KR100607560B1 - 석탄 및 암석 절삭용 피크 - Google Patents

Abstract

피크(1)는 이 피크(1)와 드럼(10) 사이의 상대 운동을 실질적으로 방지하도록 드럼에 고정되는 섕크(3) 및 반경 방향 내측단(4)을 구비한다. 피크(1)는 또한 상호 교차하여 축선에 대체로 평행하게 연장하는 절삭날(8)을 제공하는 전면(5)과 후면(6)을 구비하는 절삭 헤드(2)를 포함한다. 상기 전면(5)은 사용시에 상기 축선의 방사상 방향에 대하여 예각의 경사각(R)을 이루어 경사지고, 상기 후면(6)은 상기 절삭날(8)을 통과하고 상기 방사상 방향에 대해서 직각인 평면에 대하여 예각의 후면 여유각(B)으로 경사진다. 상기 전면(5)과 후면(6)은 예각으로 경사지며, 상기 생크는 상기 드럼(10)에 고정되는 경우, 상기 방사상 방향에 대하여 예각의 설치각으로 연장된다.

Description

석탄 및 암석 절삭용 피크{A COAL AND ROCK CUTTING PICK}

본 발명은 채탄에 관한 것으로, 특히 석탄 및 암석의 굴착에 사용되는 절삭용 피크(cutting pick)에 관한 것이다.

석탄 및 암석 굴착은 통상 회전 절삭 드럼을 구비한 연속 채취 장치(continuous miner) 또는 전단 장치(shearer)상에 간격을 두고 전개되어 있는 일련의 피크를 사용하여 수행된다. 피크는 상기 드럼이 회전하는 동안 피크가 석탄의 노출면(coal face)과 접촉함에 따라 석탄의 노출면을 절삭한다.

가장 널리 이용되는 피크는 뾰족한 공구 팁을 갖는 원추형 공구 형상을 가지고 있다. 원추형 피크는 실질적으로는 석탄의 노출면을 절삭하기보다는 분쇄하며, 이에 따라 생성물의 굵기(coarseness)를 감소시켜 공기중에 부유하는 먼지 입자를 대량으로 발생시킨다. 실제, 이러한 작용의 결과로서, 먼지와 작은 파편(미립자)이 발생되며, 이에 따라 직업상의 건강 및 안전 조건을 만족시키기 위해서는 연속적인 살수(撒水)를 이용해야 한다. 이들 미세한 먼지 입자는 지하의 광부들에게는 공통적인 건강 유해 요인이다. 이들 입자의 입도가 발암성 및/또는 호흡 유해 범위에 있을 수 있으므로, 장기간 노출되는 광부들은 폐암, 만성 기관지염 및 진폐증에 걸리기 쉽다. 많은 부피의 먼지가 발생하면 장비의 신뢰성에도 악영향을 주어 장비의 유지비용을 증대시킬 수 있다.

원추형 피크는 그것들의 개별적인 홀더에 단지 느슨하게만 유지될 뿐이므로, 그것들의 종축선을 중심으로 하여 자유로이 회전한다. 연구를 통해서, 이들 피크가 발생된 미세한 먼지 때문에 홀더에 잠겨 회전이 억제된 후에 실제로 손상된다는 것을 알았다. 이러한 작용은 석탄과 암석을 쪼개서 미립자와 마찰 점화를 발생시킨다.

1997년 9월 4일자로 공개되고 본 명세서에 참고로 인용되는 오스트레일리아 특허 출원 제12672/97호는 이에 따라 이러한 문제들을 부분적으로 해결한다. 그러나, 이 서류에 개시된 피크는 피크의 섕크가 드럼으로부터 반경 방향으로 연장되도록 드럼에 장착된다. 이는 피크가 절삭편과 접촉함에 따라 피크가 큰 전단력을 받게 한다.

종래 기술에 관한 전술한 설명은 채탄 분야에서 널리 공지되었다는 것을 시인하기 위해서 제시된 것은 아니다.

