KR101128639B1 - 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한유압제어장치 - Google Patents

휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한유압제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치에 관한 것으로, 그 목적은 단순 반복 작업을 많이 하거나 빈번한 조향작동을 요하는 경우에 상대적으로 힘이 많이 소요되는 핸들을 조작하는 대신에 손목의 힘만으로 간단하게 조작할 수 있는 조이스틱 레버를 이용하여 장비의 조향방향을 결정할 수 있도록 함으로써 운전자가 쉽고 편리하게 장비의 조향작동이 가능하게 하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 유압탱크와, 상기 유압탱크 내의 유압유를 토출하는 유압펌프와, 상기 유압펌프로부터 토출되어 조향실린더로 전달되는 유압유의 방향을 절환시켜 장비의 조향방향을 제어하는 제1 방향절환밸브가 구비된 조향밸브와, 상기 유압펌프로부터 토출되는 유압유의 일부를 전달받으며 운전자의 핸들조작에 의해 절환되어 상기 제1 방향절환밸브를 절환시키도록 유압유의 방향을 제어하는 제2 방향절환밸브가 구비된 조향유닛을 구비하는 휠식 건설기계의 유압제어장치에 있어서, 상기 휠식 건설기계의 운전석에 구비된 조이스틱 레버; 상기 조이스틱 레버의 조작에 따른 전기신호를 발생하는 컨트롤러; 상기 유압펌프로부터 토출되는 유압유의 일부를 전달받으며, 상기 컨트롤러로부터 발생되는 전기신호에 의해 절환되어 상기 제1 방향절환밸브가 절환되도록 유압유의 방향을 제어하는 제3 방향절환밸브가 구비된 전자비례제어밸브; 상기 제2 방향절환밸브로부터 토출되는 유압유의 압력을 센싱하여 압력이 설정치에 도달하면 상기 컨트롤러로 신호를 전달하여 조이스틱 레버의 조작시에도 전자비례제어밸브가 작동하지 못하게 하는 압력스위치; 및 상기 제2 방향절환밸브와 상기 제3 방향절환밸브의 토출측 유로와 연결되어 제2 방향절환밸브와 제3 방향절환밸브로부터 토출되는 유압유 중에서 압력이 높은 어느 한 쪽의 오일을 공급받아 제1방향절환밸브로 전달하는 셔틀밸브;를 더 포함하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치를 특징으로 한다.
조이스틱 레버, 컨트롤러, 전자비례제어밸브, 압력스위치, 셔틀밸브

Description

휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치{hydraulic control system for steering operation of wheel type construction equipment which uses handle and joystick}
도 1 은 휠식 건설기계의 유압제어장치를 나타낸 유압회로도,
도 2 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유압제어장치의 유압회로도,
도 3 본 발명의 조이스틱 레버를 나타내는 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(110) : 유압탱크　　　　　　 (120) : 유압펌프
(130) : 조향밸브　　　 　　 (131) : 조향우선밸브
(132) : 제1 방향절환밸브　 (140) : 조향유닛
(141) : 제2 방향절환밸브　　 (150) : 조이스틱 레버
(160) : 컨트롤러　　　 　 (170) : 전자비례제어밸브
(171) : 제3 방향절환밸브　　 (180) : 압력스위치
(190) : 셔틀밸브　　　 　 (201)(202) : 조향실린더
(210) : 유량보상밸브
본 발명은 유압제어장치에 관한 것으로, 특히 휠식 건설기계에서 핸들과는 별도로 조이스틱을 이용하여 휠식 건설기계의 조향방향을 결정할 수 있도록 하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계는 건설현장 및 산업현장에서 굴착이나 중량물을 이동시키는 등 여러 가지 용도로 활용되고 있으며, 그 주행방식에 따라 휠식과 무한궤도식으로 구분될 수 있다.
상기 휠식 건설기계는 바퀴의 회전을 이용하여 주행하는 방식으로 조정성과 기동성이 우수한 장점이 있으며, 상기 무한궤도식 건설기계는 무한궤도를 이용하여 주행하는 방식으로 접지면적이 넓어 험지에서의 주행성이 우수한 장점이 있다. 이처럼 휠식과 무한궤도식 모두 나름대로의 장점을 갖고 있으므로, 현장의 상황을 고려하여 적절한 타입의 건설기계를 사용하게 된다.
한편, 휠로더 및 휠굴삭기와 같은 휠식 건설기계는 운전자가 주행방향을 결정할 수 있도록 하는 조향수단으로서 운전석의 내부에 핸들이 구비되어 있으며, 운전자는 핸들을 좌측 또는 우측방향으로 회전시킴으로써 조향방향을 결정하도록 되어 있다.
