CN110352687A - 一种百合球联合收获机 - Google Patents

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李雪艳
胡新颖
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Abstract

本发明涉及一种百合球联合收获机，包括机架及设置在机架上的挖掘装置、输送分离装置、转向输送装置、竖直升运装置、收集箱和传动装置，所述挖掘装置置于机架工作前端，用于挖掘百合球，在机架底部靠近尾端设置转向输送装置，在机架底部挖掘装置和转向输送装置间设置有输送分离装置，在机架顶端设置收集箱，所述竖直升运装置置于机架末端，其输送末端高于收集箱顶部，传动装置分别连接并驱动挖掘装置、输送分离装置、转向输送装置和竖直升运装置，转向输送装置将输送分离装置输送的百合球转送至竖直输送装置上，通过竖直输送装置输送至收集箱中。

Description

一种百合球联合收获机
技术领域
本发明涉及一种百合球联合收获机，属于收获机械技术领域。
背景技术
百合具有很高的药用价值和观赏价值，随着人们健康意识的增强，百合种植面积呈现逐年增长的趋势，据统计，我国到2015年已增长至30万亩，百合种植地区主要集中在江西、江苏、甘肃地区。随着百合产业的不断扩大，其生产过程的机械化已逐渐成为市场所需。尤其是百合球的收获机械，由于百合球没有保护表皮，球体组织直接与土壤接触，所以在收获过程中极易受损，目前国内百合的收获主要依靠人工捡拾，随着产量增大，人工捡拾劳动成本逐渐提高，同时，市场上还未查到有推广应用的百合收获机器，因此，设计一种低损伤、适用于现有百合种植农艺的百合球联合收获机。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种低损伤百合球联合收获机,可一次性实现挖掘、输送分离以及收集作业。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种百合球联合收获机，包括机架及设置在机架上的挖掘装置、输送分离装置、转向输送装置、竖直升运装置、收集箱和传动装置，所述挖掘装置置于机架工作前端，用于挖掘百合球，在机架底部靠近尾端设置转向输送装置，在机架底部挖掘装置和转向输送装置间设置有输送分离装置，在机架顶端设置收集箱，所述竖直升运装置置于机架末端，其输送末端高于收集箱顶部，传动装置分别连接并驱动挖掘装置、输送分离装置、转向输送装置和竖直升运装置，转向输送装置将输送分离装置输送的百合球转送至竖直输送装置上，通过竖直输送装置输送至收集箱中。
优选地，所述挖掘装置包括多个并列设置的挖掘铲和固定铲架，所述铲架倾斜固定在机架工作前端，所述铲架与水平面间的倾斜角度和挖掘铲后段与水平面间的夹角一致，所述挖掘铲后端与铲架连接，相邻挖掘铲间距小于30mm；所述挖掘铲为二阶面挖掘铲，铲前段与水平面的夹角α为20-30°，铲后段与水平面的夹角β为30-35°，挖掘铲总体高度H为150-200mm，铲前段高度H1为总高度H的1/5-1/4，铲宽度W为60-100mm。
优选地，所述输送分离装置包括主动辊、从动辊和升运带，其主动辊连接传动装置，升运带绕置在主动辊和从动辊外周，升运带为连杆式输送带，倾斜设置，与水平面间的倾斜角度为20-30°，其物料输出端高于输入端，其上相邻两连杆间隔距离小于百合球的直径。
优选地，所述连杆式输送带的底部回转带侧的机架上设置有抖动器，抖动器的抖动部件置于底部回转带上，抖动器与连杆式输送带最低端的距离L1是整个连杆式输送带输送长度L的3/10-2/5，抖动器转速不大于250r/min，抖动器工作时使连杆式输送带在输送过程中抖动，去除百合球上的泥土和杂质。
