滚筒式洗衣机

滚筒式洗衣机 机械装备自动控制专业方向课程设计 摘 要 洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器，模仿棒锤击打衣物原理设计，利用电动机的机械 做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。此次的设计任务为滚筒洗衣机的传动系统设计和操作系统设计，主要内容如下: 简单的介绍了滚筒洗衣机的现状与发展趋势，确定滚筒洗衣机的总体#设计#，并经过计算确定了双速电机与V带传动的设计。经过设计，滚筒洗衣机将变的更加节能、省时，并且降低噪音，减少洗衣机的重量和体积。 关键词:洗衣机;滚筒洗衣机; 双速电机;V带传动 机械装备自动控制专业方向课程设计 Abstract Washing machine is the use of electrical energy to produce machine to wash clothes clean appliance, imitate great hammer strike clothing design principles, make use of the motor mechanical work make roller rotation and fall clothing in the cylinder is constantly improve, to upgrade again fell, do repetitive movements, and the common function of washing powder and water to clean washing clothes. The design of the task of platen washing machine transmission system design and operating system design, the main content is as follows: Simple introduction of the present situation and the development trend of the platen washing machine, determine the overall design scheme of the platen washing machine, and the double speed motor were determined through calculation and the design of the V belt transmission. Through design, platen washing machine will be more energy saving, saving time, and reduce noise, to reduce the weight and volume of the washing machine. Key words: washing machine; Platen washing machine; Double speed motor; V belt transmission 机械装备自动控制专业方向课程设计 目 录 第一章 前言 ........................................................... 1 1.1选题背景和意义 .................................................... 1 1.2滚筒洗衣机的性能指标 .............................................. 1 1.3本设计的内容和难点 ................................................ 2 1.4 小结 .............................................................. 2 第二章 滚筒洗衣机的总体方案设计 ....................................... 3 2.1滚筒洗衣机的基本结构 .............................................. 3 2.2 滚筒洗衣机的工作原理 .............................................. 4 2.3 滚筒洗衣机各部分的设计方案 ........................................ 