도 1은 휠식 건설기계의 유압제어장치를 나타낸 유압회로도이다. 도 1을 참조하면, 휠식 건설기계의 운전자가 장비를 운전하여 작업을 하거나 주행을 하면서 장 비를 좌측으로 조향하고자 핸들(H)을 회전시키게 되면, 핸들(H)과 연결된 조향유닛(40)의 방향절환밸브(41)가 절환되고, 이때 유압탱크(10) 내의 유압유가 유암펌프(20)에 의해 토출되어 조향밸브(30)의 조향우선밸브(31)를 통해 방향절환밸브(41)로 공급되어 절환 접속된 유로를 따라 조향밸브(30)의 방향절환밸브(32)로 전달됨으로써 조향밸브(30)의 방향절환밸브(32)를 핸들(H)의 회전방향에 맞추에 절환시키게 된다. 이처럼 조향밸브(30)의 방향절환밸브(32)가 절환되면, 상기 조향우선밸브(31)로부터 배출되는 대부분의 유압유가 방향절환밸브(32)에 의해 절환 접속된 유로를 따라 조향실린더(51,52)로 전달됨으로써 장비를 좌측 또는 우측방향으로 조향작동을 시킬 수 있게 된다.
그러나 상기와 같이 핸들을 이용한 조향방식의 경우, 포장도로의 주행이나 일반적인 작업을 위한 조향작동에는 별다른 문제가 없으나, 건설 작업장이나 광산 작업장 등에서 동일한 작업을 반복하는 경우에는 조향핸들에 의한 조향작동이 손과 몸을 많이 움직이고 힘을 요하는 작동이므로 운전 피로도를 증대시키고 작업효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 단순 반복 작업을 많이 하거나 빈번한 조향작동을 요하는 경우에 상대적으로 힘이 많이 소요되는 핸들을 조작하는 대신에 손목의 힘만으로 간단하게 조작할 수 있는 조이스틱 레버를 이용하여 장비의 조향방향을 결정할 수 있도록 함으로써 운전자가 쉽고 편리하게 장비의 조향작동이 가능하게 하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 유압탱크와, 상기 유압탱크 내의 유압유를 토출하는 유압펌프와, 상기 유압펌프로부터 토출되어 조향실린더로 전달되는 유압유의 방향을 절환시켜 장비의 조향방향을 제어하는 제1 방향절환밸브가 구비된 조향밸브와, 상기 유압펌프로부터 토출되는 유압유의 일부를 전달받으며 운전자의 핸들조작에 의해 절환되어 상기 제1 방향절환밸브를 절환시키도록 유압유의 방향을 제어하는 제2 방향절환밸브가 구비된 조향유닛을 구비하는 휠식 건설기계의 유압제어장치에 있어서,
상기 휠식 건설기계의 운전석에 구비된 조이스틱 레버;
상기 조이스틱 레버의 조작에 따른 전기신호를 발생하는 컨트롤러;
상기 유압펌프로부터 토출되는 유압유의 일부를 전달받으며, 상기 컨트롤러로부터 발생되는 전기신호에 의해 절환되어 상기 제1 방향절환밸브가 절환되도록 유압유의 방향을 제어하는 제3 방향절환밸브가 구비된 전자비례제어밸브;
상기 제2 방향절환밸브로부터 토출되는 유압유의 압력을 센싱하여 압력이 설정치에 도달하면 상기 컨트롤러로 신호를 전달하여 조이스틱 레버의 조작시에도 전자비례제어밸브가 작동하지 못하게 하는 압력스위치; 및
상기 제2 방향절환밸브와 상기 제3 방향절환밸브의 토출측 유로와 연결되어 제 2 방향절환밸브와 제3 방향절환밸브로부터 토출되는 유압유 중에서 압력이 높은 어느 한 쪽의 오일을 공급받아　 제1 방향절환밸브로 전달하는 셔틀밸브;를 더 포함하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치를 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유압제어장치의 유압회로도를 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유압제어장치는 유압탱크(110)와, 유압펌프(120)와, 조향밸브(130)와, 조향유닛(140)과, 조이스틱 레버(150)와, 컨트롤러(160)와, 전자비례제어밸브(170)와, 압력스위치(180)와, 셔틀밸브(190)로 구성된다. 이러한 유압제어장치는 핸들(H)과는 별도로 상기 조이스틱 레버(150)의 조작시에도 휠식 건설기계의 조향작동이 가능하도록 구성된 것으로, 각각의 구성요소에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 유압펌프(120)는 미도시된 엔진과 연결되어 구동되며, 조향실린더(201,202) 및 미도시된 작업장치 등을 비롯한 각종 장비들을 구동하기 위한 유압유를 유압탱크(110)로부터 토출하게 된다.