优选地，所述转向输送装置为一滚筒刷，在其滚筒刷轴上设置有与竖直升运装置连接的传动轮。
优选地，所述竖直升运装置包括竖直支撑架、升运链、刮板、升运链主动轴、升运链从动轴以及转向轮轴、张紧轮轴，所述升运链由竖直段和顶部倾斜段构成，其上等间隔设置多个承运百合球的刮板，所述竖直支撑架的底端设置连接传动装置的升运链主动轴，顶端设置升运链从动轴，升运链转角处设置转向轮轴，升运链套置在升运链主动轴、升运链从动轴以及和转向轮轴上的链轮外周，在竖直支撑架上靠近升运链底部和上端还设置有张紧轮轴，其上设置张紧轮对升运链张紧。
优选地，所述刮板上开有多个筛落土块的孔，且刮板承载百合球的表面与水平面具有的倾斜角度为15-25°。
优选地，所述竖直升运装置的竖直段和顶部倾斜段的竖直支撑架和收集箱间设置倾斜板，运行至倾斜段的刮板上的百合球沿倾斜板滑入收集箱，收集箱内部高度不大于300mm。
优选地，所述连杆式输送带的连杆外周、竖直升运装置的升运链外周、转向输送装置的滚筒刷外周、刮板接触百合球表面、倾斜板表面、收集箱箱底和内壁均设置有柔性层。
优选地，在所述机架工作前端两侧还设置有防缠绕装置，包括两对称设置的辊筒，每个辊筒轴顶端均设置有锥齿轮，与传动轴上两端的锥齿轮分别啮合传动，传动轴一端通过皮带传动与变速箱输出轴相连，通过传动轴转动带动两辊筒反向向机架外侧旋转，在辊筒外周固定有2-4条凸起筋条，形成切刀条，所述凸起筋条由辊筒底端向顶端延伸，长度为200-250mm。
本发明的有益效果为：
1.本发明可一次性完成百合的挖掘、分离、收获三个过程，减少了大量的人力劳动。本发明具有操作简单、维修方便、成本低、整机尺寸小、适用性广等特点。
2.本发明的挖掘铲采用二阶面挖掘铲，提高了碎土能力。升运分离装置采用振幅可调式主动抖动器，适用于多种土壤。采用滚筒刷将经过一级杆条式升运带的土块与百合球刷到垂直升运链的刮板上，进一步进行百合球与土块的分离。垂直升运链式的输送装置利用了机器的上部空间，大大减少了整机的尺寸。
3.本发明在整机前方设有防缠绕装置，机具作业时，辊筒在传动装置带轮带动下向机具外侧旋转，两辊筒旋转方向相反，缠绕在前端杂草在径向力的作用下，被刀条切断，避免进一步缠绕，起到防缠绕的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的左视图。
图4为图1中传动装置传动示意图。
图5为图1中挖掘铲的结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图中：1.挖掘铲，1a.铲前段，1b.铲后段，2.限深轮，3.铲架，4.从动辊，5.升运带，6.输送分离装置，7.抖动器，8.主动辊，9.滚筒刷，91.滚筒轴，10.地轮，11.刮板，12.主动辊轴，13.收集箱，14.机架，15.变速箱，16.辊筒，17.切刀条，18.皮带轮，19.升运链,20.竖直支撑架，21.传动链轮，22.倾斜板，23.三排链轮，24.抖动器转轴，25.传动轴，26.升运链主动轴，27.升运链从动轴，28.传动链Ⅰ，29.传动链Ⅱ,30.传动链Ⅲ，31.传动链Ⅳ，32.传动链Ⅴ，33.支撑杆Ⅰ，34.支撑杆Ⅱ，35.转向轮轴，36.张紧轮轴Ⅰ，37.张紧轮轴Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：如图1-3所示，本发明一种百合球联合收获机，包括机架14及设置在机架14上的挖掘装置、输送分离装置、转向输送装置、竖直升运装置、收集箱13和传动装置，所述挖掘装置置于机架14工作前端，用于挖掘百合球，在机架14底部靠近尾端设置转向输送装置，在机架14底部挖掘装置和转向输送装置滚筒刷9间设置有输送分离装置，在机架14顶端设置收集箱13，所述竖直升运装置置于机架14末端，其输送末端高于收集箱13顶部，传动装置分别连接并驱动挖掘装置、输送分离装置、转向输送装置和竖直升运装置，转向输送装置将输送分离装置输送的百合球转送至竖直输送装置上，通过竖直输送装置输送至收集箱13中。