발명의 목적

본 발명의 절삭 작업 중에 공기에 실리는 분진 입자의 발생을 감소시키도록 최적의 절삭날 방위를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 요약
따라서, 제1 양태에 있어서, 본 발명은 종방향 회전 축선을 갖는 회전 가능한 드럼상에 장착되는 절삭용 피크 조립체로서, 피크 홀더와 종축선을 갖는 피크를 구비하며, 상기 피크는,
직선형 절삭날을 갖는 비회전 절삭 헤드로서, 상기 절삭날이 상기 헤드의 실질적으로 평면형의 전면과 후면을 획정하는 것인 비회전 절삭 헤드와;
상기 피크 홀더 내에 결합되어, 사용시 상기 드럼이 회전하면 상기 절삭날이 대체로 원형 경로 내에서 전방으로 구동되고 상기 피크가 상기 드럼에 대하여 실질적으로 이동이 억제되도록, 상기 드럼에 대하여 상기 피크를 고정시키게 되어 있는 고정단과;
상기 절삭 헤드와 상기 고정단 사이에서 상기 종방향 축선을 따라 연장되는 섕크를 포함하며,
상기 피크는, 상기 후면이 상기 절삭날에서의 상기 원형 경로에 대한 접선에 의하여 형성되는 절삭 평면에 대하여 약 7 내지 15도의 예각의 후면 여유각으로 경사지고, 상기 전면은 상기 전면과 후면이 상기 절삭날에서 예각을 형성하도록 상기 절삭 평면에 대하여 직각인 축선에 대하여 약 10 내지 45도의 예각의 전면 경사각으로 경사지며, 상기 절삭날은 상기 드럼에 대하여 고정된 방위로 상기 종방향 축선에 대하여 실질적으로 평행하게 유지되도록, 되어 있는 것인 절삭 피크 조립체에 있어서,
상기 전면과 후면 양자 모두 상기 드럼에 대하여 외측으로 상기 종방향 축선의 연장부를 향하여 수렴하고, 상기 피크 홀더와 피크는 상기 종방향 축선이 예각으로 경사져서 상기 절삭 평면에 대하여 후방으로 연장되게 되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 피크 조립체를 제공한다.
제2 양태에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 피크 홀더와, 이 피크 홀더에 장착 가능한 적어도 하나의 절삭 피크를 구비하는 회전 가능한 드럼으로서, 상기 피크는 종방향 축선을 가지며, 상기 피크는
직선형 절삭날을 갖는 비회전 절삭 헤드로서, 상기 절삭날이 상기 헤드의 실질적으로 평면형의 전면과 후면을 획정하는 것인 비회전 절삭 헤드와;
상기 피크 홀더 내에 결합되어, 사용시 상기 드럼이 회전하면 상기 절삭날이 대체로 원형 경로 내에서 전방으로 구동되고 상기 피크가 상기 드럼에 대하여 실질적으로 이동이 억제되도록, 상기 드럼에 대하여 상기 피크를 고정시키게 되어 있는 고정단과;
상기 절삭 헤드와 상기 고정단 사이에서 상기 종방향 축선을 따라 연장되는 섕크를 포함하며,
상기 피크는, 상기 후면이 상기 절삭날에서의 상기 원형 경로에 대한 접선에 의하여 형성되는 절삭 평면에 대하여 약 7 내지 15도의 예각의 후면 여유각으로 경사지고, 상기 전면은 상기 전면과 후면이 상기 절삭날에서 예각을 형성하도록 상기 절삭 평면에 대하여 직각인 축선에 대하여 약 10 내지 45도의 예각의 전면 경사각으로 경사지며, 상기 절삭날은 상기 드럼에 대하여 고정된 방위로 상기 종방향 축선에 대하여 실질적으로 평행하게 유지되도록, 되어 있는 것인 회전 가능한 드럼에 있어서,
상기 전면과 후면 양자 모두 상기 드럼에 대하여 외측으로 상기 종방향 축선의 연장부를 향하여 수렴하고, 상기 피크 홀더와 피크는 상기 종방향 축선이 예각으로 경사져서 상기 절삭 평면에 대하여 후방으로 연장되게 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 드럼을 제공한다.

