汽车起重机液压系统毕业设计.docx
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汽车起重机液压系统毕业设计
前言1
1绪论2
1.1汽车起重机概述2
1.2国外汽车起重机发展概况及发展趋势2
1.2.1国外汽车起重机发展概况2
1.2.2国外汽车起重机发展趋势4
1.3国汽车起重机的发展概况和发展趋势4
1.3.1国汽车起重机的发展概况4
1.3.2国汽车起重机发展趋势6
1.4汽车起重机上液压系统的特点7
1.5汽车起重机液压系统的运用现状和发展趋势8
1.6课题意义和主要研究任务8
2QY25K汽车起重机工况分析9
2.1QY25K汽车起重机简介9
2.2QY25K汽车起重机液压系统组成及特点10
2.2.1下车液压系统10
2.2.2上车液压系统11
2.3QY25K汽车起重机的各组合、分配及控制12
2.4QY25K汽车起重机的整机技术参数13
2.5QY25K汽车起重机的工作等级14
2.6典型工况分析及对系统要求15
2.6.1伸缩机构的作业情况15
2.6.2副臂的作业情况15
2.6.3三个以上机构的组合作业情况16
2.6.4典型工况的确定16
2.6.5系统要求17
2.7QY25K汽车起重机主机的工况分析18
2.7.1运动分析18
2.7.2动力分析19
2.7.3液压马达的负载20
3QY25K汽车起重机液压系统设计21
3.1QY25K汽车起重机液压系统额定压力的确定21
3.2QY25K汽车起重机液压系统的基本回路设计22
3.2.1起升机构回路的设计22
3.2.2变幅、伸缩机构回路的设计23
3.2.3回转机构回路的设计24
3.2.4支腿机构回路的设计25
3.3液压系统的控制分析27
3.3.1负荷传感27
3.3.2恒功率控制28
3.3QY25K汽车起重机液压系统原理图28
4QY25K汽车起重机液压系统参数的计算29
4.1变幅机构29
4.1.1变幅液压缸的受力分析30
4.1.2变幅机构较点三角形31
4.1.3变幅液压缸的推力计算33
4.1.4变幅液压缸性能参数的确定34
4.2支腿机构38
4.2.1按三点支撑的压力计算38
4.2.2支腿液压缸作用力的确定38
4.2.3液压缸尺寸的确定38
4.2.4液压缸伸缩速度及流量的计算40
5液压系统元件选型42
5.1液压马达和液压泵的选择计算42
5.1.1主、副卷扬马达和泵的选择42
5.1.2回转回路、支腿回路马达和回转泵的选择43
5.1.3伸缩变幅回路泵的选择45
5.2液压阀的选择45
5.3液压辅助元件选择47
5.3.1油路的选择47
5.3.2油箱选择49
5.3.3滤油器的选择51
5.3.4液压传动的工作介质(液压油)的选择51
5.4QY25成气车起重机主要元件明细表51
6系统各回路性能计算52
6.1系统各回路功率计算52
6.1.1管路系统容积效率及压力效率计算52
6.1.2压力损失52
6.1.3管路系统总效率错误!
未定义书签。
6.2系统各回路性能的验算错误!
未定义书签。
6.2.1起升回路.错误!
未定义书签。
6.2.2回转回路52
6.2.3伸缩回路错误!
未定义书签。
6.2.4变幅回路53
7QY25K汽车起重机的技术和经济性分析54
8结论55
致56
参考文献57
附录A错误!
未定义书签。
附录B错误!
