JP2018127859A - 高さ測定台車 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉄道軌道内に設置されたリアクションプレートなどの軌道内構造物の高さを高能率に且つ高精度に測定できる高さ測定台車を提供する。【解決手段】台車の前後部のうちの一方を支持する第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａと、台車の前後部のうちの他方を支持する第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂと、これらの車輪に支持されて非接触式変位計２３を搭載する台車枠２０とを具備する。第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａの輪軸１１Ａ，１１Ａと台車枠２０との間、及び第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂの輪軸１１Ｂ，１１Ｂと台車枠２０との間から軸ばねを排除する。台車枠２０は、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａに支持される第１部分２０Ａと第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂに支持される第２部分１０Ｂとの間の台車中心線回りのねじれを吸収するねじれ吸収機構３０を装備する。【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道軌道内に設置されたリアクションプレートなどの軌道内構造物の高さを連続的に測定できる高さ測定台車に関する。

近年、新設される地下鉄路線においては、車体の高さを低く抑えてトンネルの断面積を小さくする点、及び急な勾配への対応の点などから、リニアモーター駆動システムの導入が広がっている。このリニアモーター駆動では、車両側に搭載されたモータコイル（モータの一次側）と、軌道内にベルト状に施設されたリアクションプレート（モータの二次側）との間に推進力を発生させることにより、車両が駆動される。

リニアモーター駆動システムにおいて重要な保守管理事項の一つは、レール面に対するリアクションプレートの高さ（以下、単にリアクションプレート高という）である。このリアクションプレート高が一定でないと、リアクションプレートから車両側のモータコイルまでの距離にバラツキが生じ、安定した駆動力が得られなくなるとか、接触が起こるといった弊害が生じるのである。このため、リアクションプレート高を軌道に沿って測定することが従来から行われており、具体的には、左右のレールの頭頂面間に掛け渡して使う接触式のギャップスケールによる手動測定法と、車両に非接触式の変位センサを取り付けて車両の走行中にリアクションプレート高を自動測定する方法（特許文献１）とが知られている。

しかしながら、前者の手動測定法は、測定精度が高い反面、能率が著しく低いので、リアクションプレートの施工時か、リアクションプレート高の問題性が疑われる箇所の精密検査にしか使用されない。これに対し、後者の自動計測法は高能率であるが、車両の台車に備わる軸ばねの伸縮などによる影響を受けるので、測定精度が低く、前述した手動測定法による精密検査の併用が必要となる。このようなことから、リアクションプレート高を高精度でしかも高能率に測定できる技術の開発が待望されている。

特許第５８３７７９０号公報

本発明の目的は、リアクションプレート高を高精度でしかも高能率に測定できる高さ測定台車を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明者らは、リアクションプレート高を測定するための専用台車の開発を企画した。すなわち、リアクションプレート高を高精度で高能率に測定するためには、非接触式変位計を台車に搭載するのが不可欠であることを前提として、その台車に備わる軸ばねの伸縮による影響を排除するために、軸ばねを省略した専用台車の開発を企画した。

しかしながら、台車から軸ばねを省略すると、台車に搭載された測定器（非接触式変位計）が軌道面に対して左右に傾斜し、測定に新たな悪影響を及ぼす懸念が生じることになる。すなわち、軌道の曲線部には、カントと呼ばれる左右のレールの高低差が設定されており、直線区間から定常曲線区間に移行する部分及び定常曲線区間から直線区間に移行する部分は、カント量が変化するカント変化区間（カント逓増区間及び逓減区間）とされている。そして、このカント変化区間を台車が通過するときには、台車の前後の輪軸の軸距（２軸間距離）に起因して、それぞれの軸位置においてカント量に差が生じることになる。

この様子を図４（ａ）及び（ｂ）に模式的に示す。また、図３（ａ）及び（ｂ）は通常の台車構造を示す模式図である。図３（ａ）及び（ｂ）中、１０Ａ及び１０Ｂは前後の左右車輪、１１Ａ及び１１Ｂは前後の輪軸、１２Ａ及び１２Ｂは前後の軸受、１４は前後の軸箱支持装置、２０は台車枠、４０はレールであり、前後の軸箱支持装置１４Ａ及び１４Ｂは、軸受１２Ａと軸ばね１５Ａとの組合せ及び軸受１２Ｂと軸ばね１５Ｂとの組合せにより、前後の輪軸１１Ａ及び１１Ｂ上に台車枠２０を支持する。そして図４（ａ）及び（ｂ）から分かるように、前後の輪軸１１Ａ、１１Ｂの軸距Ｌに起因するカント量の差（カント差δｈ）のために、前後の輪軸１１Ａ，１１Ｂの傾きに差が生じ、前後の輪軸１１Ａ，１１Ｂ間にねじれ（台車中心線回りのねじれ）が生じる。

