KR102378681B1 - Brss 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조 - Google Patents

Brss 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 속이 빈 원통형의 본체; 상기 본체의 선단에 장착되며 동력전달수단에 의해 회전하는 굴착헤드; 상기 굴착헤드의 전면(前面)에 배치되는 다수의 굴삭용 비트; 및 상기 굴착헤드에서 상기 각 비트에 대한 탈착용 마운팅유닛;을 포함하도록 구현함으로써, 연약지반이나 일반토사, 암반 등의 토질에 따라 이에 적합한 굴삭용 비트를 선택 교체 적용할 수 있도록 하여 최적의 굴착 작업이 이루어질 수 있도록 한 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조에 관한 것이다.

Description

BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조{BIT REPLACEMENT STRUCTURE OF EXCAVATION HEAD FOR SEMI-SHIELD}
본 발명은 BRSS(BIT REPLACEMENT SEMI-SHIELD, 비트 교체가 가능한 세미실드) 공법용 굴착헤드에서 연약지반이나 일반토사, 암반 등의 토질에 따라 이에 적합한 굴삭용 비트를 선택 교체 적용할 수 있도록 한 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조에 관한 기술이다.
굴착기의 전면에 커터 헤드가 회전하면서 지중을 굴착하며, 이완된 원압잭을 다시 수축하여 그 공간에 추진관을 설치하는 반복된 공정으로 전진기지 내에 설치된 유압잭에 의해 추진관 전체가 이동됨으로써, 관로 및 터널을 굴착한다.
이때 커터 헤드 또는 이에 구비된 굴착비트 등을 교체할 수 있도록 한 기술로는,
대한민국 특허등록 제10-0545714호 (2006.01.17.등록, 이하에서는 '문헌 1'이라고 함) 『지반 굴삭용 멀티 드릴』이 제시되어 있는 바,
문헌 1은 헤드부가 삼각형으로 형성된 다수개의 비트를 드릴 몸체의 저면에 외부로 일정 부위만큼 돌출되게 구비하고 지반에 접촉된 상태로 설치되어 가압상태로 회전과 동시에 고압의 공압을 분출시켜 토사층 또는 암반층을 굴착할 때, 비트의 접촉면이 넓어 절삭력을 향상시킬 뿐만 아니라 굴착 시 비트에 장착된 볼이 굴착으로 인해 마모되어 절삭력이 저하될 때 삼각형 형상인 비트의 남은 두 변중 다른 변으로 교체하여 사용함으로 비트의 수명을 연장할 뿐만 아니라, 비트의 교환에 따른 부대비용이나 인력의 낭비를 줄일 수 있도록 한 지반 굴삭용 멀티 드릴에 관한 기술이다.
다른 기술로는, 대한민국 실용신안등록 제20-0434215호 (2006.12.12.등록, 이하에서는 '문헌 2'라고 함) 『선단 추진 장치용 커터 스포크 탈부착식 커터 헤드』가 제시되어 있는 바,
문헌 2는 복수 개의 체결공을 구비한 둘레부를 외주면에 포함하는 원통 형상의 본체; 상기 본체의 측부에서 일정 각도 간격으로 상하 다른 높이를 가지도록 복수 쌍으로 구성되되, 이 중 각각의 1쌍은 서로 180도의 각으로 수평 방향의 대향 측면에 형성되어 있는 홀; 양 측단에 패스너 체결공을 각각 구비하고, 상기 1쌍의 홀을 따라 수평 방향으로 슬라이딩 결합되는 복수 개의 커터 스포크; 상기 커터 스포크의 상면에 형성된 다수의 커터;로 구성이 되어, 상기 본체의 홀과 상기 커터 스포크의 패스너 체결공을 통해 패스너를 체결 및 해제함으로, 상기 커터 스포크가 상기 본체에서 탈부착 가능하게 결합됨으로써, 일일이 각 커터를 커터 스포크에서 교체하는 불편함 없이 굴착용도에 따라 적합하게 사용되는 커터가 복수 개 형성된 커터 스포크 자체를 교체할 수가 있어, 굴착 공정이 보다 신속하고 편리해지는 장점이 있는 선단 추진 장치용 커터 스포크 탈부착식 커터 헤드에 관한 기술이다.