5 2.3.1 主体部分 ........................................................ 5 2.3.2 支撑部分 ........................................................ 6 2.3.3给排水系统 ...................................................... 7 2.3.4 传动系统 ........................................................ 7 2.3.5 控制系统 ........................................................ 8 2.3.6 操作系统 ........................................................ 8 2.4 洗衣机的减震系统 .................................................. 8 小结 ............................................................. 10 2.5 第三章 滚筒洗衣机的传动系统设计 ...................................... 11 3.1 传动系统设计方案 ................................................. 11 3.1.1双速电机 ....................................................... 11 3.1.2电容器 ......................................................... 12 3.1.3皮带轮 ......................................................... 12 3.2电动机的主要参数、结构及主要尺寸 ................................. 12 3.3 洗衣机V带传动 ................................................... 13 3.3.1V带结构 ........................................................ 13 3.3.2 V带的型号 ...................................................... 13 机械装备自动控制专业方向课程设计 3.3.3 V带的尺寸 ...................................................... 13 3.3.4 洗衣机V带的性能 ............................................... 14 3.3.5 V带传动的设计 .................................................. 15 3.4 小结 ............................................................. 17 第四章 滚筒洗衣机的操作系统设计 ...................................... 18 4.1 操作系统简述 ..................................................... 18 4.2操作面板的设计方案 ............................................... 18 4.2.1四键开关 ....................................................... 18 4.2.2 温度控制器旋钮 ................................................. 19 4.2.3 程序控制器旋钮 ................................................. 20 4.2.4 洗涤剂盒 ....................................................... 23 4.3各按钮、旋钮所控制的结构 ......................................... 