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地铁车辆空气弹簧常见故障处理
地铁车辆空气弹簧常见故障处理
摘要
空气弹簧具有理想的非线性弹性特性。
弹簧刚度可以设计得更低。
列车运行时稳定性高,同时噪声可大幅度降低。
在列车运行过程中,一些不利因素往往加速空气弹簧的磨损和老化,显著缩短空气弹簧系统的寿命。
通过分析,总结了空气弹簧常见的叶片失效和胶囊失效。
分析了各种故障现象的原因及故障的发生。
这个问题是为了防止和解决这种故障。
关键词:
城轨车辆;空气弹簧;常见故障;故障分析
第1章引言
1.1设计背景
随着我国经济的快速发展,我国已进入城市化和机动化快速发展阶段。
城市轨道交通以其容量大、效率高、污染小的优点,迅速成为许多大城市解决交通问题的首选。
我国已形成地铁、高架轻轨、城市高速铁路等多元化发展趋势。
我国城市轨道交通也进入了快速发展阶段。
到目前为止,我国已有14个城市拥有城市轨道交通,并已投入运营。
13个城市已开始规划和建设城市轨道交通。
城市轨道交通里程超过1580公里,在建轨道交通里程达到1830公里左右。
它是世界上城市轨道交通里程最大的国家,也是高速发展的趋势。
它势不可挡。
2010年,工信部宣布,我国城市轨道交通总投资将超过8000亿元,投资规模仅次于铁路和公路。
工业和信息化部估计,到2015年,中国城市轨道交通车辆数量将增加到2万辆,达到2.6万辆。
截至2009年底,中国共制造城市轨道交通车辆约3740辆。
由此可见,随着城市轨道交通的发展和城市经济的发展,车辆设备的投资也在迅速增加。
1.2设计的意义目的
城市轨道交通产业的加速发展缓解了城市的交通压力,促进了城市经济的发展。
我国城市轨道交通的发展历史较短,经验不足,尚未建立起完全独立的城市轨道交通制造业。
许多交通系统,如轨道交通车辆、通信信号和控制以及相关的维护设施,都是从不同的国家引进的。
不同的规范标准可能会给施工管理留下问题和安全隐患。
因此,研制和生产与轨道车辆配套的检修设备是十分必要的。
空气弹簧是地铁车辆振动和噪声控制的重要部件之一,与其他车辆弹性件相比,空气弹簧质量优越,内摩擦小,刚度和承载能力可调,对高频振动具有优良的抗振噪声能力。
乘坐舒适性大大提高。
随着国际工业技术的不断发展,设备振动、噪声控制和低频振动控制越来越重要。
空气弹簧是交通运输行业中最好的防震降噪装置之一。
1.3设计的内容及方法
笔者此次采用了文献法和调研法,通过在知网、图书馆等资料中心进行资料收集和整理,总结诸多关于地铁空气弹簧常见故障及预防的资料。
并且笔者亲自在地铁工作站实习,调查发现了最新的问题处理的方法。
最空气弹簧中常见的四大问题进行了原因分析,并针对这些问题,提出了自己的解决建议。
第2章空气弹簧工作原理
2.1空气弹簧结构
与空气弹簧相比,空气弹簧具有线性刚度特性,在轨道交通车辆中的应用受到限制。
这有两个主要原因。
其中一个原因是,当车的负载量大时,车的负载量大,地板高度不同,想成为第一个祝你幸福的人。
春天没有这样的特征。
即采用空气弹簧悬架,大大提高了车辆系统运行的稳定性,大大简化了转向架的结构,使转向架更轻,维修更方便。
轨道交通车辆采用空气弹簧一般分为三个步骤。
⑴利用空气弹簧的垂向特性,提高车辆系统的垂向运行平稳性;
⑵空气弹簧的垂向和横向特性并用,取消转向架二系悬挂装置中的摇动台,简化转向架结构;
⑶充分利用大位移(包括扭转)和低横向刚度空气弹簧(图1、图2)的三维特性,取消摇枕,彻底实现转向架二系悬挂装置的轻量化,使采用抗蛇形运动减振器成为可能,可以更好地协调转向架二系悬挂装置的性能。
转向架蛇形运动的稳定性与良好的曲线通过性能之间的矛盾。
