WO2015111120A1 - 流体圧システム - Google Patents

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哲弘 近藤
伊藤 誠
藤山 和人
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川崎重工業株式会社
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    • F15B2211/8623Electric supply failure

Definitions

  • the first to fourth spool valves 141 to 144 are electromagnetic variable throttle valves, and are controlled by the control device 150.
  • the control device 150 transmits an electrical signal corresponding to the operation amount of the operation lever 160 by the operator to the first to fourth spool valves 141 to 144.
  • the fluid pressure system 1 ⁇ / b> A has a relief line 7 branched from the second working line 52 and connected to the tank 23.
  • a variable throttle valve 71 is provided in the relief line 7.
  • the variable throttle valve 71 is configured to increase the opening area as the pilot pressure increases.
  • a current is supplied from the control device 8 to the electromagnetic proportional valve 73, and the electromagnetic proportional valve 73 outputs a pilot pressure proportional to the supplied current to the variable throttle valve 71.
  • the pilot The spool valve 4 of the type ensures communication between the first and second operating lines 51 and 52, the pressure source line 31 and the tank line 32 according to the operation of the operator. Therefore, the driving of the cylinder 5 in response to the operation of the operator can be ensured even though the speed of the cylinder 5 is not the most desired characteristic.
  • the opening area on the supply side and the opening area on the discharge side are controlled at the same time, so that only the meter-out characteristic is changed with the single spool valve 4 alone. Cannot be controlled properly.
  • the relief line 7 provided with the variable throttle valve 71 is provided, desired meter-out control can be performed independently of the meter-in characteristics when the cylinder 5 is extended. .
  • variable throttle valve 71 may be configured to decrease the opening area as the pilot pressure increases. Furthermore, the variable throttle valve 71 does not necessarily need to be a hydraulic pilot type, and may be an integral type with an electromagnetic drive unit.
  • variable throttle valve 91 is a pilot type spool valve.
