ES2226334T3 - Metodo para trabajar a traves de capas de tierra y roca con dragas o excavadoras y aparatos que trabajan de acuerdo con este metodo. - Google Patents
Metodo para trabajar a traves de capas de tierra y roca con dragas o excavadoras y aparatos que trabajan de acuerdo con este metodo.Info
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Abstract
Un método para dragar capas de suelo submarino (1, 10), utilizando un aparato excavador con un componente mecánico de dragado (15), en que una parte (2, 2¿, 14) del componente mecánico de dragado se pone en contado con las capas del suelo (1, 10) para ejercer una acción excavadora en las capas del suelo, y se inyectan chorros de agua delante del componente mecánico de dragado, caracterizado por el hecho de que se inyectan primeros chorros de agua (4) a una presión de por lo menos 50 bar delante del componente mecánico de dragado, se inyectan segundos chorros de agua (4¿) a una presión de por lo menos 20 bar en la posición o a través y/o detrás del componente mecánico de dragado, y en que la acción excavadora del componente de dragado (2, 2¿) y la inyección de los chorros de agua (4, 4¿) se lleva a cabo simultáneamente.
Description
Método para trabajar a través de capas de tierra
y roca con dragas o excavadoras y aparatos que trabajan de acuerdo
con este método.
Este invento hace referencia un método para
dragar capas de suelo submarino tal como describe el preámbulo de la
primera reivindicación. El invento se refiere a un método de dragado
de capas de suelo submarino utilizando una draga con un componente
de dragado mecánico, en que una parte del componente de dragado
mecánico se pone en contacto con las capas del suelo para ejercer
una acción de dragado en las capas del suelo y se inyectan chorros
de agua delante del componente mecánico de dragado.
En la patente
DE-A-3.521.560 se describe un método
para excavar capas de suelo secas con una fuerte dureza, como por
ejemplo rocas, mediante una excavadora que comprende dientes para
excavar las capas del suelo. En el método descrito en la patente
DE-A-3.521.560 se emplea el impacto
de chorros de agua a alta presión sobre la capa del suelo que hay
que excavar. Cuando los chorros de agua a alta presión impactan
contra la capa del suelo, se ejerce una acción cortante en la capa
del suelo, lo cual provoca la formación de fisuras y grietas que
luego pueden partirse fácilmente con ayuda de los dientes de la
excavadora. Simultáneamente, se reduce el tamaño de las partes
resultantes de la excavación del suelo, por lo que no es necesario
transportar las rocas reducidas y se pueden dejar en el lugar de la
excavación. La presión de los chorros de agua suele estar
comprendida entre 40 y 400 Mpa.
Sin embargo, el método descrito en la patente
DE-A-3.521.560 hace referencia a la
excavación de suelos secos, no pudiéndose aplicar a la excavación
submarina como esta. Ciertamente, el impacto de los chorros de agua
a alta presión, una vez desplazados a través del agua, será
notablemente menor que el impacto de un chorro de agua a alta
presión aplicado sobre suelo seco después de haberse desplazado a
través del aire del entorno. Además, aun cuando se conoce el impacto
de un chorro de agua a alta presión sobre suelo seco, su impacto
sobre una capa de suelo submarino no puede predecirse del mismo
modo, puesto que, entre otras cosas, variará muchísimo con la
presión del chorro del agua y la distancia de propagación a través
del agua.
Desde hace algún tiempo se conoce la inyección de
chorros de agua a presión, mezclados o no con aire, en la zona
delante del componente de corte o excavación en las operaciones de
dragado con dragas y excavadoras de diferentes tipos, sobre todo
dragas con tolvas de aspiración, cuando se excavan suelos arenosos.
El principal objeto de la inyección de chorros de agua es conseguir
fluidizar los suelos arenosos mediante la adición de agua. De este
modo el proceso de corte, aspiración y bombeo mejora y en suelos
fangosos se produce un movimiento de agitación de partículas de
barro en el agua, de manera que pueden desplazarse las partículas
por medio de las corrientes de agua naturales del entorno. Las
presiones utilizadas en esta técnica son del orden de 10 bar con una
tendencia a aumentar la presión hasta aproximadamente
15-20 bar.