图1无摇枕转向架图2无摇征转向架二系悬挂装置
空气弹簧的整个悬架系统主要由空气弹簧体、附加气室、高度控制装置、压差阀和节流孔(阀)组成,如图3所示。
该系统的工作原理是:
当车辆静载荷增大时,空气弹簧1被压缩,空气弹簧的工作高度降低,高度控制阀2随车身降低,调节并固定杆3的长度,使杆4旋转,打开控制阀V。
产生一个进气机构,压力空气通过列车5号风源的高控阀的进气机构进入空气。
空气弹簧1和附加空气室8返回到原始工作高度,直到高度调节杆返回到水平位置。
当车辆静载荷降低时,空气弹簧1伸出,空气弹簧工作高度增加,高度控制阀2随车身上升。
由于高度调节杆3的高度是固定的,所以高度调节杆4旋转以打开控制阀。
排气由空气弹簧1和附加空气室8调节,由高度控制阀的排气机构通过排气口6排放到大气中,并进行调节,直到杠杆回到水平位置。
图3空气弹簧悬挂系统
1.空气弹簧2.高度控制阀3.高度调整连杆4.高度调整杠杆
5.列车风源6.排气口7.节流孔(阀)8.附加空气室9.差压阀
空气弹簧悬挂系统具有理想的S形非线性刚度特性,在正常工作范围内刚度较低,振幅较大时刚度突然增大,使车体位移过大。
空气弹簧能有效地吸收高频振动和分离噪声,自动高度控制阀采用车辆静载荷,保持地板高度不变。
也就是说,空气弹簧具有恒定的工作高度。
更重要的是,随着空气弹簧技术的进步,利用低侧向刚度和大扭转变形空气弹簧的实际应用,有可能研制出无摆枕式转向器。
在无摇枕转向中,利用柔性空气弹簧横向刚度低、扭转变形大的特点,取消了传统转向架两级悬挂结构中的振动台和摆枕装置,车身由空气弹簧E直接支撑。
l大大降低了转向架的结构,减少了800到1000公斤的隐形研磨重量。
实现了照明,提高了方向盘的维护和安全性。
在相同条件下,决定空气弹簧刚度特性的主要因素是形状、橡胶袋材料、帘角以及上盖和下座的几何参数。
所采用的金属叠层橡胶副弹簧结构对空气弹簧系统的性能也有重要影响。
一般来说,对于悬挂空气弹簧的汽车,要求汽车在垂直和横向的低频自振频率小于1赫兹。
空气弹簧性能评价的主要参数如下。
⑴有效直径,约450~640mm。
⑵垂直静/动刚度,垂直静刚度一般为0.3~0.4MN/m。
⑶水平静/动刚度,水平静刚度一般为0.15~0.2MN/m。
⑷最大允许的垂向位移,±30mm。
⑸最大允许的横向位移,±60~120mm。
⑹工作高度,约200~300mm。
空气弹簧的采用大大提高了汽车悬架系统的静挠度,同时提高了汽车在垂直和横向振动频率下的运行稳定性。
另外,车辆系统的侧倾刚度随着垂向挠度的增大而减小,通过分支和曲线时,车辆侧倾角度增大。
我想开车。
对侧滚轴的作用是在不增加车辆垂向和横向悬挂刚度的前提下,增加车辆对侧滚轴刚度,并将车辆限制在线路大排的侧滚轴角度,使车辆不超过允许值。
d动态条件下的车辆极限,以及乘坐舒适性。
可以看出,对辊的本质是一个扭转弹簧,它不抑制车辆的上下运动和横向运动,但在车辆侧向转弯时会产生较大的恢复力矩,提高了车辆阻力的稳定性。
侧辊的刚度通常为2至3mnm/rad。
对侧辊杠杆装置必须有合理的设计和安装结构。
否则会对车辆直线行驶的稳定性产生不利影响。
使用空气弹簧的另一个优点是,可以在空气弹簧体和附加气室之间安装固定尺寸的节流孔或可变阻尼节流阀,而不是两个液压减振器。
固定节流孔结构简单,空气弹簧成本不增加,但阻尼效果不好。
固定节流阀的直径约为13毫米。
由于可变阻尼节流阀可以根据振动速度的变化改变节流孔的开度,因此即使在高频振动范围内,在低频振动范围内也具有良好的阻尼效果。
空气弹簧采用可变阻尼节流阀,不仅对车辆垂直方向的高度有阻尼作用,而且对适合低频振动的低频振动也有阻尼作用。
当然,你采用节流阀吗?