또 다른 기술로는, 대한민국 특허등록 제10-1961096호 (2019.03.18.등록, 이하에서는 '문헌 3'이라고 함) 『쉴드 및 세미쉴드공법의 지반 굴착장치용 가변형 추진헤드』가 제시되어 있는 바,
문헌 3은 굴착 작업 시 토질이 바뀌거나 변화 발생 시 작업자가 추진헤드의 추진관, 고정관 및 유동관 내부로 들어가 선단회전관에 설치된 전면비트 및 측면비트를 분리한 다음, 토질에 알맞는 전면비트 및 측면비트를 교체하거나, 굴착 작업 중 철근이나 나무 등에 외부로 돌출된 측면비트가 걸려 전진굴착이 불가능할 경우 사용자가 측면비트를 분리한 다음, 추진장치로써 선단회전관, 유동관, 고정관 및 추진관을 후진하여 장애물을 제거한 후, 측면비트를 재설치하고 작업을 재개할 수 있도록 구성함에 따라 작업성이 우수하게 되었으며, 또한 전면비트 및 측면비트로서 토사 및 암반을 커팅 분쇄하는 작업과 별도로 암반층을 파쇄할 수 있도록 암반파쇄장치를 구비하여 빠른 굴착작업을 진행할 수 있는 효과가 제공되는 쉴드 및 세미쉴드공법의 지반 굴착장치용 가변형 추진헤드에 관한 기술이다.
문헌 1. 대한민국 특허등록 제10-0545714호 (2006.01.17.등록) 문헌 2. 대한민국 실용신안등록 제20-0434215호 (2006.12.12.등록) 문헌 3. 대한민국 특허등록 제10-1961096호 (2019.03.18.등록)
본 발명은 BRSS 공법용 굴착헤드에 구비된 비트들을 손쉽게 교체 장착할 수 있으면서 비트 장착 시 비트의 고정력을 높이어 안정된 굴삭 작업을 수행할 수 있도록 한 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조는,
속이 빈 원통형의 본체;
상기 본체의 선단에 장착되며 동력전달수단에 의해 회전하는 굴착헤드;
상기 굴착헤드의 전면(前面)에 배치되는 다수의 굴삭용 비트; 및
상기 굴착헤드에서 상기 각 비트에 대한 탈착용 마운팅유닛;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조는,
연약지반이나 일반토사, 암반 등의 토질에 따라 이에 적합한 굴삭용 비트를 선택 교체 적용할 수 있도록 하여 최적의 굴착 작업이 이루어질 수 있도록 한 가장 큰 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조에서 본체 및 굴착헤드를 나타낸 측면 구성도,
도 2는 굴착헤드 및 이에 배치된 다수의 비트 배치 구조를 보여주기 위한 전면 구성도,
도 3은 각 하우징 및 비트 장착 구조를 보여주기 위한 전단면 구성도,
도 4는 비트 교체 구조를 보여주기 위한 측단면 구성도,
도 5는 비트 교체 구조를 보여주기 위한 후면 구성도,
도 6은 도 5의 "A"에 대한 요부 확대 구성도,
도 7은 비트 교체 구조의 일부 구성에 대한 입체 구성도,
도 8 내지 도 11은 비트 교체 구조에서 홀딩수단 및 잠금수단에 대한 동작 상태를 보여주기 위한 상태 구성도,
도 12는 마운팅유닛의 인서트홈 및 지지체를 보여주기 위한 측단면 구성도.
이하 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 기준으로 굴착헤드 측을 전부(前部) 또는 전방, 본체 측을 후부(後部) 또는 후방이라고 방향을 특정하기로 한다.
도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조는,
크게 본체(10), 굴착헤드(20), 비트(30) 및 마운팅유닛(40)으로 이루어진다.
각 구성에 대해 살펴보면,
상기 본체(10)는
도 1에 도시된 바와 같이,
속이 빈 원통형으로 이루어져, 후방에 연속적으로 놓이게 되는 추진관과 함께 외부 추진 동력에 의해 굴착공을 따라 전진하게 된다.
상기 굴착헤드(20)는
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,
상기 본체(10)의 선단에 장착되며 동력전달수단에 의해 회전하는 것으로, 원판형 구조로 이루어진다.
이때 상기한 동력전달수단은 상기 굴착헤드(20)의 후면 중앙에 연결되는 샤프트와, 이 샤프트에 축 결합된 종동기어와, 이 종동기어와 상호 맞물리는 구동기어를 갖는 구동모터로 이루어져, 구동모터에 의해 샤프트 회전 시 상기 굴착헤드(20)가 회전 동작을 하게 되는데, 이러한 동력전달수단은 일예이고 상기 굴착헤드(20)를 회전시키기 위한 조건을 만족하는 범위 내에서 다양하게 변형 및 변경 가능할 것이다.
