CN114060028B - 一种膨胀器预埋辅助装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及破岩设备领域，具体公开了一种膨胀器预埋辅助装置，包括：座筒，带有胀套和环形油囊的固定组件，带有钻头动力座、钻头、螺杆和导杆的钻头组件，带有进给动力座、齿轮相、齿轮螺套和液压马达的进给组件，液压分配器以及使用膨胀器预埋辅助装置进行的膨胀器预埋辅助方法。本发明通过钻头组件安装直径较大的刀具先在岩石表面上钻设底孔，再将固定组件中的胀套差套在底孔中使其从底孔的内部膨胀将座筒固定，然后更换小直径的长孔刀在底孔的基础上继续钻出长孔，最后将钻头组件和钻孔组件拆卸，将膨胀器插入至座筒中进行固定，该装置不仅能够同时在光滑的岩壁上实现底孔，长孔的快速开钻，而且还能够起到辅助固定支撑膨胀器的作用。

Description

一种膨胀器预埋辅助装置及方法

技术领域

本发明属于破岩设备领域，特别涉及一种膨胀器预埋辅助装置及方法。

背景技术

在采石或者进行地质研究勘探的过程中，通常需要对坚硬的岩石进行切割和破碎，传动方式是通过物理切割，炸药炸裂，挖凿等方式对岩石进行处理，但是在处理的过程中不仅效率低，而且危险性很高，经常会造成较严重的安全事故。

对此，人们研究了一种新型的静力破岩裂切技术，即水利裂切破岩技术；其原理是通过增压装置和高压水管，向放置在岩石钻孔中的专用膨胀器内注入高压水，控制增压，使膨胀器径向膨胀，压迫孔壁，加载上百吨的膨胀力，使岩石或混凝土构体定向开裂或随机破碎，相比传统的破岩方式，其具有安全，搞笑，便捷，节能等诸多优点。

但是，现有的水利裂切装置在安装膨胀器的过程中，由于岩石表面比较光滑且不平整，因此在通过钻机打孔时很难着力，不仅效率低而且易出现打歪崩刀等情况的发生，及其影响钻孔的质量和效率；其次，有些孔位方向朝下或者向下倾斜，常会导致膨胀器安插不稳，易滑脱等情况的发生，影响膨胀器的预埋效率以及预埋质量。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膨胀器预埋辅助装置及方法，从而克服现有的膨胀器在安装的过程中，不易打孔并且膨胀器安装效率低易滑脱的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种膨胀器预埋辅助装置，包括：座筒，其包括相对的第一端和第二端，所述座筒中设有筒腔，所述筒腔将所述第一端和所述第二端贯穿；固定组件，其包括胀套，所述胀套以可滑动的方式设于所述筒腔中，所述胀套包括相对的第三端和第四端，所述第三端与所述第一端相对应并能够从所述第一端向外伸出，所述第四端与所述第二端相对应，所述胀套内设有环腔，所述胀套由第一半套和第二半套扣合而成，所述环腔内设有环形油囊；钻头组件，其包括钻头动力座，所述钻头动力座以可滑动的方式设于所述胀套中，所述动力座包括第五端和第六端，所述第五端与所述第三端相对应，所述第六端与所述第四端相对应，所述第五端设有可拆卸的钻头，所述钻头的端部能够从所述第一端向外伸出，所述第六端固定设有螺杆，所述螺杆的端部从所述第二端向外伸出，所述钻头由设于所述钻头动力座中的电机驱动转动；进给组件，其包括进给动力座，所述进给动力座以可拆卸的方式与所述第二端连接，所述进给动力座上设有可转动的齿轮螺套，所述齿轮螺套套设在所述螺杆的端部并与其相互匹配，所述进给动力座上设有液压马达和齿轮箱，所述液压马达的输出端与所述齿轮箱的输入端连接，所述齿轮箱的输出端与所述齿轮螺套连接并能够驱动所述齿轮螺套转动；液压分配器，其设于所述座筒上，所述液压分配器分别通过第一油管和第二油管与所述液压马达和所述环形油囊以可拆卸的方式进行连接，所述第二油管螺旋绕设在所述筒腔中。

