JP6571600B2 - 路面切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、路面切削車両に設けられる路面切削装置に係り、路面の維持・補修などを目的として車両の走行に伴い路面を路面切削機で目標切削深さに切削するための技術に関する。

例えば、道路や橋梁路面などのアスファルト舗装は、車両走行などによって、経時的にわだち掘れやひび割れなどの劣化が生ずる。このため、例えば夜間などの交通量の少ない時間帯を利用して、定期的にあるいは随時その路面の修繕工事が行われている。
このように路面の修繕では、ロードカッターなどと称される専用の路面切削車両に搭載された路面切削装置によって、路面の表層部分を切削除去する。その後、必要に応じて適宜、その切削路面上に新しいアスファルト合材などによって再舗装する。

このような用途の路面切削車両は、例えば、特許文献１などに記載の構造となっている。すなわち、この路面切削車両は、走行用の前後輪で自走可能になっていると共に、車体に対し昇降可能に設けられた路面切削機（カッター部）で路面を切削可能となっている。そして、路面切削車両は、自走しながら、路面切削機によってアスファルト舗装路面を削り取る（はつる）と共に、削り取った切削廃材を搬送コンベアによって車体前方などに連続して搬送可能となっている。

路面切削機は、車体幅方向に延びるカッタードラムの周面に多数のカッタービットが設けられたカッター部を有する。カッター部は、機枠に回転自在に支持されていると共に油圧モータによって回転駆動される。また、カッター部は、上記機枠に連結する左右一対の昇降用油圧シリンダによって路面に対して昇降されることで、カッタードラム周面に設けられたカッタービットで、路面を任意の切削深さで削り取る。

また、路面切削車両は、特許文献２に記載のような路面切削自動制御部を備える。路面切削自動制御部は、路面切削機による現在の切削深さを検出し、検出した切削深さと設定した目標切削深さとの偏差が小さくなるように上記左右の昇降用油圧シリンダを昇降することで、路面表面からの切削深さが目標切削深さとなるように自動制御している。

特開平１１−５０４１５号公報 特開昭６４−６２５０５号公報

ここで、昇降用油圧シリンダの昇降速度（作動速度）を、検出した切削深さと設定した目標切削深さとの偏差が大きいほど速くなるように自動制御することで、できるだけ切削深さが目標切削深さとなるように、つまり切削路面に所定以上の凹凸が生じないように、路面切削機の昇降を追従させている。
このとき、切削する路面に所要以上の凹凸がある場合などにおいては、路面切削車両の操作者は、通常切削時の車速よりも遅い車速で切削作業（はつり作業）を行うことが一般である。

しかし、上記の従来技術では、車速に関係なく上記偏差量が同じであれば路面切削機の昇降速度が同一の昇降速度となっているため、通常切削時の車速での最適化を行うと、上記のような走行に伴い目標値に対する偏差が頻繁に変更されるような路面状況での切削作業にあっては、応答性が遅くなって、路面切削機の昇降が追従しきれずに、切削した切削路面に対し局所的な凹凸（ドラムマークなど）が発生するおそれがある。

一方、車速に対する昇降速度の応答を速く設定した場合には、通常切削時の速度での切削作業で昇降が過敏となってしまい、逆に切削路面に対し局所的に凹凸が発生するおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、切削する路面変化に対する路面切削機の追従性をより向上させることを目的としている。

課題を解決する為に、本発明の一態様である路面切削装置は、車両に設けられて上記車両の走行に伴い路面を切削する路面切削機と、上記路面切削機を昇降するアクチュエータと、上記路面切削機により切削される路面深さを検出する切削深さ検出部と、上記切削深さ検出部の検出値と設定した目標切削深さとの偏差が小さくなるように上記アクチュエータを制御する昇降制御部と、を備え、上記昇降制御部は、上記車両の走行速度に応じて、上記偏差に対する上記アクチュエータの作動速度の比である作動速度比を変更し、相対的に、上記走行速度が遅い場合、上記走行速度が速い場合に比べて、上記作動速度比を大きく設定する作動速度比設定部を有することを特徴とする。
ここで、上記の作動速度比は、（作動速度／偏差）で表現できる。また、アクチュエータの作動速度は、路面切削機の昇降速度と同義である。