还是提供液压减震器?
欧洲有许多立式液压铲。
无摆枕转向的双向悬挂装置(图4)主要由空气弹簧1、防侧倾辊2、高度控制阀3、压差阀4、可变节流阀5、横向液压减振器6、防蛇形减振器7、横向限位器8、牵引杆9、牵引座10等组成,在这种结构中,PIL低枕取消的特点是,它使大横向位移和扭转变形使用空气弹簧,以及低垂直和横向刚度的空气弹簧。
车辆运行期间空气弹簧的横向位移不超过最大60mm,垂直位移(包括扭转)达到110至120mm。
这种转向器是法国TGV的Y237、ICE2的SGP400、日本新干线系列车站的Stairgluc、从广州和上海进口的每种地铁巴士Stairgluc、国家CW-200型干线巴士隐形Grack、CCCZ11地铁客运专线Grack等。
图4无摇枕转向架
1.空气弹簧2.抗侧滚扭杆3.高度控制阀4.差压阀5.可变节流阀
6.横向油压减振器7.抗蛇行减振器8.横向止挡9.牵引拉杆10.牵引座
方向盘的方向盘具有用弹性空气弹簧直接支撑车身的功能,方向盘中心销和轴承重量侧摩擦侧的转动功能是利用空气弹簧在曲线上的水平运动和扭转变形来代替,转向架结构大大简化。
重量在500到700公斤之间。
高速摇枕转向的关键技术除了具有高弹性的空气弹簧、曲流运动减振器和低刚度牵引装置外。
抗曲流运动减振器具有非线性阻尼特性,有利于提高车辆的稳定性和车辆的曲线。
目前主要有单杠杆式、Z杠杆式、叠层橡胶式牵引装置。
日本采用结构简单、重量轻、空间小的单杆式牵引设备。
Z型杠杆式在欧洲使用。
叠层式橡胶堆牵引装置的纵向和横向刚度大,用于城市轨道车的隐身行走。
此外,为了进一步提高高速摇枕转向的横向性能,日本新干线700系列车辆转向隐形格栅2系统悬架具有可调横向液压减振器(半主动控制)和各向异性空气弹簧。
ICE2的SGP400转向系统具有DES旋转阻尼装置和主动横向弹性系统。
2.2空气弹簧分类及特征
空气弹簧诞生于20世纪50年代,是现代铁路车辆不可缺少的减震设备之一。
它是一种由橡胶和网制成的胶囊。
胶囊的两端由两块钢板连接形成压缩空气室。
气动弹簧的工作原理是利用活塞杆的横截面小于活塞横截面这一事实产生的压差,在密封的压力缸内充入惰性气体或油的混合物,并对其进行几倍或几十倍于大气压力的加压。
压力,从而减小活塞的横截面,实现活塞杆的运动。
空气弹簧比普通弹簧有很大的优势。
速度相对较慢,动力变化不大,易于控制。
空气弹簧以其优越性已广泛应用于城堡轨道车辆的双向悬挂系统中。
空气弹簧具有理想的非线性弹性特性。
安装高度调节装置后,车身高度不会因负载的增加或减少而改变。
弹簧刚度可以设计得更低,乘坐舒适,而列车运行的稳定性很高,降低了噪音,促进了绿色城市的建设。
1.分类
空气弹簧分类一般有三种分法:
按空气弹簧的结构类型分类、联接方式分类、密封形式分类。
空气弹簧按结构类型分为袋式、膜式和混合式。
膜式空气弹簧分为自由膜式和约束膜式。
混合气弹簧主要是袋式和膜式混合气。
空气弹簧按连接方式分类。
它通常分为固定法兰连接型、固定法兰连接型和非法兰连接型。
按密封形式分类空气弹簧:
一般可分为LHF型、JBF型、GF型、HF型、ZF型五种结构形式。
2.特征
刚度特性刚度特性是指空气弹簧在受力作用下受到变形而恢复的特性,这种特性称为刚度特性。
空气弹簧通常与压力、有效承载面积、气体温度和速度等因素有关。
此外,弹簧气动刚度的复杂度不仅是上述不稳定因素,而且是由分析得出的计算公式的复杂度。
当空气弹簧受到外力时,空气弹簧的频率特性会引起内部振动,这种现象称为频率特性,给出了空气弹簧的特性。
