KR20190002055A - 유압 회로의 조정 방법 및 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기기 성능의 편차나 어태치먼트 교환에 의한 기계별 레버 조작량/액추에이터 유량의 특성 편차나 변화를 수정해 조작성을 개선하기 위한 것으로, 굴착기의 붐 실린더 회로에 있어서 리모콘 밸브 5의 레버 조작량에 대응하는 리모콘압과 네가콘압의 관계에 대해서 미리 모델 특성을 설정해 컨트롤러 11에 기억시켜 두어, 이 모델 특성과 기계마다 계측되는 실제 특성편차를 구해 이 편차를 작게 하도록 펌프 토출량을 조정하도록 한 조정 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

유압 회로의 조정 방법 및 제어 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING HYDRAULIC CIRCUIT}

본 발명은 유압 회로의 조정 방법 및 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴삭기 등의 유압 작업 기계에 이용되는 유압 회로의 동작 특성을 조정하기 위한 유압 회로의 조정 방법 및 동 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유압 작업 기계에서는 일반적으로 유압 펌프와 이 유압 펌프로부터의 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터와 이 유압 액추에이터에 대한 압유의 급배를 제어하는 컨트롤 밸브를 구비하고, 레버 조작에 의해 이 컨트롤 밸브를 제어하는 구성이 취해지고 있다.

종래의 기술에 있어서는 피드백 제어를 한 경우에 직선 궤도의 시작 직후에 붐의 유압계 요소가 가지는 데드 타임에 의한 응답 지연이 발생으로, 궤도를 벗어나는 현상이 있었다. 또한 조작기로 Control 밸브류를 직접 제어하므로 스무드하지 않는 지령에 의한 진동, 압력변동시 또는 부하변동시, 높은 Gain으로 인한 헌팅 등의 문제가 발생했다. 더불어 중력방향으로 동작하는 대형기기의 경우, 2관성계의 특징 중 하나인 반공진점이 낮은 주파수대에서 나타나게 된다. 이 경우 감속시 반공진 주파수대의 지령으로 가진될 때 경우, 정지시 잔류진동이 남아 있는 것을 볼 수 있다.

여기서 레버 조작량과 액추에이터에 공급되는 유량(액추에이터 유량)과는 일정한 관계에 있어 이 레버 조작량/액추에이터 유량의 특성에 기반하여 액추에이터가 제어된다.

예를 들어 굴착기에 있어서 붐 기동용 붐 실린더를 구동하는 유압 회로로서, 리모콘 밸브에 의해 유압 파일럿식 컨트롤 밸브를 제어하고 네거티브컨트롤 방식을 취하는 유압 회로의 특성을 도 6에 나타내고 있다.

동 도에서는 리모콘 밸브에서 컨트롤 밸브로 공급되는 파일럿 압력인 리모콘압을 횡축에 붐 실린더 유량을 세로축에 각각 세 실선으로 나타내는 곡선 a는 이상적인 리모콘압(레버 조작량)/실린더 유량의 특성을 나타내고 있다.

그런데 종래의 유압 회로에 있어서는 동종의 기계로도 기계마다 회로 중의 기기 성능의 불균형에 의하여 레버 조작량과 액추에이터 유량과의 관계에 차이가 발생하고 있었다.

즉 어느 기계에서는 도 6 중의 실선으로 나타내는 특성 a와 같이 리모콘 밸브의 조작 레버를 예를 들어 전 스트로크의 것 3/10까지 넣으면 붐이 오르기 시작하는데 대해, 다른 기계에서는 기기 성능의 차이에 따라 점선으로 나타내는 특성 b와 같이 레버를 4/10스트로크까지 넣지 않으면 붐이 움직이지 않는 경우가 있었다.

또한 같은 기계이면서 프론트 어태치먼트를 교환했을 경우(스탠다드 타입에서 붐이 긴 장기 타입으로 교환했을 경우 등 )에 어태치먼트 중량의 변화에 의해 일점쇄선으로 나타내는 특성 c로 변화하고 오퍼레이터가 도 망설일뿐만 아니라, 레버 조작이 깊어져 미조작역이 감소하는 사태가 발생한다.