상기 비트(30)는
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이,
상기 굴착헤드(20)의 전면(前面)에 배치되며 상기 굴착헤드(20) 회전 시 굴삭을 하기 위한 것으로,
톱니형 또는 돌기형 또는 블레이드형 등 다양한 형상으로 이루어져, 상기 굴착헤드(20)의 전면(前面)에 다양한 패턴으로 배치되게 다수개가 구비된다.
상기 마운팅유닛(40)은
도 4 내지 도 12에 도시된 바와 같이,
토질 등에 따라 이에 적합한 재질이나 형상을 갖는 비트(30)로 선택하여 교체 장착할 수 있도록 상기 굴착헤드(20)에서 상기 각 비트(30)를 탈착하기 위한 것으로,
상기 굴착헤드(20)의 전면(前面)에 후방으로 움푹 들어간 리세스(recess)(41),
상기 리세스(41)에 삽입 장착되며 내부에 전방 개구(開口)된 수용부(421) 및 이의 바닥에 전후로 관통된 중심홀(422)을 갖는 아우터하우징(42),
상기 아우터하우징(42)의 수용부(421)에 삽입되며 전면(前面)에 상기 비트(30)의 일부가 외부로 노출되게 장착되는 이너하우징(43), 그리고
상기 아우터하우징(42)의 수용부(421)에 삽입된 상기 이너하우징(43)을 고정 및 이를 해제시키는 홀딩수단(44)
을 포함하여 이루어진다.
이때 상기 리세스(41)는 원형의 홈 구조로 이루어지고, 상기 아우터하우징(42)은 상기 리세스(41)에 삽입될 수 있도록 상기 리세스(41)와 상응한 외경을 갖는 원통형 구조로 이루어진다.
그리고 도 4에서와 같이, 상기 아우터하우징(42)은 선단 둘레를 따라 플랜지가 더 형성되고, 이 플랜지가 상기 리세스(41)의 선단 주변 영역에 형성된 단턱공간에 안착된 상태에서 볼트 등에 의해 교체 가능하게 장착될 수 있다.
그리고 도 3에서와 같이, 상기 아우터하우징(42)의 수용부(421)는 원형의 홈 구조로 이루어지고, 상기 이너하우징(43)은 상기 수용부(421)에 삽입될 수 있도록 상기 수용부(421)와 상응한 외경을 갖는 원통형 구조로 이루어진다.
특히 상기 아우터하우징(42)의 수용부(421)에는 내주면에 전후로 긴 돌기부(423)가 형성되고, 상기 이너하우징(43)의 외주면에는 상기 돌기부(423)와 암수 결합되는 키홈(431)이 형성됨으로써, 상기 아우터하우징(42)과 상기 이너하우징(43) 간의 상호 결합 시 정위치 설정이 용이하다.
한편, 도 4 및 도 5에서와 같이 상기 홀딩수단(44)은
상기 이너하우징(43)의 후면(後面) 중앙에 후방으로 길게 형성되면서 상기 아우터하우징(42)의 중심홀(422)을 지나 후방으로 노출되는 로드(441)와,
상기 로드(441)의 단부에 연결되며 상기 로드(441)의 중심을 기준으로 방사상(放射狀) 배치되는 세 개의 리프(442a) 및 이들 사이사이에 전후로 관통되면서 외측으로 개구된 세 개의 진입홀(442b)을 갖는 홀딩블록(442)과,
상기 홀딩블록(442)의 각 진입홀(442b) 전방 측에 배치되는 세 개의 스토퍼(443)와 이들을 상호 연결하는 림(rim)(444)과,
상기 림(444)에 회전 동력을 전달하는 림구동부(445)
로 이루어진다.
이때 상기 림구동부(445)는 상기 림(444)의 외주면을 따라 형성되는 종동기어(445a)와, 상기 종동기어(445a)와 상호 맞물리는 구동기어(445b)를 갖는 림구동모터(445c)와, 상기 구동기어(445b)의 중심에 축 결합되면서 단부가 상기 아우터하우징(42)의 후단부에 회전케 결합되는 중계축(445d)과, 상기 림(444)의 종동기어(445a)와 상호 맞물리면서 상기 림(444)의 이탈을 방지하면서 안정된 회전 동작을 위해 지지하도록 상기 아우터하우징(42)의 후단부에 회전케 결합되는 둘 이상의 아이들기어롤러(445e)로 이루어진다.
