CN102575456B - 工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明不导致车身尺寸、成本的大的增大地实现以车轮行驶的工程机械的行驶装置的电动化。解决方法：具备：车身所具有的行驶用的车轮(10、11)；发动机(3)；行驶用电动发电机(15)；与电动发电机(15)电连接的变换器(21)以及电池(22)；由发动机驱动的液压泵(4)；以及进行发动机(3)、车轮(10、11)、行驶用电动发电机(15)以及液压泵(4)之间的动力传递的动力传递机构，从而构成轮式挖掘机(41)。在上述动力传递机构中，具备对发动机(3)与车轮(10、11)之间的动力传递进行切断、连接的离合器(23)，并且在车身上的所需要的部位具备离合器切换机构，该离合器切换机构构成为，在平坦路行驶时将离合器(23)切换为切断状态，在下坡行驶时将离合器(23)切换为连接状态。

Description

工程机械
技术领域
本发明涉及具有电动行驶装置的工程机械，尤其涉及安装于轮式挖掘机等利用车轮来行驶的工程机械、提高电动行驶装置的性能的技术。
背景技术
近几年，为了对策环境问题、原油高涨问题等，相对于各工业产品节省能源的意向强烈起来。与其响应，至今，由发动机来驱动液压泵，利用从液压泵排出的压力油来驱动液压促动器，在以上述方式为中心的工程机械中，要求利用电动化、混合化的环境性能的提高及节省能源性能的提高。
若使工程机械的行驶装置混合化，则在发动机产生剩余动力的情况下，能够利用发动机来开动发电机而进行针对电池的充电，在工程机械以超过发动机的能力的转矩来行驶的情况下，能够使用电池的电力来驱动电动机，并利用该电动机的驱动力来辅助发动机的驱动力，从而能够使发动机小型化，而能够实现发动机的低燃料消耗化、尾气的抑制以及低噪音化。并且，制动时，由于能够将从电动机再生的再生电力向电池充电，从而能够有效利用能源，从这方面也能够实现工程机械的节省能源化。
以往，提出了如下工程机械，即，在工程机械中，相对于作为载荷的液压泵，使用并列地连接发动机与电动发电机的并联式混合驱动装置(例如，参照专利文献1。)。专利文献1所记载的技术构成为，经由差动装置，将液压泵的输入轴连接于发动机的输出轴与电动发电机的输出轴，以最高效的额定转速来使发动机运转，并且，通过能够自由变更液压泵的转速来调整流量，另外，不需要在发动机的输出轴设置离合器，仅以电动发电机就能够驱动泵。
图7表示以往所公知的一般的轮式挖掘机的一例。从该图可明确，本例的轮式挖掘机构成为，在对行驶用的前轮10以及后轮11进行支撑的底盘2的上部，可旋转地设置有机械室1，在该机械室1的内部设置有发动机3、由发动机3驱动的液压泵4、存储液压泵4所使用的工作油的油罐25。并且，在机械室1的前部，直列状地连结有由动臂12、斗杆13、以及铲斗14构成的前面部件。机械室1相对于底盘2的旋转通过将由液压泵4排出的压力油供给至未图示的旋转用液压马达来进行，前面部件的驱动通过将由液压泵4排出的压力油供给至未图示的液压缸来进行。
在底盘2的内部，设置有行驶用液压马达24、以及与之连结的变速机6，利用从变速机6向车身前后方向延伸的传动轴7，向分别与前轮10以及后轮11连结的前轮差速器8以及后轮差速器9传递动力。经由设置于机械室1的旋转中心的配管连接器38，行驶用液压马达24通过由液压泵4供给压力油来旋转，该旋转力从变速机6经由传动轴7、前轮差速器8以及后轮差速器9而向前轮10以及后轮11传递，从而使轮式挖掘机41行驶。由于驱动行驶用液压马达24而使压力下降了的液压通过配管连接器38而返回至机械室1所具备的油罐25。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-280796