如图1、图5、图6所示，所述挖掘装置包括多个并列设置的挖掘铲1及铲架3，所述铲架3倾斜焊接在机架14工作前端，与地面间的倾斜角度与挖掘铲后段1b与水平面间的夹角一致°；所述挖掘铲1为多个，通过螺栓并排连接在铲架3上，便于更换，相邻挖掘铲1间距小于30mm，本例为26mm，保证百合都能铲起。所述挖掘铲1为二阶面挖掘铲，更有利于碎土，其后端与铲架连接，所述挖掘铲1为二阶面挖掘铲，铲前段1a与水平面的夹角α为28°，铲后段1b与水平面的夹角β为30°，挖掘铲1总体高度H根据百合鳞茎的种植深度来确定，本例为160mm，铲前段1a高度H1为总高度H的1/4，其铲宽W根据百合的三轴尺寸确定其范围为70mm。
如图1-图3所示，所述输送分离装置包括主动辊8、从动辊4和升运带5，其主动辊8连接传动装置，其中主动辊8和从动辊4通过升运带5连接，主动辊8和传动装置通过传动链连接，所述升运带5为连杆式输送带，其上连杆凸出升运带5平面，防止百合球滚动，升运带5倾斜设置，与水平面间的倾斜角度为20°-30°，其物料输出端高于输入端，既可以保证百合球顺利向后运输，又可以实现百合球与土块的分离，其上相邻两连杆间隔距离小于百合球的直径，通过输送分离装置向机架14的斜上方运送百合球。所述连杆式输送带的底部回转带侧的机架14上设置有主动式抖动器7，所述抖动器7为外购件，抖动器转轴24安装于机架14上，抖动器7的抖动部件置于底部回转带上，抖动器转轴24一端设置三排链轮23，通过传动链Ⅲ30连接升运带主动辊8上的三排链轮23，通过设计不同传动比的三个链轮的链传动，可根据土壤条件选用不同传动比的链传动，从而改变抖动器7的振动幅度以便适用于多种土壤。抖动器7工作时使连杆式输送带在输送过程中抖动，去除百合球上的泥土和杂质。所述主动辊8、从动辊4及抖动器转轴24均通过轴承座安装在机架14上。
如图1-图3所示，所述转向输送装置为一滚筒刷9，其滚筒刷轴9上设置有与竖直升运装置连接的传动轮，与竖直升运装置间通过传动链Ⅳ32连接，所述滚筒刷9为现有结构，由辊芯、尼龙管和刷毛组成，滚筒刷轴91两端通过轴承座固定在机架14上，辊芯与滚筒刷轴91通过平键连接，使辊芯套在滚筒刷轴91上，尼龙管套置在辊芯上，刷毛材料为尼龙丝，通过植毛机栽在尼龙管上。本例采用滚筒刷9，既可以将百合输送至垂直升运链19，同时利用土块与百合球的比重不同，起到了进一步分离的作用。
如图1-图3所示，所述竖直升运装置包括竖直支撑架20、升运链19、升运链主动轴26、升运链从动轴27、转向轮轴35、张紧轮轴Ⅰ36和张紧轮轴Ⅱ37，所述竖直支撑架20顶部靠近收集箱13的框架带有斜面，其上通过轴承座安装有升运链从动轴27，竖直支撑架20高于收集箱13顶部和靠近底部的位置分别设置支撑杆Ⅰ33、支撑杆Ⅱ34，相对于收集箱13侧设置倾斜板22，通过倾斜板22连接收集箱13，在支撑杆Ⅰ33上设置转向轮轴35，在支撑杆Ⅱ34上设置张紧轮轴Ⅰ36，在竖直支撑架20竖直撑杆上通过轴承座安装张紧轮轴Ⅱ37，所述张紧轮轴Ⅱ37高于转向轮轴35，在张紧轮轴Ⅰ36和张紧轮轴Ⅱ37两端分别对称设置张紧轮，用于升运链17的张紧，升运链17套置在转向轮轴35、升运链从动轴27及升运链主动轴26上的链轮外周，张紧轮轴Ⅰ36上的张紧轮置于升运链17外侧，张紧轮轴Ⅱ37上的张紧轮置于升运链17内侧用于升运链17的张紧，在升运链17上等间隔设置多个承运百合球的刮板11，升运链主动轴26安装的链轮21通过传动链Ⅳ32连接滚筒刷轴91上的链轮。