优选的，上述技术方案中，所述第一端的外周设有向外延展的底板，所述底板上设有三个支脚，三个所述支脚以所述座筒的轴线均匀设置。

优选的，上述技术方案中，所述支脚的一端与所述座筒固定连接，所述支脚的另一端向所述第一端外延伸并设有胶垫，所述胶垫与所述支脚之间设有万向节。

优选的，上述技术方案中，所述底板的两端均设有扶手。

优选的，上述技术方案中，所述第二端设有第一连接法兰，所述进给动力座上设有与所述第一连接法兰相匹配的第二连接法兰。

优选的，上述技术方案中，所述座筒的侧部对称开设有两条滑槽，所述滑槽的长度方向与所述座筒的轴线相平行；所述第一半套和所述第二半套上分别设有一个滑块，所述滑块靠近所述第四端并能够沿插入至所述滑槽中沿其滑动。

优选的，上述技术方案中，所述进给动力座上设有若干个导杆孔；所述钻头组件还包括若干根导杆，所述导杆与所述导杆孔的位置和数量相对应，所述导杆的一端与所述第六端固定连接，所述导杆的另一端穿过所述导杆孔向外延伸。

优选的，上述技术方案中，所述齿轮箱中包括：输入齿轮，其与所述液压马达的输出端连接；中间齿轮，其设于所述输入齿轮和所述齿轮螺套之间，并同时与所述输入齿轮和所述齿轮螺套相互啮合。

优选的，上述技术方案中，所述第三端的边缘处设有倒角。

另一方面，为实现上述目的，本发明还提供了一种膨胀器预埋方法，使用到上述膨胀器预埋辅助装置，包括如下步骤：

S1：钻固定孔，将所述座筒的所述第一端与岩石的表面相互贴近，在所述钻头组件上安装较大直径钻头，开钻固定孔，使固定孔的孔深为20~30cm；

S2：更换长孔钻，将步骤S1中的大直径钻头拆下，更换成小直径的长孔钻；

S3：膨胀固定，将所述胀套向所述第一端滑动，并且使所述第一半套和所述第二半套相互合并，使所述第三端插入至固定孔中并一直插入至固定孔的孔底，再向所述环形油囊中充入液压油，使所述胀套膨胀，从固定孔的内壁进行夹紧；

S4：钻长孔，启动所述钻头组件，使长孔钻穿过已经夹紧的所述胀套的内部，在固定孔的底部钻长孔；

S5：辅助固定膨胀管，断开所述第一油管，将所述进给组件和所述钻头组件从所述第二端处拆除，保持所述胀套仍卡紧在固定孔中，将膨胀管从所述第二端插入至所述座筒和长孔中，对其进行辅助固定。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1. 本发明中的膨胀器预埋辅助装置及方法通过钻头组件安装直径较大的刀具先在岩石表面上钻设底孔，然后再将固定组件中的胀套差套在底孔中使其从底孔的内部膨胀将座筒固定，然后更换小直径的长孔刀在底孔的基础上继续钻出长孔，最后将钻头组件和钻孔组件拆卸下来，将膨胀器插入至座筒中进行固定，该装置不仅能够同时在光滑的岩壁上实现底孔，长孔的快速开钻，而且还能够起到辅助固定支撑膨胀器的作用。

2. 本发明的膨胀器预埋辅助装置的固定装置中的胀套设计巧妙，在不使用的时候，第一半套和第二半套能够相互分开，起到为钻头组件滑动导向的作用，在使用时，第一半套和第二半套能够迅速合起，直接通过滑块和滑槽的配合插入至底孔中，并且直接通过液压分配器使环形油囊中充满液压油而进行膨胀，从而将装置通过内部卡紧底孔的侧壁，牢牢地固定在岩壁上。

3. 本发明中的进给组件中的齿轮螺套通过液压马达进行驱动，并且能够通过液压分配器与环形油囊共用一套液压站进行供油，其结构简单，并且液压马达的功效比比较大，能够减少整个装置的重量，方便携带。

4. 本发明中的进给组件通过法兰盘连接结构与座筒的第二端进行可拆卸连接，在使用的过程中不仅能够根据不同长度的钻头而进行方便更换，而且还能够在钻孔功能转换成辅助固定膨胀器的功能的过程中更加方便拆卸。

5．本发明中的座筒的底部安装有三个支脚，并且支脚上安装有可转动的胶垫，可转动的胶垫能够增加其对岩壁表面的适应能力，而且三点固定能够使装置在进行钻底孔时，机身更加稳定。

6. 本发明中的滑块和滑槽既能够起到胀套移动时的导向的作用，而且还能够防止在钻孔的过程中胀套随钻头的钻转而跟转，而且还能够在进给组件对钻头施加进给力时滑块对滑槽的端部进行钩挂，防止座筒与固定组件相互分离的作用。