En la patente
EP-A-0.078.080 se describe uno de
tales dispositivos de dragado submarino y un método para excavar
bajo el agua, en que el suelo a dragar está sometido a una acción de
corte utilizando un pico. Durante la acción cortante, se proyecta un
chorro de agua hacia la zona a dragar, particularmente en una
posición delante de la superficie barrida por el pico. En este caso
se selecciona la activación de la energía del chorro hasta conseguir
que se forme un cono de cavitación alrededor del chorro de agua, el
cual continua hasta el punto en que el chorro choca el fondo rocoso.
La energía inicial del chorro se selecciona con respecto a la
distancia que debe atravesar por el agua y el diámetro de la
boquilla que lanza el chorro de agua. Al trabajar el suelo con el
pico 1, la roca delante del pico se desintegra. Un chorro de agua
dirigido a la zona que ya está desintegrándose ejerce un aumento de
la acción de partición en la zona que se desintegra. De acuerdo con
la patente EP-A-0.078.080 al generar
un cono de cavitación, se reduce considerablemente el previsto
efecto amortiguador impartido por el agua circundante.
Ahora el invento tiene varios objetos que puede
resumirse del siguiente modo:
- 1)
- reducir las fuerzas mecánicas de corte, de manera que
- (a)
- puedan excavarse tipos más duros de suelo con similar o menor potencia de las máquinas;
- (b)
- puedan conseguirse una producción de corte, aspiración y presión más alta en tipos de suelo idénticos.
- 2)
- reducir el desgaste de los componentes de corte o excavación, incluyendo los dientes de los mismos.
- 3)
- obtener una mejor fluidización de los materiales arenosos, lo cual mejorará la eficacia de la bomba.
Esto se consigue en el presente invento gracias a
las particularidades técnicas que figuran en la parte característica
de la primera reivindicación.
En el método de este invento, la acción
excavadora del componente de dragado y la inyección de los chorros
de agua, en la zona donde es activo el componente cortante o
excavador, se llevan a cabo simultáneamente.
Preferiblemente, los chorros de agua se inyectan
a una presión de por lo menos 20 bar en una posición a través y/o
detrás del componente mecánico de dragado y a una presión de por lo
menos 50 bar delante del componente mecánico de dragado. Ahora se ha
descubierto que estas presiones de agua son suficientemente elevadas
para mejorar la rotura hidráulica en el material sin triturar que
hay inmediatamente cerca del material triturado, a fin de cortar
capas abiertas del suelo tales como capas de arcilla y/o fluidizar
capas de suelo tales como capas de arena cerca del componente
cortante o de excavación. Asimismo se puso de manifiesto que con los
chorros de agua a alta presión del presente invento pueden retirarse
inmediatamente los materiales rotos y triturados del lugar donde
trabaja el componente mecánico de corte o excavación caso de que las
capas del suelo contengan materiales similares a rocas o consistan
virtual o exclusivamente de materiales similares a roca, como capas
de rocas.
En el método de este invento, se entiende que las
capas del suelo incluyen capas de cascajo, arena y arcilla, o capas
de suelo que contienen materiales parecidos a la roca o consistentes
virtual y exclusivamente de masas de rocas, tales como capas de
rocas. Los ejemplos de aparatos de dragado aptos para usar en el
método del invento incluyen dragas aspiradoras de tolvas, dragas
aspiradoras cortantes, dragas de cangilones, excavadoras, pontones
de cucharas excavadoras o similares. Cada uno de tales aparatos
comprende un componente mecánico de corte o excavación parte del
cual entra en contacto con el suelo y/o las capas de rocas a
excavar.
En determinadas condiciones, cuando las capas del
suelo contienen materiales similares a la roca o consisten
únicamente de materiales similares a rocas, se inyectan chorros de
agua a presiones que son preferiblemente de por lo menos 100 bar
hasta presiones de incluso más de 2000 bar, de acuerdo con los
requisitos necesarios para conseguir el objeto perseguido.