따라서 도 8에서와 같이, 상기 림구동부(445)에 의해 상기 림(444) 회전 시 상기 각 스토퍼(443)가 상기 각 리프(442a)와 서로 마주하게 배치됨으로써, 상기 이너하우징(43)의 전방 측 움직임을 제한하는 형태로 상기 이너하우징(43)을 고정시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 8 및 도 9에서와 같이 상기 마운팅유닛(40)에는 상기 홀딩수단(44)에 의해 상기 이너하우징(43) 고정 시 상기 이너하우징(43)의 회전 동작을 제한하는 잠금수단(45)이 더 구비된다.
상기 잠금수단(45)은
상기 홀딩블록(442)의 각 리프(442a) 전면(前面)에 후방으로 요입되게 형성되는 끼움홈(451)과,
상기 림(444)의 각 스토퍼(443)에 전후로 관통되게 형성되며 상기 끼움홈(451)과 대응되는 위치에 배치되는 유통홀(452)과,
상기 유통홀(452)에 삽입되며 전면(前面)에 전방으로 노출된 경사면(453a)을 갖는 서포트(453)와,
상기 서포트(453)의 경사면(453a)에 접하여 상기 서포트(453)를 후방 측으로 밀기 위한 진퇴체(454)와,
상기 진퇴체(454)의 진퇴(進退) 동력을 전달하는 진퇴체구동부(455)
로 이루어진다.
이때 상기 진퇴체구동부(455)는 단부에 상기 진퇴체(454)가 연결되는 피스톤(455a)과, 상기 피스톤(455a)의 일부가 내장되며 에어의 선택적 공급에 의해 상기 피스톤(455a)을 진퇴 동작케 하는 공압실린더본체(455b)로 이루어지는데, 이는 일예이고 상기 진퇴체(454)를 진퇴 동작케 하는 조건을 만족하는 범위 내에서 다양하게 변형 및 변경 가능할 것이다.
따라서 도 10 및 도 11에서와 같이, 상기 진퇴체구동부(455)에 의해 상기 진퇴체(454) 전진 시 상기 서포트(453)가 밀리면서 상기 서포트(453)의 일부가 상기 유통홀(452)에 남아 있고 나머지 일부가 상기 끼움홈(451)에 안착됨으로써, 상기 홀딩블록(442) 및 이를 갖는 상기 이너하우징(43)의 움직임을 안정되게 제한할 수 있는 것이다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 이너하우징(43)에 대한 움직임 제한을 해제하고자 할 때에는 상기 진퇴체(454)를 수작업으로 타격하여 원래의 위치로 돌아가게 하거나, 별도의 동력을 이용해 자동으로 원위치될 수 있도록 구현할 수 있을 것이다.
한편, 도 12에서와 같이 상기 마운팅유닛(40)에는 상기 홀딩블록(442)의 후면 중심에 요입되게 형성되는 인서트홈(46)과, 상기 인서트홈(46)에 삽입되는 인서트(471) 및 이와 연결되며 상기 홀딩블록(442)의 후면을 지지하는 포스트(472)를 갖고 상기 리세스(41)의 내벽에 고정되는 지지체(47)가 더 구비됨으로써, 상기 비트(30)를 이용한 굴착 작업 시 상기 비트(30)는 물론, 상기 비트(30)가 수용된 상기 이너하우징(43)을 안정되게 지지하여 내구성을 높이면서 원활한 굴착 작업이 이루어질 수 있도록 하는 데에 도움을 줄 수 있다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조"를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 본체
20 : 굴착헤드
30 : 비트
40 : 마운팅유닛
41 : 리세스
42 : 아우터하우징
421 : 수용부
422 : 중심홀
423 : 돌기부
43 : 이너하우징
431 : 키홈
44 : 홀딩수단
441 : 로드
442 : 홀딩블록
442a : 리프
442b : 진입홀
443 : 스토퍼
444 : 림
445 : 림구동부
445a : 종동기어
445b : 구동기어
445c : 림구동모터
445d : 중계축
445e : 아이들기어롤러
45 : 잠금수단
451 : 끼움홈
452 : 유통홀
453 : 서포트
453a : 경사면
454 : 진퇴체
455 : 진퇴체구동부
455a : 피스톤
455b : 공압실린더본체
46 : 인서트홈
47 : 지지체
471 : 인서트
472 : 포스트

Claims (7)

  1. 속이 빈 원통형의 본체(10);
    상기 본체(10)의 선단에 장착되며 동력전달수단에 의해 회전하는 굴착헤드(20);
    상기 굴착헤드(20)의 전면(前面)에 배치되는 다수의 굴삭용 비트(30); 및
    상기 굴착헤드(20)에서 상기 각 비트(30)에 대한 탈착용 마운팅유닛(40);
    을 포함하고,
