CN114060447B - 装配式两级或多级调节杠杆惯容器及调节杠杆惯容器单元 - Google Patents

装配式两级或多级调节杠杆惯容器及调节杠杆惯容器单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种调节杠杆惯容器单元，包括传动管，所述传动管的一端设有第一活塞组件、另一端设有圆弧段，所述圆弧段内设有第二活塞组件；所述第二活塞组件包括呈圆弧形的第二活塞杆，所述第二活塞杆与所述圆弧段同轴设置；所述第二活塞杆的一端位于所述圆弧段内并设有第二活塞头；还包括杠杆惯容机构，所述杠杆惯容机构包括杠杆，所述杠杆的中部转动配合安装在一转轴上，且所述转轴与所述圆弧段的轴线平行，所述杠杆靠近所述圆弧段的一端在磁力作用下跟随所述第二活塞头移动、另一端设有质量块。本发明还公开了一种装配式两级调节杠杆惯容器和装配式多级调节杠杆惯容器，能够有效解决杠杆惯容器的非线性问题。

Description

装配式两级或多级调节杠杆惯容器及调节杠杆惯容器单元
技术领域
本发明涉及一种惯容装置，具体的为一种装配式两级或多级调节杠杆惯容器及调节杠杆惯容器单元。
背景技术
随着我国工程技术的进步，大跨度桥梁及高耸结构物的建造越来越多，使结构振动控制技术如今更受重视。结构振动控制技术可以有效抑制结构在风、地震等多种外部激励作用下产生的动力响应，按其控制方式的不同可分为被动控制、主动控制、半主动控制及混合控制。其中，通过在结构中附设惯容阻尼装置进行被动控制是目前应用最为广泛的一种结构振动控制方式。
与质量元件相比，惯容元件优势巨大，与传统质量元件不同，惯容的出力与其两端点间的相对加速度相关，其出力与两端相对加速度的比值称为惯容系数，改变振动加速度以便达到更好的振动控制效果。
不同跨径的桥梁或不同层高的结构物对于振动控制的要求不同，目前进行振动控制时，根据结构所需惯容大小，一般近似选取有相近大小惯容系数的惯容阻尼器，或者定制所需惯容器，对于实际工程极其不便。因此，目前工程界对于一种可灵活装配、自由组合，可适用于各个结构物的惯容阻尼器是目前工程界的刚需。
随着技术的进步，惯容装置已逐步应用到了减/隔振领域，如车辆悬架、座椅悬架、火车悬架、建筑物隔振及动力系统等，但传统的被动式惯容装置由于其惯容系数的单一性，不能满足不同工况对于不同惯容系数的需求，有必要研究惯容系数可调节的惯容器，针对不同工况调节惯容系数，达到最优控制的目的。
惯容元件按实现方式的不同分为齿轮齿条式、滚珠螺杆式、液力式、杠杆式等几大类，然而作为结构最简单、原理最直观的杠杆式惯容器应用却较少，原因主要是其运作时的非线性特点。杠杆式惯容器主要由杠杆、质量块、固定支点等几部分组成，杠杆式惯容器工作时：当外力垂直施加于杠杆，杠杆带动质量块摆动，由于杠杆两端力臂大小不同，杠杆对质量块产生出力放大效应，由此实现对质量惯性的封装。当杠杆惯容器运作时，只有在杠杆摆角很小的情况下，力才近似垂直于杠杆，惯容系数的值才接近恒定；当杠杆摆角较大时，力与杠杆的夹角不能忽略，此时惯容系数的值发生变化。因此杠杆式惯容器是非线性元件，只有在特定条件下才把它看成是线性元件。非线性元件的存在使振动控制过程变得异常复杂，难以预测，故杠杆式惯容器较其他类型惯容器竞争力小。若能解决此问题，杠杆式惯容器因其简单的构造、较低的成本，可以大范围应用于结构振动控制中。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种装配式两级或多级调节杠杆惯容器及调节杠杆惯容器单元，能够有效解决杠杆惯容器的非线性问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明首先提出了一种调节杠杆惯容器单元，包括传动管，所述传动管的一端设有第一活塞组件、另一端设有圆弧段，所述圆弧段内设有第二活塞组件；所述第二活塞组件包括呈圆弧形的第二活塞杆，所述第二活塞杆与所述圆弧段同轴设置；所述第二活塞杆的一端位于所述圆弧段内并设有第二活塞头；
