CN110578663B - 一种轴向柱塞泵及往复传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴向柱塞泵及往复传动机构，属于传动技术领域。往复传动机构包括机体、旋转输入轴及轴向移动输出构件；在旋转输入轴的外周面上设有曲形导槽；轴向移动输出构件上设有安装槽，安装槽上通过支撑轴而可转动地安装有外推旋转体，外推旋转体的支撑轴的两端部均支撑在安装槽的槽壁孔上，及通过支撑轴而可转动地安装有回拉旋转体；外推旋转体的外周面紧压于曲形导槽远离轴向移动输出构件的驱动输出端的内槽壁面上，且与邻近驱动输出端的外槽壁面间存有间隙；回拉旋转体的外周面紧压于外槽壁面上，且与内槽壁面间存有间隙。基于该传动机构，能可靠、稳定且一致地将旋转转动转换成轴向往复移动，可广泛用于船舶、石油生产等领域中。

Description

一种轴向柱塞泵及往复传动机构

技术领域

本发明涉及传动技术领域，具体地说，涉及一种往复传动机构及以该往复传动机构构建的轴向柱塞泵。

背景技术

轴向柱塞泵具有结构紧凑、工艺好、体积小、重量轻及排出压力高等优点，广泛应用于船舶、航空等技术领域。常用轴向柱塞泵包括设有柱塞孔的泵体，可沿轴向往复移动地安装在柱塞孔内的柱塞，及往复传动机构；其中，往复传动机构用于接收外部旋转驱动，并将该旋转驱动换成用于驱使柱塞往复移动的直线驱动。常用往复传动机构包括通过向心轴承与推力轴承支撑的带斜推肩的转轴，当转轴在外部旋转驱动装置的驱动下，而使柱塞头部沿斜推肩滑动，并在复位弹簧的复位作用下，而驱使柱塞沿轴向往复移动，由于柱塞头部与支撑轴承间为滑动摩擦而存在易磨损的技术问题，且柱塞的复位由复位压缩弹簧所提供，存在弹簧易疲劳断裂而寿命短，复位滞后而使回程缩短，及复位不到位而形成冲击载荷的技术问题。

为了解决上述技术问题，公开号为CN102155391A的专利文献中公开了一种轴向柱塞泵，主要对往复传动机构的结构进行改进，如其附图2所示，该往复传动机构包括偏心块5、推力轴承51及压缩弹簧62；偏心块5与泵轴固接，用于接收旋转传动装置所输出的旋转驱动。在工作过程中，利用泵轴驱使偏心块5转动，从而带动推力轴承51的端面进行摆动，并结合压缩弹簧62对柱塞6的复位作用，以驱使柱塞6的下端面紧压在推力轴承51的上端面上，通过二者的合力作用而驱使柱塞6沿轴向往复移动。采用偏心块5、推力轴承51与复位弹簧62的配合，而通过摆动方式驱使柱塞6沿轴向往复移动，有效地解决了柱塞头部与支撑轴承之间滑动摩擦的问题，但在使用过程中，仍存在上述在弹簧易疲劳断裂而寿命短，复位滞后而使回程缩短，及复位不到位而形成冲击载荷的技术问题。

此外，在公开号为CN202690745U的专利文献中公开了一种组合式轴承，对性能左了进一步改进，但其仍然需要利用弹簧进行复位而存在前述问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种结构改进的往复传动机构，以能提高传动的稳定性、一致性与可靠性；

本发明的另一目的是提供一种以上述往复传动机构构建的轴向柱塞泵。

为了实现上述主要目的，本发明提供的往复传动机构包括机体，可转动地安装在机体上的旋转输入轴，及可沿轴向往复移动地安装在机体上的轴向移动输出构件；在旋转输入轴的外周面上设有沿其周向布置的曲形导槽；轴向移动输出构件的被驱动端上设有安装槽，安装槽上通过支撑轴而可转动地安装有外推旋转体，外推旋转体的支撑轴的两端部均支撑在安装槽的槽壁孔上；在被驱动端上通过支撑轴而可转动地安装有回拉旋转体；外推旋转体的外周面紧压于曲形导槽远离轴向移动输出构件的驱动输出端的内槽壁面上，且与邻近驱动输出端的外槽壁面间存有间隙；回拉旋转体的外周面紧压于外槽壁面上，且与内槽壁面间存有间隙。