상기 절삭 피크는 상기 드럼의 반경에 대하여 예각으로 상기 피크 홀더에 장착 가능하고 상기 드럼의 회전 방향을 향하여 경사져 있는 것이 바람직하다.

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이하, 본 발명의 바람직한 형태를 단지 예로서 첨부 도면을 참고로 하여 설명할 것인 바, 첨부 도면 중,

도 1은 석탄 및 암석 절삭용 피크의 측면도이고,

도 2는 다른 하나의 석탄 및 암석 절삭용 피크의 측면도이며,

도 3은 석탄 및 암석 절삭용 피크의 정면도이고,

도 4는 다른 하나의 석탄 및 암석 절삭용 피크의 배면도이며,

도 5는 또 다른 하나의 석탄 및 암석 절삭용 피크의 배면도이고,

도 6은 피크 홀더 내의 석탄 및 암석 절삭용 피크 고정단의 횡단면도이며,

도 7은 일련의 석탄 및 암석 절삭용 피크가 배치되어 있는 회전 드럼의 사시도이고,

도 8은 일련의 석탄 및 암석 절삭용 피크가 배치되어 있는 회전 드럼의 일부의 단부도이며,

도 9는 회전 드럼을 구비한 전단 장치의 단부도이고,

도 10은 절삭 깊이를 나타내는 회전 드럼의 단부도이고,

도 11a 및 11b는 본 발명의 실시예의 석탄 및 암석 절삭용 피크의 정면도와 측면도이며,

도 11c 내지 11f는 도 11a 및 도 11b에 도시된 석탄 및 암석 절삭용 피크의 선 a-a, b-b, c-c 및 d-d를 따라 취한 횡단면도이고,

도 12a 및 도 12b는 또 다른 석탄 및 암석 절삭용 피크의 정면도 및 측면도이며,

도 12c 내지 12e는 12a 및 도 12b에 도시된 석탄 및 암석 절삭용 피크의 선 a-a, b-b 및 c-c를 따라 취한 횡단면도이고,

도 13a 및 도 13b는 또 다른 석탄 및 암석 절삭용 피크의 정면도 및 측면도이며,

도 13c 및 13d는 도 13a 및 13b에 도시된 석탄 및 암석 절삭용 피크의 선 a-a 및 b-b를 따라 취한 횡단면도이고,

도 14a 및 도 14b는 또 다른 석탄 및 암석 절삭용 피크의 정면도 및 측면도 이며,

도 15a 및 도 15b는 또 다른 석탄 및 암석 절삭용 피크의 정면도 및 측면도이고,

도 15c 내지 15e는 15a 및 도 15b에 도시된 석탄 및 암석 절삭용 피크의 선 a-a, b-b 및 c-c를 따라 취한 횡단면도이며,

도 16a 및 도 16b는 또 다른 석탄 및 암석 절삭용 피크의 정면도 및 측면도이고,

도 16c 내지 16e는 16a 및 도 16b에 도시된 석탄 및 암석 절삭용 피크의 선 a-a, b-b 및 c-c를 따라 취한 횡단면도이고,

도 17은 피크의 선단의 부분 단면도이며,

도 18은 피크 홀더에 고정된 다른 하나의 석탄 및 암석 절삭용 피크의 측면도이다.

도면 부호의 설명

부호 1은 절삭용 피크이고,

부호 2는 절삭 헤드이며,

부호 3은 섕크이고,

부호 4는 고정단(내측단)이며,

부호 5는 평탄한 정면(전면)이고,

부호 6은 평탄한 저면(후면)이며,

부호 7은 배면이고,

부호 8은 직선형 절삭날이며,

부호 9는 피크 홀더를 설치하기 위한 나선형 베인이고,

부호 10은 회전 드럼이며,

부호 11은 피크 홀더이고,

부호 12는 확장(정면)링(clearance (Face) Ring)이며,

부호13은 석탄의 노출면이고,

부호 14는 전단 분쇄기이며,

문자 R은 전면 경사각이고,

문자 B는 후면 여유각이며,

문자 W는 절삭날(헤드)의 폭이고,

문자 S는 2개의 인접한 피크 사이의 간격이며,

문자 P는 절삭 드럼의 반경이고,

문자 D는 절삭 깊이이며,
문자 X는 종방향 축선이고,
문자 Z는 예각이며,

선 CP는 절삭 평면이다.