  • the pilot port of the variable throttle valve 91 is connected to an electromagnetic proportional valve 93 through a secondary pressure line 92, and the electromagnetic proportional valve 93 is connected to the hydraulic pump 22 through a primary pressure line 33.
  • the variable throttle valve 91 is configured to increase the opening area as the pilot pressure increases.
  • a current is supplied from the control device 8 to the electromagnetic proportional valve 93, and the electromagnetic proportional valve 93 outputs a pilot pressure proportional to the supplied current to the variable throttle valve 91.

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Abstract

本発明の一つの側面からの流体圧システム(1A)は、アクチュエータ(5)、操作弁(6)およびスプール弁(4)を含む。スプール弁(4)は、圧力源ライン(31)およびタンクライン(32)により圧力源(21)およびタンク(23)にそれぞれ接続され、且つ第1作動ライン(51)および第2作動ライン(52)によりアクチュエータ(5)と接続されている。スプール弁(4)は、中立位置から圧力源ライン(31)を第1作動ライン(51)と連通させるとともに第2作動ライン(52)をタンクライン(32)と連通させる作動位置へ、操作弁(6)から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動する。第2作動ライン(52)からは逃しライン(7)が分岐しており、この逃しライン(7)はタンク(23)につながっている。逃しライン(7)には、可変絞り弁(71)が設けられている。

Description

流体圧システム
 本発明は、空圧や液圧によりアクチュエータを駆動する流体圧システムに関する。
 従来から、空圧や液圧によりアクチュエータを駆動する流体圧システムが知られている。例えば、特許文献1には、図5に示すような油圧ポンプ110とシリンダ120の間にブリッジ回路が形成された流体圧システム100が開示されている。
 具体的に、図5に示す流体圧システム100では、油圧ポンプ110とシリンダ120のヘッド側が第1供給ライン131により接続され、油圧ポンプ110とシリンダ120のロッド側が第2供給ライン132により接続されている。第1および第2供給ライン131,132には、第1および第2スプール弁141,142がそれぞれ設けられている。また、第1供給ライン131における第1スプール弁141とシリンダ120の間からは第1タンクライン133が分岐しており、この第1タンクライン133に第3スプール弁143が設けられている。同様に、第2供給ライン132における第2スプール弁142とシリンダ120の間からは第2タンクライン134が分岐しており、この第2タンクライン134に第4スプール弁144が設けられている。
 第1~第4スプール弁141~144は電磁式の可変絞り弁であり、制御装置150により制御される。制御装置150は、オペレータによる操作レバー160の操作量に応じた電気信号を第1~第4スプール弁141~144へ送信する。
特開平11-241702号公報
 図5に示すような流体圧システム100では、全てのスプール弁141~144が独立して制御可能である。このため、シリンダ120の伸長時および短縮時に、負荷圧力の大きさやアクチュエータを動作させる速度に適するようにメータイン制御およびメータアウト制御を実行可能である。例えば、シリンダ120の伸長時にメータアウト制御を行うには、第2スプール弁142および第3スプール弁143を全閉、第1スプール弁141をある開度とした上で、第4スプール弁144の開口面積を制御すればよい。
 しかしながら、図5に示すような流体圧システム100では、電気系統が故障すると、オペレータが操作レバー160を操作してもシリンダ120を駆動することができない。
 そこで、本発明は、電気系統が故障してもアクチュエータを駆動可能で、かつ、メータアウト制御またはメータイン制御を実行可能な流体圧システムを提供することを目的とする。