7. 本发明中的导杆和导杆孔不仅能够对钻头组件的移动起到导向的作用，而且还能够防止钻头动力座由于电机的反作用力而产生反向的轴向转动的作用。

8. 本发明中的胀套的第三端的边缘处设置有倒角，该倒角起到了使胀套的第一半套和第二半套在合并后，能够更容易地插入至底孔中的作用。

附图说明

图1是实施例一中的膨胀器预埋辅助装置的结构图。

图2是实施例一中的膨胀器预埋辅助装置的局部剖切图。

图3是座筒的局部剖切图。

图4是固定组件的结构图。

图5是钻头组件的结构图。

图6是进给组件的结构图。

图7是实施例二中的膨胀器预埋辅助方法的流程图。

主要附图标记说明：

1-座筒，11-第一端，12-第二端，13-筒腔，14-底板，15-支脚，151-胶垫，152-万向节，16-扶手，17-第一连接法兰，18-滑槽；

2-固定组件，21-胀套，211-第一半套，212-第二半套，22-第三端，23-第四端，24-环腔，25-环形油囊，26-滑块，27-倒角；

3-钻头组件，31-钻头动力座，32-第五端，33-第六端，34-钻头，35-螺杆，36-导杆；

4-进给组件，41-进给动力座，42-齿轮螺套，43-液压马达，44-齿轮箱，441-输入齿轮，442-中间齿轮，45-第二连接法兰，46-导杆孔；

5-液压分配器，51-第一油管，52-第二油管。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“顶面”、“底面”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到术语“第一”、“第二”、“第三”只是用于描述目的以及区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

实施例1

如图1到图6所示，该实施例中的膨胀器预埋辅助装置包括：座筒1，第一端11，第二端12，筒腔13，底板14，支脚15，胶垫151，万向节152，扶手16，第一连接法兰17，滑槽18，固定组件2，胀套21，第一半套211，第二半套212，第三端22，第四端23，环腔24，环形油囊25，滑块26，倒角27，钻头组件3，钻头动力座31，第五端32，第六端33，钻头34，螺杆35，导杆36，进给组件4，进给动力座41，齿轮螺套42，液压马达43，齿轮箱44，输入齿轮441，中间齿轮442，第二连接法兰45，导杆孔46，液压分配器5，第一油管51，第二油管52。

座筒1为圆柱形筒状结构，其两端分别为第一端11和第二端12，座筒1的中部开设有圆柱形筒腔13，筒腔13将第一端11和第二端12贯穿，环绕于第一端11的外周设置有向外延展的底板14，底板14上安装有三个支脚15，三个支脚15以座筒1的轴线为中心均匀设置，支脚15的一端与座筒1固定连接，支脚15的另一端从第一端11的断面向外延伸并且安装有胶垫151，胶垫151与支脚15之间安装有万向节152，以能够使胶垫151的方向进行转动，底板14的两端均安装有扶手16，第二端12的端面设置有第一连接法兰17，座筒1的侧部对称开设有两条矩形的滑槽18，滑槽18使筒腔13与座筒1的外部相连通，滑槽18的长度方向与座筒1的轴线相平行。

固定组件2包括圆柱形环套结构的胀套21，胀套21套在筒腔13中并且能够沿筒腔13进行滑动，胀套21的两端分别为第三端22和第四端23，第三端22与第一端11的方位相对应并能够从第一端11向外伸出，第四端23与第二端12的方位相对应，胀套21内开设有环腔24，胀套21由第一半套211和第二半套212相互扣合而成，环腔24内安装有环形油囊25，第一半套211和第二半套212的外侧分别设置有一个向外凸出的矩形滑块26，滑块26靠近第四端23设置，其能够沿插入至滑槽18中沿其滑动，第三端22的边缘处车有倒角27，该倒角27的角度为25-30度。

钻头组件3包括：钻头动力座31、钻头34、螺杆35和导杆36，钻头动力座31套在胀套21的内孔中并能够沿胀套21的轴线方向进行滑动，动力座31包括第五端32和第六端33，第五端32与第三端22的方向相对应，第六端33与第四端23的方向相对应，第五端32上以可拆卸的方式安装有钻头34，钻头34的端部能够从第一端11向外伸出，第六端33与螺杆35的一端固定连接，螺杆35的另一端从第二端12向外伸出，钻头动力座31中安装有电机，钻头34由该电机驱动转动，导杆36共有两根，导杆36的一端固定设置在第六端33上。