상기 조향밸브(130)는 조향우선밸브(131)와 제1 방향절환밸브(132)가 구비된 것으로 이루어진다. 여기서 상기 조향우선밸브(131)는 유압펌프(120)로부터 토출되 는 유압유 전부를 조향유닛(140)과 제1 방향절환밸브(132)로 공급되도록 하거나 또는 유압유의 일부를 조향유닛(140)과 제1 방향절환밸브(132)로 공급되게 함과 더불어 나머지 유압유를 메인콘트롤밸브(MCV) 혹은 다른 액튜에이터로 공급하도록 구성된다. 한편 상기 제1 방향절환밸브(132)는 핸들(H) 또는 조이스틱 레버(150)의 조작으로 인해 공급되는 유압유에 의해 절환되어 조향우선밸브(131)로부터 조향실린더(201,202)로 연결되는 유로를 절환 접속시킴으로써 휠식 건설기계의 조향방향을 결정하도록 구성된다.
상기 조향유닛(140)은 핸들(H)의 조작으로 인해 절환되어 조향우선밸브(131)로부터 전달되는 유압유의 방향을 제어하는 제2 방향절환밸브(141)가 구비된다. 여기서 상기 제2 방향절환밸브(141)의 토출측 유로는 제1 방향절환밸브(132)로 연결되어 제1 방향절환밸브(132)의 절환을 위한 유압유를 제공하도록 구성된다.
상기 조이스틱 레버(150)는 휠식 건설기계의 운전석 암레스트와 같이 운전자가 손쉽게 잡을 수 있는 곳에 설치된다. 한편 상기 조이스틱 레버(150)에는 조이스틱 레버(150)를 구속 및 해제하는 안전버턴(151)이 구비되어 있어 안전버턴(151)을 누른상태에서만 조이스틱 레버(150)가 작동되도록 구성된다.
도 3은 상기 조이스틱 레버의 개략도를 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 운전 자가 조이스틱 레버(150)를 좌측 또는 우측으로 조작하여 건설기계의 조향방향을 조종하고자 할 때는 반드시 조이스틱 레버(150)에 구비되어 있는 안전버턴(151)을 누른 상태에서만 조이스틱 레버(150)로부터의 전기신호가 컨트롤러(160)를 거쳐 전자비례제어밸브(170)로 전달되게 되거나, 조이스틱 레버(150)로부터 유압신호가 전 자비례제어밸브(170)로 전달되게 하도록 함으로써 조이스틱 레버(150)의 의도되지 않은 조작이나 운전자의 실수에 따른 오조작에 기인한 장비의 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다. 이와 같은 조이스틱 레버(150)는 전기조이스틱 레버 또는 유압조이스틱 레버가 사용될 수 있다. 상기 컨트롤러(160)는 조이스틱 레버(150)와 연결되어 조이스틱 레버(150)의 조작에 따른 전기신호를 발생하도록 구성된다.
상기 전자비례제어밸브(170)는 조이스틱 레버(150,전기식) 및 컨트롤러(160)로부터 인가되는 전기신호 혹은 조이스틱 레버(150, 유압식)의 유압신호에 의해 절환되는 제3 방향절환밸브(171)가 구비된다. 여기서 상기 제3 방향절환밸브(171)는 조향우선밸브(131)를 통해 나오는 유압유를 공급받으며, 토출측 유로가 제1 방향절환밸브(132)로 연결되어 제1 방향절환밸브(132)의 절환을 위한 유압유를 제공하도록 구성된다.
상기 압력스위치(180)는 제2 방향절환밸브(141)를 거쳐 나오는 유압유의 압력을 센싱하도록 설치되며, 센싱된 압력이 설정치에 도달할 경우, 상기 컨트롤러(160)로 신호를 전달하게 되며, 이때 컨트롤러(160)는 조이스틱 레버(150)가 조작될 경우에도 전자비례제어밸브(170)에 전기신호를 인가하지 않음으로써 조이스틱 레버(150)에 의한 조향작동이 이루어지지 못하도록 한다. 이에 따라 핸들(H)과 조이스틱 레버(150)의 동시 조작시 핸들(H)이 우선적으로 작동하도록 함으로써 조이스틱 레버(150)의 오작동에 의한 안전사고를 방지할 수 있게 된다.