 前記課題を解決するために、本発明は、一つの側面から、アクチュエータと、オペレータによる操作量に応じたパイロット圧を出力する操作弁と、圧力源ラインおよびタンクラインにより圧力源およびタンクにそれぞれ接続され、且つ第1作動ラインおよび第2作動ラインにより前記アクチュエータと接続されたスプール弁であって、中立位置から前記圧力源ラインを前記第1作動ラインと連通させるとともに前記第2作動ラインを前記タンクラインと連通させる作動位置へ、前記操作弁から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動するスプール弁と、前記第2作動ラインから分岐してタンクにつながる逃しラインと、前記逃しラインに設けられた可変絞り弁と、を備える、流体圧システムを提供する。
 上記の構成によれば、電気系統および逃しラインに設けられた可変絞り弁が故障しても、パイロット式のスプール弁により、オペレータの操作に応じた第1作動ラインと圧力源ラインとの連通および第2作動ラインとタンクラインとの連通が確保される。従って、オペレータの操作に対するアクチュエータの駆動を保証することができる。ところで、単一のスプール弁を用いた場合には、供給側(メータイン)の開口面積と排出側(メータアウト)の開口面積が同時に制御されるため、単一のスプール弁だけでは、メータインの特性を変更することなくメータアウトの特性を変更するような制御を行うことができない。これに対し、本発明では可変絞り弁が設けられた逃しラインが設けられているので、メータインの特性を変更することなく、所望のメータアウト制御を行うことができる。
 また、本発明は、他の側面から、アクチュエータと、オペレータによる操作量に応じたパイロット圧を出力する操作弁と、圧力源ラインおよびタンクラインにより圧力源およびタンクにそれぞれ接続され、且つ第1作動ラインおよび第2作動ラインにより前記アクチュエータと接続されたスプール弁であって、中立位置から前記圧力源ラインを前記第1作動ラインと連通させるとともに前記第2作動ラインを前記タンクラインと連通させる作動位置へ、前記操作弁から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動するスプール弁と、前記圧力源ラインから分岐して前記第1作動ラインにつながるパラレルラインと、前記パラレルラインに設けられた可変絞り弁と、を備える、流体圧システムを提供する。
 上記の構成によれば、電気系統およびパラレルラインに設けられた可変絞り弁が故障しても、パイロット式のスプール弁により、オペレータの操作に応じた第1作動ラインと圧力源ラインとの連通および第2作動ラインとタンクラインとの連通が確保される。従って、オペレータの操作に対するアクチュエータの駆動を保証することができる。ところで、単一のスプール弁を用いた場合には、供給側の開口面積と排出側の開口面積が同時に制御されるため、単一のスプール弁だけでは、メータアウトの特性を変更することなくメータインの特性を変更するような制御を行うことができない。これに対し、本発明では可変絞り弁が設けられたパラレルラインが設けられているので、メータアウトの特性を変更することなく、所望のメータイン制御を行うことができる。
 上記のいずれの流体圧システムにおいても、例えば、前記可変絞り弁は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるパイロット式のものであり、流体圧システムは、前記可変絞り弁へパイロット圧を出力する電磁比例弁をさらに備えてもよい。
 上記の流体圧システムは、前記操作弁から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器と、前記操作検出器で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を前記電磁比例弁へ送給する制御装置と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、オペレータがアクチュエータを速く動かすように操作量を大きくしたときは、可変絞り弁の開口面積が自動的に大きくなる。従って、オペレータの要求に適切に対応することができる。
 例えば、前記スプール弁は、前記中立位置と前記作動位置である第1作動位置との間で移動し、かつ、前記中立位置と前記圧力源ラインを前記第2作動ラインと連通させるとともに前記第1作動ラインを前記タンクラインと連通させる第2作動位置の間で移動する3位置弁であってもよい。
 本発明によれば、電気系統が故障してもアクチュエータを駆動可能で、かつ、メータアウト制御またはメータイン制御を実行可能な流体圧システムを実現できる。
本発明の第1実施形態に係る流体圧システムの構成図である。 第1実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る流体圧システムの構成図である。 第2実施形態の変形例を示す図である。 従来の流体圧システムの構成図である。
 (第1実施形態)
 図1に、本発明の第1実施形態に係る流体圧システム1Aを示す。本実施形態の流体圧システム1Aは、液圧によりシリンダ5を駆動するものであり、圧力源として液圧ポンプ21が採用されている。ただし、流体圧システム1Aは、液圧ポンプ21の代わりにコンプレッサなどの空圧源が採用された、空圧によりシリンダ5を駆動するものであってもよい。また、本発明のアクチュエータは、必ずしもシリンダ5である必要はなく、液圧モータなどの他のアクチュエータであってもよい。