路面切削車両の操作者は、通常、切削する路面に所要以上の凹凸がある場合においては、車速を遅くして切削作業（はつり作業）を行う。この場面は、車速を落としても、車両の走行に伴い目標切削深さに対する偏差が頻繁に変更されるような状況となる。
これに対し、本発明の態様によれば、車両の走行速度が遅い場合には、速い場合に比べて、目標切削深さに対する路面切削機の昇降の応答性が高くなることで、切削する路面変化に対する路面切削機の追従性を向上させることが出来る。

一方、通常切削時では、目標切削深さに対する路面切削機の昇降の応答性が過敏になることが抑制されることで、切削する路面変化に対する路面切削機の追従性を確保することが出来る。
この結果、車両の速度変化に伴い切削速度に変化が生じても、従来に比べて、切削した路面に対する局所的な凹凸の形成が抑制され、より平坦な切削路面に仕上げることが可能となる。

ここで、本発明は、路面切削途中で車両が定常速度で走行している場合だけに効果を奏するのではなく、車両の走行開始時（切削開始時）や車両が停止に移行する際（切削を終了する際）にも効果を奏する。例えば切削開始時には、車両速度は極低速状態での走行であるが、切削抵抗（切削反力）が大きいことによる車体振動などによって、切削深さが変動して目標切削深さに対する偏差が頻繁に変化する。これに対し、本発明の態様によれば、車速が遅い場合には、制御の応答性が相対的に高くなっていることから、切削開始時から、より平坦に切削路面を仕上げることが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る路面切削車両を説明する側面図である。 本発明に基づく実施形態に係る路面切削装置を説明する概念図であり、（ａ）は車両後方からみた概念図、（ｂ）は側方からみた概念図である。 切削制御コントローラの構成を説明する図である。 作動速度比に応じた偏差量と制御信号との関係を説明する図である。 作動速度比に応じた偏差量と制御信号との関係の別例を説明する図である。 作動速度比に応じた偏差量と制御信号との関係の別例を説明する図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜構成＞
本実施形態の路面切削装置を搭載した路面切削車両１は、図１に示すように、車体２と、走行用の車輪６と、車体２に対し昇降可能に支持された路面切削機３と、路面切削機３を昇降するアクチュエータ４と、搬送コンベア５とを備える。路面切削車両１は、更に、切削深さ検出部１４Ａ、１４Ｂと切削制御コントローラ１７とを備える。

搬送コンベア５は、路面切削機３が削り取った切削廃材を、車体２前方などに搬送するコンベアであって、車体２に支持されている。
本実施形態の走行用の車輪６は、車体２の前側に設けられた前輪６Ａと、車体２の後側に設けられた後輪６Ｂとから構成される。前輪６Ａは、図示しないステアリング機構を操作することで操舵可能となっている。後輪６Ｂの車軸は変速機を介してエンジンに連結しており、エンジンからの駆動力で回転駆動する駆動輪を構成する。なお、路面切削車両１の走行形態はこれに限定されず、前輪６Ａ側が駆動輪でも良いし、クローラなどによって自走する車両であっても良い。

路面切削機３は、前輪６Ａと後輪６Ｂとの間において、車体２下部に配置される。路面切削機３は、図２に示すように、車体２幅方向に軸を向けたカッタードラム３ａの周面に多数のカッタービット３ｂが設けられて構成される。そのカッタードラム３ａは、機枠７に回転自在に支持されていると共に、不図示の油圧モータによって回転駆動可能に構成されている。機枠７は、例えば下方が開放した箱状の枠体である。

路面切削機３を昇降するアクチュエータ４は、左右一対の昇降用油圧シリンダ４Ａ、４Ｂで構成される。各昇降用油圧シリンダ４Ａ、４Ｂは、シリンダ本体が軸を上下に向けた状態で車体２に取り付けられると共に、シリンダロッドがシリンダ本体から下方に延在している。そのシリンダロッドの先端部が、機枠７に連結している。これによって、昇降用油圧シリンダ４Ａ、４Ｂのストローク量に応じて、機枠７、すなわち路面切削機３の車体２に対する上下位置（路面に対する位置）が調整されて、路面切削機３による切削深さが調整される。