이와 같이 종래의 유압 회로에 있어서는 기기 성능의 편차나 어태치먼트 중량의 변화에 의해 특성이 변화하고 조작성이 나빠지는 문제가 있었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2016-0076260(2016.06.30. 공개, 건설기계의 유압회로 제어 장치 및 방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 특성 편차나 변화를 수정해 조작성을 개선할 수 있는 유압 회로의 조정 방법 및 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 유압 액추에이터와 이 유압 액추에이터에 대한 유압원으로서의 유압 펌프와 상기 유압 액추에이터에 대한 압유의 급배를 제어하는 컨트롤 밸브와 레버 조작되어 이 레버 조작량에 따라 상기 컨트롤 밸브에 대한 작동 지령 신호를 출력하는 조작 수단을 구비하는 유압 회로에 있어서 상기 레버 조작량과 상기 유압 액추에이터에 공급되는 유량과의 관계에 대해서 미리 모델 특성을 설정해 두어, 기계마다 실제의 레버 조작량과 액추에이터 유량과의 관계에 대한 특성을 계측하고 이 계측된 실제 특성과 상기 모델 특성 편차를 구해 이 편차를 작게 하도록 레버 조작량에 대한 액추에이터 유량의 특성을 조정하는 것이다.

또한 본 발명은 컨트롤 밸브로서 유압 파일럿식 전환 밸브, 조작 수단으로서 이 유압 파일럿식 전환밸브에 파일럿 압력을 공급하는 리모콘 밸브, 유압 펌프로서 가변 용량형 유압 펌프를 각각 이용함과 동시에, 상기 유압펌프의 잉여유를 탱크로 되돌리는 블리드 오프 통로와 이 블리드 오프 통로에 발생하는 네거티브컨트롤압에 따라 상기 유압펌프의 토출량을 제어하는 네거티브컨트롤 장치를 설치하고 모델 특성 및 실제 특성으로서 상기 리모콘 밸브의 파일럿 압력과 상기 네거티브컨트롤압의 관계 및 네거티브컨트롤압과 펌프 토출량의 관계를 이용해 이 모델 특성과 실제 특성 편차를 작게 하도록 펌프 토출량을 조정하는 것이다.

또한 본 발명은 유압 액추에이터와 이 유압 액추에이터에 대한 유압원으로서의 유압 펌프와 상기 유압 액추에이터에 대한 압유의 급배를 제어하는 컨트롤 밸브와 레버 조작되어 이 레버 조작량에 따라 상기 컨트롤 밸브에 대한 작동 지령 신호를 출력하는 조작 수단을 구비하는 유압 회로에 있어서 상기 레버 조작량을 검출하는 조작량 검출 수단과 상기 유압 액추에이터에 공급되는 유량을 검출하는 유량 검출 수단과 제어 수단이 설치되고, 이 제어 수단은,

(i) 상기 레버 조작량과 상기 액추에이터 유량과의 관계에 대해서 미리 설정된 모델 특성을 기억해 두어,

(ii) 기계마다 상기 각 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기반하여 실제의 레버 조작량과 액추에이터 유량의 관계에 대한 특성을 구해

(iii) 이 요구된 실제 특성과 상기 모델 특성 편차를 구해

(iv) 이 편차를 작게 하도록 레버 조작량에 대한 액추에이터 유량의 특성을 조정하도록 구성된 것이다.