这种特性又称空气弹簧固有频率,它与弹簧内部的压力和弹簧有效面积变化率有关。
空气弹簧的阻尼特性与主室和吸气室的空气流量引起的压差密切相关。
由此产生的阻尼通过吸收空气弹簧的部分振动能量来减少振动。
当空气弹簧受到垂直力时,空气弹簧膜盒开始垂直压缩或拉伸。
这种现象被称为垂直特征。
当然,可以依次研究气动弹簧胶囊在各位移量下的变形程度,得到的点数据可以用曲线表示。
空气弹簧的垂直位移-载荷变化规律。
空气弹簧垂直特性的应用对提高汽车的冲击和安全性起着非常重要的作用。
第3章地铁车辆空气弹簧常见故障及原因分析
空气弹簧在防震方面有许多优点,广泛应用于现代道路、轨道交通车辆和工业机械等领域。
然而,在应用过程中,由于外界因素(如温度、湿度、酸度、压力等)和内在因素(如磨损、破损等)的双重影响,空气弹簧系统会引起多起故障,直接威胁到空气弹簧的使用。
3.1空气弹簧接口密封故障
空气弹簧是地铁列车的重要组成部分,也是列车转向的重要组成部分。
如图5所示。
列车通过接口与列车空气制动系统相连。
密封性能的好坏直接影响列车的制动效果。
为便于检修时空气弹簧的安装和拆卸,接口部分可根据正常密封结构适当改进为锥形结构,可与密封圈一起安装。
图5空气弹簧示意图
密封圈的接触环在安装后根据密封圈的形状进行了改变,另外三个侧面产生了接触应力,接触长度长,扁平结构中的接触应力分布更均匀,密封圈与密封圈底部的接触应力较均匀。
斜向结构中的位移最大,与沟槽的接触应力最小。
接触应力大于管道压力,两种结构均满足密封要求,应力分布优于密封效果。
横向位移:
如果空气弹簧两端的高度不匹配,则车体倾斜,列车通过曲线。
空气弹簧受到横向离心力。
在离心力的作用下,空气弹簧的上盖板和气囊有相对运动的趋势,并有摩擦力,当时间变长时,可以形成盖板和气囊之间的间隙。
另外,当水平位移发生时,水平面的水平面变为斜面,身体的倾斜度较大。
垂直位移:
连杆与空气弹簧上的枕头相连,座椅靠着列车的垂直位移定位。
如果列车的两个空气弹簧相差较大,则枕头不正确。
如果拧紧杆太紧,枕头很难复位,会长期发生垂直倾斜,空气弹簧位置不均匀膨胀,漏气。
简而言之,空气弹簧由三部分组成:
上盖、底座和橡胶气囊。
其中,安全气囊是最脆弱的。
当气囊受到外力冲击时,会被切割、刺穿、磨损和腐蚀,直接导致空气弹簧结构的破坏和漏气。
空气弹簧上盖板与气囊连接处橡胶老化导致密封性能下降,在运行中再次受到冲击,密封件脱落漏气。
上盖板的密封件和中间气囊与空气弹簧底座之间用硫化橡胶粘合。
当它们之间的粘合强度由于某些因素而降低时,空气弹簧会泄漏。
3.2压力急升引起总风欠压故障
地铁线路上运行的地铁列车在短时间内由空车变为超人。
气压迅速上升。
提供气压弹簧的主管道消耗大量的压力空气,主风管内的压力下降。
触发总气压开关(MRP),车辆自动紧急制动,以进行安全感应。
在总风压恢复到设定值之前,车不会移动。
当列车在地铁运行过程中停车时,乘客上下车,因此在列车负荷变化时不必考虑制动缸等部件的燃油消耗。
另外,考虑到最恶劣的工况,AWW负荷直接由AW0负荷变为AW3负荷,产生了空气弹簧的静态耗气量,气动发动机启动压力为790千帕,总风压开关的切割值为610千帕,空气压力为总风缸及其相关管道为790kpa。
图6总风缸至空气弹簧的气路原理图
图7紧急制动环路电气原理图
3.3地铁车辆空簧压力超限
通过检测空气弹簧压力的变化来计算地铁车辆的载荷。
制动系统根据车辆负载自动调整制动力,以达到既定的减速度。