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1所记载的并联式混合驱动装置例如如液压挖掘机，在使用于没有预定行驶远距离的工程机械中的情况下，没有特殊的问题。然而，在使用于具备前轮10以及后轮11、且预定行驶远距离的轮式挖掘机等的工程机械中的情况下，必须也考虑从较长的下坡下行之类的行驶状态，此时的制动力的确保成为问题。
即，在轮式挖掘机仅以电动发电机的驱动力来行驶的情况下，仅利用电动发电机能够再生的动力来进行制动。然而，由于制动所需要的动力会达到行驶时的几倍，从而为了利用电动发电机来获得重量大的工程机械从较长的下坡下行时的制动力，必须具备行驶中不需要的大型的电动发电机，工程机械会大型化以及高成本化。并且，即使能够安装这样的大型的电动发电机，在电池充满电的情况下，需要废弃剩余动力的巨大的再生电阻器，从而能够导致车身尺寸、制造成本的进一步增大，无论如何实际使用是困难的。
本发明是考虑这样的以往技术的问题而产生的，其目的在于，在不导致车身尺寸、成本的大的增大的情况下，实现以车轮来行驶的工程机械的行驶装置的电动化。
用于解决课题的方法
为了达成上述的目的，本发明的工程机械具备：车身所具备的行驶用的车轮；发动机；具有发电机以及电动机两个功能的电动发电机；与该电动发电机电连接的蓄电装置；由上述发动机驱动的液压泵；以及进行上述发动机与上述电动发电机之间的动力传递、上述电动发电机与上述车轮之间的动力传递、以及上述发动机与上述液压泵之间的动力传递的动力传递机构，该工程机械构成为，在进行上述发动机与上述电动发电机之间的动力传递的动力传递机构具备离合器，并且，具备将该离合器切换为连接状态或者切断状态的离合器切换机构，在利用上述离合器切换机构将上述离合器切换为连接状态时，经由上述动力传递机构将上述车轮的驱动力传递至上述发动机以及上述液压泵，而获得由上述发动机引起的发动机制动以及由上述液压泵引起的液压制动力，从而使上述车轮减速。
根据这样的构成，下坡行驶时，通过将动力传递机构所具备的离合器切换为连接状态，不仅电动发电机的再生动力，还能够将发动机制动以及由液压泵引起的液压制动力作为工程机械的制动力来利用。因而，不需具备大输出的电动发电机，而能够提高具有并联式混合驱动装置的工程机械的制动性能。
并且本发明构成为，上述离合器切换机构包括：对上述离合器的可动部进行驱动的离合器驱动机构、对在上述电动发电机再生的再生电力的有无进行检测的再生电力检测机构、以及控制器，其中上述控制器构成为，在利用该再生电力检测机构检测到上述再生电力时，向上述离合器驱动机构输出将上述离合器切换为连接状态的离合器连接信号，在利用上述再生电力检测机构检测不到上述再生电力时，向上述离合器驱动机构输出将上述离合器切换为切断状态的离合器切断信号。
根据这样的构成，通过检测再生电力的有无，能够自动地将离合器切换为连接状态或者切断状态，从而能够减轻工程机械的操作员的负担。
并且本发明构成为，上述离合器切换机构包括：对上述离合器的可动部进行驱动的离合器驱动机构、由操作员进行操作的离合器切换开关、以及控制器，其中上述控制器构成为，在从该离合器切换开关输出开关接通信号时，向上述离合器驱动机构输出将上述离合器切换为连接状态的离合器连接信号，在从上述离合器切换开关输出开关断开信号时，向上述离合器驱动机构输出将上述离合器切换为切断状态的离合器切断信号。
根据这样的构成，工程机械的操作员能够根据需要而任意地将离合器切换为连接状态或者切断状态，从而能够配合工程机械的实际情况而有效地进行工程机械的制动。
并且本发明构成为，上述车身包括支撑上述行驶用的车轮的底盘、可旋转地设置于该底盘的上部的机械室，在该机械室具备上述发动机、与上述发动机直接连结的液压泵、上述离合器、设置于上述动力传递机构的第一齿轮装置、以及上述蓄电装置，并且，在上述底盘具备上述电动发电机、设置于上述动力传递机构的第二齿轮装置，经由上述底盘与上述机械室的连接部所具备的旋转接头，来进行上述第一齿轮装置与上述第二齿轮装置之间的动力传递以及上述蓄电装置与上述电动发电机之间的电连接。