또한 본 발명은 컨트롤 밸브로서 유압 파일럿식 전환 밸브, 조작 수단으로서 이 유압 파일럿식 전환밸브에 파일럿 압력을 공급하는 리모콘 밸브, 유압 펌프로서 가변 용량형 유압 펌프가 각각 이용됨과 동시에, 상기 유압펌프의 잉여유를 탱크로 되돌리는 블리드 오프 통로와 이 블리드 오프 통로에 발생하는 네거티브 컨트롤압에 따라 상기 유압펌프의 토출량을 제어하는 네거티브컨트롤 장치가 설치되고 제어 수단은 모델 특성 및 실제 특성으로서 상기 리모콘 밸브의 파일럿 압력과 상기 네거티브컨트롤압의 관계 및 네거티브컨트롤압과 펌프 토출량의 관계를 이용해 이 모델 특성과 실제 특성 편차를 작게 하도록 펌프 토출량을 조정하도록 구성된 것이다.

상기와 같이 미리 설정된 레버 조작량/액추에이터 유량의 모델 특성과 기계마다 계측되는 실제 특성 편차를 구해 이 편차를 작게 하도록 액추에이터 유량 특성을 조정하기 때문에, 기기 성능의 편차나 어태치먼트 중량의 차이에 관계없이 특성을 일정하게 유지할 수 있고 이것에 의해 조작성을 개선할 수 있다.

이 경우, 본 발명에 다른 장치는 유압 작업 기계에 일반적으로 채용되어 있는 네거티브컨트롤 방식 유압 회로에 적합한 것이며 펌프 토출량을 조정한다고 하는, 네거티브컨트롤 방식 본래의 제어 수단을 그대로 조정 수단으로서 이용하여, 조정 조작을 기존의 설비 그대로 용이하게 게다가 정확하게 수행할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 미리 설정된 레버 조작량/액추에이터 유량의 모델 특성과 기계마다 계측되는 실제 특성 편차를 구해 이 편차를 작게 하도록 액추에이터 유량 특성을 조정하기 때문에, 동일 기계에 대해서 기기 성능의 편차나 어태치먼트 중량의 차이에 관계없이 특성을 일정하게 유지할 수 있고 이것에 의해 조작성을 개선할 수 있다.

또한 본 발명은 유압 작업 기계에 일반적으로 채용되어 있는 네거티브컨트롤 방식 유압 회로에 적합한 것이며 펌프 토출량을 조정한다고 하는, 네거티브컨트롤 방식 본래의 제어 수단을 그대로 조정 수단으로서 이용하여, 조정 조작을 기존의 설비 그대로 용이하게 게다가 정확하게 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 굴착기의 붐 실린더 회로의 회로 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예의 컨트롤러의 블록 구성도.
도 3은 컨트롤러에 미리 기억된 리모콘압과 네가콘압의 관계에 대한 모델 특성 및 계측된 실제 특성을 나타내는 도.
도 4는 리모콘압/네가콘압의 모델 특성 및 실제 특성을 네가콘압/펌프 토출량으로 환산한 도면.
도 5는 모델 특성과 실제 특성 편차를 구해 보정하는 다른 기법을 설명하기 위한 도.
도 6은 종래 기술의 문제점으로서의 리모콘압/붐 실린더 유량의 모델 특성과 실제 특성을 나타내는 도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유압 회로의 조정 방법 및 제어 장치의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 본 발명의 실시 예를 도 1 내지 도 5에 의해 설명한다.

여기에서는 상기 종래 기술의 항으로 설명한, 굴착기의 붐 실린더용 유압 회로이며 네거티브컨트롤 방식을 취하는 회로를 적용 대상으로서 예를 들고 있다.

도 1에 있어서 1은 도시하지 않는 엔진에 의해 구동되는 가변 용량형 유압펌프, 2는 이 펌프 1의 경전각(=토출량)을 제어하는 유압 파일럿식 레귤레이터, 3은 펌프 1에 의해 구동되는 붐 실린더, 4는 이 붐 실린더 3과 펌프1 사이에 마련된 유압 파일럿식 컨트롤 밸브이다.

이 컨트롤 밸브 4는 레버 5 a에 의해 조작되는 조작 수단으로서의 리모콘 밸브 5에 의해 파일럿 압력(리모콘압) Pi가 공급되어 중립 위치이와 양측 구동 위치로, 하 사이에서 전환되어 작동하고 이것에 의해 붐 실린더 3의 작동이 제어된다.