23 4.3.1 单琴键开关 ..................................................... 23 4.3.3 程序控制器 ..................................................... 23 4.3.4杠杆臂 ......................................................... 24 结论 .......................................................... 25 第五章 致谢 ................................................................. 26 参考文献 ............................................................. 27 机械装备自动控制专业方向课程设计 第一章 前言 1.1选题背景和意义 图1-1滚筒洗衣机的基本构造 1.2滚筒洗衣机的性能指标 1)洗涤容量:5kg; ( (2)洗涤转速:67r/min; (3)脱水转速:600 r/min; (4)额定电压:AC220V; (5)最大输出功率:1150W; (6)总重量:约80kg。 1 机械装备自动控制专业方向课程设计 1.3本设计的内容和难点 本次设计的内容是滚筒洗衣机的设计，设计小组共包括9人，9个人共同完成洗衣机的总体方案设计，另外，本人还负责传动系统和操作系统的设计。设计任务如下: (1)了解滚筒洗衣机的基本结构，分析其工作原理，并完成总体方案设计; (2)对滚筒洗衣机的传动系统进行详细设计; (3)对滚筒洗衣机的操作系统进行详细设计; 本设计的难点在于操作系统的设计，操作面板上的按钮和旋钮的和功能必须要齐全，要考虑到洗涤程序的完整性，对不同质地、不同的衣物，洗衣机要使用不同的程序。 1.4 小结 前言部分主要涉及了选题的背景和意义、现代滚筒洗衣机的现状和发展趋势，还介绍了滚筒洗衣机的工作原理、滚筒洗衣机的优缺点，并附有本设计洗衣机的性能指标。 2 机械装备自动控制专业方向课程设计 第二章 滚筒洗衣机的总体方案设计 2.1滚筒洗衣机的基本结构 滚筒洗衣机尽管型号很多，但基本结构大致相同，归纳起来可以分成四个组成部分:外观支持部分、给排水部分、传动阻尼部分、电器控制部分和操作部分。 外观支持部分主要指洗衣机的外观支撑部分，为洗衣机的框架;给排水部分主要指洗衣机的进水系统和排水系统;传动阻尼部分主要指洗衣机的滚筒传动部分和洗衣机的减震系统;电器控制部分指洗衣机的各电气控制元件，来控制洗衣机的各种运行状态。 各部分具体组成如下:(针对前置式滚筒机) (1)外观支持部分 包括箱体、台面板、观察窗总成、底饰板、后背盖板、过滤器门等外观部件。 (2)给排水部分 包括进水管、电磁阀至贮水槽软管、贮水槽、分配器盒、贮水槽至外筒软管、外筒总成、外筒至泵软管、洗涤剂回收管、排水管等。 (3)传动阻尼部分 包括减震器总成、外筒悬挂弹簧、弹簧支架、皮带轮、皮带、外筒三角架总成、内筒、配重块、配重块垫块等。 (4)电器控制部分 包括:电脑板、电子模块、电磁阀、程控器、温控器、电机、排水泵、水位压力开关、微延时、电容、恒温器、水加热管、干扰抑制器、线路总成、定时器等。 (5)操作部分 包括:操作面板、程序标牌、琴键开关、琴键帽、调温器旋钮、程控器旋钮、指示灯和杠杆臂组成。 3 机械装备自动控制专业方向课程设计 1—操作面板 2—洗涤剂 3—内筒 4—远行前窗 5—玻璃视孔 6—洗涤液面 7—异型密封圈 8—洗涤物 9—外筒排水管 10—排水泵 11—过滤器 12—小皮带轮 13—双速电动机 14—传动三角带 15—洗衣机排水管 16—管状加热器 17—外筒 18—轴承与轴承座 19—大皮带轮 20—外筒的Y型支架 21—进水电磁阀 22—自来水龙 头 图2-1 滚筒洗衣机结构 2.2 滚筒洗衣机的工作原理 滚筒式洗衣机的洗涤原理与波轮式和搅拌式洗衣机不同。它是将洗涤衣物放在滚筒内，注入少量有洗涤剂的水，然后照洗涤程序进行加热洗涤。滚筒通过低速正、反转对衣物进行洗涤、漂洗，采用离心甩干脱水。滚筒式洗衣机能将衣物洗净，主要依靠以下三个方面的作用: (1)机械作用 滚筒式洗衣机其洗涤容器为一密封水筒不能漏水，称为外筒(外筒材质有塑料外筒和不锈钢外筒，部分厂家还采用过搪瓷外筒)。内装一个筒壁上有无数小孔的不锈钢滚筒，通过这些小孔，可以使洗涤液自由出入内筒，衣物在内筒之中。洗涤液盛放在外筒里，洗涤的水位液面高度大约在内筒半径的五分之二处，可使衣物在内筒里处在半浸泡状态。