도면을 참고로, 절삭 헤드(2), 섕크(3) 및 고정단(내측단)(4)을 구비하고 이 고정단에서 피크 홀더(11)에 부착되게 되어 있는 절삭용 피크(1)를 설명한다. 도 1 내지 도 10에 있어서, 피크 홀더(11)는 나선형 베인(9)에 용접되며, 이 나선형 베인(9)도 마찬가지로 회전 드럼(10)에 용접된다. 이들 도면에 있어서, 고정단(4)은 "T"자형 구조로서, 회전 드럼(10)의 나선형 베인(9)에 배치된 피크 홀더(11)의 채널에 슬라이드 가능하게 결합되어 고정되게 되어 있다. 드럼은 전단 장치 또는 연속 채취 장치용일 수 있다. 섕크(3)는 도 11a, 11d 등에서 볼 수 있는 바와 같이 원형 단면 형상을 갖는다.

절삭용 피크(1)의 본체 전체는 저합금강 4340으로 제조되어 약 60 HR'C'의 로크웰 표면 경도로 공랭(空冷) 경화 및 뜨임 처리된 합금강의 균질한 미부착 바(homogenous unattached bar)로 제작되는 것이 바람직하다. 예를 들어 피크는 공랭 경화 다이캐스트 강으로 제조될 수 있다. 도 11a, 11b, 도 12a, 12b, 도 15a, 15b 및 도 16a, 16b의 피크는 석탄을 바람직하게 절삭하도록 설계되어 있는 반면, 도 13a, 13b 및 도 14a, 14b의 피크는 경질 암석을 절삭하도록 설계되어 있다.

피크(1)는 이 피크(1)와 드럼(10) 사이의 상대 운동을 실질적으로 방지하도록 드럼(10)에 고정되는 섕크(3)와 고정단(반경 방향 내측단)(4)을 구비한다. 피크(1)는 상호 교차하여 축선에 대하여 대체로 평행하게 연장하는 절삭날(8)을 제공하는 전면(5)과 후면(6)을 포함하는 절삭 헤드(2)를 또한 구비한다. 상기 전면(5)은 사용시에 상기 축선의 방사상 방향에 대하여 예각의 경사각(R)으로 경사지며, 후면(6)은 상기 절삭날(8)을 통과하고 상기 방사상 방향에 대하여 수직인 평면에 대하여 예각인 후면 여유각(B)으로 경사져 있다. 상기 전면(5)과 후면(6)은 드럼(10)에 관하여 외측으로 상기 종방향 축선(X)의 연장부를 향하여 수렴하며, 상기 피크(1)와 피크 홀더(11)는 상기 종방향 축선(X)이 예각(Z)으로 경사져서, 도 18에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이 절삭 평면(CP)에 대하여 후방으로 연장된다.

도 17에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 전면(5)은 절삭 평면(CP)에 대하여 수직인 축선에 대하여 전면 경사각(R)으로 경사져 있다. 예컨대, 도 11a는 30도의 전면 경사각(R)을 보여주고 있는 반면, 도 12a는 10도의 전면 경사각(R)을 보여주고 있다.

절삭날(8)의 길이에 대응하는 절삭 헤드(2)의 폭(W)은 피삭물 및 회전 드럼(10) 상에서의 절삭용 피크(1)의 위치에 따라 선택된다. 화강암과 같은 더 경질의 암석 노출면을 절삭하기 위해서는 더 좁은 절삭 헤드(2)(예컨대, 도 13b)가 사용된다. 도 11b, 12b, 13b, 14b, 15b 및 16b는 각각 절삭 헤드의 폭(W)이 30, 30, 10, 10, 50 및 50 mm인 절삭 헤드(2) 및 절삭용 피크(1)를 보여주고 있는데, 이 폭은 10 mm에서 60mm의 폭으로 될 수 있다.