 流体圧システム1Aは、液圧ポンプ21とシリンダ5の間に介在するスプール弁4を含む。より詳しくは、スプール弁4は、圧力源ライン31により液圧ポンプ21と接続されており、タンクライン32によりタンク23と接続されている。また、スプール弁4は、第1作動ライン51によりシリンダ5のヘッド側と接続されており、第2作動ライン52によりシリンダ5のロッド側と接続されている。
 本実施形態では、スプール弁4が、中立位置と第1作動位置(図1の右側位置)の間および中立位置と第2作動位置(図1の左側位置)の間で移動する3位置弁であり、スプール弁4が、中立位置と第1作動位置の間、あるいは中立位置と第2作動位置の間で移動すると、供給側(メータイン)および排出側(メータアウト)の開口量は連続的に変化する。スプール弁4が中立位置に位置するときは、全てのライン31,32,51,52間の連通がブロックされる。スプール弁4が中立位置から第1作動位置へ移動すると、圧力源ライン31が第1作動ライン51と連通するとともに、第2作動ライン52がタンクライン32と連通する。これにより、シリンダ5が伸長する。一方、スプール弁4が中立位置から第2作動位置へ移動すると、圧力源ライン31が第2作動ライン52と連通するとともに、第1作動ライン51がタンクライン32と連通する。これにより、シリンダ5が短縮する。
 ただし、シリンダ5は、本実施形態とは逆に駆動されてもよい。すなわち、図2に示すように、第1作動ライン51がシリンダ5のロッド側につながり、第2作動ライン52がシリンダ5のヘッド側につながっていてもよい。
 スプール弁4は、操作弁6から出力されるパイロット圧によって駆動されるパイロット式のものである。具体的に、スプール弁4は、当該スプール弁4を中立位置から第1作動位置へ移動させるための第1パイロットポート41と、当該スプール弁4を中立位置から第2作動位置へ移動させるための第2パイロットポート42を有する。操作弁6は、第1パイロットライン61により第1パイロットポート41と接続され、第2パイロットライン62により第2パイロットポート42と接続されている。
 操作弁6は、オペレータにより操作される入力部(例えば、操作レバー)を含み、入力部の操作量に応じた大きさのパイロット圧を第1パイロットライン61または第2パイロットライン62を通じてスプール弁4へ出力する。スプール弁4は、操作弁6から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ、中立位置から第1作動位置または第2作動位置へ移動する。すなわち、スプール弁4が第1作動位置へ移動する際は、圧力源ライン31を第1作動ライン51と連通させる第1開口面積および第2作動ライン52をタンクライン32と連通させる第2開口面積が、オペレータによる入力部の操作量に応じた大きさに制御され、スプール弁4が第2作動位置へ移動する際は、圧力源ライン31を第2作動ライン52と連通させる第3開口面積および第1作動ライン51をタンクライン32と連通させる第4開口面積が、オペレータによる入力部の操作量に応じた大きさに制御される。
 さらに、本実施形態では、シリンダ5の伸長時(すなわち、スプール弁4が第1作動位置へ移動するとき)にメータアウト特性を変更できるような制御を行うための構成が採用されている。具体的に、流体圧システム1Aは、第2作動ライン52から分岐してタンク23につながる逃しライン7を有する。そして、逃しライン7には、可変絞り弁71が設けられている。
 本実施形態では、可変絞り弁71がパイロット式のスプール弁である。可変絞り弁71のパイロットポートは、二次圧ライン72により電磁比例弁73と接続されており、電磁比例弁73は、一次圧ライン33により液圧ポンプ22と接続されている。
 可変絞り弁71は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるように構成されている。電磁比例弁73へは、制御装置8から電流が送給され、電磁比例弁73は、送給される電流と比例するパイロット圧を可変絞り弁71へ出力する。
 以上説明したように、本実施形態の流体圧システム1Aでは、電気系統が故障して電磁比例弁73が作動しなくなったり電磁比例弁73と可変絞り弁71のどちらかが故障しても、パイロット式のスプール弁4により、オペレータの操作に応じた第1および第2作動ライン51,52と圧力源ライン31およびタンクライン32との連通が確保される。従って、オペレータの操作に対するシリンダ5の駆動を、シリンダ5の速度が最も所望する特性でないにせよ、保証することができる。ところで、単一のスプール弁4を用いた場合には、供給側の開口面積と排出側の開口面積が同時に制御されるため、単一のスプール弁4だけではメータアウトの特性だけを変更するような制御を行うことができない。これに対し、本実施形態では可変絞り弁71が設けられた逃しライン7が設けられているので、シリンダ5の伸長時に、メータインの特性とは独立して所望のメータアウト制御を行うことができる。