还包括杠杆惯容机构，所述杠杆惯容机构包括杠杆，所述杠杆的中部转动配合安装在一转轴上，且所述转轴与所述圆弧段的轴线平行，所述杠杆靠近所述圆弧段的一端在磁力作用下跟随所述第二活塞头移动、另一端设有质量块。
进一步，所述第二活塞杆上套装设有液力惯容器，所述液力惯容器呈圆弧形并与所述圆弧段同轴；所述液力惯容器的两端分别与所述第二活塞杆密闭配合，且所述第二活塞杆上设有位于所述液力惯容器内的第三活塞头，所述液力惯容器的两端之间设有盘绕在所述液力惯容器上的螺旋盘管，所述液力惯容器的两端分别与螺旋管的两端相连通。
进一步，所述第二活塞头内设有第一磁铁，所述杠杆采用铁磁金属材料制成，或所述杠杆靠近所述第二活塞头的一端设有与所述第一磁铁产生相吸的磁力的第二磁铁。
进一步，所述杠杆上设有螺纹段，所述质量块与所述螺纹段螺纹配合。
进一步，所述第一活塞组件包括第一活塞杆，所述第一活塞杆的一端位于所述传动管内并设有第一活塞头、另一端位于所述传动管外。
进一步，所述转轴与所述圆弧段的轴线同轴。
本发明还提出了一种装配式两级调节杠杆惯容器，包括相对设置的两个如上所述的调节杠杆惯容器单元，所述第二活塞杆的另一端伸出所述圆弧段外并设有第一传动件，两个所述调节杠杆惯容器单元的第一传动件相邻设置，所述第一传动件的外侧面为与对应的所述圆弧段同轴的第一圆弧面；两个所述调节杠杆惯容器单元的所述第一圆弧面之间设有第一传动轮，所述第一圆弧面与所述第一传动轮上分别设有相互啮合的第一传动轮齿。
本发明还提出了一种装配式多级调节杠杆惯容器，包括相对设置的两个如上所述的调节杠杆惯容器单元，两个所述调节杠杆惯容器单元之间设有至少一个中间惯容单元；
所述中间惯容单元包括可绕其轴线转动的中间圆弧杆，所述中间圆弧杆的两端分别设有与其同步移动的中间传动件，所述中间传动件的外侧面为与所述中间圆弧杆同轴的中间圆弧面；
所述第二活塞杆的另一端伸出所述圆弧段外并设有第二传动件，所述第二传动件的外侧面为与对应的所述圆弧段同轴的第二圆弧面；
所述调节杠杆惯容器单元的第二圆弧面与相邻的所述中间惯容单元的所述中间圆弧面之间设有第二传动轮，所述第二圆弧面、中间圆弧面以及第二传动轮上设有相互啮合的第二传动轮齿；当所述中间惯容单元设为至少两个时，相邻的两个所述中间惯容单元的中间圆弧面之间设有第三传动轮,该相邻的中间圆弧面以及第三传动轮上设有相互啮合的第三传动轮齿。
进一步，所述中间圆弧杆的两端分别设有中间液力惯容器，所述中间液力惯容器套装在所述中间圆弧杆上，且所述中间液力惯容器的两端分别与所述中间圆弧杆密闭配合，所述中间圆弧杆上设有位于对应的所述中间液力惯容器内的第四活塞头，所述中间液力惯容器的两端之间设有中间螺旋盘管，所述中间液力惯容器的两端分别与中间螺旋盘管的两端相连通。
进一步，还包括中间杠杆惯容机构，所述中间杠杆惯容机构包括中间杠杆，所述中间杠杆的中部转动配合安装在一中间转轴上，且所述中间转轴与所述中间圆弧杆的轴线平行；所述中间圆弧杆上设有磁吸块，所述中间杠杆靠近所述中间圆弧杆的一端在所述磁吸块的磁力作用下跟随所述磁吸块移动、另一端设有中间质量块。
进一步，所述中间杠杆上设有中间螺纹段，所述中间质量块与所述中间螺纹段螺纹配合。