도 18에 도시되어 있는 바와 같이, 피크는 종방향 축선(X)과 내측단(4) 및 상기 종방향 축선(X)을 따라 홀더(11)와 결합되게 되어 있는 섕크(3)를 구비한다. 이러한 결합은 회전 드럼(10)이 회전하면 절삭용 피크(1)가 원형 경로 내에서 구동되어 절삭날(8)에서의 상기 경로의 접선이 절삭 평면(CP)을 형성하도록 하는 방식으로 이루어진다. 상기 고정단의 구조로 인하여, 마모된 절삭용 피크(1)를 간단히 교체할 수 있다. 고정단(4)에는 절삭용 피크(1)를 교체할 수 있도록 하면서도 절삭용 피크(1)를 회전 드럼(10)에 견고하게 고정시키는 다른 유사한 부착 수단을 채용해도 좋다.

도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 복수 개의 절삭용 피크(1)는 사용시에 전단 장치(14)에 부착된 회전 드럼(10)상의 나선형 베인(9)상에 배치된다. 이러한 배치는 일련의 절삭용 피크(1)가 인접한 절삭용 피크(1)와 동일한 경로를 따르고, 인접한 절삭용 피크(1)는 상호 작용하여 각 절삭용 피크(1)가 선행 절삭용 피크(1)에 의하여 부하가 경감되는 "부하 경감 절삭(relieved cutting)"으로 알려져 있는 절삭 작업을 행하도록 상호 일정 간격을 두고 배치되는 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다. 개선된 절삭 성능을 위하여, 간격 S를 정의하는 도 7과 절삭 깊이를 회전 드럼(10)이 한 번 회전할 때 전진하는 거리로서 정의하고 있는 도 10에 도시 되어 있는 바와 같이, 일련의 절삭용 피크(1)가 절삭 깊이에 대한 간격의 비 S/D가 1 내지 3 사이가 되도록 간격을 두고 배치된다.

또한, 절삭용 피크(1)는 회전 드럼(10)상의 확장(정면)링(12)에 유사한 나열 패턴(lacing pattern)으로 배열될 수 있다.

적어도 본 명세서에 설명된 절삭용 피크를 사용하면, 팁의 변화되지 않는 경사각(정(正)으로 유지됨)과 예리성(銳利性)의 유지(날카롭게 자생됨)에 의한 먼지 발생의 감소; 어느 정도 일관성 있는 절삭력; 석탄 파쇄의 감소(굵은 석탄의 생성); 물 소비의 감소; 마모 및 절손에 의한 절삭 기계의 비가동 시간 단축(reduced wear and tear on cutting machine down-time); 피크 표면과 피삭물 사이의 더 적은 마찰 및 이에 따른 마찰 스파크의 감소; 광산 환경의 건강 및 안전성 향상 등과 같은 유리한 피크 성능 특성을 얻을 수 있다.

전술한 바와 같은 절삭용 피크(1)를 사용하면, 암석 및 석탄의 노출면(13)에 대한 절삭 작업을 향상시켜, 공기중에 부유하는 먼지 입자들을 적게 발생시키면서 보다 굵은 생성물을 생성하며, 이로써 지하 광부들에 대한 건강 위험을 감소시킨다. 절삭용 피크(1) 구조는 또한 절삭 작업에 있어서 더욱 효과적이어서, 종래 기술에 비해서 석탄의 노출면을 굴착하는 데에 더 적은 절삭력과 더 적은 비(比) 에너지를 필요로 한다.

본 발명을 특정 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명을 여러 가지 다른 형태로 구체화할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (11)

1. 종방향 회전 축선을 갖는 회전 가능한 드럼상에 장착되고, 피크 홀더와 종축선을 갖는 피크를 구비하는 절삭용 피크 조립체로서, 상기 피크는,

   직선형 절삭날을 갖는 비회전 절삭 헤드로서, 상기 절삭날이 상기 헤드의 평면형의 전면과 후면을 획정하는 것인 비회전 절삭 헤드와;