 例えば、メータアウト制御としては、次のような制御が考えられる。第1パイロットライン61に、操作弁6から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器81が設けられる。そして、制御装置8は、操作検出器81で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を電磁比例弁73へ送給する。ここで、「パイロット圧に応じた大きさの電流」とは、電流がパイロット圧と比例関係にあってもよいし、パイロット圧が上昇するにつれて電流が指数関数的に増大してもよい。この構成であれば、オペレータがシリンダ5を速く動かすように操作量を大きくしたときは、可変絞り弁71の開口面積が自動的に大きくなる。従って、オペレータの要求に適切に対応することができる。
 あるいは、シリンダ5の伸長時は、可変絞り弁71を通常は全開にしておき、シリンダ5の負荷に応じて可変絞り弁71の開口面積を小さくすることも可能である。
 <変形例>
 可変絞り弁71は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を減少させるように構成されていてもよい。さらに、可変絞り弁71は、必ずしも油圧パイロット式である必要はなく、電磁駆動部と一体式であってもよい。
 また、作動ライン51の圧力を計測する圧力計を設け、この圧力が大きくなるにつれて可変絞り弁91の開口面積が大きくなるような構成を採用してもよい。この構成によれば、負荷の大きさによってシリンダ5の速度が変化することを抑制することができる。換言すれば、負荷の大きさによらずにシリンダ5を同じ速度で駆動させることができる。
 (第2実施形態)
 次に、図3を参照して、本発明の第2実施形態に係る流体圧システム1Bを説明する。なお、本実施形態において、第1実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
 本実施形態では、第1実施形態と同様に、第1作動ライン51がシリンダ5のヘッド側につながり、第2作動ライン52がシリンダ5のロッド側につながっている。ただし、図4に示すように、第1作動ライン51がシリンダ5のロッド側につながり、第2作動ライン52がシリンダ5のヘッド側につながっていてもよい。
 本実施形態では、シリンダ5の伸長時(すなわち、スプール弁4が第1作動位置(図3の右側位置)へ移動するとき)にメータイン特性を変更できるような制御を行うための構成が採用されている。具体的に、流体圧システム1Bは、圧力源ライン31から分岐して第1作動ライン51につながるパラレルライン9を有する。そして、パラレルライン9には、可変絞り弁91が設けられている。
 本実施形態では、可変絞り弁91がパイロット式のスプール弁である。可変絞り弁91のパイロットポートは、二次圧ライン92により電磁比例弁93と接続されており、電磁比例弁93は、一次圧ライン33により液圧ポンプ22と接続されている。
 可変絞り弁91は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるように構成されている。電磁比例弁93へは、制御装置8から電流が送給され、電磁比例弁93は、送給される電流と比例するパイロット圧を可変絞り弁91へ出力する。
 以上説明したように、本実施形態の流体圧システム1Bでは、電気系統が故障して電磁比例弁93が作動しなくなったり電磁比例弁93と可変絞り弁91のどちらかが故障しても、パイロット式のスプール弁4により、オペレータの操作に応じた第1および第2作動ライン51,52と圧力源ライン31およびタンクライン32との連通が確保される。従って、オペレータの操作に対するシリンダ5の駆動を、シリンダ5の速度が最も所望する特性でないにせよ、保証することができる。ところで、単一のスプール弁4を用いた場合には、供給側の開口面積と排出側の開口面積が同時に制御されるため、単一のスプール弁4だけではメータインの特性だけを変更するような制御を行うことができない。これに対し、本実施形態では可変絞り弁91が設けられたパラレルライン9が設けられているので、シリンダ5の伸長時に、メータアウトの特性とは独立して所望のメータイン制御を行うことができる。
 例えば、メータイン制御としては、次のような制御が考えられる。第1パイロットライン61に、操作弁6から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器81が設けられる。そして、制御装置8は、操作検出器81で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を電磁比例弁93へ送給する。ここで、「パイロット圧に応じた大きさの電流」とは、電流がパイロット圧と比例関係にあってもよいし、パイロット圧が上昇するにつれて電流が指数関数的に増大してもよい。この構成であれば、オペレータがシリンダ5を速く動かすように操作量を大きくしたときは、可変絞り弁91の開口面積が自動的に大きくなる。従って、オペレータの要求に適切に対応することができる。
 あるいは、シリンダ5の伸長時は、可変絞り弁91を通常は全閉にしておき、シリンダ5の負荷に応じて可変絞り弁91の開口面積を大きくすることも可能である。
 <変形例>
 可変絞り弁91は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を減少させるように構成されていてもよい。さらに、可変絞り弁91は、必ずしも油圧パイロット式である必要はなく、電磁駆動部と一体式であってもよい。