本例中刮板11材质选用塑料，减少了整机的重量，刮板11上开有多个孔，便于减轻重量，同时将土块筛落；且刮板承载百合球的表面与水平面具有的倾斜角度为20°，以此防止百合球上升过程中滑落；其倾斜角度满足了百合在垂直升运过程中不会滑落，同时保证其能够顺利在顶部倾斜处滑入收集箱13。
所述倾斜板22位于所述竖直支撑架20和收集箱13间，运行至倾斜段的刮板11上的百合球沿倾斜板22滑入收集箱13。竖直升运装置的结构设计，减少了整机的长度。
所述连杆式输送带的连杆外周、竖直升运装置的升运链19外周和收集箱箱13底均设置有橡胶层，起到缓冲作用以此减少百合的损伤。
在机架14工作前端还设置有限深轮2，通过固定架连接在挖掘铲1两侧的机架14上，通过对地面的仿形从而控制挖掘铲1的挖掘深度；机架14后端设置地轮10，支撑机架14运行。
如图1-图3所示，在所述机架工作前端两侧还设置有防缠绕装置，包括两对称设置的辊筒16，每个辊筒轴顶端均设置有锥齿轮，与传动轴25上两端的锥齿轮分别啮合传动，传动轴25通过皮带传动与变速箱15输出轴相连，通过传动轴25转动带动两辊筒反向向机架14外侧旋转，在辊筒16外周固定有2-4条凸起筋条，形成切刀条17，所述切刀条17由辊筒16底端向顶端延伸，长度为240mm。当机具作业时，辊筒16在带轮的带动下向机架外侧旋转，两辊筒16旋转方向相反，缠绕在前端杂草在径向力的作用下，被刀条切断，起到防缠绕的作用。
如图4所示，本例所述传动装置包括变速箱15、带传动和5组链传动，所示变速箱15输出轴一端设置有传动链轮和带轮，通过传动带连接防缠绕装置的传动轴25上的带轮，通过传动链Ⅰ28连接升运带主动辊8上一端的链轮，升运带主动辊8另一端设置两组链轮，其中一组链轮和滚筒刷轴91间通过传动链Ⅱ29连接，另一组链轮为三排链轮，和抖动器转轴24上的三排链轮23通过传动链Ⅲ30连接，滚筒刷轴91和升运链主动轴26间通过传动链Ⅳ31连接，升运链主动轴26和升运链轴27间通过对称设置的传动链Ⅴ32连接。
本发明的工作过程：
本发明机架14工作前端通过三点悬挂架与拖拉机相连，操作者通过控制拖拉机来实现百合球联合收获机的运行；拖拉机输出动力轴连接变速箱15，经变速箱15将动力传动至防缠绕装置的辊筒16和输送分离装置，带动其升运带5转动，由挖掘装置的挖掘铲1铲起百合球，经升运带5抖动去除泥土及杂质后输送至转向输送装置的滚筒刷9，经滚筒刷9转向传送至竖直输送装置的升运链19的刮板11上，经升运链19输送至顶部，沿其倾斜段下滑，经倾斜板22滑入至收集箱13中。由于升运带5、刮板11、倾斜板22的表面及收集箱13的底面和内壁均设置柔性表层，使百合球的破损率低。
本例在对各参数的选取方面，进行了试验研究以及仿真分析。在设计时，为减少收获过程中机具对百合球的损伤，先对百合球恢复系数可能的影响因素进行了试验与分析，恢复系数是反应物体碰撞时变形恢复能力的系数，其定义为碰撞前后两物体在接触点的法向相对分离速度与法向相对接近速度之比，其对百合球的损伤研究具有重要意义，试验结果表明，影响百合球恢复系数的因素由主到次依次为：碰撞材料、下落高度、材料厚度。在设计中，对于其输送分离部件，使用恢复系数较大的材料，如Q235，并综合考虑分离过程中百合球弹起的高度不超过300mm，因此控制抖动器的转速，使其不超过250r/min。对于垂直升运部件的刮板11应采用恢复系数较小的材料制作，如塑料，或者是在其表面覆盖一层恢复系数小的材料，如橡胶等，并在收集箱底部放置泡沫塑料以此可以减少百合球的破损。对于收集箱13的内部高度，充分考虑到下落高度对百合球恢复系数的影响，其高度不超过300mm，本例选择300mm。