未定义书签。
前言
工程起重机是各种工程建筑广泛应用的重要起重设备,是用来对物料进行起重、运输、装卸或安装等作业的机械设备,在工业和民用建筑中作为主要施工机械而得到广泛运用。
它对减轻劳动强度、节省人力,降低建设成本,提高施工质量,加快建设速度,实现工程施工机械化起着十分重要的作用。
相对于其他起重机,汽车起重机不仅具有移动方便,操作灵活,易于实现不同位置的吊装等优点,而且对其进行驱动和控制的液压系统易于实现改进设计。
随着液压传动技术的不断发展,汽车起重机已经成为各起重机生产厂家主要发展对象。
随着中国社会的发展,社会生活中对起重机的需求越来越大,所以起重机的研发越来越紧迫,由于汽车式起重机转场灵活,从而方便快捷,所以进几年我国的汽车式起重机发展很快。
但是,与国外汽车式起重机相比,国外汽车式起重机技术得到了飞速发展,为了降低整机成本,提高性能,整机质量越来越小,在起重性能相同的情况下,自重约比十年前降低了20%左右,由于车辆自重的减小,使车辆采用尽可能少的轴数(尤其是大吨位起重机),这样,大大简化了车辆的结构,成本降低,同时提高了起重机的作业能力及使用经济性,所以,同等吨位的销售价较前十年有大幅下降,对中国国市场造成了很大冲击,因此,对我国的汽车式起重机的生产者来说是一个严峻的考验。
加大对汽车式起重机液压系统的设计的研究,努力创新和借鉴外国经验是当务之急。
1绪论
1.1汽车起重机概述
在底盘上装设起重设备完成吊装任务的汽车称为汽车起重机。
我国新J代汽车起重机产品,起重作业的操作方式,大面积应用先导比例控制,具有良好的微调性能和精控性能,操作力小,不易疲劳。
通过先导比例手柄实现比例输送多种负荷的无级调速,有效防止起重作业时的二次下滑现象,极大的提高了起重作业的安全性、可靠性和作业效率。
部分大型汽车式起重机还在伸缩臂上使用了单缸插销的伸缩技术,通过液压销作用,以单个液压油缸可完成多节伸臂的运动,并达到各种工况的程度控制和自动伸缩,改变了以往能不油缶工加部绳排的作业方式,使起重机相对更轻,拓展了起重机向更高工作高度发展的空间。
根据吊臂结构可分为定长臂、接长臂和伸缩臂三种,前两种多采用桁架结构臂,后一种采用箱形结构臂。
根据动力传动,乂可分为机械传动、液压传动和电力传动三种。
因其机动灵活性好,能够迅速转移场地,广泛用丁土木工程。
现在普遍使用的汽车起重机多为液压伸缩臂汽车起重机,液压伸缩臂一般有2~4节,
最下(最外)一节为基本臂,吊臂装有液压伸缩机构控制其伸缩。
图1-1所示为安装在专用汽车底盘上的伸缩臂式液压汽车起重机。
图1-2为QY25Kffi
汽车起重机。
1.2国外汽车起重机发展概况及发展趋势
1.2.1国外汽车起重机发展概况
目前世界上约有白余家企业生产汽车起重机,但著名的也就右十余家,如美国的格鲁夫、德国的利勃海尔、德马克、日本加藤、多田野等。
生产的汽车起重机品种有数白种,90年代以来,生产,销售各种吨位的起重机万余台。
汽车起重机的市场主要集中在东业、北美和欧洲。
东业约占销售量的40%,北美和欧
洲各约占20%0国外汽车起重机发展的主要特点可以归纳为:
多品种生产,标准化程度高和一机多用。
就分布于三大市场的产品而言,以德国为主的欧洲市场,其产品主要特点为:
(1)全地面起重机占主导地位,约占市场份额的80%。
⑵大吨位产品为主,利勃海尔公司占销售额的70%〜80%式100吨以上的产品。
(3)技术先进,及时采用世界最新的技术成果。
(4)专用配套件多,这以为欧洲发展汽车起重机的得天独厚的条件。
以日本为主的东业市场和以美国为主的北美市场,其产品主要特点有:
(1)越野汽车起重机占主导地位,约占70%〜80%,其次为轮式起重机,全地面起重机所占比例较小。
(2)多系列生产,吨位居多。
(3)注重适应性和经济性。
在保证产品性能和功能提下,大量采用通用配套件,而不强调追赶新技术,故产品可靠性较好。
目前,世界汽车起重机的生产,从技术上讲,德国利勃海尔公司略占优势,但从企业规模上讲,美国格鲁公司居世界首位。
而生产量则是日本的多田野和藤加最多。