根据这样的构成，由于在底盘侧配置电动发电机，所以能够有效利用底盘具有的空的空间，而能够实现工程机械的小型化。
并且本发明构成为，上述车身包括支撑上述行驶用的车轮的底盘、可旋转地设置于该底盘的上部的机械室，在该机械室具备液压泵，并且，在上述底盘具备上述发动机、设置于上述动力传递机构且将上述发动机的动力传递至上述液压泵的齿轮装置、上述离合器、上述蓄电装置、以及上述电动发电机，经由上述底盘与上述机械室的连接部所具备的旋转接头，来进行上述齿轮装置与上述液压泵之间的动力传递。
根据这样的构成，由于在底盘侧配置发动机、离合器、蓄电装置以及电动发电机，所以能够仅设置一个设于动力传递机构的齿轮装置，并且能够省略用于电连接蓄电装置与电动发电机的集电环等，从而能够实现工程机械的低成本化。并且，由于除了液压泵大部分的机器配置于底盘侧，所以能够扩大机械室侧的应用空间。
并且本发明构成为，在利用上述离合器切换机构将上述离合器切换为连接状态时，将上述发动机的燃料喷射装置控制为无喷射状态。
根据这样的构成，由于能够最大限度地利用发动机制动，所以能够最优化具有并联式混合驱动装置的工程机械的制动性能。
并且本发明构成为，作为上述齿轮装置，具备使用了曲线齿锥齿轮的曲线齿锥齿轮装置。
根据这样的构成，即使在由于齿轮装置使动力的传递方向变更为直角方向的情况下，也能够进行圆滑的动力传递，所以能够抑制能源的浪费。
并且本发明构成为，在利用上述离合器切换机构使上述离合器从切断状态向连接状态切换时，控制上述发动机的旋转速度与上述车身的车速一致。
根据这样的构成，不会对离合器作用过大的摩擦力，能够延长离合器的使用寿命，从而能够成为耐久性优异的工程机械。
并且本发明构成为，具备对上述蓄电装置的电池剩余量进行监视的控制器，该控制器构成为，在上述蓄电装置的电池剩余量低于规定值时，自动地使上述离合器向连接状态切换，并利用上述发动机的驱动力来使上述车身行驶。
根据这样的构成，能够防止由于电池剩余量的不足而使工程机械无法运行的情况，从而能够提高具有电动行驶装置的工程机械的可靠性。
发明的效果
本发明构成为，在进行发动机与电动发电机之间的动力传递的动力传递机构具备离合器，并且，具备将该离合器切换为连接状态或者切断状态的离合器切换机构，在使用离合器切换机构将离合器切换为连接状态时，经由动力传递机构而将车轮的驱动力传递至发动机以及液压泵，获得由发动机引起的发动机制动以及由液压泵引起的液压制动力，而对上述车轮进行减速，从而不需具备大输出的电动发电机，而能够提高具有并联式混合驱动装置的工程机械的制动性能，并能够实现这种工程机械的小型化与低成本化。
附图说明
图1是第一实施方式的工程机械的整体结构图。
图2是第一实施方式所涉及的工程机械的驱动机构部的放大剖视图。
图3是表示离合器切换机构的第一例的框图。
图4是表示离合器切换机构的第二例的框图。
图5是第二实施方式所涉及的工程机械的整体构造图。
图6是第二实施方式所涉及的工程机械的驱动机构的放大剖视图。
图7是以往的工程机械的构造说明图。
具体实施方式
以下，以轮式挖掘机为例，按照每个实施例对本发明所涉及的工程机械的实施方式进行说明。
实施例1
如图1以及图2所示，实施例1所涉及的轮式挖掘机41构成为，在机械室1的旋转中心设置机械室侧(第一)锥齿轮装置17，该机械室侧锥齿轮装置17与发动机3经由离合器23连结。并且，液压泵4与发动机3直接连结，在液压泵4的配管上设有流量调整阀40、油冷却器39以及油罐25。另一方面，在机械室侧锥齿轮装置17的正下方设置底盘侧(第二)锥齿轮装置16，该底盘侧(第二)锥齿轮装置16设置于底盘2的内部，这些机械室侧锥齿轮装置17与底盘侧锥齿轮装置16经由旋转接头20连结。并且，在底盘侧锥齿轮装置16与变速机6之间，配置有行驶用电动发电机15，该行驶用电动发电机15与变速机6经由轴接头5连结。另外，在底盘2的内部具有从变速机6向车身前后方向延伸的传动轴7、以及分别与前轮10及后轮11连结的前轮差速器8及后轮差速器9。因此，在实施例1的轮式挖掘机41中，具有机械室侧锥齿轮装置17、旋转接头20、底盘侧锥齿轮装置16、行驶用电动发电机15、轴接头5、变速机6、传动轴7、前轮差速器8、以及后轮差速器9，构成用于将发动机3以及行驶用电动发电机15的动力传递至前轮10以及后轮11的动力传递机构。