ここで、機枠７の前側は、車体２前後方向に延在する平行リンク８を介して車体２に連結する。平行リンク８は、車幅方向両側にそれぞれ一対づつ配設されている。平行リンク８を設けることで、機枠７は、昇降に伴う姿勢が一定に保持されるようになっている。
各昇降用油圧シリンダ４Ａ、４Ｂは、それぞれ個別のサーボバルブ１０Ａ、１０Ｂを介して図示しない油圧供給装置に連結している。そして、各サーボバルブ１０Ａ、１０Ｂに与える制御信号（制御電流値ｉ）を変更することで、各昇降用油圧シリンダ４Ａ、４Ｂのストロークを独立に制御可能となっている。

また、機枠７の左右側壁に沿ってそれぞれ板状のサイドカバー１１Ａ、１１Ｂが配置されている。各サイドカバー１１Ａ、１１Ｂは、機枠７に対し昇降自在に設けられている。サイドカバー１１Ａ、１１Ｂは、その上部にワイヤ１２Ａ、１２Ｂの一端部が連結している。そのワイヤ１２Ａ、１２Ｂは上方に延び、機枠７上部に設けたワイヤ巻取り器１３Ａ、１３Ｂにテンションが付与された状態で巻回している。これによって、サイドカバー１１Ａ、１１Ｂは、自重によって下方に変位して、切削時には、サイドカバー１１Ａ、１１Ｂの下端部が路面に当接可能となっている。

また、サイドカバー１１Ａ、１１Ｂの下端部には、路面上を摺動するソリ状の摺動子が設けられている。サイドカバー１１Ａ、１１Ｂの下端部には、車両の移動に伴い転動する回転体が設けられていることが好ましい。
なお、サイドカバー１１Ａ、１１Ｂを機枠７に仮止めするためのストッパ（不図示）を有し、そのストッパによって、例えば機枠７を上方に持ち上げた状態では、サイドカバー１１Ａ、１１Ｂの下端部が路面から浮いた状態にすることが可能となっている。

切削深さ検出部１４Ａ、１４Ｂは、レベルセンサから構成され、機枠７に対するサイドカバー１１Ａ、１１Ｂの昇降量を検出する。サイドカバー１１Ａ、１１Ｂの下端部が路面に当接することで、相対的に、サイドカバー１１Ａ、１１Ｂに対する機枠７の上下位置から、路面切削機３による路面に対する切削深さが検出できる。切削深さ検出部１４Ａ、１４Ｂは、例えば、サイドカバー１１Ａ、１１Ｂの昇降に応じたワイヤ１２Ａ、１２Ｂの巻回量などによって、機枠７に対するサイドカバー１１Ａ、１１Ｂの昇降量を検出する。

車速センサ１５は、例えば上記の変速機に設けられて、車両の走行速度（車速）を検出する。
ここで、運転席や車体２の側面の所定位置には、車両の走行を指示する走行用の操作子や、路面切削の設定値や切削を操作するコントロールパネル１６が設けられている。そして、車両の操作者が、コントロールパネル１６を操作することで、目標切削深さＨ０が設定されると共に、カッタードラム３ａの回転駆動などが制御可能となっている。なお、切削の設定モードには手動切削モードと自動切削モードとがあるが、本発明は自動切削モード時に関する発明である。

ここで、手動切削モードの場合には、アクチュエータの作動制御、つまり路面切削機３による切削深さ等の調整を、作業者がスイッチ等を手動操作して実施することになる。このため、手動切削モードの場合には作業者の熟練度によって切削状況が左右される。
切削制御コントローラ１７は、コントロールパネル１６から切削開始の制御信号を入力すると作動する。切削制御コントローラ１７は、路面切削機駆動制御部１８と昇降制御部１９とを有する。

路面切削機駆動制御部１８は、不図示の油圧モータの油圧回路に作動信号を出力してカッタードラム３ａを所定のトルクで回転駆動する処理を行う。
昇降制御部１９は、路面切削機３による路面の切削深さが目標切削深さＨ０となるように、左右の昇降用油圧シリンダ４Ａ、４Ｂをサーボバルブ１０Ａ、１０Ｂを介して個別に制御する。