컨트롤 밸브 4에는 블리드 오프 유로 4 a가 설치되고 이 블리드 오프 유로 4 a에 잉여유를 탱크 T로 되돌리는 블리드 오프 통로 6이 접속되어 있다.

덧붙여 복수의 액추에이터를 제어하는 복수의 컨트롤 밸브가 직렬로 접속된 회로에서는 각 컨트롤 밸브의 블리드 오프 유로 4 a가 센터 바이패스 라인에 의해 접속된다.

블리드 오프 통로 6에는 조리개 7이 마련됨과 동시에, 이 조리개 7 입구압(네거티브컨트롤압, 이하, 네가콘압 이라고 한다) Pn를 설정하는 네가콘압 설정 밸브 8이 교리 7에 대해서 병렬로 접속되어 있다.

상기 리모콘압 Pi는 레버 조작량에 따라 변화하고 네가콘압 Pn는 붐 실린더 3의 공급 유량과 일정한 관계를 가진다.

이들 리모콘압 Pi 및 네가콘압 Pn는 각각 조작량 검출 수단, 유량 검출 수단으로서의 압력 센서(이하, 리모콘압 센서, 네가콘압 센서라고 한다) 9,9 및 10에 의해 검출되고 이 검출된 압력 신호가 컨트롤러 11에 보내진다.

이 컨트롤러 11은 도 2에 나타난 것 처럼 유량 연산부 12, 유량 지령 출력부 13, 저장부 14, 보정 연산부 15로 구성되고 있다.

이 컨트롤러 11의 작용을 포함한 이 유압 회로 및 조정 장치의 작용을 다음에 설명한다.

회로 본래의 작용 리모콘 밸브 5의 레버 조작에 의해 컨트롤 밸브 4가 그 조작량에 따른 스트로크로 전환되어 작동해 붐 실린더 3이 신축하고 도시하지 않는 붐이 승하강 된다.

이 작동 중, 네가콘압 센서 10에 의해 네가콘압 Pn가 검출되어 컨트롤러 11의 유량 연산부 12에 입력되고 네가콘압 Pn에 따른 펌프 유량이 연산된 후, 이 연산된 유량에 대응하는 유량 지령 신호가 유량 지령 출력부 13에서 전자 비례 감압 밸브 16을 통해 레귤레이터 2에 입력된다.

즉 조리개 7과 네가콘압 설정 밸브 8과 컨트롤러 11과 전자 비례 감압 밸브 16과 레귤레이터 2에 의해 네거티브컨트롤 장치가 구성되고 네가콘압 Pn에 따라 펌프 1의 토출량이 제어된다.

특성 조정 작용 이 유압 회로의 경우, 레버 조작량과 액추에이터 유량의 관계는 도 3에 나타내도록 리모콘압 Pi와 네가콘압 Pn의 관계로서 나타낼 수 있다.

그래서 이 장치에 있어서는 미리 리모콘압 Pi와 네가콘압 Pn의 관계에 대해서 이상적으로 되는 도 3의 실선으로 나타내는 모델 특성 I를 설정하고 이것을 컨트롤러 11의 저장부 14에 기억시켜 둔다.

그리고 기계가 완성한 뒤의 시운전 시, 혹은 프론트 어태치먼트를 교환한 후의 시운전 시에 특성 조정을 위한 조작을 한다.

덧붙여 기계별 조정 조건을 동일하게 하기 위해, 유온, 엔진 회전수, 레버 속도 등의 운전 조건을 미리 정해두어 이 운전 조건하에서 조작을 한다.

이 때, 리모콘압 센서 9에 의해 검출된 리모콘압 Pi와 네가콘압 센서 10에 의해 검출된 네가콘압 Pn의 관계(실제 특성, 그 일례를 도 3 중에 점선으로 나타낸다) II를 컨트롤러 11의 저장부 14에 기억시킨다.