すなわち、通常の台車は、このカント差δｈによる前後の輪軸１１Ａ，１１Ｂ間のねじれを吸収したり、軌道からの衝撃（レール継目通過時、分岐通過時等による衝撃）を吸収して緩和するために、台車枠２０と輪軸１１Ａ，１１Ｂとの間に軸ばね１５Ａ，１５Ｂが配置されているわけであるが、軸ばね１５Ａ，１５Ｂを省略した台車では、前後の輪軸１１Ａ、１１Ｂ間のねじれを吸収できないために、４つの左右車輪１０Ａ，１０Ｂのうちの一つがレール４０，４０から浮き上がり、台車に搭載された測定器が軌道面に対して傾斜し、測定データが不正確になるだけでなく、台車が脱線する危険性も生じる。

そこで本発明者らは、軸ばねの省略に伴うこの二次的な問題を解決することを目的として、前後の輪軸１１Ａ，１１Ｂを独立して傾斜させることを考え、そのためには台車枠２０を前側の左右車輪１２Ａに支持される側と、後側の左右車輪１２Ｂに支持される側とに分割し、両側の台車枠をねじれ吸収機構を介して連結することが有効であるとの結論に到達した。

本発明の高さ測定台車は、かかる知見を基礎して開発されたものであって、鉄道軌道内に設置された軌道内構造物の高さを自動測定する測定台車であり、
当該測定台車は、台車の前後部のうちの一方を支持する第１の左右車輪と、台車の前後部のうちの他方を支持する第２の左右車輪と、これらの車輪に支持されて非接触式変位計を搭載する台車枠とを具備しており、
当該測定台車においては、第１の左右車輪の輪軸と台車枠との間、及び第２の左右車輪の輪軸と台車枠との間から軸ばねが排除されており、
更に、前記台車枠は、第１の左右車輪に支持される第１部分と第２の左右車輪に支持される第２部分との間に、両部分間の台車中心線回りのねじれを吸収するねじれ吸収機構を装備する。

ねじれ吸収機構については、台車枠が第１部分と第２部分とに分割された上で、両部分がねじれ吸収機構を介して連結される構成が合理的である。

第１部分と第２部分との間に介在するねじれ吸収機構としては、第１部分と第２部分とが台車の中心位置に配置されたシャフトにて回動自在に連結される回動連結機構が合理的である。

本発明の高さ測定台車においては、当該台車が非接触式変位計を搭載することにより、軌道面に対する軌道内構造物の高さが効率的に測定される。加えて、第１の左右車輪の輪軸と台車枠との間、及び第２の左右車輪の輪軸と台車枠との間から軸ばねが排除されているので、軸ばねの収縮による測定誤差が排除される。しかも、台車枠は、第１の左右車輪に支持される第１部分と、第２の左右車輪に支持される第２部分との間のねじれを吸収するねじれ吸収機構を装備しているので、カント逓減区間を台車が通過するときの軸距に起因する輪軸間のねじれが吸収され、そのねじれによる車輪の浮き上がりが阻止されることから、その浮き上がりによる変位計の軌道面に対する傾斜、その傾斜による測定誤差が排除され、高い測定精度が確保される。また、車両の脱線も防止される。

加えて、本発明の高さ測定台車においては、第１の左右車輪と第２の左右車輪における各踏面を勾配がない円筒面とした上で、これらの左右車輪を独立回転車輪とするのがよい。その理由は以下のとおりである。

通常の台車においては、前後の左右車輪の踏面は外側へ向かって直径が漸減する円錐面とされている（図５（ａ）参照）。これは、台車が曲線区間をスムーズに通過するためである。すなわち、台車が曲線区間を通過するときは左右車輪が輪軸と共に外軌側へ移動する。左右車輪の踏面が円錐面であると、内外軌に対する左右車輪の接触位置が外軌側へ移動し、車輪回転径に輪径差と呼ばれる差が生じることにより、行路差が吸収される。この左右車輪の接触位置の移動は、一方で輪軸を軌道面に対して傾斜させ、軌道内構造物の高さを測定する際の誤差要因となる。

そこで、第１の左右車輪と第２の左右車輪における各踏面を勾配がない円筒面とするのである。そうすることにより、測定精度が一層向上する。そして、そうした上で、これらの左右車輪を独立回転車輪とすることにより、曲線区間における左右車輪間の行路差が吸収され、曲線区間における安定な走行が可能となる。

