CN1160827A - 可变速动力传递装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的可变速动力传递装置，备有行星齿轮装置和可变液压驱动装置；行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在与动力源连接着的输入轴上，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；可变液压驱动装置被动力源产生的液压可变可逆地驱动；该可变液压驱动装置的输出轴与内齿轮连动地连接，由可变液压驱动装置使内齿轮正、反转或停止。
Description
本发明涉及用于鼓风机、泵、压缩机、离心分离机、搅拌机、碾磨机、挖掘机、切削机、研磨机、卷扬机、起重绞车、汽车碰撞试验装置的驱动装置等旋转机械的、可改变该旋转机械的输出转速的可变速动力传递装置。
鼓风机、泵、压缩机、离心分离机、搅拌机、碾磨机、挖掘机、研磨机、卷扬机、起重绞车、汽车碰撞试验装置的驱动装置等转转机械，几乎都是以一定的转速工作的，要改变这些旋转机械的输出转速来使用时，现有技术中一般采取以下的机构。
(1)把AC(交流)电机与变换器组合起来，或者把DC(直流)电机与可控硅组合起来。这种情况下，需要有控制变换器和可控硅的控制装置的设置空间，从而使装置大型化，并且还需要有使上述控制装置的设置空间(控制室等)保持一定温度的空调设备，而更加使装置大型化，设备成本提高。
(2)把AC/CD兼用电机与油压泵及油压马达组合起来，或者把发动机与油压泵及油压马达组合起来。这种情况下，虽然能得到较宽的可变速度范围，但效率低，消耗动力多。
本发明是为解决上述问题而作出的，其第1目的在于提供一种可变速动力传递装置，该装置不需要上述现有技术中的变换器或可控硅、不使装置大型化、设备成本低、能在大的转速范围内进行无级变速。
本发明的第2目的在于提供一种可变动力传递装置，该装置可降低驱动装置所消耗的动力，与采用由发动机和电动机驱动的油压泵及油压马达的动力传递装置等现有技术相比，具有较高的效率。
为了实现上述目的，本发明采取以下的构造。(1)第1种构造：一种可变速动力传递装置，其特征在于，具有行星齿轮装置和可变液压驱动装置；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在与动力源连接着的输入轴上，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述可变液压驱动装置被动力源产生的油压可变可逆旋转地驱动；该可变液压驱动装置的输出轴与内齿轮连动地连接，由可变液压驱动装置使内齿轮正、反转或停止。
根据该第1种构造，通过在正转或反转时使可变液压驱动装置的输出轴的转速变化或使该输出轴停止，使内齿轮正转、反转或固定。通过这样地驱动内齿轮，可在大的范围内进行行星齿轮装置的变速。(2)第2种构造：一种可变速动力传递装置，其特征在于，上述第1种构造中的可变液压驱动装置是采用液压泵和液压马达；具有行星齿轮装置和液压驱动装置；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在与动力源连接着的输入轴上，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述液压驱动装置具有可变排出量式的液压泵和被该液压泵的压力油驱动的可变可逆旋转式液压马达；液压马达的输出轴与内齿轮通过齿轮等的传动机构连动地连接，液压马达使内齿轮正、反转或停止。