    상기 마운팅유닛(40)은 상기 굴착헤드(20)의 전면(前面)에 후방으로 움푹 들어간 리세스(recess)(41)와, 상기 리세스(41)에 삽입 장착되며 내부에 전방 개구(開口)된 수용부(421) 및 이의 바닥에 전후로 관통된 중심홀(422)을 갖는 아우터하우징(42)과, 상기 아우터하우징(42)의 수용부(421)에 삽입되며 전면(前面)에 상기 비트(30)의 일부가 외부로 노출되게 장착되는 이너하우징(43)과, 상기 아우터하우징(42)의 수용부(421)에 삽입된 상기 이너하우징(43)을 고정 및 이를 해제시키는 홀딩수단(44)으로 이루어지며,
    상기 홀딩수단(44)은 상기 이너하우징(43)의 후면(後面) 중앙에 후방으로 길게 형성되면서 상기 아우터하우징(42)의 중심홀(422)을 지나 후방으로 노출되는 로드(441)와, 상기 로드(441)의 단부에 연결되며 상기 로드(441)의 중심을 기준으로 방사상(放射狀) 배치되는 세 개의 리프(442a) 및 이들 사이사이에 전후로 관통되면서 외측으로 개구된 세 개의 진입홀(442b)을 갖는 홀딩블록(442)과, 상기 홀딩블록(442)의 각 진입홀(442b) 전방 측에 배치되는 세 개의 스토퍼(443)와 이들을 상호 연결하는 림(rim)(444)과, 상기 림(444)에 회전 동력을 전달하는 림구동부(445)로 이루어져, 상기 림구동부(445)에 의해 상기 림(444) 회전 시 상기 각 스토퍼(443)가 상기 각 리프(442a)와 서로 마주하게 배치되는 것을 특징으로 하는 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조.
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  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마운팅유닛(40)에는 상기 홀딩수단(44)에 의해 상기 이너하우징(43) 고정 시 상기 이너하우징(43)의 회전 동작을 제한하는 잠금수단(45)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 잠금수단(45)은
    상기 홀딩블록(442)의 각 리프(442a) 전면(前面)에 후방으로 요입되게 형성되는 끼움홈(451)과,
    상기 림(444)의 각 스토퍼(443)에 전후로 관통되게 형성되며 상기 끼움홈(451)과 대응되는 위치에 배치되는 유통홀(452)과,
    상기 유통홀(452)에 삽입되며 전면(前面)에 전방으로 노출된 경사면(453a)을 갖는 서포트(453)와,
    상기 서포트(453)의 경사면(453a)에 접하여 상기 서포트(453)를 후방 측으로 밀기 위한 진퇴체(454)와,
    상기 진퇴체(454)의 진퇴(進退) 동력을 전달하는 진퇴체구동부(455)
    로 이루어져,
    상기 진퇴체구동부(455)에 의해 상기 진퇴체(454) 전진 시 상기 서포트(453)가 밀리면서 상기 서포트(453)의 일부가 상기 유통홀(452)에 남아 있고 나머지 일부가 상기 끼움홈(451)에 안착되는 것을 특징으로 하는 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마운팅유닛(40)에는 상기 홀딩블록(442)의 후면 중심에 요입되게 형성되는 인서트홈(46)과, 상기 인서트홈(46)에 삽입되는 인서트(471) 및 이와 연결되며 상기 홀딩블록(442)의 후면을 지지하는 포스트(472)를 갖고 상기 리세스(41)의 내벽에 고정되는 지지체(47)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조.
  7. 제 1 항 또는 제 4 항 또는 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아우터하우징(42)의 수용부(421)에는 내주면에 전후로 긴 돌기부(423)가 형성되고,
    상기 이너하우징(43)의 외주면에는 상기 돌기부(423)와 암수 결합되는 키홈(431)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 BRSS 공법용 굴착헤드의 비트 교체 구조.
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KR102544106B1 (ko) * 2022-10-24 2023-06-14 호서대학교 산학협력단 세미실드 공법용 굴착헤드의 자동 홀딩형 비트 교체 구조

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