本発明の高さ測定台車は、非接触式変位計を搭載した上で、台車の前後部のうちの一方を支持する第１の左右車輪と台車枠との間、及び台車の前後部のうちの他方を支持する第２の左右車輪と台車枠との間から軸ばねを排除し、しかも、その台車枠には、第１の左右車輪に支持される第１部分と、第２の左右車輪に支持される第２部分との間のねじれを吸収するねじれ吸収機構を設けているので、リアクションプレート等の軌道内構造物の高さを高能率にしかも高精度に測定することができる。

本発明の第１実施形態に係る高さ測定台車の構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の第２実施形態に係る高さ測定台車の構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 従来の台車の構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 カント変化区間での前後輪軸の傾きの説明図で（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 車輪の踏面形状を示す正面図で、（ａ）は円錐踏面、（ｂ）は円筒踏面を示す。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

第１実施形態の高さ測定台車は、鉄道軌道内に設置された軌道内構造物であるリアクションプレートの軌道面に対する高さの測定に使用される。この高さ測定台車は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、台車の前後部の一方を支持する第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａと、台車の前後部の他方を支持する第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂと、これらに支持される台車枠２０とを備えている。台車枠２０は平面視で長方形であり、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａに支持される第１部分２０Ａと、第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂに支持される第２部分２０Ｂとに分割されており、第１部分２０Ａと第２部分２０Ｂとは、台車の中心位置に配置されたねじれ吸収機構３０を介して連結されている。

第１部分２０Ａを支持する第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａは、図５（ｂ）に示すように、踏面が中心線方向で同一外径の円筒面、すなわち円筒踏面とされている。第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａは、それぞれ独立の輪軸１１Ａ，１１Ａを備えており、各々の輪軸１１Ａが、軸受１２Ａ，１２Ａを内蔵する軸箱１３Ａ，１３Ａにより、第１部分２０Ａの側部下面に直接取付けられることにより、独立回転車輪とされている。また、軸箱１３Ａ，１３Ａが軸受１２Ａ，１２Ａを内蔵し、軸ばねを内蔵しないので、輪軸１１Ａと台車枠２０（第１部分２０Ａ）との間から軸ばねが排除されている。

第１部分２０Ａはここでは台車枠２０の前部であり、当該台車枠２０を前方へ牽引するための牽引棒２１を前縁部に装備すると共に、電源設備等の付帯機器２２を搭載している。

第２部分２０Ｂを支持する第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂも、前述した第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａと同様に、踏面が中心線方向で同一外径の円筒面、すなわち円筒踏面とされると共に、それぞれ独立の輪軸１１Ｂ，１１Ｂを備えており、各々の輪軸１１Ｂが、軸受１２Ｂ，１２Ｂを内蔵する軸箱１３Ｂ，１３Ｂにより、第２部分２０Ｂの側部下面に直接取付けられることにより、独立回転車輪とされている。また、軸箱１３Ｂ，１３Ｂが軸受１２Ｂ，１２Ｂを内蔵し、軸ばねを内蔵しないので、輪軸１１Ｂと台車枠２０（第２部分２０Ｂ）との間から軸ばねが排除されている。

第２部分２０Ｂはここでは台車枠２０の後部であり、第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂの間に位置して、非接触式変位計２３を搭載している。非接触式変位計２３は、輪軸１１Ｂの中心線上に位置しており、その設置位置から真下にレーザー光を照射すると共に、その反射光を受光することにより、鉄道軌道内に設置された軌道内構造物であるリアクションプレートの軌道面に対する高さを連続的に測定する。

第１部分２０Ａと第２部分２０Ｂとの間に介装されたねじれ吸収機構３０は、台車枠２０の中心線上に配置された円柱形状のシャフト３１と、シャフト３１の一端部に回動自在に外嵌する第１筒体と、シャフト３１の他端部に回動自在に外嵌する第２筒体とを備えており、第１筒体が第１部分２０Ａの中心部下面に、第２筒体が第２部分２０Ｂの中心部下面にそれぞれ固定されることにより、第１部分２０Ａと第２部分２０Ｂとを連結すると共に、第１部分２０Ａ及び第２部分２０Ｂの独立したローリングを許容する。第１部分２０Ａと第２部分２０Ｂとの連結のために、第１筒体及び第２筒体はシャフト３１に対して抜け止めされている。

第１実施形態の高さ測定台車の構成は以上である。その動作及び機能は以下のとおりである。

当該高さ測定台車を鉄道車両にて牽引して営業路線を走行させる。このとき台車枠２０の特に第２部分２０Ｂに搭載された非接触式変位計２３により、鉄道軌道内に設置された軌道内構造物であるリアクションプレートのレール面に対する高さを測定する。これにより、鉄道軌道内に設置されたリアクションプレート高の連続的で高能率な自動測定が可能となる。