空气弹簧压力设定在上下限,上限高于过载压力,离线值低于过载压力;如果空气弹簧压力在上下限之间,制动力随空气弹簧压力线性变化,在O时超过极限值。
过载时,施加一个固定的制动力,由于过载压力过大而发生超时故障。
在CBTC(基于通信系统的列车控制)和TMS(列车管理系统)协议中,当牵引系统和制动系统发生特定故障时,TMS系统必须向CBTC系统发送故障信号(数字信号)。
CBTC实现最大常用制动并退出ATO操作。
制动系统存在几种故障:
常见的制动功能故障;制动缸隔离、校准错误、序列号错误、传动错误、制动不缓解、气缸压力低。
检查ATO退出时间后,TMS向CBTC发送故障信号,制动系统报告空气弹簧超压故障,确认ATO退出是空气弹簧超压引起的。
空气弹簧压力过高可能有两个原因:
空气弹簧或压力传感器故障;列车超载。
为查明空簧压力超限情况,在早高峰故障易发时段,对运营列车进行实时监测,并对监测到的超限压力进行了统计,并发现
1)牵引车的过载相对较低,也就是说,牵引车的过载是由于相对较高的卸载压力造成的。
2)在车辆运行过程中,平台和运行间隔出现空气弹簧压力超限故障,间隔相对较多。
3)空气弹簧压力超限断层主要集中在云峰北街至沈阳站、沈阳站至太原街段。
两段最小曲率半径(m)分别为300和350,载乘客较大。
3.4胶囊故障
城市轨道空气轨安全气囊长期暴露在空气中,粉尘和各种有机污染物总是与各种酸碱物质接触。
安全气囊的外表面逐渐腐蚀,可装在安全气囊上的压力大大降低。
充注正常工作压力可能导致气囊承受相应的压力和破裂。
气泡:
在空气弹簧气囊的制造过程中,内外胶层和帘线层粘合不好。
在列车运行过程中,一些空气会进入并滞留在内外橡胶层和帘线层之间,导致气囊表面出现局部气泡。
气泡很容易损坏胶囊,因此如果气囊中有气泡,则有必要考虑更换新气囊。
磨损:
在城市轨道车辆运行过程中,特别是跨越弯道时,安全气囊会相对上盖板与底座接触部位移动,产生滑动摩擦。
随着时间的推移,磨损的伤口会危及安全气囊的帘线层。
当帘线层被破坏时,气囊几乎被丢弃,然后气管需要重新通风。
为此,列车必须注意在车辆段内对该部分进行检查,发现安全气囊的帘线层损坏,及时更换安全气囊。
城市轨道车辆空气弹簧安全气囊是由橡胶制成的,受温度的影响很大。
夏季列车在高温下连续工作,橡胶气囊受热软化。
冬季,橡胶气囊在低温的作用下收缩硬化,积累的气囊逐渐变得脆弱、无弹性。
此时,如果突然遇到乘客负载突然增加或充气压力过大,可能导致气囊被压下而无法弹起,或气囊被气流直接冲破而破裂。
第4章地铁车辆空气弹簧常见故障处理
4.1空气弹簧接口密封故障处理
接触应力远大于气体压力,密封圈满足密封要求。
平面结构中密封圈的接触应力最大约为70°,斜向结构中的接触应力基本不变。
在压缩性相同的情况下,平面结构的接触应力大于对角结构。
压缩速率越高,接触应力越大。
然而,大压缩性很可能导致材料永久性。
由于其变形和密封,因此选择15%的压缩比是合适的。
平面结构中密封圈的接触应力在锥角α约70°处最大,斜向结构中的接触应力基本不变。
平面结构的接触应力大于对角结构,接触直径为2.65mm,同时接触应力最大。
直径。
φ是3.5毫米。
虽然接触应力基本相等,但接触长度显著增加,并考虑了空气弹簧界面的尺寸,最好形成直径为3.5mm的密封圈。
在这两种结构中,密封圈的压缩速率增大,密封应力增大,截面直径增大,密封应力减小。
当锥形界面的锥角α约为70°时,密封圈的接触应力最大。
在平面结构中,密封圈的接触应力大于斜向结构。