昇降制御部１９は、切削深さ検出部１９Ａａ、１９Ｂａ、偏差量算出部１９Ａｂ、１９Ｂｂ、作動速度比設定部１９Ｃ、及び昇降用制御信号出力部１９Ａｃ、１９Ｂｃを備える。ここで、切削深さ検出部１９Ａａ、１９Ｂａ、偏差量算出部１９Ａｂ、１９Ｂｂ及び昇降用制御信号出力部１９Ａｃ、１９Ｂｃの一連の処理は所定のサンプリング周期で実施されると共に、それと同期をとって作動速度比設定部１９Ｃの処理も実行される。ここで、切削深さ検出部１９Ａａ、１９Ｂａ、偏差量算出部１９Ａｂ、１９Ｂｂ及び昇降用制御信号出力部１９Ａｃ、１９Ｂｃは、左側の昇降用油圧シリンダ４Ａ用と右側の昇降用油圧シリンダ４Ｂ用との２種類の制御部を備えるが、処理内容が同じため、以下では左側の昇降用油圧シリンダ４Ａの制御部の処理を代表して説明する。

左用の切削深さ検出部１９Ａａは、左側の切削深さ検出部１４Ａからの検出信号に基づき、車幅方向左側位置での路面に対する路面切削機３の切削深さを検出する。
左用の偏差量算出部１９Ａｂは、左用の切削深さ検出部１９Ａａが検出した切削深さから、コントロールパネル１６から入力した目標切削深さＨ０を減算して、偏差量ΔＨを算出する。

作動速度比設定部１９Ｃは、車速センサ１５から入力した車速値に応じて、左右の昇降用油圧シリンダ４Ａ、４Ｂの応答速度である作動速度比を設定する。本実施形態では、作動速度比として、第１の作動速度比と第２の作動速度比とが設定されている。このとき、第２の作動速度比は、第１の作動速度比よりも大きな値に設定されている。作動速度比設定部１９Ｃは、車速が予め設定した設定低速度値Ｖｓ以下と判定した場合には第２の作動速度比を選択し、車速が設定低速度値Ｖｓより大きいと判定した場合には、第１の作動速度比を選択する。

設定低速度値Ｖｓは、例えば２ｍ／分と極低速度の値である。この設定低速度値Ｖｓは、通常切削作業で一般に採用される定常走行時の速度範囲よりも遅い速度である。この設定低速度値Ｖｓは、車両が加速状態のときと減速状態のときとで異なる値とすることが好ましい。この場合、車両が加速状態と判定したときの上記設定低速度値Ｖｓよりも、車両が減速状態と判定したときの上記設定低速度値Ｖｓの方が小さい値とする。例えば、加速時の設定低速度値Ｖｓを、２ｍ／分とし、減速時の設定低速度値Ｖｓを１ｍ／分とする。

ここで、各作動速度比は、偏差量ΔＨと昇降用制御信号ｉとを変数とした、マップや換算式の係数の形で記憶部に記憶されて選択される。昇降用制御信号ｉは電流値で表現でき、例えば図４に示す形で表される。マップであれば、その偏差量ΔＨと昇降用制御信号ｉとを変数としたラインの傾きが作動速度比となる。また、換算式であれば、例えば、下記（１）式のような式で表され、係数ｋが作動速度比となる。なお換算式は一次線形の式である必要はなく、偏差量ΔＨが大きくなるほど昇降用制御信号ｉが大きくなるような式であれば他の換算式を適用しても良い。例えば第２の作動速度比に対応するラインを図５や図６に示すような二次曲線形状となるように設定しても良い。
ｋ ＝ΔＨ／ｉ ・・・（１）式

以下の説明では、作動速度比が換算式の係数ｋで表される場合で説明する。すなわち、第１の作動速度比ｋ１と第２の作動速度比ｋ２が記憶部に記憶される。なお、ｋ１＜ｋ２である。
ここで、記憶部に記憶される第１の作動速度比ｋ１及び第２の作動速度比ｋ２の値は、固定された値であっても良いが、作業者が設定するように構成しても良い。例えば、第１の作動速度比ｋ１用に、作業者が偏差量ΔＨと昇降用制御信号ｉとを選択して入力すると、上記の（１）式で換算されたｋを第１の作動速度比ｋ１として記憶する。同様に、第２の作動速度比ｋ２用に、作業者が偏差量ΔＨと昇降用制御信号ｉとを選択して入力することで、上記の（１）式で換算されたｋを第２の作動速度比ｋ２として記憶する。