ここで、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａに備わる各輪軸１１Ａは、軸ばねを内蔵しない軸箱１３Ａにより台車枠２０に直結されることにより、台車枠２０との間から軸ばねが排除された構成になっている。同様に、第２の左右車輪１０Ｂ，１Ｂに備わる各輪軸１１Ｂも、軸ばねを内蔵しない軸箱１３Ｂにより台車枠２０に直結されることにより、台車枠２０との間から軸ばねが排除された構成になっている。これらのため、前述したリアクションプレート高の自動測定においては、軸ばねの収縮による測定誤差が排除され、測定精度が向上する。

しかも、台車枠２０は、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａに支持される第１部分２０Ａと、第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂに支持される第２部分２０Ｂとの間に、それぞれのローリングを許容するねじれ吸収機構３０を装備しているので、第１部分２０Ａと第２部分２０Ｂとの間のねじれ（中心線回りのねじれ）が吸収される。このとき、台車枠２０のピッチング及びヨーイングについては、第１部分２０Ａと第２部分２０Ｂとが一体的に動作する。

このため、当該高さ測定台車がカント変化区間を通過するときの軸距に起因する輪軸間のねじれ、すなわち第１部分２０Ａの側の輪軸１１Ａ，１１Ａと、第２部分２０Ｂの側の輪軸１１Ｂ，１１Ｂとの間の台車中心線回りのねじれが、軸ばねが存在しないにもかかわらず吸収され、そのねじれによる左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び１０Ｂ，１０Ｂの浮き上がりが阻止される。その結果、その浮き上がりによる非接触式変位計２３の軌道面に対する傾斜、その傾斜による測定誤差も排除され、測定精度が更に向上する。また、当該高さ測定台車の脱線も合わせて防止される。

これに加えて、第１実施形態の高さ測定台車においては、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂの各各踏面が勾配がない円筒面とされ、その上で、これらの左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び１０Ｂ，１０Ｂが独立回転車輪とされている。このため、曲線区間において、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂが外軌側へ移動しても、車輪回転径が生じず、輪軸１１Ａ，１１Ａの軌道面に対する傾斜、及び１１Ｂ，１１Ｂの軌道面に対する傾斜が生じない。このため、リアクションプレート高の自動測定における測定精度がより一層向上する。

曲線区間において、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂに車輪回転径差が生じないと、回転径差による行路差も生じないが、左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び１０Ｂ，１０Ｂのいずれもが独立回転車輪とされているので、外軌側の車輪１０Ａ及び１０Ｂが高速回転し、内軌側の車輪１０Ａ及び１０Ｂが低速回転することにより、前記行路差が吸収される。その結果、曲線区間における走行安定性が一層向上する。

次に、第２実施形態の高さ測定台車を図２（ａ）及び（ｂ）により説明する。

この高さ測定台車は、第１実施形態の高さ測定台車と同じく、鉄道軌道内に設置された軌道内構造物であるリアクションプレートの軌道面に対する高さの測定に使用される。この高さ測定台車が第１実施形態の高さ測定台車と相違するのは、主に、台車枠２０の特に第２部分２０Ｂ、第２部分２０Ｂを支持する第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂの特に、輪軸１１Ｂ及び左右の軸受１２Ｂ，１２Ｂ、並びにこれらのその支持構造である。

詳しく説明すると、第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂは、共通の輪軸１１Ｂにより連結されており、より詳しくは、左右車輪１０Ｂ，１０Ｂに内蔵された左右の軸受１２Ｂ，１２Ｂを介して共通の輪軸１１Ｂの両端部に取付けられている。そして、共通の輪軸１１Ｂの中央部上に共通の軸箱１３Ｂが設けられ、その軸箱１３Ｂが台車枠２０の第１部分２０Ａの後端部中央と、ねじれ吸収機構３０を介して連結されることにより、当該第１部分２０Ａの後端部を支持している。

ねじれ吸収機構３０は、第１実施形態の高さ測定台車に装備されたねじれ吸収機構３０と同様に、台車枠２０の中心線上に配置された円柱形状の連結用シャフト３１と、シャフト３１の一端部に回動自在に外嵌する第１筒体と、シャフト３１の他端部に回動自在に外嵌する第２筒体とを備えており、第１筒体が第１部分２０Ａの中心部下面に固定され、第２筒体が軸箱１３Ｂ内に固定されている。