本发明的有益效果在于：
本发明的调节杠杆惯容器单元，通过设置传动管，并在传动管的两端分别设置第一活塞组件和第二活塞组件；当调节杠杆惯容器单元作为振动输入端时，振动作用在第一活塞组件上，驱动第一活塞组件沿着传动管移动，第一活塞组件和第二活塞组件之间充满液体，在液体传力的作用下，驱动第二活塞组件的第二活塞杆和第二活塞头沿着圆弧段移动，同时第二活塞头与杠杆之间具有磁力，该磁力作用在第二活塞头上朝向组织第二活塞头移动的作用，即作用在第二活塞头上的磁力位于圆弧段的切向方向，也即作用在杠杆上的磁力作用也位于圆弧段的切向方向，杠杆受到的磁力作用与其的夹角始终保持垂直，使惯容系数恒定，便于控制，从而解决了传统的杠杆惯容器因杠杆受力夹角发生变化导致的惯容系数存在的非线性变化的问题；同理，当调节杠杆惯容器单元作为振动输出端时，也能够确保杠杆受力夹角保持不变，解决了传动杠杆惯容器的惯容系数的非线性问题。
通过在杠杆上设置螺纹段，并将质量块与螺纹段螺纹配合，从而可以调节质量块的位置，使质量块的重心与转轴之间的距离发生变化，从而调节惯容系数。
本发明的装配式多级调节杠杆惯容器，根据实际工况需要，如不同跨径的桥梁或不同层高的结构物对于振动控制的要求，可以通过灵活设置中间惯容单元的数量、调节质量块与转轴以及中间质量块与中间转轴之间的距离，来调节惯容系数，从而可以适配不同的结构物，具有可灵活装配、自由组合的优点。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明调节杠杆惯容器单元实施例1的结构示意图；
图2为本实施例调节杠杆惯容器单元的爆炸图；
图3为本发明装配式两级调节杠杆惯容器实施例2的结构示意图；
图4为本发明装配式多级调节杠杆惯容器实施例3的结构示意图；
图5为中间惯容单元的结构示意图；
图6为中间惯容单元的爆炸图。
附图标记说明：
10-传动管；11-第一活塞组件；12-圆弧段；13-液力惯容器；14-第二活塞杆；15-第二活塞头；16a-第一传动件；16b-第二传动件；17-杠杆；18-转轴；19-质量块；20-螺纹段；21-第三活塞头；22-螺旋盘管；23-第一活塞杆；24-第一活塞头；25-第一传动轮；
30-中间圆弧杆；31-中间传动件；32-第二传动轮；33-中间液力惯容器；34-中间螺旋盘管；35-中间杠杆；36-中间转轴；37-磁吸块；38-中间质量块；39-中间螺纹段；40-第四活塞头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，为本发明调节杠杆惯容器单元实施例1的结构示意图。本实施例的调节杠杆惯容器单元，包括传动管10，传动管10的一端设有第一活塞组件11、另一端设有圆弧段12，圆弧段12内设有第二活塞组件。具体的，本实施例的第一活塞组件11包括第一活塞杆23，第一活塞杆23的一端位于传动管10内并设有第一活塞头24、另一端位于传动管10外。本实施例的第二活塞组件包括呈圆弧形的第二活塞杆14，第二活塞杆14与圆弧段12同轴设置；第二活塞杆14的一端位于圆弧段12内并设有第二活塞头15、另一端伸出圆弧段12外并设有传动件16。
本实施例的调节杠杆惯容器单元还包括杠杆惯容机构，杠杆惯容机构包括杠杆17，杠杆17的中部转动配合安装在一转轴18上，且转轴18与圆弧段12的轴线平行，杠杆17靠近圆弧段的一端在磁力作用下跟随第二活塞头15移动、另一端设有质量块19。具体的，转轴18与圆弧段12的轴线同轴。具体的，第二活塞头15内设有第一磁铁，杠杆17采用铁磁金属材料制成或杠杆17靠近第二活塞头15的一端设有与第一磁铁产生相吸的磁力的第二磁铁，即第二活塞头15与杠杆17之间具有磁吸作用，当第二活塞杆14及第二活塞头15移动的过程中，在磁吸力的作用下，驱动杠杆17绕转轴转动，同时杠杆17对第二活塞头15施加一个阻碍其移动的磁吸力的作用。