根据该第2种构造，通过调节液压泵的排出状态，使液压马达的旋转变化为正转、停止、反转。在液压马达停止时，与其连接的内齿轮成为固定状态，行星齿轮装置的输入轴的旋转以一定的速度比被减速后传递给输出轴。液压马达正转(与输出轴同一方向旋转)时，内齿轮也正转，行星齿轮装置的输入轴的旋转比上述内齿轮固定时增速并传递给输出轴，当液压马达反转时，内齿轮也反转，输入轴的旋转比内齿轮固定时减速并传递给输出轴。
这样，由液压马达使内齿轮旋转，通过行星齿轮装置使输出轴的旋转无级地变化。(3)在第2种构造中，也可以从太阳轮的输入轴通过齿轮传动等动力传动机构驱动液压泵的旋转轴。这样，可以与行星齿轮装置的输入轴连动地控制液压泵的转速，使输出轴的转速控制简单化。(4)在第2种构造中，也可以把上述液压泵的旋转轴与第2输入轴连接，该第2输入轴与行星齿轮装置的输入轴分别设置。
这样，可以与行星齿轮装置的输入轴转速无关地任意控制液压泵的转速，所以，能扩大由该液压泵、液压马达及内齿轮产生的输出转速的控制范围，并且能容易地将输出转速调节为目标值的转速。(5)第3种构造是，在第1或第2种构造中，在行星齿轮装置的输入轴与液压泵的旋转轴之间，夹设着离合器。
因此，根据该第3种构造，当上述液压系统中发生故障时，切断离合器，可防止液压系统发生二次故障以及可防止从液压泵加在输入轴一侧上的阻力损失。(6)第4种构造是将上述第1种构造中的可变液压驱动装置具体化之一例，一种可变速动力传递装置，其特征在于，具有行星齿轮装置和液压驱动装置；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在输入轴上，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述液压驱动装置具有可变排出量式的液压泵和被该液压泵的压力油驱动的可变可逆旋转式液压马达；在液压马达的输出轴上固定着蜗杆，该蜗杆与连接在内齿轮上的蜗轮啮合，由液压马达使内齿轮正、反转或停止。
因此，根据该第4种构造，当过负荷作用在输出轴上时，由蜗轮和蜗杆构成的蜗轮蜗杆机构承受该过负荷。由于蜗轮蜗杆机构的防反转作用，可防止过负荷的力矩作用到液压马达上。(7)第5种构造是，具有行星齿轮装置和液压式变速器；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在输入轴上，来自动力源的旋转力通过变速器输入给该输入轴，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述液压式变速器从动力源的输出端与上述变速器分支出并输入旋转力；上述液压式变速器的输出轴和上述内齿轮由齿轮等传动机构连动地连接，由液压式变速器使内齿轮正、反转或停止。
根据该第5种构造，在正转或反转时使液压式变速器的输出转速变化时，在正转或反转的状态使内齿轮的旋转变化，另外，当切断液压式变速器的输出时，内齿轮成为固定。输入轴的旋转由与动力源连接着的变速器改变。因此，通过同时地控制输入轴的旋转和内齿轮的旋转，可在正、反转双方、在大的转速范围内进行无级控制。(8)第6种构造是在与第5种构造同样的液压式变速器和行星齿轮装置中，加设蜗轮蜗杆机构，该涡轮涡杆机构具有连接在液压式变速器的输出轴上的蜗杆以及与该蜗杆啮合的蜗轮，该蜗轮蜗杆机构的蜗轮与内齿轮连动地连接，上述液压式变速器通过蜗轮蜗杆机构使内齿轮正、反转或停止。
因此，根据该第6种构造，把来自以一定转速动作的动力源的旋转力，一方面，通过机械式等的变速器传递到行星减速装置的输入轴，另一方面，通过液压式变速器及蜗轮蜗杆机构传递到行星减速装置的内齿轮，在正转或反转时改变液压式变速器的输出转速，或切断该液压式变速器的输出，使内齿轮的旋转在正转、反转的状态下变化、或固定。因此，与上述第4种构造同样地，可同时控制输入轴的转速和内齿轮的转速，在正、反转双方时都可以在大范围内进行无级控制。