Otros detalles y ventajas del invento se pondrán
de manifiesto a través de la siguiente descripción de un método para
trabajar a través del suelo y capas de roca con dragas o
excavadoras, y de los aparatos que trabajan de acuerdo con dicho
método.
Esta descripción viene dada únicamente a modo de
ejemplo y no limita el invento. Los números de referencia se
refieren a las figuras adjuntas.
La figura 1 es una vista esquemática del
principio en que se basa el método de acuerdo con el invento, en
caso de un diente como componente mecánico de corte o
excavación;
Las figuras 2 y 3 son representaciones
esquemáticas, en una visita lateral del cabezal de una draga
aspiradora de tolvas, durante la aplicación del método de acuerdo
con el invento;
La figura 4 es una vista lateral de un diente con
adaptador, en una posible forma de realización de acuerdo con el
invento, es decir, con por lo menos un chorro de agua a presión a
través del diente;
La figura 4A es una vista lateral de un adaptador
de acuerdo con una variante;
La figura 5 muestra una sección transversal a
través de la línea v-v de la figura 4;
La figura 5A muestra una sección longitudinal a
lo largo de la misma línea de un adaptador de acuerdo con la figura
4A;
La figura 6 es una vista en perspectiva de un
adaptador con el diente montado en el mismo, en una forma de
realización de acuerdo con el invento;
La figura 7 muestra una vista en perspectiva de
una variante de la forma de realización de la figura 6; y
La figura 8 muestra esquemáticamente el
funcionamiento de los dientes de una draga cortadora aspirante.
El método representado por las figuras antes
citadas se basa en una óptima coacción del componente mecánico de
corte o excavación de la draga o excavadora y los chorros de agua
inyectados a presión como componente hidráulico de corte o
excavación, y en la fuerza de dicha presión que permite llevar a
cabo satisfactoriamente su función.
La figura 1 es una vista muy esquemática que
sirve para aclarar el método de acuerdo con el invento. Si se hace
referencia con 1, por ejemplo a una masa de suelo similar a la roca
y con 2 a un diente como la parte activa de un componente de corte o
excavación, entonces es fundamental que la estructura del diente
(por ejemplo en una draga cortadora aspirante) esté dispuesta de
manera que durante la acción cortante del suelo la punta de impacto
3 del diente y el chorro de agua 4 prácticamente coincidan.
Debido a la acción del implemento mecánico de
corte en el suelo (este concepto también incluye masas de suelo
similares a la piedra) se produce una primera zona de fractura 5 en
la masa del suelo alrededor de la posición donde actúa el implemento
mecánico de corte. En la figura 1, el implemento de corte se ha
presentado por un diente 2, habiéndose designado un chorro de agua a
alta presión con la referencia 4, la zona de fractura en que ha
estado actuando el implemento mecánico de corte se indica con la
referencia 5 y la zona de fractura hidráulica donde se inyecta el
chorro de agua 4 de alta a muy alta presión que también ha sido
activa, viene indicada con la referencia 5'. Es esencial observar en
este caso que el chorro de agua 4 inyectado de alta a muy alta
presión debe dirigirse exactamente a la punta de impacto 3 del
diente 2 puesto que entonces los materiales similares a piedra que
han sido triturados son sacados íntegramente de la zona de fractura
5. Por tanto, el diente tiene una mayor eficacia y está menos sujeto
a desgaste. La rotura hidráulica en la zona de fractura 5' también
mejora de manera que se forma un patrón de eliminación de rotura del
material.
Cuando la presión del chorro de agua que cubre
esta zona de fractura es lo bastante alta, por ejemplo en cantidades
de por lo menos 100 bar, entonces dicha zona de fractura también
empezará a fisurarse, lo cual producirá la rotura, y los restos de
la rotura serán sacados de la zona de fractura. Como consecuencia de
ello se observará una menor energía de corte y por tanto menos
desgaste debido a que una gran parte de los materiales rotos
asociados con la zona de fractura son sacados por el chorro
de
agua.
agua.