优选的，杠杆17上设有螺纹段20，质量块19与螺纹段20螺纹配合，如此，可以调节质量块19在螺纹段20上的距离，从而调节质量块19的重心与转轴18之间的距离，以调节惯容系数。
进一步，本实施例的第二活塞杆14上套装设有液力惯容器13，液力惯容器13呈圆弧形并与圆弧段12同轴。本实施例的液力惯容器13的两端分别与第二活塞杆14密闭配合，且第二活塞杆14上设有位于液力惯容器13内的第三活塞头21，液力惯容器13的两端之间设有盘绕在液力惯容器13上的螺旋盘管22，液力惯容器13的两端分别与螺旋管22的两端相连通，如此，在第二活塞杆14移动的过程中，存储在液力惯容器13内的液体可以通过螺旋盘管22从液力惯容器13的一端进入另一端。
本实施例的调节杠杆惯容器单元，通过设置传动管，并在传动管的两端分别设置第一活塞组件和第二活塞组件；当调节杠杆惯容器单元作为振动输入端时，振动作用在第一活塞组件上，驱动第一活塞组件沿着传动管移动，第一活塞组件和第二活塞组件之间充满液体，在液体传力的作用下，驱动第二活塞组件的第二活塞杆和第二活塞头沿着圆弧段移动，同时第二活塞头与杠杆之间具有磁力，该磁力作用在第二活塞头上朝向组织第二活塞头移动的作用，即作用在第二活塞头上的磁力位于圆弧段的切向方向，也即作用在杠杆上的磁力作用也位于圆弧段的切向方向，杠杆受到的磁力作用与其的夹角始终保持垂直，使惯容系数恒定，便于控制，从而解决了传统的杠杆惯容器因杠杆受力夹角发生变化导致的惯容系数存在的非线性变化的问题；同理，当调节杠杆惯容器单元作为振动输出端时，也能够确保杠杆受力夹角保持不变，解决了传动杠杆惯容器的惯容系数的非线性问题。
实施例2
如图3所示，为本发明装配式两级调节杠杆惯容器实施例2的结构示意图。本实施例的装配式两级调节杠杆惯容器，包括相对设置的两个如实施例1所述的调节杠杆惯容器单元，第二活塞杆14的另一端伸出圆弧段12外并设有第一传动件16a，两个调节杠杆惯容器单元的第一传动件16a相邻设置，第一传动件16a的外侧面为与对应的圆弧段12同轴的第一圆弧面；两个调节杠杆惯容器单元的第一圆弧面之间设有第一传动轮25，第一圆弧面与第一传动轮25上分别设有相互啮合的第一传动轮齿。
如此，两个调节杠杆惯容器单元组成一个杠杆惯容器，其中一个调节杠杆惯容器单元的第一活塞组件为输入端，另一个调节杠杆惯容器单元的第一活塞组件为输出端，两个调节杠杆惯容器单元之间通过第一传动件16a和第一传动轮25传动连接，当其中一个调节杠杆惯容器单元的第二活塞杆14移动时，在第一传动件16a和第一传动轮25的传动作用下，带动另一个调节杠杆惯容器单元的第二活塞杆14移动，从而能够增大惯容系数。
实施例3
如图4所示，为本发明装配式多级调节杠杆惯容器实施例3的结构示意图。本实施例的装配式多级调节杠杆惯容器，包括相对设置的两个如实施例1所述的调节杠杆惯容器单元，两个调节杠杆惯容器单元之间设有至少一个中间惯容单元。
具体的，本实施例的中间惯容单元包括可绕其轴线转动的中间圆弧杆30，中间圆弧杆30的两端分别设有与其同步移动的中间传动件31，中间传动件31的外侧面为与中间圆弧杆30同轴的中间圆弧面。第二活塞杆14的另一端伸出圆弧段12外并设有第二传动件16b，第二传动件16b的外侧面为与对应的圆弧段12同轴的第二圆弧面。