そして、作動速度比設定部１９Ｃは、上述のように車速に応じて、ｋ１若しくはｋ２を選択し、選択した係数値ｋ１若しくはｋ２を作動速度比ｋに設定する。例えば、車速が設定低速度値Ｖｓ以下と判定したら、ｋ２を選択し、そのｋ２をｋに設定する。
ｋ１とｋ２の関係の例は図４に記載した数値のような関係であり、低速切削時での第２の作動速度比ｋ２は、例えば、通常切削時の車速での第１の作動速度比ｋ１の１．５倍〜３倍の範囲に設定する。

左用の昇降用制御信号出力部１９Ａｃは、作動速度比設定部１９Ｃが設定した係数ｋを使用して、（２）式に基づき、偏差量算出部１９Ａｂが算出した偏差量ΔＨに対応する昇降用制御信号ｉ、つまり制御電流値ｉを算出する。
ｉ ＝ｋ・ΔＨ ・・・（２）式
算出した昇降用制御信号ｉは、偏差量ΔＨを算出した左側のサーボバルブ１０Ａに制御指令として出力される。

＜動作その他＞
自動切削の開始と判定すると、切削制御コントローラ１７は、路面切削機３による左右の切削深さがそれぞれ目標切削深さＨ０となるように、サーボバルブ１０Ａ、１０Ｂを介して左右の各昇降用油圧シリンダ４Ａ、４Ｂのストローク量が制御される。これによって、路面切削車両１の走行に伴い路面が順次切削される。

（通常切削時）
操作者としては、効率よく路面の切削作業を実施しようとするため、切削する路面に所定の平坦さがあると思った場合には、例えば１０ｍ／分などの定常の車速で切削を実施する。
このとき、本実施形態では、相対的に応答が抑えられた第１の作動速度比ｋ１で、目標切削深さＨ０となるように路面切削機３の昇降動作が行われる。

ここで、偏差が大きく変更しないような路面にあっては、切削の際の作動速度比ｋが大きすぎる場合には、車速が速いほど路面切削機３の昇降動作の応答が過敏となり、逆に切削路面に対し局所的な凹凸（ドラムマークなど）が生じる恐れがある。このため、局所的な凹凸が生じないような第１の作動速度比ｋ１を、実験や理論値から求め、その第１の作動速度比ｋ１を記憶部に設定しておけばよい。
これによって、通常切削時では、目標切削深さＨ０に対する路面切削機３の昇降の応答性が過敏になることが抑制される結果、切削する路面変化に対する路面切削機３の昇降動作について、所定以上の追従性を確保することが出来る。

（極低速度での切削時）
一方、切削する路面に所定以上の凹凸がある場合には、操作者は、車両の速度を遅くして切削作業（はつり作業）を行う。この場面は、車速を落としても、車輪６が凸部に乗り上げたり凹部に位置したりすることによる車体２の浮き沈みも発生することから、車両の走行に伴い目標切削深さＨ０に対する偏差量ΔＨが頻繁に且つ大きく変更するおそれがある。
これに対し、本実施形態によれば、車両の走行速度が遅い場合には、第２の作動速度比ｋ２で昇降制御が行われることで、目標切削深さＨ０に対する路面切削機３の昇降の応答性が高くなる。この結果、切削する路面変化に対する路面切削機３の追従性を向上させることが出来る。

（切削開始時や終了時）
また、本実施形態は、路面切削途中で車両が定常速度で走行している場合だけに効果を奏するのではなく、車両の走行開始時（切削開始時）や車両が停止に移行する際（切削を終了する際）にも効果を奏する。
例えば切削開始時には、車両速度は極低速状態での走行であるが、切削抵抗（切削反力）が大きいことよって発生する車体振動などによって、検出する切削深さが変動して目標切削深さＨ０に対する偏差が敏感に変化する。これに対し、車速が遅いことから第２の作動速度比ｋ２が採用されることで、昇降制御の応答性が相対的に高くなることで、切削開始時から、より平坦に切削路面を仕上げることが可能となる。