 また、作動ライン51の圧力を計測する圧力計を設け、この圧力が大きくなるにつれて可変絞り弁91の開口面積が大きくなるような構成を採用してもよい。この構成によれば、負荷の大きさによってシリンダ5の動きが小さくなることを防ぐことができる。換言すれば、負荷の大きさによらずにシリンダ5を同じ速度で駆動させることができる。
 (その他の実施形態)
 第1実施形態と第2実施形態は組合せ可能である。すなわち、流体圧システムは、可変絞り弁71が設けられた逃しライン7と可変絞り弁91が設けられたパラレルライン9の双方を有してもよい。この場合、可変絞り弁71および可変絞り弁91は、4ポートを有する3位置弁である単一のスプール弁を構成してもよい。
 また、本発明のスプール弁は必ずしも3位置弁である必要はない。例えば、第1または第2実施形態におけるスプール弁4が、中立位置と第1作動位置(図1~4の右側位置)の間で移動する2位置弁である第1スプール弁と、中立位置と第2作動位置(図1~4の左側位置)の間で移動する2位置弁である第2スプール弁に分割されていてもよい。この場合、第1スプール弁が本発明のスプール弁に相当する。
 本発明の流体圧システムは、種々の流体圧回路に適用可能である。
 1A,1B 流体圧システム
 21 液圧ポンプ(圧力源)
 23 タンク
 31 圧力源ライン
 32 タンクライン
 4  スプール弁
 5  シリンダ(アクチュエータ)
 51 第1作動ライン
 52 第2作動ライン
 7  逃しライン
 71 可変絞り弁
 73 電磁比例弁
 8  制御装置
 9  パラレルライン
 91 可変絞り弁
 93 電磁比例弁

Claims (8)

  1.  アクチュエータと、
     オペレータによる操作量に応じたパイロット圧を出力する操作弁と、
     圧力源ラインおよびタンクラインにより圧力源およびタンクにそれぞれ接続され、且つ第1作動ラインおよび第2作動ラインにより前記アクチュエータと接続されたスプール弁であって、中立位置から前記圧力源ラインを前記第1作動ラインと連通させるとともに前記第2作動ラインを前記タンクラインと連通させる作動位置へ、前記操作弁から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動するスプール弁と、
     前記第2作動ラインから分岐してタンクにつながる逃しラインと、
     前記逃しラインに設けられた可変絞り弁と、
    を備える、流体圧システム。
  2.  前記可変絞り弁は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるパイロット式のものであり、
     前記可変絞り弁へパイロット圧を出力する電磁比例弁をさらに備える、請求項1に記載の流体圧システム。
  3.  前記操作弁から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器と、
     前記操作検出器で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を前記電磁比例弁へ送給する制御装置と、をさらに備える、請求項2に記載の流体圧システム。
  4.  前記スプール弁は、前記中立位置と前記作動位置である第1作動位置との間で移動し、かつ、前記中立位置と前記圧力源ラインを前記第2作動ラインと連通させるとともに前記第1作動ラインを前記タンクラインと連通させる第2作動位置の間で移動する3位置弁である、請求項1~3のいずれか一項に記載の流体圧システム。
  5.  アクチュエータと、
     オペレータによる操作量に応じたパイロット圧を出力する操作弁と、
     圧力源ラインおよびタンクラインにより圧力源およびタンクにそれぞれ接続され、且つ第1作動ラインおよび第2作動ラインにより前記アクチュエータと接続されたスプール弁であって、中立位置から前記圧力源ラインを前記第1作動ラインと連通させるとともに前記第2作動ラインを前記タンクラインと連通させる作動位置へ、前記操作弁から出力されるパイロット圧に応じた移動量だけ移動するスプール弁と、
     前記圧力源ラインから分岐して前記第1作動ラインにつながるパラレルラインと、
     前記パラレルラインに設けられた可変絞り弁と、
    を備える、流体圧システム。
  6.  前記可変絞り弁は、パイロット圧が高くなるほど開口面積を増大させるパイロット式のものであり、
     前記可変絞り弁へパイロット圧を出力する電磁比例弁をさらに備える、請求項5に記載の流体圧システム。
  7.  前記操作弁から出力されるパイロット圧を検出するための操作検出器と、
     前記操作検出器で検出されるパイロット圧に応じた大きさの電流を前記電磁比例弁へ送給する制御装置と、をさらに備える、請求項6に記載の流体圧システム。
  8.  前記スプール弁は、前記中立位置と前記作動位置である第1作動位置との間で移動し、かつ、前記中立位置と前記圧力源ラインを前記第2作動ラインと連通させるとともに前記第1作動ラインを前記タンクラインと連通させる第2作動位置の間で移動する3位置弁である、請求項5~7のいずれか一項に記載の流体圧システム。
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