洗涤时洗衣机滚筒在电机的带动下作有规律的正、 4 机械装备自动控制专业方向课程设计 反方向旋转时，洗涤衣物便在筒内翻滚揉搓。一般情况下，洗涤时内筒中的水位越低越好(只要能将衣物浸湿)，一般情况下洗衣机洗涤转速在35转-65转之间。 滚筒内壁沿轴向设置了三条凸筋(也称举升筋、加强筋)。在内筒后部内筒后法兰也是拉伸成型，以增强洗衣机的洗涤效果，依靠滚筒内三条凸筋的作用，将洗涤衣物举升到高出洗涤液面，当将织物举升到高出洗涤液面的某一高度时(最好能在最高点)，洗涤衣物在自身重力作用下，自由跌落在洗涤液中。这样，洗涤衣物在洗涤液中与滚筒内壁和加强筋或拨水叶、内筒后法兰之间产生相互摩擦 ，产生“揉搓”作用。随着滚筒不断地正、反方向运转，织物也不断地被反复托起和落下，并不断地与洗涤液发生撞击。与此同时，滚筒壁上的举升筋一次不可能把衣物全部带动，只能带动靠近筒壁的衣物，于是各层织物之间、织物与筒壁之间不断地发生相对运动产生摩擦，从而使衣物充分变形，这些作用类似于手揉、揉搓、刷洗、甩打、敲击等手工洗涤的作用，从而使衣物洗涤得更均匀，达到去污、洗净的目的。 (2)化学作用 现代洗涤剂(一般为洗衣粉)化学成分较为复杂，它一方面起保护衣物、减少洗涤时衣物磨损的作用，还起着溶解衣物的污垢、产生膨润的现象、使洗涤衣物中的污垢脱落并使其悬浮于碱性溶液中的作用。 (3)热作用 滚筒式全自动洗衣机可对洗涤液进行加温选择，热洗时，可让洗涤剂充分发挥其作用。当洗涤液温度接近沸点时，对被洗衣物还有消毒作用。 2.3 滚筒洗衣机各部分的设计方案 2.3.1 主体部分 洗涤部分主要由内筒〔不锈钢滚筒〕，外筒(盛洗涤液用，又称盛水桶)、内筒叉形架、转轴、外桶叉形架、滚动轴承等组成。 (1)内筒及内筒叉形架 内筒又称滚筒。滚筒是滚筒式洗衣机对衣物进行洗涤、涤效果有着直接的关系。内筒一般是用厚度为0.4-0.7毫米的抛光不锈钢板卷制而成。有直径为3.5 – 5毫米的圆孔，孔与孔之间的距离大约为15 -20毫米。圆孔自内向外冲刷，翻边向外，内壁光滑，以防洗涤时挂伤织物。在滚筒内壁沿轴向有三条凸筋。这三条凸筋在洗衣过程中起举升织物的作用，又称举升筋。举升筋的高度一般在85-95毫米，举升筋的横断面为等边三角形。改变内筒凸筋的结构参数，增加机械力的作 5 机械装备自动控制专业方向课程设计 用。 内筒叉形架是用铝合金压铸而成的。在压铸过程中主轴和轴衬套被压铸在叉形架上成为一体，然后与内筒固定在一起，文撑内筒内筒与外筒配合完成洗涤工作。 (2)外筒及外筒叉形架 外筒也称盛水筒，一方面用来盛放洗涤液，另一方面对双速电机、加热器、温度控制器、配重块、减振器等部件起支承架作用，如图2-2所示。 1,叉形架固定孔 2,叉形架 3,主轴 图2-2 内筒叉形架 外筒叉形架由铝合金压铸而成，用来支承外筒。外筒叉形架内装有两个轴承，用密封圈把外筒及内筒转轴联接起来，使内外筒成为一体。 2.3.2 支撑部分 支承部分是由四个拉伸弹簧、弹性支撑减报器、外箱体及四个底角等组成。外筒采用整体吊装形式，上端由四个拉伸弹簧将外筒吊装在外箱体的四个顶角上，使洗衣机在工作时有较好的随机性。外筒底部由两只弹性支撑减振器，文撑在外箱体底部，与四个拉伸弹簧一起将外筒和外箱体连接在一起。洗衣机工作时，尤其是脱水的时候，产生的震动将通过弹簧和阻尼片衰减，使洗衣机在工作时有足够的稳定性。 外箱体是采用优质钢板冲压成形后铆、焊而成。箱体面进行磷化处理后，表面进行喷涂烘千，具有良好的防腐性能。外箱体底部的四个底脚可以调整，使整个洗衣机有良好的稳定性。 6 机械装备自动控制专业方向课程设计 2.3.3给排水系统 给排水系统由进水管、进水电磁阀、内进水管、洗涤剂盒、溢水管、回旋进水管、排水波纹管、过滤器、排水泵连接管、排水泵、排水管等组成。 (1) 进水管 是由两端带有紧固螺纹管接头的橡胶管制成，耐腐蚀、耐老化、耐高水压。一端与洗衣机上的进水电磁阀连接，另一端与自来水笼头连接。内进水管，是连接电磁阀与洗涤剂盒的进水通道，用普通橡胶制成。回旋进水管，是连接洗涤剂盒出水日与盛水桶(外简)进水口的橡胶管，用耐酸碱橡胶制成，自来水由该管进入盛水桶内。 (2) 进水电磁阀 在自动型洗衣机中，进水电磁阀起着控制水源开关的作用。因自来水本身有一定的的压力，所以，洗衣机所使用的进水阀一般为动作式无填料函型导阀。当电磁阀断电后，阀芯不动作，水便被控制住。 (3) 洗涤剂盒 它是由洗涤剂盒上盖、分水连动机构、洗涤剂盒骨架、洗涤剂盒抽屉组成。洗涤剂盒上盖内由分水槽和喷嘴组成。当自来水进入洗涤剂盒上盖内时，由喷嘴根据程序指令喷到所指定的水槽内，水由该水槽中的水孔流下，流到洗涤剂盒抽屉中，进入洗衣机盛水桶。 