Al objeto de conseguir una coacción óptima entre
el diente y el chorro de agua a alta presión, la boquilla por la que
se inyecta el chorro de agua 4 puede situarse justo detrás del
diente 2 (figura 2) mientras que en la forma de realización de la
figura 3, el diente 2' se ha diseñado de manera que el chorro de
agua 4' es inyectado a través del diente.
Dado que los dientes de las excavadoras se
desgastan excepcionalmente deprisa, de manera especial cuando el
trabajo se realiza en masas del suelo a modo de roca, se ha diseñado
una estructura de diente de acuerdo con el invento que, haciendo
referencia a las figuras 4, 4A, 5, 5A y 6, tiene las siguientes
características.
El diente 2' va montado, como es habitual, en un
adaptador 6 que, por ejemplo, forma parte del cortador rotativo o va
fijado sobre una viga transversal del cabezal de dragado.
En la forma de realización de acuerdo con las
figuras 4, 4A, 5, 5A, 6 y 7, existe por lo menos un conducto de alta
presión 7 a través del adaptador 6. Dicho conducto de alta presión 7
termina en una corta boquilla 8 o en una boquilla larga 8' que, al
montar el diente 2' en el adaptador 6, queda alineada con el
orificio 9 que pasa a través del diente 2'.
Esta estructura de diente da como resultado una
máxima coacción entre el diente y el chorro de agua a alta presión,
a consecuencia de lo cual se consigue una considerable reducción del
desgaste del diente. Al llevar a cabo la excavación en masas de
suelo similares a la roca o en rocas, los materiales rotos serán
retirados por los chorros de agua a alta presión de modo que los
dientes trabajarán en las condiciones más favorables.
Una variante de la forma de realización descrita
con la figura 6 consiste en disponer dos orificios 9' a través del
diente 2' y colocar dos boquillas 8 ó 8' en el adaptador. Ambos
orificios 9' deben estar dirigidos de manera que si se desgasta el
extremo externo del diente 2', sigue teniendo lugar una inyección de
ambos chorros de agua a alta presión como punto de impacto del
diente, volviéndose más ancha a medida que el diente se
desgasta.
La figura 8 muestra muy claramente el método de
acuerdo con el invento para una draga cortante con aspiración. La
misma figura muestra esquemáticamente el funcionamiento de los
dientes 2 ó 2' en el suelo o masa de roca 10 para el mismo sentido
de giro y dos movimientos de oscilación opuestos de la draga
cortante por aspiración. El sentido de giro viene indicado con las
flechas 11, mientras los movimientos oscilantes se indican con las
flechas 12 y 13.
Se observará que los chorros de agua a alta
presión se inyectan por lo menos durante un tiempo que corresponde
con el que permanecen activos los dientes 2 ó 2', es decir,
permanecen en contacto con la masa del suelo a excavar o dragar.
Debido a la acción de los chorros de agua a alta presión los
materiales rotos son sacados de manera que no obstruyen el
funcionamiento óptimo de los dientes y aseguran una ampliación de la
vida útil de los dientes. La acción de los chorros de agua a alta
presión también inicia y mejora la rotura hidráulica.
Por consiguiente, en esta opción es necesario
asegurar, con ayuda de válvulas, el caudal de agua a alta presión
por lo menos a los dientes "activos" u operativos.
Cuando se aplica el invento en dragas de tolvas
aspirantes, pueden imaginarse una serie de disposiciones de los
chorros de agua a alta presión. Volvemos a hacer referencia a las
figuras 2 y 3 como un ejemplo de dragas de tolvas aspirantes. Las
boquillas para los chorros de agua a alta presión 4, de por lo menos
50 bar, van montadas en la placa talón 14 del cabezal de dragado 15
y proporcionan un primer trabajo hidráulico del suelo. Detrás de los
dientes 2 va dispuesta una segunda fila de boquillas, de manera que
los chorros de agua 4', de por lo menos 20 bar, sean dirigidos hacia
el extremo exterior de los dientes 2, con una segunda fila de
boquillas para inyectar chorros de agua 4'', de por lo menos 20 bar,
dirigidos hacia al interior del cabezal de dragado 15 a fin de que
el material ya cortado sea sometido a una operación adicional de
corte. En una tal draga de tolvas aspirantes también puede usarse la
estructura de diente arriba indicada que permite la inyección de
chorros de agua a través de diente 21 con su adaptador 6. Si se hace
que chorros de agua 4 actúen desde la placa talón 14 del cabezal de
dragado 15 en una línea entre los dientes respectivos 2 ó 2', dichos
chorros de agua proporcionan entonces un plano inicial de corte o
fractura en una línea entre los dientes 2 ó 2', mientras que los
chorros de agua 4' y 4'' coactúan con los dientes 2 ó 2' produciendo
así más fractura del material del suelo entre dichos planos
verticales.