调节杠杆惯容器单元的第二圆弧面与相邻的中间惯容单元的中间圆弧面之间设有第二传动轮32，第二圆弧面、中间圆弧面以及第二传动轮32上设有相互啮合的第二传动轮齿。当中间惯容单元设为至少两个时，相邻的两个中间惯容单元的中间圆弧面之间设有第三传动轮,该相邻的中间圆弧面以及第三传动轮上设有相互啮合的第三传动轮齿。
进一步，中间圆弧杆30的两端分别设有中间液力惯容器33，中间液力惯容器33套装在中间圆弧杆30上，且中间液力惯容器33的两端分别与中间圆弧杆30密闭配合，中间圆弧杆30上设有位于对应的中间液力惯容器33内的第四活塞头40，中间液力惯容器33的两端之间设有中间螺旋盘管34，中间液力惯容器33的两端分别与中间螺旋盘管34的两端相连通。如此，在中间圆弧杆30移动的过程中，存储在中间液力惯容器33内的液体可以通过中间螺旋盘管34从中间液力惯容器33的一端进入另一端。
进一步，本实施例的装配式多级调节杠杆惯容器还包括中间杠杆惯容机构，中间杠杆惯容机构包括中间杠杆35，中间杠杆35的中部转动配合安装在一中间转轴36上，且中间转轴36与中间圆弧杆30的轴线平行；中间圆弧杆30上设有磁吸块37，中间杠杆35靠近中间圆弧杆30的一端在磁吸块37的磁力作用下跟随磁吸块37移动、另一端设有中间质量块38。具体的，中间杠杆35可以采用磁吸金属材料制成，也可以在中间杠杆35靠近磁吸块37的一端设置与磁吸块37产生磁吸作用的磁铁，不再累述。优选的，中间杠杆35上设有中间螺纹段39，中间质量块38与中间螺纹段39螺纹配合，从而可以调节中间质量块38在中间螺纹段39上的位置，以改变中间质量块38的重心与中间转轴36之间的距离，实现惯容系数的调节。优选的，本实施例的中间转轴36与中间圆弧杆30的轴线同轴，
具体的，根据实际的工况需要，如根据不同跨径的桥梁或不同层高的结构物对于振动控制的要求，本实施例的装配式多级调节杠杆惯容器可以通过灵活设置中间惯容单元的数量、调节质量块与转轴以及中间质量块与中间转轴之间的距离，来调节惯容系数，从而可以适配不同的结构物，具有可灵活装配、自由组合的优点。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种调节杠杆惯容器单元，其特征在于：包括传动管(10)，所述传动管(10)的一端设有第一活塞组件(11)、另一端设有圆弧段(12)，所述圆弧段(12)内设有第二活塞组件；所述第二活塞组件包括呈圆弧形的第二活塞杆(14)，所述第二活塞杆(14)与所述圆弧段(12)同轴设置；所述第二活塞杆(14)的一端位于所述圆弧段(12)内并设有第二活塞头(15)；
还包括杠杆惯容机构，所述杠杆惯容机构包括杠杆(17)，所述杠杆(17)的中部转动配合安装在一转轴(18)上，且所述转轴(18)与所述圆弧段(12)的轴线平行，所述杠杆(17)靠近所述圆弧段的一端在磁力作用下跟随所述第二活塞头(15)移动、另一端设有质量块(19)。
2.根据权利要求1所述的调节杠杆惯容器单元，其特征在于：所述第二活塞杆(14)上套装设有液力惯容器(13)，所述液力惯容器(13)呈圆弧形并与所述圆弧段(12)同轴；所述液力惯容器(13)的两端分别与所述第二活塞杆(14)密闭配合，且所述第二活塞杆(14)上设有位于所述液力惯容器(13)内的第三活塞头(21)，所述液力惯容器(13)的两端之间设有盘绕在所述液力惯容器(13)上的螺旋盘管(22)，所述液力惯容器(13)的两端分别与螺旋盘管(22)的两端相连通。