分水连动机构，是洗涤剂盒与程序控制器之间的连接机构，它的一端与洗涤剂盒上盖喷嘴柄连接，另一端与程序控制器分水凸轮接触。当程序控制器工作时，凸轮控制分水连动机构，将自来水按照程序要求，自动分配进水。 洗涤剂盒抽屉，分A、B、C、D四格，不同的格内放入不同的洗涤剂，A格放预洗洗涤剂，B格放主洗洗涤剂，C格内放软化剂，D格内放}}3白粉或香料。各格内的洗涤剂被洗涤剂盒上盖内流下的水按需要先后冲入盛水桶内。 2.3.4 传动系统 滚筒洗衣机的传动系统主要由电动机、电容器、皮带轮及传动皮带等组成。 目前的洗衣机，广泛采用的是单相电容运转异步电动机，它是洗衣机的主驱动力源。它有两套组装在同一定子上，使之有不同的转速，就相当于两个不同转速的电动机合为一体。 与双速电机配套使用的电容器串接在启动绕组回路中，由于电容器的容抗作用，可使流入启动绕组的电流在相位上超前于主绕组电流一个电角度，从而形成 7 机械装备自动控制专业方向课程设计 旋转磁场，致使电动机启动运转。 滚筒洗衣机的传动机构采用了目前洗衣机广泛采用的V带传动。大、小皮带轮均采用铝压铸件，材料为ZL108。这种材料强度大、重量轻、使用寿命长。电动机通过小皮带轮带动大皮带轮及内筒旋转。 2.3.5 控制系统 滚筒式全自动洗衣机的控制系统包括程序控制器、水位控制器、水温控制器和门开关等。 洗衣机的整个工作过程的控制，是由程序控制器来控制实现的。洗衣过程的控制可分为时间控制和条件控制两部分。时间控制是指内筒每次正、反向运转洗涤、排水、进水、加温、脱:水、结束等程序的编排和时间的控制，条件控制则是指根据洗衣机所处的工作状态，例如，注水时水位不到额定水位，条件不具备，水位开关不动作，加热时，洗涤液(温度)达不到所设定的额定值，温度条件不具备。温度控制器不动作。则洗衣机不能进入下一程序。 2.3.6 操作系统 滚筒洗衣机的操作系统由以下部分组成。 操作面板、程序标牌、琴键开关、琴键帽、调温器旋钮、程控器旋钮、指示灯和杠杆臂。程控器旋钮是用来操作程控器的。通过对程控器和操作来实现进排水、洗涤、脱水、烘干、结束报警等程序。调温器旋钮是用来操纵调温器的。通过对调温器的操纵实现对洗涤液的加热，调节洗涤温度。杠杆臂与洗涤剂盒的上端相连，以此来使洗涤剂盒中的洗涤剂进入洗衣机的盛水桶。 2.4 洗衣机的减震系统 对于滚筒洗衣机的减震系统，本设计采用新型柱塞式减震器和吊簧减震，其减震系统如图1-3所示。 其中柱塞式减震器的阻尼片由聚酯型氨配泡沫塑料制成，有一定的摩擦系数。它夹在减震器的内外筒之间，能在外筒的内表面滑动，像一个活塞。减震器内筒和外筒之间相对运动时，它对运动起到一个阻尼作用。 吊簧是用弹簧钢丝制成，共四只，一端挂在箱体的上梁上，另一端挂在外同上方的吊簧支架上。这样外筒由上方的四只吊簧加下面的两只减震器与箱体连接在一起。因这种连接方式是弹性连接，外筒的震动通过弹簧和阻尼器的减震后， 8 机械装备自动控制专业方向课程设计 对箱体的影响已不大。 四个悬挂弹簧属于常用的等节距的圆柱椭圆拉伸弹簧，其负荷特性属于线性， 材料是碳素钢。其弹性系数K的公式为: 4GdK, (2.1) 38，n，D2 式中G为弹簧的剪切弹性模量，在常温下对碳素钢，G=78400Mpa。 图2-3 滚筒洗衣机的减震系统简图 测得洗衣机中的弹簧参数如下: 弹簧丝材料直径 d=2.8mm 弹簧的有效圈数 n=24圈 DD弹簧中径 =,d 21 D弹簧外径 =24.1mm 1 DD故有: =-d=24.1-2.8=21.3mm 21 4GdK,把以上数据代入公式，得每个弹簧的弹性系数K: 38，n，D2 ,364478400，10，(2.8，10)Gd3K,10 ,,2.597×N/m ,3338，24，(21.3，10)8，n，D2 9 机械装备自动控制专业方向课程设计 其中，弹簧的弹性系数K是用试验方法测得的。 在洗衣机空载时，内外筒筒心位置稍高于前门门碗的中心。当洗衣机存在负载时，内外筒筒心下沉，在洗衣机平衡状态下(可近似设为脱水程序结束时的状态)，内外筒的轴线通过前门门碗的中心，如上所述，如此，在高速脱水时，前门密封圈对内部质量的作用力微乎其微，同时对箱体传递的力也最小，有利于减小箱体的震动，这是设计的一个基本出发点。 2.5 小结 本章是滚筒洗衣机的总体方案设计，包括洗衣机的总体结构，洗衣机各部分的设计方案，还有采用新型柱塞式减震器和吊簧组成的减震系统。 10 机械装备自动控制专业方向课程设计 第三章 滚筒洗衣机的传动系统设计 3.1 传动系统设计方案 滚筒洗衣机的传动系统主要由电动机、电容器、皮带轮及传动皮带等组成。