另外， 由于在液压式变速器的输出端与内齿轮之间夹设着蜗轮蜗杆机构，所以，当过负荷作用在输出轴上时，由蜗杆和蜗轮组合的防反转作用，该过负荷力矩由蜗轮蜗杆机构承受，可防止过负荷传递到液压式变速器上。(9)第7种构造是在上述第1至第6种构造中，在上述内齿轮上设有制止其旋转的制动器。
因此，根据该第7种构造，当液压系统中发生故障时，如液压泵、液压马达、液压式变速器等的故障或油管泄漏等时，使制动器动作，制动内齿轮。这样，行星齿轮装置的内齿轮形成固定的一定减速比的减速系统，使输出轴以被减速的一定转速旋转。另外，解除制动时，可与上述第1至第6种构造同样地进行无级变速运转。(10)如上所述，本发明具有以下效果。
由液压泵及液压马达、液压变速器等的可变液压驱动装置，使行星齿轮装置的内齿轮正转、反转或停止，可在大范围内使输出轴的旋转无级地变化。
因此，不再需要现有技术中的使用AC电机或DC电机的机构中所采用的变换器或可控硅，也就不需要在设置控制这些部件的控制装置的空间内设置空调设备，因此能实现装置的小型化、低成本化。
另外，由于仅用液压泵与液压马达的组合或者用液压式速器使行星齿轮装置的内齿轮旋转，所以消耗动力少，与现有技术中的采用发动机或电动机驱动的液压泵和液压马达的动力传递装置相比，能大幅度地提高效率。
图1是本发明第1实施例(具体例)之可变速动力传递装置的外观立体图。
图2是表示本发明第2实施例之可变速动力传递装置结构的外观立体图。
图3的(A)、(B)都是第2实施例中的内齿轮的制动器安装部的放大外观图。
图4是表示图2所示第2实施例中的离合器安装部结构的放大外观图。
图5是本发明第3实施例之可变动力传递装置的外观立体图。
图6是本发明第4实施例之可变动力传递装置的外观立体图。
图7是本发明第5实施例之可变动力传递装置的断面图。
图8是本发明第6实施例之可变动力传递装置的结构图。
图9是本发明第7实施例之可变动力传递装置的结构图。
下面说明本发明的实施例。
图1表示本发明的第1实施例，图1中，1是输入轴，100是差动式行星齿轮装置，8是输出轴。4是固定在输入轴1轴端的行星齿轮装置100的太阳轮，7是行星齿轮装置100的内齿轮，9是固定在输出轴8上的行星齿轮装置100的托板，12是沿圆方向等间隔地固定在托板9上的若干个(本实施例中是3个)行星轴，11是轴支承在各行星轴12上的、与太阳轮4的外齿和内齿轮7的内齿啮合的行星齿轮。
3是可变排出量式液压泵，6是被从液压泵3通过油管5压送的压力油驱动的可变可逆旋转式液压马达。输入轴齿轮13固定在输入轴1上，与固定在液压液3的输入轴上的泵驱动齿轮2啮合，液压泵3被输入轴1的旋转力驱动。
14是固定在液压马达6的输出轴上的输入齿轮，该输入齿轮14与行星齿轮装置100的内齿轮7的外齿7a啮合。这样，行星齿轮装置100具有从输入轴1输入到太阳轮4的第1输入系统、和从液压马达6的输入齿轮14输入到内齿轮7的第2输入系统这样两个输入系统。
下面说明具有上述构造的可变速动力传递装置的动作。
输入轴1的旋转力通过输入轴齿轮13和泵驱动齿轮2传递到可变排出量式液压泵3，将其驱动。从该液压泵3排出的压力油经过油管5被送到液压马达6，液压马达6被驱动。
在把液压泵3与液压马达6组合起来的驱动系统中，用电气控制或手动控制使液压泵3的排出量变化时，液压马达6的转速就变化，由于液压马达6是可逆式的，所以其旋转方向也变化。因此，上述液压马达6的旋转力通过输入齿轮14输入到内齿轮7，该内齿轮7被液压马达6控制而正转、反转或制动(固定)。
另一方面，输入轴1的旋转力输入给行星齿轮装置100的太阳轮4，从该太阳轮4通过在该太阳轮4与内齿轮7的内齿7b之间自转的行星齿轮11，经过托板9传递到输出轴8。