进给组件4包括：进给动力座41、齿轮螺套42、液压马达43和齿轮箱44；进给动力座上设置有与第一连接法兰17相匹配的第二连接法兰45，第一连接法兰17和第二连接法兰45通过螺钉能够相互连接，进给动力座41上开设有两个导杆孔46，导杆36的另一端穿过导杆孔46向外延伸；进给动力座41上还安装有可转动的齿轮螺套42，该齿轮螺套42中部为螺纹结构，外周为齿轮结构，齿轮螺套42套设在螺杆35的端部并与其相互匹配，进给动力座41上安装有液压马达43和齿轮箱44；齿轮箱44中包括输入齿轮441和中间齿轮442，输入齿轮441与液压马达43的输出端连接，中间齿轮442安装在输入齿轮441和齿轮螺套42之间，并同时与输入齿轮441和齿轮螺套42相互啮合。

液压分配器5设置在座筒1上，液压分配器5分别通过第一油管51和第二油管52与液压马达43和环形油囊25进行连接，并且第一油管51和第二油管52的两端均可以快速拆卸，第二油管52成弹簧状螺旋绕在筒腔13的内壁上。

实施例二

如图7所示，该实施例提供了一种膨胀器预埋辅助方法，其通过使用上述实施例中的膨胀器预埋辅助装置来实现，具体包括如下步骤：

S1：钻固定孔，将座筒1的第一端11与岩石的表面相互贴近，使三个支脚15上的胶垫151支撑在岩壁上，可以适当调整胶垫151的角度以使底板14尽量与岩壁相互平行，在钻头组件3的钻头动力座31上安装较大直径钻头，启动电源，电机带动钻头自传，液压站带动液压马达43转动，对钻头动力座31实现进给向动作开钻固定孔，最终使固定孔的孔深为20~30cm；

S2：更换长孔钻，将S1中的大直径钻头从钻头动力座31上拆下，更换成小直径的长孔钻，如有必要，则可以更换形成更长的进给组件4和钻头组件3；

S3：膨胀固定，通过将滑块26在滑槽18中进行拨动，使胀套21向第一端11滑动，并且使第一半套211和第二半套212相互合并，进而使第三端22插入至固定孔中并一直插入至固定孔的孔底，再通过控制液压分配器5向环形油囊25中充入液压油，使胀套21膨胀，将第一半套211和第二半套212向两侧顶开，从固定孔的内壁进行夹紧；

S4：钻长孔，启动钻头组件3，使长孔钻穿过已经夹紧的胀套21的内部，在固定孔的底部钻长孔；

S5：辅助固定膨胀管，断开第一油管51，此时液压分配器5能够持续为环形油囊25中供油，然后将进给组件4和钻头组件3从第二端12处拆除，保持胀套21仍卡紧在固定孔中，将膨胀管从第二端12插入至座筒1和长孔中，从而对其进行辅助固定。

综上所述，本发明通过钻头组件安装直径较大的刀具先在岩石表面上钻设底孔，然后再将固定组件中的胀套差套在底孔中使其从底孔的内部膨胀将座筒固定，然后更换小直径的长孔刀在底孔的基础上继续钻出长孔，最后将钻头组件和钻孔组件拆卸下来，将膨胀器插入至座筒中进行固定，该装置不仅能够同时在光滑的岩壁上实现底孔，长孔的快速开钻，而且还能够起到辅助固定支撑膨胀器的作用。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的，这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换、变型以及各种不同的选择和改变，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，包括：

座筒（1），其包括相对的第一端（11）和第二端（12），所述座筒（1）中设有筒腔（13），所述筒腔（13）将所述第一端（11）和所述第二端（12）贯穿；

固定组件（2），其包括胀套（21），所述胀套（21）以可滑动的方式设于所述筒腔（13）中，所述胀套（21）包括相对的第三端（22）和第四端（23），所述第三端（22）与所述第一端（11）相对应并能够从所述第一端（11）向外伸出，所述第四端（23）与所述第二端（12）相对应，所述胀套（21）内设有环腔（24），所述胀套（21）由第一半套（211）和第二半套（212）扣合而成，所述环腔（24）内设有环形油囊（25）；