   상기 피크 홀더 내에 결합되어, 사용시 상기 드럼이 회전하면 상기 절삭날이 원형 경로 내에서 전방으로 구동되고 상기 피크가 상기 드럼에 대하여 실질적으로 이동이 억제되도록, 상기 드럼에 대하여 상기 피크를 고정시키게 되어 있는 고정단과;

   상기 절삭 헤드와 상기 고정단 사이에서 상기 종방향 축선을 따라 연장되는 섕크를 포함하며,

   상기 피크는, 상기 후면이 상기 절삭날에서의 상기 원형 경로 대한 접선에 의하여 정해지는 절삭 평면에 대하여 약 7 내지 15도의 예각의 후면 여유각으로 경사지고, 상기 전면은 상기 전면과 후면이 상기 절삭날에서 예각을 형성하도록 상기 절삭 평면에 대하여 직각인 축선에 대하여 약 10 내지 45도의 예각의 전면 경사각으로 경사지며, 상기 절삭날은 상기 드럼에 대하여 고정된 방위로 상기 종방향 축선에 대하여 평행하게 유지되도록, 되어 있는 것인 절삭 피크 조립체에 있어서,

   상기 전면과 후면 양자 모두 상기 드럼에 대하여 외측으로 상기 종방향 축선을 향하여 수렴하고, 상기 피크 홀더와 피크는 상기 종방향 축선이 예각으로 경사져서 상기 절삭 평면에 대하여 후방으로 연장되게 되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 피크 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 생크는 원형 단면 형상이고, 상기 고정단은 둘레 방향 홈을 갖는 것인 절삭용 피크 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 고정단은 절삭된 부분(segment)을 갖는 원형의 단면 형상을 갖는 것인 절삭용 피크 조립체.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 피크는 공랭 경화된 다이캐스트 강으로 제조되는 것인 절삭용 피크 조립체.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 후면 여유각은 8도 내지 10도 사이인 것인 절삭용 피크 조립체.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 경사각은 10 내지 30도 사이인 것인 절삭용 피크 조립체.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 절삭날의 폭은 5 mm 내지 60 mm인 것인 절삭용 피크 조립체.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 절삭날은 종방향 축선 연장부로부터 변위되어 있는 것인 절삭용 피크 조립체.
9. 적어도 하나의 피크 홀더와, 이 피크 홀더에 장착 가능한 적어도 하나의 절삭 피크를 구비하는 회전 가능한 드럼으로서, 상기 피크는 종방향 축선을 가지며, 상기 피크는,

   직선형 절삭날을 갖는 비회전 절삭 헤드로서, 상기 절삭날이 상기 헤드의 평면형의 전면과 후면을 획정하는 것인 비회전 절삭 헤드와;

   상기 피크 홀더 내에 결합되어, 사용시 상기 드럼이 회전하면 상기 절삭날 원형 경로 내에서 전방으로 구동되고 상기 피크가 상기 드럼에 대하여 이동이 억제되도록, 상기 드럼에 대하여 상기 피크를 고정시키게 되어 있는 고정단과;

   상기 절삭 헤드와 상기 고정단 사이에서 상기 종방향 축선을 따라 연장되는 섕크를 포함하며,

   상기 피크는, 상기 후면이 상기 절삭날에서의 상기 원형 경로에 대한 접선에 의하여 형성되는 절삭 평면에 대하여 약 7 내지 15도의 예각의 후면 여유각으로 경사지고, 상기 전면은 상기 전면과 후면이 상기 절삭날에서 예각을 형성하도록 상기 절삭 평면에 대하여 직각인 축선에 대하여 약 10 내지 45도의 예각의 전면 경사각으로 경사지며, 상기 절삭날은 상기 드럼에 대하여 고정된 방위로 상기 종방향 축선에 대하여 평행하게 유지되도록, 되어 있는 것인 회전 가능한 드럼에 있어서,

   상기 전면과 후면 양자 모두 상기 드럼에 대하여 외측으로 상기 종방향 축선의 연장부를 향하여 수렴하고, 상기 피크 홀더와 피크는 상기 종방향 축선이 예각으로 경사져서 상기 절삭 평면에 대하여 후방으로 연장되게 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 드럼.
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