市场总的趋势式供大于求,面对激烈竞争,国外各大公司除了纷纷增加投资、扩大生产、提高自身的竞争能力外,还通过联合或兼并来提高在国际市场的份额。
如1984年,美国格鲁夫公
司收购了英国老牌企业科尔斯公司。
1987年,德国克虏伯公司收购了格的瓦尔德公司,称为当时德国最大的起重机公司,但该公司1995年乂被美国格鲁夫公司收购。
1990年,日本多田野兼并了德国法恩公司等。
在起重机行业,国外的大型汽车起重机的发展比我国迅速,在技术和运用上已相当成熟,目前国际市场对汽车起重机的需求在不断增加,从而使国外各大汽车式起重机制企业在生产中更多的应用优化设计,机械自动化和自动化设备,这对起重机行业的发展造成了很大的影响。
目前国外的起重机企业主要是生产大吨位的起重机,而且有完善的设计体系,和一批先进的研发人员,不断的进行创新和完善。
国外的制造企业现在已经达到规模化的生产,技术含量比较高,而且液压技术和电子技术在汽车起重机的设计中也已广泛的应用,很多企业的品牌在用户的心中已经打上了坚实的烙印,这也使的国外起重机的继续发展占有了更大的优势。
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1.2.2国外汽车起重机发展趋势
1)设计、制造的计算机化、自动化
近年来,随着电子计算机的广泛应用,许多国外起重机制造商从应用起重机辅助设计系统(CAD),提高到应用计算机进行起重机的模块设计。
起重机采用模块单元化设计,不仅是一种设计方法的改革,而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平,老产品的更新换代,新产品的研制速度都将大大加快。
对起重机的改进,只需更改几个模块;设计新的起重机只需新的不同模块进行组合,提高了通用化程度,可使单件小批量的产品,改成相对批量的模块生产,能使较少的模块形式,组合成不同规格的起重机,满足市场的需求,增强了竞争力。
2)起重机控制元件的革新与应用
起重机的距离检测防撞装置,采用无线电信号型的防撞装置,防撞系统由三相系统组成,用来监控起重机前端行使距离,一般首先发出信号警示,接着将大车车速减小到50%
最后切断电机电源,将大车制动。
3)新材料、新工艺的应用。
由于钢铁工业新技术的应用,刚才质量得以提高,在设计起重机主梁强度时,可使用较高的许用应力,而不需要较高的安全系数,以便减少起重机材料用量,从而降低设备的重量和价格,起重机配套的零部件的制造也得益于新材料的不断产生,使得起重机向更轻,
更好的方向发展。
1.3国汽车起重机的发展概况和发展趋势
1.3.1国汽车起重机的发展概况
我国在1957年生产第一台5T机械式汽车起重机到现在已有50多年历史,它的生产大致经历了以下几个阶段:
1957〜1966年以生产5T机械式汽车起重机为主;1967〜1976年以生产12T以下小型液压汽车起重机为主;1977〜1996,16〜50T吨位液压汽车起重机产品发展较快。
自1979年开始,我用进口汽车底盘和关键液压件,自行设计生产出了6T、20T液压
汽车起重机之后,国一些起重机生产厂家采用技贸结合方式,分别引进日本多田野,加藤,美国格鲁夫和德国利勃海尔,克虏伯的起重机产品技术,以结合生产的方式相继制造出25T、35T、45T、50T、80T、125T汽车起重机和25T越野轮胎起重机以及32T、50T、70T全路面起重机。
这些企业经过多年来对引进技术的消化、吸收、移植,使国产轮胎式起重机一些新产品的性能水平达到了国际80年代初的水平,产品产量也逐年有所提高。
许多专家认为,高速发展的市场,是中国汽车起重机产业各个厂商有利的技术创新基础和环境。
近几年来,中国汽车起重机产业的主力厂商在加速追赶国外先进水平的进程中,一直坚持自主的技术创新道路,基本上没有整体引进外国技术的做法,也使得中国汽车起重机产业在达到和接近国际先进水平的同时,在产品技术上拥有明显的中国特质。
受公路车辆行驶的限制,国外工程起重机在70吨级以上,基本发展了全路面底盘技术,采用独立的油气缸悬挂方式,而中国起重机产业则继续在汽车板簧式技术上发展到目前的130吨级产品。
