权利要求18至27中的任一项所述的搁架支承梁,所述搁架支承梁构造成附接至所述多个柱中的两个柱;以及
搁架,所述搁架构造成在所述搁架支承梁联接至所述两个柱后支承在所述搁架支承梁上。
29.一种制造根据权利要求18至27中的任一项所述的搁架支承梁的方法。
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