3.根据权利要求1所述的调节杠杆惯容器单元，其特征在于：所述第二活塞头(15)内设有第一磁铁，所述杠杆(17)采用铁磁金属材料制成，或所述杠杆(17)靠近所述第二活塞头(15)的一端设有与所述第一磁铁产生相吸的磁力的第二磁铁。
4.根据权利要求1所述的调节杠杆惯容器单元，其特征在于：所述杠杆(17)上设有螺纹段(20)，所述质量块(19)与所述螺纹段(20)螺纹配合。
5.根据权利要求1所述的调节杠杆惯容器单元，其特征在于：所述第一活塞组件(11)包括第一活塞杆(23)，所述第一活塞杆(23)的一端位于所述传动管(10)内并设有第一活塞头(24)、另一端位于所述传动管(10)外。
6.一种装配式两级调节杠杆惯容器，其特征在于：包括相对设置的两个如权利要求1-5任一项所述的调节杠杆惯容器单元，所述第二活塞杆(14)的另一端伸出所述圆弧段(12)外并设有第一传动件(16a)，两个所述调节杠杆惯容器单元的第一传动件(16a)相邻设置，所述第一传动件(16a)的外侧面为与对应的所述圆弧段(12)同轴的第一圆弧面；两个所述调节杠杆惯容器单元的所述第一圆弧面之间设有第一传动轮(25)，所述第一圆弧面与所述第一传动轮(25)上分别设有相互啮合的第一传动轮齿。
7.一种装配式多级调节杠杆惯容器，其特征在于：包括相对设置的两个如权利要求1-5任一项所述的调节杠杆惯容器单元，两个所述调节杠杆惯容器单元之间设有至少一个中间惯容单元；
所述中间惯容单元包括可绕其轴线转动的中间圆弧杆(30)，所述中间圆弧杆(30)的两端分别设有与其同步移动的中间传动件(31)，所述中间传动件(31)的外侧面为与所述中间圆弧杆(30)同轴的中间圆弧面；
所述第二活塞杆(14)的另一端伸出所述圆弧段(12)外并设有第二传动件(16b)，所述第二传动件(16b)的外侧面为与对应的所述圆弧段(12)同轴的第二圆弧面；
所述调节杠杆惯容器单元的第二圆弧面与相邻的所述中间惯容单元的所述中间圆弧面之间设有第二传动轮(32)，所述第二圆弧面、中间圆弧面以及第二传动轮(32)上设有相互啮合的第二传动轮齿；当所述中间惯容单元设为至少两个时，相邻的两个所述中间惯容单元的中间圆弧面之间设有第三传动轮,该相邻的中间圆弧面以及第三传动轮上设有相互啮合的第三传动轮齿。
8.根据权利要求7所述的装配式多级调节杠杆惯容器，其特征在于：所述中间圆弧杆(30)的两端分别设有中间液力惯容器(33)，所述中间液力惯容器(33)套装在所述中间圆弧杆(30)上，且所述中间液力惯容器(33)的两端分别与所述中间圆弧杆(30)密闭配合，所述中间圆弧杆(30)上设有位于对应的所述中间液力惯容器(33)内的第四活塞头，所述中间液力惯容器(33)的两端之间设有中间螺旋盘管(34)，所述中间液力惯容器(33)的两端分别与中间螺旋盘管(34)的两端相连通。
9.根据权利要求7所述的装配式多级调节杠杆惯容器，其特征在于：还包括中间杠杆惯容机构，所述中间杠杆惯容机构包括中间杠杆(35)，所述中间杠杆(35)的中部转动配合安装在一中间转轴(36)上，且所述中间转轴(36)与所述中间圆弧杆(30)的轴线平行；所述中间圆弧杆(30)上设有磁吸块(37)，所述中间杠杆(35)靠近所述中间圆弧杆(30)的一端在所述磁吸块(37)的磁力作用下跟随所述磁吸块(37)移动、另一端设有中间质量块(38)。
10.根据权利要求9所述的装配式多级调节杠杆惯容器，其特征在于：所述中间杠杆(35)上设有中间螺纹段(39)，所述中间质量块(38)与所述中间螺纹段(39)螺纹配合。
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