图1所示动力传递系统中，当液压泵3停止时，液压马达6也停止，通过输入齿轮14使内齿轮7的旋转制动，内齿轮7成为固定状态。这时，输入轴1的旋转以通常的行星齿轮装置的形态经过太阳轮4、行星齿轮11及托板9，减速至由上述各齿轮的齿数所决定的转速后传递到输出轴8。
另外，当内齿轮7被液压马达6驱动、向着与输出轴8相反方向旋转时，从托板9传递到输出轴8的转速比内齿轮7的制动(固定)状态时还低。当内齿轮7被液压马达6驱动、向着与输出轴8相同方向旋转时，则与上述相反地，输出轴8的转速增加，输出轴8比内齿轮制动状态时速度增加。
图1所示第1实施例中，当输入轴1的转速变化、要将输出轴8的转速调节成预定目标值的转速时，通过使液压泵3的排出量变化，使液压马达6正转、制动或反转而使内齿轮7正转、制动或反转，可将托板9及输出轴8保持为上述目标值转速。
在第1实施例中，如上所述，控制液压泵3的排出状态，使液压马达6的旋转成为正转、制动或反转，使差动式行星齿轮装置100的内齿轮7的正方向、反方向的转速变化或制动，可使输出轴8的转速无级地变化。
图2至图4表示本发明的第2实施例。该实施例中，在内齿轮7的外周安装着制动该内齿轮7的制动器10，并且，如图4所示，在泵驱动齿轮2与液压泵3之间夹装着离合器12。制动器10可以是如图3(A)所示的盘式制动器形式，即，在内齿轮7的一侧(例如输出轴)设置盘7c，该盘7c的直径大小能满足制动内齿轮7的旋转所必需的尺寸，用垫片挟住该盘7c。也可以是如图(B)所示的用垫片挟住内齿轮7两侧面的盘式制动器形式等。其余的构造与图1所示实施例1相同，相同的部件标以相同的附图标记。
图2至图4中，在使输出转速可变的通常运转时，松开制动器10，进行与实施例1同样的运转。这种情况下，离合器12是接合着的。当因液压泵3或液压马达6发生故障、或者油管5系统漏油等，液压马达6不能调节内齿轮7的转速时，制动器10接合，把内齿轮7固定住。这样，内齿轮7被固定，输入轴1的旋转被行星齿轮11及托板9减速至一定的转速后传递给输出轴8。
另外，当因上述液压系统故障而固定着内齿轮运转时，离合器12断开，切断从泵驱动齿轮2向液压泵3的旋转力的传递，使液压系统的动作停止。
在液压系统的正常动作时，输入轴1的转速变化，把输出轴8的转速保持为一定时，释放制动器10，离合器接合，调节内齿轮7的旋转，使输出轴8以一定的转速旋转。
图5表示本发明的第3实施例。该实施例中，将可变排出量式液压泵3与可变、可反旋转式液压马达6靠近设置，或者将其各自的壳体结合成一体，在泵3和马达6的内部设置代替油管5(见图1)的油通路，并且，从与上述太阳轮4不同的输出轴1a把旋转力输入给液压泵3。
在该实施例中，除了从独立的输入轴1a向液压泵3输出旋转力以外，其动作与实施例1同样，液压泵3的排出量用电气控制或手动控制。其它的动作与图1所示实施例1相同。
该实施例中，由于把液压泵3与液压马达6做成为一体的结构，所以，不再需要露出外部的液压配管，并且也不再需要液压泵驱动齿轮系统，实现结构的简单化、小型化。
另外，由于设置了独立于行星齿轮装置100的输入轴1的输入轴1a，所以，可以与行星齿轮装置100无关地、独立地控制液压泵3的转速，输入轴1的转速变化、要将输出轴8的转速保持为一定的目标值转速时，通过调节液压泵3的输入轴1a的转速，便可容易地把输出轴8的转速调节成目标值转速。
图6表示本发明的第4实施例。该实施例中，是在图5所示第3实施例的可变速动力传递装置上，加设与图3(A)、(B)所示同样的、可制动内齿轮7的旋转的制动器10。
在第4实施例中，在通常的可变速运转时，释放制动器10(断开)，使液压泵3的输入轴1a的转速变化，进行与图5所示第3实施例同样的运转。