密封环截面直径3.5mm,压缩比w为15%,密封槽平整,锥角α为ab。
4.2压力急升引起总风欠压故障处理
溢流阀是保持回路工作压力恒定的压力控制阀,当导管内压力大于工作压力值时,导管导通,当导管内压力小于工作压力值时,管道被切断。
空气弹簧风管上增加的溢流阀工作压力大于(600±10)kpa,并保证恒定的残余量,溢流阀工作压力根据系统特点设定为650kpa。
在上述情况下,当操作溢流阀时,列车启动后空气弹簧不足的最大空气量为47.7s。
此时空气弹簧的高度低于正常值。
正常运行时,站间运行时间一般在2分钟左右,因此下一站后的制动效果不大。
另外,当增加溢流阀时,送风量不增加,使AW0负载突然变为AU3负载,空气弹簧压力换算的实际车辆负载(AS)与实际车辆负载不匹配。
随着每小时风速的增加,负荷差减小到零。
在这种情况下,可以实时采集负载信号,以减少由于负载差异而导致的牵引力/制动力不足。
。
为了保证一定的余量,将气动单元的启动压力范围设置为900至1000千帕,以满足AW0负载变为直接AW3负载时气动弹簧的数量。
然而,要做到这一点,必须注意与制动器和风源系统有关的阀门部件、管道和接头的耐压性和气密性。
由于用户流量突然增加的现场具有一定的可预测性,根据本节分析,司机可以在某站前启动强制泵风,将总风升到900kpa以上作为改进前的临时解决方案。
为了保证一定的余量,将总空气欠压开关的下限动作值设置为500kpa,大于该型列车在AW3载荷下紧急制动缸压力空气的压力值。
4.3地铁车辆空簧压力超限
造成这一问题的主要原因是压力过载故障主要是由车辆超载引起的,通过调整报警压力上限和早峰多开列车可以解决这一问题。
4.4胶囊故障处理
胶囊由金属骨架和硫化橡胶组成。
主要有四种类型。
平橡胶囊、沙表橡胶囊、锥形橡胶囊、平+锥形橡胶囊,南京地铁列车采用橡胶桩圆锥。
在一般工作区裂纹中,随着载荷的增加,橡胶的变形表现出明显的异常,而非工作区由于载荷的变化,橡胶的变形不明显。
工作区开裂时会影响胶堆的性能,必须及时更换。
非工作区开裂较轻,不影响使用性能。
如果橡胶拆卸深度大于20毫米,则需要更换橡胶。
滚筒包装的尺寸很小(拇指大小范围),并且可以使用诸如泡沫表面橡胶的针尖之类的尖锐物体来进行穿刺。
打开空气后,它检测是否有泄漏并跟踪。
如果鼓包较大,则需要更换膜盒。
空气弹簧主要由金属件和橡胶件组成,安装在转向架和车身之间,传递垂直力和侧向力。
运行时,空气弹簧通过内压空气承受垂直载荷,并利用胶囊和橡胶堆的弹性来承受各个方向的变形。
通常,空气弹簧的金属零件不会造成任何质量问题。
空气弹簧的性能主要取决于胶囊和橡胶堆。
由于橡胶材料的特性与环境、操作条件的相互影响,在正常使用状态下会出现裂缝、胶黏剂、磨损等问题。
在这些问题中,有些属于正常现象,仍然可以使用。
但是,有些缺陷会影响性能,列车上可能会发生安全事故。
你必须立即更换。
第5章结束语
空气弹簧在应用过程中,由于受到各种外界因素(如:
温度,湿度,酸碱度,压力等)和内在因素(如:
磨耗,破损等)的双重影响,难免会产生各式各样的故障,从而直接威胁到空气弹簧的使用寿命。
本文总结分析了空气弹簧常见的漏风故障和胶囊故障。
对造成空气弹簧漏风故障的三大原因:
空气弹簧产生位移导致漏风、空气弹簧密封性问题导致漏风和气囊破损导致漏风进行了叙述,描述了故障产生现象并分析其原因。
以期能够提前做好预防和保养工作,尽量延长空气弹簧的使用.
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