在离合器23上附设将其切换为连接状态或者切断状态的离合器切换机构50。如图3所示，离合器切换机构50可以由如下部件构成：对离合器23的可动部进行驱动的螺线管等的离合器驱动机构50a；对在行驶用电动发电机15再生的再生电力的有无进行检测的再生电力检测机构50b；以及控制器50c，该控制器50c构成为，在从再生电力检测机构50b输出再生电力检测信号S1时，向离合器驱动机构50a输出将离合器23切换为连接状态的离合器连接信号S2，并在从再生电力检测机构50b输出再生电力非检测信号S3时，向离合器驱动机构50a输出将离合器23切换为切断状态的离合器切断信号S4。根据这样的构成，通过利用再生电力检测机构50b来对再生电力的有无进行检测，能够自动地将离合器23切换为连接状态或者切断状态，从而能够减轻工程机械的操作员的负担。
并且，如图4所示，离合器切换机构50也可以由如下部件构成：对离合器23的可动部进行驱动的螺线管等的离合器驱动机构50a；由操作员来操作的离合器切换开关50d；以及控制器50c，该控制器50c构成为，在从离合器切换开关50d输出开关接通信号S5时，向离合器驱动机构50a输出将离合器23切换为连接状态的离合器连接信号S2，并在从离合器切换开关50d输出开关断开信号S6时，向离合器驱动机构50a输出将离合器23切换为切断状态的离合器切断信号S4。根据这样的构成，工程机械的操作员能够根据需要而任意地将离合器23切换为连接状态或者切断状态，从而能够对照工程机械的实际情况而有效地进行工程机械的制动。
另外，也可以构成为，在控制器50c连接图3所示的再生电力检测机构50b与图4所示的离合器切换开关50d。
如在图2中放大表示，内置于底盘侧锥齿轮装置16以及机械室侧锥齿轮装置17的纵轴30以及34为中空的，未图示的电线在轴内通过。该电线连接设于纵轴30以及34的上下两轴端的集电环18以及19，由此，设于机械室1的作为蓄电装置的电池22以及变换器21与设于底盘2侧的行驶用电动发电机15电连接。并且，机械室1与底盘2经由旋转轴承29而以能够旋转的方式连结，安装于机械室1所具备的旋转用电动发电机26的马达轴的旋转小齿轮27与设于底盘2的内齿轮28啮合。因而，通过驱动旋转用电动发电机26，能够使机械室1相对于底盘2右旋转或者左旋转。对于其它而言，由于与图7所示的以往的轮式挖掘机相同，所以对相应的部分标注相同的符号，而省略说明。
与以往的轮式挖掘机相同，本例的轮式挖掘机41利用由发动机3使液压泵4旋转而获得的压力油来驱动斗杆12、动臂13、铲斗14。当通过驱动这些前面部件来进行挖掘等作业时，离合器23处于切断状态，且由于行驶用电动发电机15能够与发动机3以及液压泵4独立地旋转，从而利用来自电池22的电力来使行驶用电动发电机15旋转，而能够自由地行驶。
在轮式挖掘机41为了移动而在平坦路行驶时，离合器23处于切断状态，利用来自电池22的电力来使行驶用电动发电机15旋转而行驶。减速时，使行驶用电动发电机15作为发电机发挥功能，将制动动力作为电力而回收并返回至电池22，从而能够以较少的耗电量来行驶。并且，在电池22的剩余量变少了的情况下，发动机3起动，且将离合器23切换为连接状态，从而也能够不消耗电池22的电力地行驶。该情况下，由于液压泵4也同时旋转，所以流量调整阀40处于全开状态，泵的旋转阻力变为最小。并且，由于机械室承受由动力传递引起的旋转力矩，所以为了不使机械室旋转，而需要预先开动未图示的旋转制动。