상기 셔틀밸브(190)는 제2 방향절환밸브(141)의 출구측 유로 및 제3 방향절환밸브(171)의 출구측 유로에 연결되어 두 방향절환밸브(141,171)로부터 나오는 유압 유 중 압력이 높은 유압유가 흐르는 유로가 제1 방향절환밸브(132)에 연결되도록 제어하며, 어느 한 방향절환밸브의 출구측 유로가 제1 방향절환밸브(132)로 연결될 경우, 나머지 한 방향절환밸브로 유압유가 역류하는 것을 방지하게 된다.
한편 조이스틱 레버(150)를 조작하여 조향작동을 할 경우, 조이스틱 레버(150)에 의하여 조향밸브(130)내의 조향우선밸브(131)가 원활하게 절환될 수 있도록 돕는 유량보상밸브(210)가 더 구비될 수 있다. 상기 유량보상밸브(210)는 조향밸브(130)와 조향유닛(140) 및 전자비례제어밸브(170)를 연결하는 로드센싱라인(L1,L2,L3)에 설치되어 조이스틱 레버(150)에 의한 조향작동시 조향밸브(130)와 조향유닛(140)을 연결하는 로드센싱라인(L1)을 차단함으로써 조향우선밸브(131)가 절환되기 위한 압력을 보상하게 된다. 즉, 이것은 조향핸들(H)을 조작하지 않는 경우에 있어서 조향밸브(130)와 조향유닛(140) 사이의 로드센싱라인(L1,L2)이 유압유와 조향장치내 각 기기들 사이의 급격한 온도차(Thermal Shock)에 의하여 발생할 수 있는 조향작동불량을 방지하기 위한 서멀브리딩(Thermal Bleeding)라인으로서도 역할을 할 수 있도록 조향밸브(130)로부터의 미세오일을 조향유닛(140)을 통하여 유압탱크(110)로 흘러 보내게 되므로 유량과 유압이 불충분할 수 있기 때문에 이 로드센싱라인(L1,L2)을 차단시켜서 조향밸브(130)내 조향우선밸브(131)로부터 로드센싱 라인(L2,L3)으로의 유량 및 압력을 충분하게 하여 조이스틱 레버(150)의 조작에 따른 제3방향절환밸브(171)의 작동이 원활하게 된다.
상기와 같이 구성된 유압제어장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 휠식 건설기계의 운전자가 조향작동을 위하여 핸들(H)을 좌측 또는 우측 으로 회전시키게 되면, 로드센싱라인(L1,L2)의 유압유에 의해 조향우선밸브(131)가 절환되어 유압펌프(120)로부터 토출되는 유압유 전부를 조향유닛(140) 및 조향밸브(130)로 공급하게 된다.
한편 핸들(H)과 기구적으로 연결된 제2 방향절환밸브(141)는 핸들(H)의 회전방향에 대응하는 방향으로 절환되어 조향우선밸브(131)로부터 전달되는 유압유의 방향을 제어하게 되며, 제2 방향절환밸브(141)를 통해 배출되는 유압유는 셔틀밸브(190)를 통해 제1 방향절환밸브(132)로 공급되어 제1 방향절환밸브(132)를 절환시키게 된다. 이때 제2 방향절환밸브(141)로부터 배출되는 유압유의 압력을 압력스위치(180)가 센싱하게 되고, 감지된 압력이 설정치 이상이 되면, 압력스위치(180)는 해당신호를 컨트롤러(160)로 전달하여 조이스틱 레버(150)에 의한 조향작동을 방지하게 된다. 위와 같이 제1 방향절환밸브(132)가 핸들(H)의 회전방향에 대응하는 방향으로 절환됨으로써 조향우선밸브(131)로부터 조향실린더(201,202)로 연결되는 유로를 절환 접속시키게 되고, 유압펌프(120)로부터 토출되어 조향우선밸브(131)를 통해 배출되는 유압유는 절환 접속된 유로를 따라 조향실린더(201,202)로 공급되어 조향작동을 하게 된다.