すなわち、第２実施形態の高さ測定台車においては、第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂを連結する共通の輪軸１１Ｂが、台車枠２０の第２部分２０Ｂを兼ねており、これがねじれ吸収機構３０を介して第１部分１０Ａと連結されている。また、第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂは、それらの軸受１２Ｂ，１２Ｂが第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂ内にそれぞれ内蔵されることにより独立回転車輪となっている。更に、共通の輪軸１１Ｂが第２部分２０Ｂを兼ね、軸ばねを内蔵しないことから、両者間から軸ばねが排除されている。

台車枠２０を前方へ牽引するための牽引棒２１、電源設備等の付帯機器２２、及び非接触式変位計２３は、いずれも台車枠２０の第１部分２０Ａの方に装備乃至搭載されている。

他の構成、例えば台車枠２０の第１部分２０Ａを支持する第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａが独立回転車輪であること、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂの各踏面が円筒面であること、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａの輪軸１１Ａ，１１Ａが、軸受１２Ａ，１２Ａを内蔵し軸ばねを内蔵しない軸箱１３Ａ，１３Ａにより第１部分２０Ａに直結されて、輪軸１１Ａ，１１Ａと台車枠２０（第１部分２０Ａ）との間から軸ばねが排除されていることなどは、第１実施形態の高さ測定台車と同じである。

そして、第１実施形態の高さ測定台車と同様、当該高さ測定台車も鉄道車両にて牽引しつつ、非接触式変位計２３によりリアクションプレートのレール面に対する高さを測定することにより、リアクションプレート高の連続的で高能率な自動測定が可能となる。

同様に、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａの輪軸１１Ａ，１１Ａ及び第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂの輪軸１１Ｂが、軸ばねを内蔵しない軸箱１３Ａ，１３Ａ及び軸箱１３Ｂにより台車枠２０に直結されることにより、台車枠２０との間から軸ばねが排除されている。このため、リアクションプレート高の自動測定における精度が高い。

同様に、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａに支持される第１部分２０Ａと、第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂに支持される第２部分２０Ｂである輪軸１１Ｂとの間に、それぞれのローリングを許容するねじれ吸収機構３０が装備されているので、当該高さ測定台車がカント逓減区間を通過するときの軸距に起因する輪軸間のねじれ（台車中心線回りのねじれ）が吸収され、測定精度が更に向上すると共に、当該高さ測定台車の脱線も合わせて防止される。

同様に、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂの各踏面が勾配がない円筒面とされ、その上で、これらの左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び１０Ｂ，１０Ｂが独立回転車輪とされているので、曲線区間において車輪回転径差が生じず、測定精度がより一層向上すると共に、第１の左右車輪１０Ａ，１０Ａ及び第２の左右車輪１０Ｂ，１０Ｂのいずれもが独立回転車輪とされているので、回転径差がないことによる行路差が吸収され、曲線区間における走行安定性が一層向上する。

１０Ａ，１０Ｂ 車輪
１１Ａ，１１Ｂ 輪軸
１２Ａ，１２Ｂ 軸受
１３Ａ，１３Ｂ 軸箱
２０ 台車枠
２０Ａ 台車枠の第１部分
２０Ｂ 台車枠の第２部分
２１ 牽引棒
２２ 電源設備等の付帯機器
２３ 非接触式変位計
３０ ねじれ吸収機構
３１ シャフト
４０ レール

Claims (4)

1. 鉄道軌道内に設置された軌道内構造物の高さを自動測定する測定台車であり、
   当該測定台車は、台車の前後部のうちの一方を支持する第１の左右車輪と、台車の前後部のうちの他方を支持する第２の左右車輪と、これらの車輪に支持されて非接触式変位計を搭載する台車枠とを具備しており、
   当該測定台車においては、第１の左右車輪の輪軸と台車枠との間、及び第２の左右車輪の輪軸と台車枠との間から軸ばねが排除されており、
   更に、前記台車枠は、第１の左右車輪に支持される第１部分と第２の左右車輪に支持される第２部分との間に、両部分間の台車中心線回りのねじれを吸収するねじれ吸収機構を装備する高さ測定台車。
2. 請求項１に記載の高さ測定台車において、台車枠は第１部分と第２部分とに分割されており、且つ両部分がねじれ吸収機構を介して連結された高さ測定台車。
3. 請求項１又は２に記載の高さ測定台車において、ねじれ吸収機構は、第１部分と第２部分とが台車の中心位置に配置されたシャフトにて回動自在に連結される回動連結機構である高さ測定台車。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の高さ測定台車において、第１の左右車輪と第２の左右車輪における各踏面が勾配がない円筒面であり、且つこれらの左右車輪がいずれも独立回転車輪である高さ測定台車。

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