在轮式挖掘机41在较长的下坡行驶的情况下，由于车身重量大，基本上无法使用摩擦制动，因此利用行驶用原动机来调整速度。在这样的情况下，本发明中，在起动发动机3后使离合器23处于连接状态，利用发动机制动进行减速动作。另外，若在发动机速度与车速不适合的状态下连接，则有由于摩擦热而烧毁离合器23的可能性，从而为使与横轴36的旋转速度大概同步，调整发动机3的旋转速度，并连接离合器23。在发动机3的旋转速度十分高的情况下，发动机制动作用地强力，从而流量调整阀40维持为全开状态。但是，若车速下降，发动机3的旋转速度下降，则发动机制动的效果下降，从而向封闭侧调整流量调整阀40而使压力油的流量减少，从而也能够利用产生的液压来获得制动效果。该情况下，通过使发动机3的燃料喷射装置成于无喷射状态，能够削减燃料消耗量。除此之外，由于通过流量调整阀40，而使压力油的温度上升，所以使工作中使用的既有的油冷却器39工作，来使压力油的温度下降。通过以上的构成以及动作，即使在较长的下坡，也能够继续得到所期望的制动力。
另外，电动发电机15与发动机3不同，容易逆向运转，因此在本构成中，不需在变速机6具备反转齿轮。但是，当使离合器23处于连接状态、连接发动机3或液压泵4时，由于前进行驶为原则，因此需要在后退时不使离合器23处于连接状态的联锁或使操作员注意的警告灯等。
实施例2
如图5以及图6所示，实施例2的轮式挖掘机41构成为，在机械室1的旋转中心设置液压泵4，在液压泵4的正下方的底盘2的内部设置底盘侧锥齿轮装置16，液压泵4与底盘侧锥齿轮装置16经由旋转接头20连结。底盘侧锥齿轮装置16经由离合器23与行驶用电动发电机15连接，该行驶用电动发电机15与变速机6连结。并且，隔着底盘侧锥齿轮装置16，在与行驶用电动发电机15对置的位置设置发动机3，发动机3通过输入轴43、输入轴齿轮42而与底盘侧锥齿轮装置16连接。另外，在底盘2的底部设置电池22以及变换器21，它们与行驶用电动发电机15电连接。对于其它而言，由于与实施例1所涉及的轮式挖掘机相同，所以对相应的部分标注相同的符号，而省略说明。
以上的构成中，若起动发动机3，则经由底盘侧锥齿轮装置16以及旋转接头20，设置于机械室1的液压泵4旋转，送出压力油，从而能够与以往的轮式挖掘机完全相同地进行工作。此时，离合器23处于切断状态，利用来自电池22以及变换器21的电力来使行驶用电动发电机15旋转，而能够自由地行驶，这与实施例1的情况相同。不论在平坦路行驶、下坡行驶时，通过与实施例1相同地控制离合器23的切换，均能够获得相同的功能。
成为如上的构成的情况下，虽产生在机械室1设置对旋转用电动发电机26供电的未图示的旋转用电池的必要，但没有必要通过集电环而对行驶用电动发电机15供电，且不需要机械室侧锥齿轮装置，从而能够大幅度降低成本。
符号说明
1-机械室，2-底盘，3-发动机，4-液压泵，5-轴接头，6-变速机，7-传动轴，8-前轮差速器，9-后轮差速器，10-前轮，11-后轮，12-斗杆，13-动臂，14-铲斗，15-行驶用电动发电机，16-底盘侧锥齿轮装置，17-机械室侧锥齿轮装置，18-底盘侧集电环，19-机械室侧集电环，20-旋转接头，21-变换器，22-电池，23-离合器，24-行驶用液压马达，25-油罐，26-旋转用电动发电机，27-旋转小齿轮，28-内齿轮，29-旋转轴承，30、34-纵轴，32、36-横轴，31、35-纵轴齿轮，33、37-横轴齿轮，38-配管连接器，39-油冷却器，40-流量调整阀，41-轮式挖掘机，42-输入轴齿轮，43-输入轴。

Claims (10)

1.一种工程机械，具备：车身所具备的行驶用的车轮；发动机；具有发电机以及电动机两个功能的电动发电机；与该电动发电机电连接的蓄电装置；由上述发动机驱动的液压泵；以及进行上述发动机与上述电动发电机之间的动力传递、上述电动发电机与上述车轮之间的动力传递、以及上述发动机与上述液压泵之间的动力传递的动力传递机构，
该工程机械的特征在于，