这其中,形成了独用的多桥板簧平衡悬:
挂技术,解决了多桥车辆在设计中的桥荷平衡,以及行驶过程中单桥过载等问题,并且实现了多桥(四桥以上)车辆的多桥转向系统,满足了国家对公路车辆的最小转弯半径的要求,使得汽车式大吨位起重机行驶基本达到与全路面起重机的独立悬:
挂相当的行驶能力。
另外,国像重工等重量级厂家,经过几年的自主摸索与创新,成熟掌握了全路面起重机的全部技术,制造出了200吨级及以上的超大型产品,虽然与国外最大800吨的产品还有一定差距,但是已经不存在不可跨越的障碍,中国汽车起重机行业达到国际最先进水平已经是一个时间和进度问题。
中国汽车起重机底盘到目前已经应用了CAN总线控制系统,达到点对点、一点对多点(成组)及全局广播集中方式传送和接受数据,达到了防抱死防滑转、电喷发动机控制、自动变速,扭矩实时控制、经济运行速度等的自动计算控制,提高了操纵的自动性、系统的可靠性、人机界面的可视性,达到了真正意义上的信息集成和智能化。
上车起重机部分已经大量应用PLC可编程集成控制技术,带有总线接口的液压阀块、马达、油泵等控制和执行元件已较为成熟,液压和电气已实现了真正紧密的接合。
可通过软件实现控制性能的调整,大幅度减化控制系统、减少液压元件、提高系统的可靠性,具备了实现故障自动珍断、远程控制的能力。
1.3.2国汽车起重机发展趋势
近年来随着建筑工程规模不断扩大,起重安装工程量越来越大,尤其是现代化大型石油、化工、冶炼、电站以及高层建筑的安装作业逐年增多。
因此,对汽车起重机,特别是大功率的起重机的需要量日益增加。
随着现代科学技术的发展,各种新技术、新材料、新结构、新工艺在汽车起重机上得到广泛的应用。
所有这些因素都有力地促进了汽车起重机的发展。
根据国外现有汽车起重机产品和技术资料的分析,近年来汽车起重机的发展趋势主要体现在以下几个方面。
1)提高起重机的起重量
由于现代工程项目想大型化发展,所需构件和配套设备的重量在不断增加,对超大型起重设备的需求也越来越多。
在汽车起重机向大型化发展过程中,德国始终处于遥遥领先的地位。
现在,最大吨位的汽车起重机为德国利勃海尔公司生产的LTM11000D型。
最大
额定起重量为1000T。
2)微型起重机大量涌现
汽车起重机的微型化是适应现代建设工作的需要而出现的一种新的发展趋势。
走在前
面的是日本的神户制钢公司,它于10多年前开发的RK70(7T)型是世界第一台装有下俯式臂架的“迷你”越野轮胎式起重机。
目前,下俯式臂架已成为“迷你”起重机的重要标
o
3)混合型起重机在发展
混合型起重机是为了特定用途而开发出来的。
如利勃海尔公司生产的LTL1160型越野
轮胎起重机就是为了维修庞大的斗轮挖掘机而专门研制的。
德马格双桥AC25(25T)全路
面起重机,结构非常紧凑,车身长9m非常适应城市狭窄地段工作所以乂被称为城市型起重机。
4)采用新技术、新材料、新结构、新工艺
为了减轻起重机的自重,提高起重性能,保证起重机高效可靠地工作,各国非常重视采用新技术、新材料、新结构和新工艺。
5)广泛采用液压技术
由于液压传动具有体积小,重量轻,结构紧凑,能无极调速,容易布置,操纵轻便,运转平稳和工作安全等优点,因此,近年来国外各种类型的起重机广泛采用液压传动。
6)一机多能,扩大工作围
为了充分发挥起重机的作用,扩大其使用围,有的国家在设计起重机时重视了产品的多用性。
例如在工作装置设计方面,除了使用吊钩外,还设计了配备有电磁吸盘、抓斗、拉铲和木料抓取器等取物装置。
有的还设计成用于建筑基础工程中,如装设钻孔装置和掀动打桩拔桩装置等一机多用的产品。
1.4汽车起重机上液压系统的特点
汽车起重机由于它是利用汽车底盘,所以具有汽车的行驶通过性能,机动灵活,行驶速度高,可快速转移,转移到作业场后能迅速投入工作,因此特别适用于流动性大,不固定的作业场所。
由于汽车底盘通常是由专业厂生产的,因而在现成的汽车底盘上改装成起重机比较容易和经济。