이 기억한 모델 특성 I와 실제 특성 II를 보정 연산부 15에서 비교하고 그 편차를 파악해 조정 처리를 한다.

구체적으로는 예를 들어 소조작영역의 A점과 대조작영역의 B점의 2점에서의 네가콘압 Pn의 편차 ΔPa, ΔPb를 구하고, 도 4에 나타내도록 이것을 펌프 토출량 Q의 편차 Qa, Qb로 환산해 보정 유량을 다음 식에 의해 구한다. 도 4중, I~는 네가콘압/펌프 토출량의 모델 특성, II~는 동 실제 특성이다.

A : 네가콘 조리개의 개구 면적

ΔPa: A점 네가콘압의 편차

ΔPb: B점 네가콘압의 편차 이렇게 하여 A, B의 2점을 보정한 다음, 최대유량, 최소 유량의 포인트까지 보정량을 연장한다.

( A, B2점의 보정 유량에 대응하는 2점을 연결하는 직선 간의 또한 복수의 개소에서 편차를 구해 보정 유량을 연산한다) 것에 따라, 유량 보정이 완료된다.

그리고 이 보정 유량을 얻을 수 있도록, 보정 연산부 15에서 유량 지령 출력부 13, 전자 비례 밸브 16 경유에서 네가콘압 Pn에 따른 유량 지령 신호를 레귤레이터 2에 보내, 펌프 토출량을 제어함으로써 실제 특성 II~를 모델특성 I~에 접근할 수 있다.

이 조정 작용에 의해 기계별 기기 성능의 편차나 프론트 어태치먼트의 교환에 의한 붐 실린더 3의 움직임 편차나 변화를 없애고 조작성을 개선할 수 있다.

여기에서 리모콘압/네가콘압의 모델 특성 I와 실제 특성 II를 비교해 보정하는 다른 기법으로서 도 5에 나타내도록 A~F의 복수의 점에서,

또한 상기 실시 예에서는 네가콘 방식을 취하는 붐 실린더 회로에 있어서 레버 조작량/실린더 유량의 대체 특성으로서 리모콘압 Pi와 네가콘압 Pn의 관계에 대해서 모델값을 정해 실제값을 계측해 비교하는 구성을 취했지만, 레버 조작량을 포텐셔미터 등에 의해 검출하는 한편, 실린더 유량을 유량계에 의해 검출하고, 레버 조작량/실린더 유량에 대해서 미리 설정한 모델값 곳의 실제값을 비교하는 구성이 매우 좋다.

또한 상기 실시 예에서는 굴착기의 붐 실린더 회로에 적용했을 경우를 예를 들었지만, 본 발명은 굴착기의 다른 액추에이터(실린더, 모터) 회로 및 굴착기 이외의 각종 작업 기계의 유압 회로에 적용할 수 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1 : 가변 용량형 유압펌프
2 : 네거티브컨트롤 장치를 구성하는 레귤레이터
3 : 유압 액추에이터로서의 붐 실린더
4 : 컨트롤 밸브 5 : 조작 수단으로서의 리모콘 밸브
5a : 리모콘 밸브의 조작 레버 6 : 블리드 오프 통로
7 : 네거티브컨트롤 장치를 구성하는 조리개
8 : 동 네가콘압 설정 밸브 17 : 동 전자 비례 감압 밸브
11 : 컨트롤러 12 : 컨트롤러의 유량 연산부
13 : 동류량 지령 출력부 20 : 동 기억부
21 : 보정 연산부 22 : 유량연산부
23 : 펌프연산부 24 : 전자비례제어변1
25 : 동작제어부 26 : 리모콘지령부
27 : 전자비례제어변2

Claims (4)