En capas de arcilla firme y capas de arena duras,
la disposición antes descrita ofrece muy grandes ventajas, dado que
con las técnicas que se aplican actualmente tan sólo es posible
excavar con tolvas de aspiración que tengan una gran potencia
propulsora o con dragas cortantes de aspiración estacionarias. Al
dragar con aparatos de acuerdo con el invento en dichas capas de
arena dura o capas de arcilla firme aumenta el rendimiento dado que
las capas del fondo ya están parcialmente rotas, simultáneamente o
no, por la acción de los chorros de agua a alta presión.
Claims (21)
1. Un método para dragar capas de suelo
submarino (1, 10), utilizando un aparato excavador con un componente
mecánico de dragado (15), en que una parte (2, 2', 14) del
componente mecánico de dragado se pone en contado con las capas del
suelo (1, 10) para ejercer una acción excavadora en las capas del
suelo, y se inyectan chorros de agua delante del componente mecánico
de dragado, caracterizado por el hecho de que se inyectan
primeros chorros de agua (4) a una presión de por lo menos 50 bar
delante del componente mecánico de dragado, se inyectan segundos
chorros de agua (4') a una presión de por lo menos 20 bar en la
posición o a través y/o detrás del componente mecánico de dragado, y
en que la acción excavadora del componente de dragado (2, 2') y la
inyección de los chorros de agua (4, 4') se lleva a cabo
simultáneamente.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que los primeros chorros de
agua (4) se inyectan a una presión de por lo menos 100 bar,
preferiblemente por lo menos de 2000 bar.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que se utiliza una draga de
tolvas aspirantes con un cabezal de dragado (15) equipado con
dientes (2, 2') que se extienden alineados en sentido transversal a
la dirección de desplazamiento del cabezal de dragado, que los
primeros chorros de agua (4) se inyectan a una presión de por lo
menos 50 bar delante de dichos dientes (2, 2') tomados en la
dirección de movimiento del cabezal de dragado (15).
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que se inyectan segundos
chorros de agua (4') a una presión de por lo menos 20 bar, detrás de
dichos dientes (2, 2') tomados en la dirección del movimiento de los
dientes (2, 2') y delante de las tolvas aspirantes del cabezal de
dragado (15).
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que se inyectan segundos
chorros de agua (4') a una presión de por lo menos 20 bar, entre
dichos dientes (2, 2') tomados en la dirección del movimiento de los
dientes, y delante de las tolvas aspirantes del cabezal de dragado
(15).
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que se inyectan segundos
chorros de agua (4') a una presión de por lo menos 20 bar, a través
de dichos dientes (2, 2') tomados en la dirección del movimiento de
los dientes, y delante de las tolvas aspirantes del cabezal de
dragado (15).
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que en la posición de dichos
dientes (2') se inyectan segundos chorros de agua (4'') a una
presión de por lo menos 20 bar, en la dirección del interior del
cabezal de dragado (15).
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2, caracterizado por el hecho de que se utiliza como aparato
de dragado una excavadora cortante con aspiración.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2, caracterizado por el hecho de que se utiliza como aparato
de dragado una draga de cangilones.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que se utiliza como aparato de
dragado un pontón de cuchara excavadora y una excavadora.
11. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por el hecho de
que el primer chorro de agua a alta presión (4) se inyecta
exclusivamente durante el trabajo efectivo del componente de
excavación del aparato de dragado.