汽车起重机由于具有上述这些特点,因此随着汽车工业的迅速发展,近年来各国汽车起重机的品种和产量都有很大发展。
但汽车起重机也有其弱点,主要是起重机总体布置受汽车底盘的限制,一般车身都较长,转弯半径大,并且只能在起重机左右两侧和后方作业。
1)在起重机的结构和技术性能上的优点:
来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构,其间可以获得很大的传动比,省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。
不但使结构紧凑,而且使整机重量大大的减轻,增加了整机的起重性能。
同时还很方便的把旋转运动变为平移运动,易于实现起重机的变幅和自动伸缩。
各机构使用管路联结,能够得到紧凑合理的速度,改善了发动机的技术特性。
便于实现自动操作,改善了司机的劳动强度和条件。
由于元件操纵可以微动,所以作业比较平稳,从而改善了起重机的安装精度,提高了作业质量。
采用液压传动,在主要机构中没有剧烈的十摩擦副,减少了润滑部位,从而减少了维修和技术准备时间。
2)在经济上的优点
液压传动的起重机,结构上容易实现标准化,通用化和系列化,便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。
此种起重机作业效率高,辅助时间短,因而提高了起重机总使用期间的利用率,对加速实现四个现代化大有好处。
3)液压传动的主要缺点
液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。
为了防止漏油问题,元件的制造精度要求比较高。
油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。
液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。
从液压传动的优缺点来看,优点大于缺点,根据国际上起重机的发展来看,不论大小吨位都采用液压传动系统。
纵观众多用户的反馈意见,液压式汽车起重机深受他们的欢迎和好评。
所以QY25K型汽车起重机决定米用液压传动的形式。
1.5汽车起重机液压系统的运用现状和发展趋势
最早的汽车起重机液压系统常用单泵供油,后来为了满足起升、变幅、后来为满足起升、变幅、伸缩、回转机构的独立工作、联合动作以及快速提升的要求,出现了双泵统选用多联齿轮泵。
但齿轮泵存在压力受到限制和不能变量的缺陷,因而不能在闭式回路、功率匹配回路等系统中应用,故高压柱塞泵是发展的必然。
1)起升液压系统:
目前最常用的起升液压系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统,然而,现代施工要求。
起升系统节能、高效、可靠以及微动性、平稳性更好。
为了适应这些新的要求,以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代,定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。
这种系统将能有效地达到轻载高速、重载低速和节能等效果。
2)变幅液压系统:
变幅液压系统更趋节能高效,目前最先进的为变幅下降时充分利用吊臂和重物的重力势能,实现重力下放,下放的速度由先导手柄来无级控制,变幅平稳没有冲击。
3)伸缩液压系统:
对于具有5节以下伸缩臂的伸缩液压系统,国一般采用同步或顺序加同步的伸缩方式,当采用2级液压缸时,上下2液压缸实现部沟通,一般采用插装式平衡阀;对于具5节以上伸缩臂的液压系统,采用单缸插销伸缩机构,这种伸缩机构自重轻,能大幅提高起重机的起重性能,能有效地控制整机的重量,通过采用多油口和多平衡阀的油路来提高伸缩的效率。
4)回转液压系统:
起重机的回转所需功率最少,因而回转系统的要:
回转平稳,起重作业无侧载;回转系统的发展趋势为通过小马达、大传动比来实现操作平稳,通过设立回转缓冲阀和自由滑转机能来实现吊重的自动对中功能,从而有效防止侧载的产生。