1. 유압 액추에이터로 이 유압 액추에이터에 대한 유압원으로서의 유압 펌프와 상기 유압 액추에이터에 대한 압유의 급배를 제어하는 컨트롤 밸브와 레버 조작되어 이 레버 조작량에 따라 상기 컨트롤 밸브에 대한 작동 지령신호를 출력하는 조작 수단을 구비하는 유압 회로에 있어서,
   상기 레버 조작량과 상기 유압 액추에이터에 공급되는 유량과의 관계에 대해서 미리 모델 특성을 설정해 두어, 기계마다 실제의 레버 조작량과 액추에이터 유량과의 관계에 대한 특성을 계측하고 이 계측된 실제 특성과 상기 모델 특성 편차를 구해 이 편차를 작게 하도록 레버 조작량에 대한 액추에이터 유량의 특성을 조정하는 것을 특징으로 하는 유압 회로의 조정 방법.
   
2. 청구항 1에 기재된 유압 회로의 조정 방법에 있어서 컨트롤 밸브로서 유압 파일럿식 전환 밸브, 조작 수단으로서 이 유압 파일럿식 전환밸브에 파일럿 압력을 공급하는 리모콘 밸브, 유압 펌프로서 가변 용량형 유압 펌프를 각각 이용함과 동시에, 상기 유압펌프의 잉여유를 탱크로 되돌리는 블리드 오프 통로와 이 블리드 오프 통로에 발생하는 네거티브컨트롤압에 따라 상기 유압펌프의 토출량을 제어하는 네거티브컨트롤 장치를 설치하고 모델 특성 및 실제 특성으로서 상기 리모콘 밸브의 파일럿 압력과 상기 네거티브컨트롤압의 관계 및 네거티브컨트롤압과 펌프 토출량의 관계를 이용해 이 모델 특성과 실제 특성 편차를 작게 하도록 펌프 토출량을 조정하는 것을 특징으로 하는 유압 회로의 조정 방법.
   
3. 유압 액추에이터로 이 유압 액추에이터에 대한 유압원으로서의 유압 펌프와 상기 유압 액추에이터에 대한 압유의 급배를 제어하는 컨트롤 밸브와 레버 조작되어 이 레버 조작량에 따라 상기 컨트롤 밸브에 대한 작동 지령신호를 출력하는 조작 수단을 구비하는 유압 회로에 있어서 상기 레버 조작량을 검출하는 조작량 검출 수단과 상기 유압 액추에이터에 공급되는 유량을 검출하는 유량 검출 수단과 제어 수단이 설치되고 이 제어 수단은,
   (i) 상기 레버 조작량과 상기 액추에이터 유량과의 관계에 대해서 미리 설정된 모델 특성을 기억해 두어,
   (ii) 기계마다 상기 각 검출수단으로부터의 검출 신호에 기반하여 실제의 레버 조작량과 액추에이터 유량의 관계에 대한 특성을 구해
   (iii) 이 요구된 실제 특성과 상기 모델 특성 편차를 구해
   (iv) 이 편차를 작게 하도록 레버 조작량에 대한 액추에이터 유량의 특성을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유압 회로의 조정 장치.
   
4. 청구항 3에 기재된 유압 회로의 조정 장치에 있어서 컨트롤 밸브로서 유압 파일럿식 전환 밸브, 조작 수단으로서 이 유압 파일럿식 전환밸브에 파일럿 압력을 공급하는 리모콘 밸브, 유압 펌프로서 가변 용량형 유압 펌프가 각각 이용됨과 동시에, 상기 유압펌프의 잉여유를 탱크로 되돌리는 블리드 오프 통로와 이 블리드 오프 통로에 발생하는 네거티브컨트롤압에 따라 상기 유압펌프의 토출량을 제어하는 네거티브컨트롤 장치가 설치되고 제어 수단은 모델 특성 및 실제 특성으로서 상기 리모콘 밸브의 파일럿 압력과 상기 네거티브컨트롤압의 관계 및 네거티브컨트롤압과 펌프 토출량의 관계를 이용해 이 모델 특성과 실제 특성 편차를 작게 하도록 펌프 토출량을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유압 회로의 조정 장치.
   
   

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