钻头组件（3），其包括钻头动力座（31），所述钻头动力座（31）以可滑动的方式设于所述胀套（21）中，所述动力座（31）包括第五端（32）和第六端（33），所述第五端（32）与所述第三端（22）相对应，所述第六端（33）与所述第四端（23）相对应，所述第五端（32）设有可拆卸的钻头（34），所述钻头（34）的端部能够从所述第一端（11）向外伸出，所述第六端（33）固定设有螺杆（35），所述螺杆（35）的端部从所述第二端（12）向外伸出，所述钻头（34）由设于所述钻头动力座（31）中的电机驱动转动；

进给组件（4），其包括进给动力座（41），所述进给动力座（41）以可拆卸的方式与所述第二端（12）连接，所述进给动力座（41）上设有可转动的齿轮螺套（42），所述齿轮螺套（42）套设在所述螺杆（35）的端部并与其相互匹配，所述进给动力座（41）上设有液压马达（43）和齿轮箱（44），所述液压马达（43）的输出端与所述齿轮箱（44）的输入端连接，所述齿轮箱（44）的输出端与所述齿轮螺套（42）连接并能够驱动所述齿轮螺套（42）转动；

液压分配器（5），其设于所述座筒（1）上，所述液压分配器（5）分别通过第一油管（51）和第二油管（52）与所述液压马达（43）和所述环形油囊（25）以可拆卸的方式进行连接，所述第二油管（52）螺旋绕设在所述筒腔（13）中。

2.根据权利要求1所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，所述第一端（11）的外周设有向外延展的底板（14），所述底板（14）上设有三个支脚（15），三个所述支脚（15）以所述座筒（1）的轴线均匀设置。

3.根据权利要求2所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，所述支脚（15）的一端与所述座筒（1）固定连接，所述支脚（15）的另一端向所述第一端（11）外延伸并设有胶垫（151），所述胶垫（151）与所述支脚（15）之间设有万向节（152）。

4.根据权利要求2所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，所述底板（14）的两端均设有扶手（16）。

5.根据权利要求1所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，所述第二端（12）设有第一连接法兰（17），所述进给动力座上设有与所述第一连接法兰（17）相匹配的第二连接法兰（45）。

6.根据权利要求1所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，所述座筒（1）的侧部对称开设有两条滑槽（18），所述滑槽（18）的长度方向与所述座筒（1）的轴线相平行；所述第一半套（211）和所述第二半套（212）上分别设有一个滑块（26），所述滑块（26）靠近所述第四端（23）并能够沿插入至所述滑槽（18）中沿其滑动。

7.根据权利要求1所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，所述进给动力座（41）上设有若干个导杆孔（46）；所述钻头组件（3）还包括若干根导杆（36），所述导杆（36）与所述导杆孔（46）的位置和数量相对应，所述导杆（36）的一端与所述第六端（33）固定连接，所述导杆（36）的另一端穿过所述导杆孔（46）向外延伸。

8.根据权利要求1所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，所述齿轮箱（44）中包括：

输入齿轮（441），其与所述液压马达（43）的输出端连接；

中间齿轮（442），其设于所述输入齿轮（441）和所述齿轮螺套（42）之间，并同时与所述输入齿轮（441）和所述齿轮螺套（42）相互啮合。

9.根据权利要求1所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，所述第三端（22）的边缘处设有倒角（27）。

10.一种膨胀器预埋辅助方法，使用到如权利要求1到9任一项所述的膨胀器预埋辅助装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1：钻固定孔，将所述座筒（1）的所述第一端（11）与岩石的表面相互贴近，在所述钻头组件（3）上安装较大直径钻头，开钻固定孔，使固定孔的孔深为20~30cm；

S2：更换长孔钻，将步骤S1中的大直径钻头拆下，更换成小直径的长孔钻；

S3：膨胀固定，将所述胀套（21）向所述第一端（11）滑动，并且使所述第一半套（211）和所述第二半套（212）相互合并，使所述第三端（22）插入至固定孔中并一直插入至固定孔的孔底，再向所述环形油囊（25）中充入液压油，使所述胀套（21）膨胀，从固定孔的内壁进行夹紧；

S4：钻长孔，启动所述钻头组件（3），使长孔钻穿过已经夹紧的所述胀套（21）的内部，在固定孔的底部钻长孔；

S5：辅助固定膨胀管，断开所述第一油管（51），将所述进给组件（4）和所述钻头组件（3）从所述第二端（12）处拆除，保持所述胀套（21）仍卡紧在固定孔中，将膨胀管从所述第二端（12）插入至所述座筒（1）和长孔中，对其进行辅助固定。

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