以上のように、本実施形態の路面切削装置にあっては、車両の速度変化に伴い切削速度に変化が生じても、従来に比べて、切削した路面に対する局所的な凹凸の形成が抑制され、より平坦な切削路面に仕上げることが可能となる。
ここで、設定低速度値Ｖｓを、車両が加速状態と減速状態とで異なる値とし、車両が加速状態と判定したときの上記設定低速度値Ｖｓよりも、上記車両が減速状態と判定したときの上記設定低速度値Ｖｓが小さいように設定することが好ましい。これによって、制御切り替えに不感帯が設定されて、設定低速度値Ｖｓ近傍の車速で走行中に、設定される作動速度比の切替がハンチングすることを防止することが出来る。

＜変形例＞
ここで、上記説明では、設定低速度値Ｖｓを境として、２種類の作動速度比ｋ１、ｋ２の一方を選択して昇降制御する場合で説明したが、これに限定されない。車速帯に応じて３種類以上の作動速度比を設けても良い。
また、車速の速度帯に対する作動速度比ｋを多段階（上記の実施形態では２段階）で設定する場合を例示しているが。車速に応じて無段階で作動速度比ｋを変更するように設定しても良い。この場合でも、車速が小さいほど、作動速度比が大きくなるように設定する。

車速をＶｓとした場合、例えば、一定値＝Ｖｓ・ｋ（但し、Ｖｓ＞０）等と設定する。
更に、作動速度比ｋを、目標切削深さＨ０や検出した切削深さに応じて変更するようにしてもよい。この場合、作動速度比設定部１９Ｃが設定した作動速度比ｋを、切削深さが深い場合、切削深さが浅い場合に比べて大きくなるように補正する。例えば、所定の切削深さよりも浅い場合には、α（＞０）をｋから減算し、所定切削深さ以上の場合には、β（＞０）をｋに加算する。
このように、切削深さを加味することで、更に、切削した路面に対する局所的な凹凸の形成が抑制され、より平坦な切削路面に仕上げることが可能となる。

１ 路面切削車両
２ 車体
３ 路面切削機
３ａ カッタードラム
３ｂ カッタービット
４ アクチュエータ
４Ａ、４Ｂ 昇降用油圧シリンダ
６ 車輪
１０Ａ、１０Ｂ サーボバルブ
１１Ａ、１１Ｂ サイドカバー
１４Ａ、１４Ｂ 切削深さ検出部
１５ 車速センサ
１６ コントロールパネル
１７ 切削制御コントローラ
１８ 路面切削機駆動制御部
１９ 昇降制御部
１９Ａａ、１９Ｂａ 切削深さ検出部
１９Ａｂ、１９Ｂｂ 偏差量算出部
１９Ａｃ、１９Ｂｃ 昇降用制御信号出力部
１９Ｃ 作動速度比設定部
ｉ 昇降用制御信号
ｋ 作動速度比
ｋ１ 第１の作動速度比
ｋ２ 第２の作動速度比
Ｖｓ 設定低速度値
ΔＨ 偏差量

Claims (3)

1. 車両に設けられて上記車両の走行に伴い路面を切削する路面切削機と、
   上記路面切削機を昇降するアクチュエータと、
   上記路面切削機により切削される路面深さを検出する切削深さ検出部と、
   上記切削深さ検出部の検出値と設定した目標切削深さとの偏差が小さくなるように上記アクチュエータを制御する昇降制御部と、を備え、
   上記昇降制御部は、上記車両の走行速度に応じて、上記偏差に対する上記アクチュエータの作動速度の比である作動速度比を変更し、相対的に、上記走行速度が遅い場合、上記走行速度が速い場合に比べて、上記作動速度比を大きく設定する作動速度比設定部を有することを特徴とする路面切削装置。
2. 上記作動速度比設定部は、上記作動速度比として、第１の作動速度比と、その第１の作動速度比よりも大きい第２の作動速度比とを有し、上記車両の走行速度が予め設定した設定低速度値以下の場合に上記第２の作動速度比を選択することを特徴とする請求項１に記載した路面切削装置。
3. 上記設定低速度値は、上記車両が加速状態と減速状態とで異なる値とし、上記車両が加速状態と判定したときの上記設定低速度値よりも、上記車両が減速状態と判定したときの上記設定低速度値が小さいことを特徴とする請求項２に記載した路面切削装置。

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