滚筒洗衣机的内筒不仅要以低速、高速转动，而且还要频繁的正反转，由于内筒的质量大，所以启动扭矩也要大，这些均要由电动机来承担，因此在滚筒洗衣机中，对电动机的要求也较高。 目前的洗衣机，广泛采用的是单相电容运转异步电动机，它是洗衣机的主驱动力源。它有两套组装在同一定子上，使之有不同的转速，就相当于两个不同转速的电动机合为一体。 在电机上安装的小皮带轮是用铸钢制成的，而经传动皮带所带动的大皮带轮一般为铝合金制成。大皮带轮与内筒骨架转轴固定在一起，从而实现内筒的转动。 3.1.1双速电机 双速电动机为单相感应电容运转式电动机，绕组装在同一个定子上，使之有不同的转速，是滚筒式洗衣机的动力源，它是由两套12极绕组多脱水时电机转速为2800转/分，即洗涤时电机转速为450转/分，使用的是使用的是2极绕组。转速不同，输入和输出功率也不相同。双速电动机2极运转时(脱水)，其输入功率为850W,输出功率为60W。12极运转时(洗涤)，输入功率为250W，输出功率为40W。该电动机具青较好的启动特性(启动转矩大)和运转特性，过载能力强，并设有过热保护装置，电动机一旦发生堵转，绕组温度升高到一定值时，便会自动断电，起到保护电动机的作用。 感应式电动机的转速是由定子极数的多少而决定的，因而只要改变电动机定子的极数就可以改变电动机的转速。滚简式洗衣机在洗涤或漂洗工作时，要求洗涤内筒按一定周期频繁地正、反方向交替运转，并要有相同的洗涤效果，即电动机的输出功率、额定转速及启动转矩等性能指标基本相同，因而，主、副绕组(运转绕组和启动绕组)应只响相同的线径、匝数、节距及绕组型式。当洗衣机脱水时，要求内筒只按一个方向转动，此时的主、副绕组(运转绕组和启动绕组)有着明显的区别:主绕组的线经粗，绕组匝数少，副绕组的线径细，绕组匝数多，直流电阻大。双速电动机通常做成开启式，便于散热和排潮气。 11 机械装备自动控制专业方向课程设计 3.1.2电容器 与双速电动机配套使用的电容器一般为14,F-20,F。当电动机启动时，电容器串接在启动绕组回路中，由于电容器的容抗作用，可使流入启动绕组的电流在相位上超前于主绕组电流一个电角度，从而形成旋转磁场，致使电动机启动运转。 3.1.3皮带轮 滚筒洗衣机是通过皮带传动进行动力传递的。大、小皮带轮均采用铝压铸件，材料为ZL108。这种材料强度大、重量轻、使用寿命长。大皮带轮用一个M8x16的螺钉紧固在从外筒叉形架中伸出的内筒主轴上，小皮带轮装在电动机转轴上。大皮带轮与内筒连在一起。电动机通过小皮带轮带动大皮带轮及内筒旋转。两个皮带轮的直径之比，即是洗衣机电动机与内筒的转速比(由于皮带轮的直径是固定不变的，因此变速比的数值也是不变的。只是由于电动机本身转速改变。才使得内筒在洗涤和脱水时可获得不同的转速)。为了防止大皮带轮松动，在紧固大皮带轮的螺钉时安装了止退垫圈。见图3-1为滚筒式洗衣机的传动部分。 1,电动机 2,内筒 3,外筒 4,大皮带轮 5,小皮带轮 6,皮带 图3-1 滚筒洗衣机的传动部分 3.2电动机的主要参数、结构及主要尺寸 主要参数 12 机械装备自动控制专业方向课程设计 (1)、额定电压:220V; (2)、额定功率:1200W; (3)、额定频率:50HZ; (4)、同步转速:1500r/min; (5)、绝缘等级:E级; 电动机的技术要求 (1)、电动机应符合JB/T3758-1996标准要求。 (2)、实际电压在额定电压的110%-90%范围内波动时，要求电动机应能在 1min内达到稳定转速。 3)、在40%额定电压下，电动机应能空载起动。 ( ,(4)、电动机定子绕组对机壳的热态绝缘电阻不低于3M。 (5)、电动机定子绕组应能承受电压为130%额定电压、历时1min空载运转 试验，而匝间绝缘不发生击穿。 3.3 洗衣机V带传动 3.3.1V带结构 洗衣机V带由包布、顶胶、线绳、底胶组成，见图3-2。 图3-2 洗衣机V带的结构 3.3.2 V带的型号 按截面尺寸，洗V带分M、Z、SPZ、A四种。 3.3.3 V带的尺寸 洗衣机V带的截面尺寸见表3-1和图3-3。 13 机械装备自动控制专业方向课程设计 表3-1 洗衣机V带的尺寸 项 目 M Z SPZ A ,,,,顶宽b/mm 10.00.3 10.00.3 10.00.3 13.00.4 ,,,, 高度h/mm 5.50.4 6.00.4 8.00.4 8.00.5 00000000, 楔角 ,,,,401 401 401 401 图3-3洗衣机V带截面尺寸 洗衣机V带基准长度极限偏差如表3-2所示: 表3-2 V带基准长度极限偏差 基准长度(L)/mm 极限偏差/mm ,,L600 3 ,,600书

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