다음으로 운전자가 조이스틱 레버(150)를 이용하여 조향작동을 하고자 조이스틱 레버(150)를 작동하게 되면, 조이스틱 레버(150)와 연결된 컨트롤러(160)는 조이스틱 레버(150)의 작동에 대응하는 전기신호를 발생하여 전자비례제어밸브(170)의 제3 방향절환밸브(171)를 절환시키게 되고, 조향우선밸브(131)로부터 제3 방향절환밸브(171)로 공급되는 유압유는 위와 같은 제3 방향절환밸브(171)의 절환에 의 해 절환 접속된 유로를 따라 유동하여 셔틀밸브(190)를 통해 제1 방향절환밸브(132)로 전달되어 제1 방향절환밸브(132)를 절환시키게 된다. 한편 상기 조이스틱 레버(150)의 작동시 유량보상밸브(210)는 조향밸브(130)와 조향유닛(140)을 연결하는 로드센싱라인(L1)을 차단하여 조향우선밸브(131)가 원활하게 절환될 수 있도록 하게 된다. 위와 같이 제1 방향절환밸브(132)가 조이스틱 레버(150)의 작동방향에 대응하는 방향으로 절환됨으로써 휠식 건설기계의 조향작동이 가능하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같이 기존 핸들과는 별도로 조이스틱 레버를 이용하여 조향작동이 가능하게 함으로서, 작업종류나 운전자의 운전특성에 맞게 장비의 조향작동을 핸들이나 또는 조이스틱 레버를 조작하여 원하는 방향으로 조향작동이 가능하게 되었다. 따라서 포장도로 주행시나 불균일한 작업 등을 위한 장비의 조향작동시에는 주로 핸들을 이용하고, 저속주행이나 유사작업을 반복적으로 하면서 조향작동을 할 경우 및 장시간 장비를 운전할 경우에는 조작이 용이한 조이스틱 레버를 이용함으로써 운전피로도를 감소시키고 작업효율을 향상시킬 수 있게 되었다.

Claims (4)

  1. 유압탱크(110)와, 상기 유압탱크 내의 유압유를 토출하는 유압펌프(120)와, 상기 유압펌프로부터 토출되어 조향실린더(201,202)로 전달되는 유압유의 방향을 절환시켜 장비의 조향방향을 제어하는 제1 방향절환밸브(132)가 구비된 조향밸브(130)와, 상기 유압펌프(120)로부터 토출되는 유압유의 일부를 전달받으며 운전자의 핸들(H)조작에 의해 절환되어 상기 제1 방향절환밸브(132)를 절환시키도록 유압유의 방향을 제어하는 제2 방향절환밸브(141)가 구비된 조향유닛(140)을 구비하는 휠식 건설기계의 유압제어장치에 있어서,
    상기 휠식 건설기계의 운전석에 구비된 조이스틱 레버(150);
    상기 조이스틱 레버의 조작에 따른 전기신호를 발생하는 컨트롤러(160);
    상기 유압펌프로부터 토출되는 유압유의 일부를 전달받으며, 상기 컨트롤러로부터 발생되는 전기신호 혹은 조이스틱 레버(150)로 부터의 유압신호에 의해 절환되며 상기 제1 방향절환밸브(132)가 절환되도록 유압유의 방향을 제어하는 제3 방향절환밸브(171)가 구비된 전자비례제어밸브(170);
    상기 제2 방향절환밸브로부터 토출되는 유압유의 압력을 센싱하여 압력이 설정치에 도달하면 상기 컨트롤러로 신호를 전달하여 조이스틱 레버의 조작시에도 전자비례제어밸브가 작동하지 못하게 하는 압력스위치(180); 및
    상기 제2 방향절환밸브와 상기 제3 방향절환밸브의 토출측 유로와 연결되어 제2 방향절환밸브와 제3 방향절환밸브로부터 토출되는 유압유 중에서 압력이 높은 어느 한 쪽의 오일을 공급받아 제1 방향절환밸브로 전달하는 셔틀밸브(190);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조향밸브(130)와 조향유닛(140) 및 전자비례제어밸브(170)는 로드센싱라인(L1,L2,L3)에 의해 연결되고,
    상기 로드센싱라인(L1,L2,L3)에 유량보상밸브(210)가 설치되어 상기 조이스틱 레버(150)의 조작에 의한 조향시, 조향밸브(130)와 조향유닛(140)을 연결하는 로드센싱라인(L1)을 차단하여 조향우선밸브(131)의 절환이 원활하게 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조이스틱 레버(150)의 작동을 구속 및 해제하는 안전버턴(151)이 조이스틱 레버(150)에 더 설치된 것을 특징으로 하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조이스틱 레버(150)는 전기조이스틱 레버 또는 유압조이스틱 레버인 것을 특징으로 하는 휠식 건설기계의 핸들 및 조이스틱 조향을 위한 유압제어장치.
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