当液压系统发生故障等时，制动器10接合，将内齿轮7固定住，使输出轴8相对于输入轴1以一定的速度比减速后的一定转速运转。
另外，即使液压系统不产生故障等，当要使输出轴8以一定的转速运转时，与上述同样地，使制动器接合，把内齿轮7固定住，使输出轴8相对于输入轴1以一定的速度比减速后的转速运转。
当输入轴1的转速变动，需要把输出轴8的转速保持为一定时，断开制动器10，调节液压泵3侧的输入轴1a的转速，调节内齿轮7的旋转及旋转方向，便可将输出轴8的转速保持为一定。
图7表示本发明的第5实施例。该实施例中，是在图1所示第1实施例中的液压马达6与行星齿轮装置100的内齿轮7之间，夹装具有蜗杆21和蜗轮22的蜗轮蜗杆机构200。
即，在图7中，21是固定在蜗杆轴61上的蜗杆，该蜗杆轴61连接在液压马达6的输出端。22是与蜗杆21啮合的蜗轮，221是固定着蜗轮22的轮轴，141是固定在轮轴221上的、与内齿轮7啮合的输入齿轮，31是动力源。其它构造与图1所示第1实施例相同，相同的部件标以相同附图标记。
在图7所示的第5实施例中，来自动力源31的旋转力从输入轴1传给行星齿轮装置100，并通过输入轴齿轮13和泵驱动齿轮2，使液压泵3被驱动。
来自液压泵3的压力油经过油管5被送到液压马达6，液压马达6被该液压驱动。该液压马达6的旋转由蜗杆21和蜗轮22减速，通过输入齿轮141传递给内齿轮7。内齿轮7被液压马达6的转速控制而进行正转、反转、停止的动作，其作用与图1所示第1实施例同样。
另外，当输出轴8上作用了过负荷时，该过负荷经过行星齿轮装置100作用到由蜗轮22和蜗杆21构成的蜗轮蜗杆机构200上，双方的啮合产生的防反转作用，使蜗轮蜗杆机构200承受上述过负荷。这样，由过负荷产生的过大力矩不会作用到液压马达6及其驱动系统上。
图8表示本发明的第6实施例。该实施例中，行星齿轮装置100的内齿轮7与由动力源驱动的液压式变速器连接。
即，在图8中，32是机械式变速器，31是动力源，33是液压式变速器，动力源31的输出轴310一方的驱动系统通过机械式变速器32传递给行星齿轮装置100的输入轴1，从输出轴310分支出的驱动系统通过齿轮35、34传递给液压式变速器33。
液压式变速器33的输出端通过齿轮41与内齿轮7连接。
在第6实施例中，液压式变速器33的旋转方向、转速、传递力矩等由图未示的控制装置控制，该控制的旋转输出使内齿轮7正、反转或停止(固定)。
另一方面，由于输入轴1的旋转可由机械式速器32改变，所以，机械式变速器32控制输入轴1旋转，液压式变速器33控制内齿轮7旋转，能以大的转速控制范围运转。
图9表示本发明的第7实施例。该实施例中，在液压式变速器33的输出端与内齿轮7之间，夹设着与图7所示第5实施例同样的、具有蜗杆21和蜗轮23的蜗轮蜗杆机构200。
即，在图9中，31是动力源，32是机械式变速器，33是液压式变速器，液压式变速器33从动力源31的输出轴310分支出来，通过齿轮35、34被驱动。
在液压式变速器33的输出端，与图7同样地，连动地连接着蜗轮蜗杆机构200的蜗杆21，蜗轮22与该蜗杆21啮合，行星齿轮装置100的内齿轮7与该蜗轮22连接。
由于具有上述构造，所以，当改变液压式变速器33的旋转时，与其连动地，使内齿轮7正、反转或停止。
在第7实施例中，当过负荷作用到输出轴8上时，与图7所示第5实施例同样地，该过负荷由蜗轮蜗杆机构200承受，由于蜗轮蜗杆机构200的防反转作用，使得过负荷引起的过大力矩不会传递到液压式变速器33上。
在上述各实施例中，是把液压马达或液压变速器33连接到内齿轮7上，但本发明并不局限于此，只要是用液压驱动的可逆可变式液压驱动装置都可以。
Claims (9)