在进行上述发动机与上述电动发电机之间的动力传递的动力传递机构具备离合器，并且，具备将该离合器切换为连接状态或者切断状态的离合器切换机构，在利用上述离合器切换机构将上述离合器切换为连接状态时，经由上述动力传递机构将上述车轮的驱动力传递至上述发动机以及上述液压泵，而获得由上述发动机引起的发动机制动以及由上述液压泵引起的液压制动力，从而使上述车轮减速。
2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
上述离合器切换机构包括：对上述离合器的可动部进行驱动的离合器驱动机构、对在上述电动发电机再生的再生电力的有无进行检测的再生电力检测机构、以及控制器，其中上述控制器构成为，在利用该再生电力检测机构检测到上述再生电力时，向上述离合器驱动机构输出将上述离合器切换为连接状态的离合器连接信号，在利用上述再生电力检测机构检测不到上述再生电力时，向上述离合器驱动机构输出将上述离合器切换为切断状态的离合器切断信号。
3.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
上述离合器切换机构包括：对上述离合器的可动部进行驱动的离合器驱动机构、由操作员来操作的离合器切换开关、以及控制器，其中上述控制器构成为，在从该离合器切换开关输出开关接通信号时，向上述离合器驱动机构输出将上述离合器切换为连接状态的离合器连接信号，在从上述离合器切换开关输出开关断开信号时，向上述离合器驱动机构输出将上述离合器切换为切断状态的离合器切断信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于，
上述车身包括支撑上述行驶用的车轮的底盘、可旋转地设置于该底盘的上部的机械室，在该机械室具备上述发动机、与上述发动机直接连结的液压泵、上述离合器、设置于上述动力传递机构的第一齿轮装置、以及上述蓄电装置，并且，在上述底盘具备上述电动发电机、设置于上述动力传递机构的第二齿轮装置，经由上述底盘与上述机械室的连接部所具备的旋转接头，来进行上述第一齿轮装置与上述第二齿轮装置之间的动力传递以及上述蓄电装置与上述电动发电机之间的电连接。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于，
上述车身包括支撑上述行驶用的车轮的底盘、可旋转地设置于该底盘的上部的机械室，在该机械室具备液压泵，并且，在上述底盘具备上述发动机、设置于上述动力传递机构且将上述发动机的动力传递至上述液压泵的齿轮装置、上述离合器、上述蓄电装置、以及上述电动发电机，经由上述底盘与上述机械室的连接部所具备的旋转接头，来进行上述齿轮装置与上述液压泵之间的动力传递。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于，
在利用上述离合器切换机构将上述离合器切换为连接状态时，将上述发动机的燃料喷射装置控制为无喷射状态。
7.根据权利要求4所述的工程机械，其特征在于，
作为上述第一齿轮装置及上述第二齿轮装置，具备使用了曲线齿锥齿轮的曲线齿锥齿轮装置。
8.根据权利要求5所述的工程机械，其特征在于，
作为上述齿轮装置，具备使用了曲线齿锥齿轮的曲线齿锥齿轮装置。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于，
在利用上述离合器切换机构使上述离合器从切断状态向连接状态切换时，控制上述发动机的旋转速度与上述车身的车速一致。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于，
具备对上述蓄电装置的电池剩余量进行监视的控制器，该控制器构成为，在上述蓄电装置的电池剩余量低于规定值时，自动地使上述离合器向连接状态切换，并利用上述发动机的驱动力来使上述车身行驶。
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