12. Un aparato para dragar capas de suelo
submarino (1, 10), comprendiendo el aparato un componente de dragado
(2, 2', 15) con una pieza para dragar las capas del suelo (1, 10) y
medios para eyectar un chorro de agua (4') a la capa del suelo (1,
10) delante del componente mecánico de dragado, en la zona donde
actúa la pieza del componente de dragado, caracterizado por
el hecho de que la pieza del componente de dragado (15) que contacta
con la capa del suelo comprende primeras boquillas de chorro de agua
para inyectar primeros chorros de agua (4) a una presión de por lo
menos 50 bar delante del componente de dragado, de manera que el
aparato comp4rnde boquillas de inyección de agua a alta presión (8,
8') para inyectar segundos chorros de agua (4') en la capa del suelo
a una presión de por lo menos 20 bar en la posición o a través,
entre y/o detrás del componente mecánico de dragado (15).
13. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
12, caracterizado por el hecho de que las primeras boquillas
de inyección de agua (8, 8') van dispuestas para inyectar primeros
chorros de agua (4) a una presión de por lo menos 100 bar,
preferiblemente por lo menos de 2000 bar.
14. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
12 ó 13, caracterizado por el hecho de que el aparato
excavador es una draga aspirante de tolvas, con un cabezal de
dragado (15) equipado con dientes (2, 2') que se extienden en una
línea transversalmente a la dirección de desplazamiento del cabezal
de dragado y en que las boquillas de inyección de agua a alta
presión (8, 8') están dispuestas en dichos dientes (2, 2').
15. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
12 ó 13, caracterizado por el hecho de que el aparato
excavador es una draga aspirante de tolvas, con un cabezal de
dragado (15) equipado con dientes (2, 2') que se extienden en una
línea transversalmente a la dirección de desplazamiento del cabezal
de dragado (15), detrás de cuyos dientes (2, 2') van montadas
boquillas de inyección de agua a alta presión (8, 8') para inyectar
segundos chorros de agua a alta presión (4'') debajo del diente en
la dirección del extremo exterior del mismo.
16. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
12 ó 13, caracterizado por el hecho de que el aparato
excavador es una draga aspirante de tolvas, con un cabezal de
dragado (15) equipado con dientes (2, 2') que se extienden en una
línea transversalmente a la dirección de desplazamiento del cabezal
de dragado (15), comprendiendo el cabezal de dragado (15) boquillas
(8, 8') para inyectar chorros de agua a alta presión (4'') en la
dirección del interior del cabezal de dragado (15).
17. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
12 ó 13, caracterizado por el hecho de que el aparato
excavador es una draga aspirante de tolvas con una placa talón
(14).
18. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
12 ó 13, caracterizado por el hecho de que es una draga
cortante con aspiración provista de un cabezal de corte cuyos brazos
están equipados con dientes montados en los denominados adaptadores
(6), estando los dientes (2, 2') provistos de boquillas (8, 8') para
inyectar chorros de alta presión (4') hacia el punto de impacto de
los dientes (2, 2').
19. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
12 ó 13, caracterizado por el hecho de que el aparato de
dragado es una excavadora de cangilones, comprendiendo cada cangilón
un borde para contactar el suelo (1, 10) durante la acción de
dragado, de manera que el borde del cangilón comprende boquillas de
acción de agua a alta presión (8, 8').
20. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
12 ó 13, caracterizado por el hecho de que el aparato de
dragado es un pontón de cuchara excavadora, comprendiendo la cuchara
un borde para contactar el suelo (1, 10) durante la acción de
dragado, de manera que el borde del cangilón comprende boquillas de
acción de agua a alta presión (8, 8').
21. Un diente con un adaptador para utilizar en
un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13
a 20, caracterizado por el hecho de que tanto el diente (2,
2') como el adaptador (6) en que va montado tienen por lo menos un
orificio axial (9, 9') para inyectar segundos chorros de agua a alta
presión (4, 4') en la dirección de la posición en que el diente (2')
entra en contacto con la capa de tierra o de roca (1, 10).
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