1.一种可变速动力传递装置，其特征在于：具有行星齿轮装置和可变液压驱动装置；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在与动力源连接着的输入轴上，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述可变液压驱动装置被动力源产生的液压可变可逆旋转地驱动；该可变液压驱动装置的输出轴与内齿轮连动地连接，由可变液压驱动装置使内齿轮正、反转或停止。
2.一种可变速动力传递装置，其特征在于：具有行星齿轮装置和液压驱动装置；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在与动力源连接着的输入轴上，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述液压驱动装置具有可变排出量式的液压泵和被该液压泵的压力油驱动的可变可逆旋转式液压马达；液压马达的输出轴与内齿轮通过齿轮等的传动机构连动地连接，液压马达使内齿轮正、反转或停止。
3.如权利要求2所述的可变速动力传递装置，其特征在于，从太阳轮的输入轴通过齿轮传动等动力传动机构驱动液压泵的旋转轴。
4.如权利要求2所述的可变速动力传递装置，其特征在于，将上述液压泵的旋转轴与第2输入轴连接，该第2输入轴与行星齿轮装置的输入轴分别设置。
5.如权利要求2或3所述的可变速动力传递装置，其特征在于，在行星齿轮装置的输入轴与液压泵的旋转轴之间，夹设着离合器。
6.一种可变速动力传递装置，其特征在于：具有行星齿轮装置和液压驱动装置；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在输入轴上，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述液压驱动装置具有可变排出量式的液压泵和被该液压泵的压力油驱动的可变可逆旋转式液压马达；在液压马达的输出轴上固定着蜗杆，该蜗杆与连接在内齿轮上的蜗轮啮合，由液压马达使内齿轮正、反转或停止。
7.一种可变速动力传递装置，其特征在于：具有行星齿轮装置和液压式变速器；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在输入轴上，来自动力源的旋转力通过变速器输入给该输入轴，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述液压式变速器从动力源的输出端与上述变速器分支出，旋转力输入该液压式变速器；上述液压式变速器的输出轴和上述内齿轮由齿轮等传动机构连动地连接，由液压式变速器使内齿轮正、反转或停止。
8.一种可变速动力传递装置，其特征在于，具有行星齿轮装置、液压式变速器和蜗轮蜗杆机构；上述行星齿轮装置是由在太阳轮的外齿与内齿轮的内齿之间、相互啮合行星齿轮而成的，上述太阳轮固定在输入轴上，来自动力源的旋转力通过变速器输入给该输入轴，上述行星齿轮沿圆周方向等间隔地轴支承在托板上，上述托板固定在输出轴上；上述液压式变速器从动力源的输出端与上述变速器分支出，旋转力输入该液压式变速器；上述蜗轮蜗杆机构具有连接在液压式变速器的输出轴上的蜗杆以及与该蜗杆啮合的蜗轮，该蜗轮蜗杆机构的蜗轮与内齿轮连动地连接，液压式变速器通过蜗轮蜗杆机构使内齿轮正、反转或停止。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的可变速动力传递装置，其特征在于，在上述内齿轮上设有制止其旋转的制动器。
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