本例运用EDEM对收获过程中百合球与土壤分离阶段进行了仿真分析，从损伤机理出发，以百合球与机具碰撞所受法向力、碰撞次数、碰撞后弹起的高度为指标，分析百合球在不同条件下的损伤情况，以达到最好的对百合球的保护效果，分析前先对百合球及土壤的参数进行试验、查阅，包括密度、弹性模量、泊松比等，建立百合球颗粒模型，简化输送分离部件模型，接触模型选用“弹性-阻尼-滑动-摩擦接触力学模型”，以此改变升运带倾角(18、20、22、24、26、28)，升运带带速(1.5、1.8、2.1、2.3、2.5m/s)，抖动器转速(150、160、180、200、220r/min)来分析百合球在输送分离装置上的碰撞次数，弹起高度，以此获得最佳减少百合球损伤的组合。仿真结果为：所述升运带5与水平面间的倾斜角度为22°,升运带5的带速为1.8m/s，抖动器的转速为180r/min时，能够实现对百合球与土壤分离的同时保证百合球的低损伤。
实施例2：本例与实施例1不同的是：本例所述挖掘铲后端与铲架连接，相邻挖掘铲间距为20mm；所述挖掘铲为二阶面挖掘铲，铲前段与水平面的夹角α为30°，铲后段与水平面的夹角β为35°，挖掘铲总体高度H为200mm，铲前段高度H1为总高度H的1/4，铲宽度W为60mm。
本例所述升运带5与水平面间的倾斜角度为25°，抖动器的转速为200r/min。其上设置的抖动器与连杆式输送带最低端的距离L1整个连杆式输送带输送长度L的3/10处。所述竖直升运装置的刮板承载百合球的表面与水平面具有的倾斜角度为15°。所述防缠绕装置的辊筒外周的切刀条为2条，由辊筒底端向顶端延伸，长度为200mm。收集箱13的内部高度为250mm。
实施例3：本例与实施例1不同的是：本例所述挖掘铲后端与铲架连接，相邻挖掘铲间距为25mm；所述挖掘铲为二阶面挖掘铲，铲前段与水平面的夹角α为20°，铲后段与水平面的夹角β为30°，挖掘铲总体高度H为150mm，铲前段高度H1为总高度H的1/5，铲宽度W为100mm。
所述升运带5与水平面间的倾斜角度为30°，抖动器的转速为220r/min。其上设置的抖动器与连杆式输送带最低端的距离L1整个连杆式输送带输送长度L的2/5处。所述竖直升运装置的刮板承载百合球的表面与水平面具有的倾斜角度为25°。所述防缠绕装置的辊筒外周的切刀条为2-4条，由辊筒底端向顶端延伸，长度为250mm。收集箱13的内部高度为200mm。
实施例4：本例与实施例1不同的是：本例所述挖掘铲后端与铲架连接，相邻挖掘铲间距为28mm；所述挖掘铲为二阶面挖掘铲，铲前段与水平面的夹角α为25°，铲后段与水平面的夹角β为32°，挖掘铲总体高度H为180mm，铲前段高度H1为总高度H的9/40，铲宽度W为80mm。
本例控制抖动分离器的转速为250r/min。收集箱底部放置海绵以减少百合球的破损，收集箱的内部高度为220mm。
本例所述升运带5与水平面间的倾斜角度为30°，本发明所述升运带5上设置的抖动器与连杆式输送带最低端的距离L1整个连杆式输送带输送长度L的1/3处。所述竖直升运装置的刮板承载百合球的表面与水平面具有的倾斜角度为20°。所述防缠绕装置的辊筒外周的切刀条为2-4条，由辊筒底端向顶端延伸，长度为230mm。

Claims (10)