5)操纵、控制系统:
机械式操纵是汽车起重机简单、广泛使用的一种操纵方式,而最有发展前途的还是电比例操纵系统,借助于计算机技术和可编程技术,汽车起重机将向智能化发展。
1.6课题意义和主要研究任务
QY25K汽车起重机届于中型起重机,是工程建设中较常用的一款汽车起重机。
生产厂家把生产的起重机所能够吊的吨位作为生产能力的主要标志,而忽视中小型起重机的技术发展,从某种方面来说是不完美的。
为了使设计出来的起重机具有高的性能,设计时不仅要采用一些国外的先进技术,也要有自己的创新技术。
这样,才能使自己设计出来的产品具有一定的先进性,很高的性价比,才能在市场中具有很强的竞争能力。
因此,设计这样一款汽车起重机不仅很有必要而且是可行的。
本课题主要针对汽车起重机的功能、组成和工作特点,结合国外汽车起重机的运用现状和发展趋势,设计一款能够适应国外工程建设的中型汽车起重机液压系统。
设计时,首先明确设计任务和设计要求,仔细研究设计方案,理活设计思路,使设计过程活晰化,在此基础上,进行以下研究工作:
1、分析已有的汽车起重机,结合设备特点,明确液压系统的设计要求,并进行工况分析;
2、确定汽车起重机液压系统的主要参数;
3、对各工作机构液压回路进行设计,拟定液压系统原理图;
4、根据整机工作参数和各机构主要参数对液压系统进行设计与计算,并且对主要液压元件进行选型;
5、对各回路及整个系统进行性能计算,其中包括各回路功率计算、各回路性能验算以及系统的发热验算等。
6、对液压油缸进行设计与图纸绘制。
2QY25K汽车起重机工况分析
2.1QY25K汽车起重机简介
采用全头大视野豪华型驾驶室、新型太空型操纵室,整机造型美观采用5节八边形双
缸,加绳排伸缩主臂和1节桁架式副臂,提高了整机的作业围,配置了大功率环保型发动机。
提高底盘的动力和通过性能可供先导操纵和非先导操纵两种配置,使用户具有更大的选择空间。
经国家工程机械质量监督检验中心型式试验和国家汽车质量监督检验中心的强制性目检,整机各项指标完全达到了相关标准的要求,安全环保项目符合国家强制性标准规定,经用户使用动力强劲起吊性能优良。
如图2-1所示汽车起重机主要由2回转机构、3支腿机构,4变幅机构、5伸缩机构和7起升机构组成。
QY25K型汽车起重机是一种中小型起重机,这种起重机的作业操作,主要通过手动操纵来实现多缸各自动作。
起重作业时一般为单个动作,少数情况下有两个缸的复合动作,为简化结构,系统采用一个液压泵给各执行元件申联供油方式。
在轻载情况下,各申联的执行元件可任意组合,使几个执行元件同时动作,如伸缩和回转,或伸缩和变幅同时进行等。
汽车起重机液压系统中液压泵的动力,都是由汽车发动机通过装在底盘变速箱上的取力箱提供。
液压泵为斜轴式柱塞泵,由丁发动机的转速可以通过油门人为调节控制,其输出的流量可以在一定的围通过控制汽车油门开度的大小来人为控制,从而实现无级调速;液压泵通过中心回转接头、开关和过滤器从油箱吸油;输出的压力油经回转接头多路换向阀手动阀组的操作,将压力油申联地输送到各执行元件,当起重机不工作时,液压系统处丁卸荷状态。
2.2QY25K汽车起重机液压系统组成及特点
2.2.1下车液压系统
下车油路采用手动多路换向阀控制水平支腿和垂直支腿的运动方向,车架两侧均可操
作,用户可根据实际情况进行选择。
支腿回路采用H式支腿,此支腿外伸距离大,每一支腿有两个液压缸,一个水平的,一个垂直的,支腿外伸后成H形。
四个水平支腿或垂直支
腿既可以单独伸缩也可以同时伸缩。
新型下车多路换向阀由于增加了限压阀,可有效防止水平液压缸活塞杆弯曲。
四个垂直支腿缸上装有双向液压锁,用于防止在起重作业时垂直支腿缶工活塞杆回缩或在行车时活塞杆自动伸出。
2.2.2上车液压系统
上车液压系统主要由液控先导操纵的多路换向阀控制系统,主操纵阀为负荷传感式比例多路换向阀,各联换向阀均设有抗冲击阀和防气蚀阀。
先导阀采用进口比例式液压阀,先导阀
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