1.一种百合球联合收获机，其特征在于：包括机架及设置在机架上的挖掘装置、输送分离装置、转向输送装置、竖直升运装置、收集箱和传动装置，所述挖掘装置置于机架工作前端，用于挖掘百合球，在机架底部靠近尾端设置转向输送装置，在机架底部挖掘装置和转向输送装置间设置有输送分离装置，在机架顶端设置收集箱，所述竖直升运装置置于机架末端，其输送末端高于收集箱顶部，传动装置分别连接并驱动挖掘装置、输送分离装置、转向输送装置和竖直升运装置，转向输送装置将输送分离装置输送的百合球转送至竖直输送装置上，通过竖直输送装置输送至收集箱中。
2.根据权利要求1所述的百合球联合收获机，其特征在于：所述挖掘装置包括多个并列设置的挖掘铲和固定铲架，所述铲架倾斜固定在机架工作前端，所述铲架与水平面间的倾斜角度和挖掘铲后段与水平面间的夹角一致，所述挖掘铲后端与铲架连接，相邻挖掘铲间距小于30mm；所述挖掘铲为二阶面挖掘铲，铲前段与水平面的夹角α为20-30°，铲后段与水平面的夹角β为30-35°，挖掘铲总体高度H为150-200mm，铲前段高度H1为总高度H的1/5-1/4，铲宽度W为60-100mm。
3.根据权利要求1所述的百合球联合收获机，其特征在于：所述输送分离装置包括主动辊、从动辊和升运带，其主动辊连接传动装置，升运带绕置在主动辊和从动辊外周，升运带为连杆式输送带，倾斜设置，与水平面间的倾斜角度为20-30°，其物料输出端高于输入端，其上相邻两连杆间隔距离小于百合球的直径。
4.根据权利要求3所述的百合球联合收获机，其特征在于：所述连杆式输送带的底部回转带侧的机架上设置有抖动器，抖动器的抖动部件置于底部回转带上，抖动器与连杆式输送带最低端的距离L1是整个连杆式输送带输送长度L的3/10-2/5，抖动器转速不大于250r/min，抖动器工作时使连杆式输送带在输送过程中抖动，去除百合球上的泥土和杂质。
5.根据权利要求3所述的百合球联合收获机，其特征在于：所述转向输送装置为一滚筒刷，在其滚筒刷轴上设置有与竖直升运装置连接的传动轮。
6.根据权利要求1所述的百合球联合收获机，其特征在于：所述竖直升运装置包括竖直支撑架、升运链、刮板、升运链主动轴、升运链从动轴以及转向轮轴、张紧轮轴，所述升运链由竖直段和顶部倾斜段构成，其上等间隔设置多个承运百合球的刮板，所述竖直支撑架的底端设置连接传动装置的升运链主动轴，顶端设置升运链从动轴，升运链转角处设置转向轮轴，升运链套置在升运链主动轴、升运链从动轴以及和转向轮轴上的链轮外周，在竖直支撑架上靠近升运链底部和上端还设置有张紧轮轴，其上设置张紧轮对升运链张紧。
7.根据权利要求6所述的百合球联合收获机，其特征在于：所述刮板上开有多个筛落土块的孔，且刮板承载百合球的表面与水平面具有的倾斜角度为15-25°。
8.根据权利要求1所述的百合球联合收获机，其特征在于：所述竖直升运装置的竖直段和顶部倾斜段的竖直支撑架和收集箱间设置倾斜板，运行至倾斜段的刮板上的百合球沿倾斜板滑入收集箱，收集箱内部高度不大于300mm。
9.根据权利要求1-6任一项所述的百合球联合收获机，其特征在于：所述连杆式输送带的连杆外周、竖直升运装置的升运链外周、转向输送装置的滚筒刷外周、刮板接触百合球表面、倾斜板表面、收集箱箱底和内壁均设置有柔性层。
10.根据权利要求1所述的百合球联合收获机，其特征在于：在所述机架工作前端两侧还设置有防缠绕装置，包括两对称设置的辊筒，每个辊筒轴顶端均设置有锥齿轮，与传动轴上两端的锥齿轮分别啮合传动，传动轴一端通过皮带传动与变速箱输出轴相连，通过传动轴转动带动两辊筒反向向机架外侧旋转，在辊筒外周固定有2-4条凸起筋条，形成切刀条，所述凸起筋条由辊筒底端向顶端延伸，长度为200-250mm。
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