在本往复传动机构中，采用两个旋转体分别地紧压在曲形导槽的一个槽面上，且与另一槽面间隙布置，从而在推拉轴向移动输出构件在一个往复移动周期的过程中，两个旋转体的转向保持不变，且能确保行程的一致性，无滞后性，且有效减少冲击载荷，从而确保整个传动过程的稳定性与可靠性。此外，将外推球转体的支撑轴两端均进行支撑，有效地确保外推行程的大推力要求。

具体的方案为外推旋转体为推力球面旋转体。采用球面旋转体构建外推旋转体，与柱状旋转体相比，有效地确保旋转体绕旋转输入轴的轴线转动过程中的力分布均衡。

更具体的方案为推力球面旋转体包括套装在支撑轴外的第一轴承及套装在第一轴承外的球面体；外槽壁面包括与推力球面旋转体的局部球冠状表面相配合的防窜动导槽，防窜动导槽沿曲形导槽的槽长方向延伸布置；回拉旋转体包括套装在支撑轴外的第二轴承。通过设置与球面体相适配的防窜动导槽，有效地确保在移动过程中窜动，提高窜动过程的稳定性。

优选的方案为旋转输入轴包括内套轴及套装在内套轴外且同步等转速转动的外套筒；内套轴伸出外套筒外的端部外凸地设有轴肩部，轴肩部的肩台面构成外槽壁面，外套筒邻近轴肩部的端面构成内槽壁面。将旋转输入轴设置成包括内套轴及套装在内套轴，不仅便于加工，且便于安装过程中对两槽壁面之间的间距进行调整。

更优选的方案为外套筒可沿轴向移动地套装在内套轴外；内套轴与外套筒之间通过沿轴向布置的键槽机构而传递转动。可在服役过程中，根据实际间距调整两槽壁面之间的间距。

另一个优选的方案为机体设有在机体的轴向一端敞口的轴腔，用于套装在旋转输入轴的端部外；在敞口上安装有套装在旋转输入轴外的轴承端盖；在旋转输入轴与轴腔间套装有并排布置的推力轴承与球轴承；在推力轴承与球轴承之间紧压有垫片，轴承端盖紧压于推力轴承上，球轴承的端面紧压于旋转输入轴的外轴肩部上；在轴腔的底面与旋转输入轴邻近底面的端面中，一者上固设有支撑轴，另一者上内凹地设有轴承孔，在轴承孔与支撑轴间套装有角接触轴承；底面上设有安装导孔，轴向移动输出构件的输出端通过安装导孔而伸出轴腔。通过两轴向上的轴承推力配合而提高轴向力支撑。

另一个优选的方案为回拉旋转体与外推旋转体的支撑轴轴线相平行布置。便于对两槽壁面的形状进行布局、设计与加工。

更优选的方案为安装在同一轴向移动输出构件上的回拉旋转体与外推旋转体共用同一根支撑轴。有效地提高结构轴向尺寸上的紧凑型，及支撑轴的力矩平衡性而便于加工与安装。

进一步的方案为外推旋转体的支撑轴邻近旋转输入轴的内端部伸出槽壁孔后，用于可转动地安装回拉旋转体。进一步地提高整体结构的紧凑型。

再一个优选的方案为轴向移动输出构件为十字头结构；多根轴向移动输出构件环绕旋转输入轴布置；曲形导槽的槽壁面为正弦波曲面结构；曲形导槽的首尾相对接地环绕旋转输入轴一周；外推旋转体与回拉旋转体的支撑轴为销轴。

为了实现上述另一目的，本发明提供的轴向柱塞泵包括设有柱塞孔的泵体，可沿轴向往复移动地安装在柱塞孔内的柱塞，及往复传动机构；往复传动机构用于接收外部旋转驱动，并将该旋转驱动换成用于驱使柱塞往复移动的直线驱动；往复传动机构为上述任一项技术方案所描述的往复传动机构。

附图说明

图1为本发明往复传动机构实施例1的轴向剖视图；

图2为本发明往复传动机构实施例1中机体的轴向剖视图；

图3为本发明往复传动机构实施例1中轴向移动输出构件及安装在其上的外推旋转体与回拉旋转体的结构图；

图4为本发明往复传动机构实施例1中旋转输入轴的结构图；

图5为图1所示结构的上半部的放大图；

图6为图5中A局部放大图；

图7为图5中B局部放大图；

图8为本发明往复传动机构实施例2中轴向移动输出构件及安装在其上的外推旋转体与回拉旋转体的结构图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

本发明主要为对往复传动机构的结构进行改进，具体为将旋转转动转换成直线往复移动的运动形式转换机构的结构进行改进，以提高传动的一致性、稳定性与可靠性。同理，对于轴向柱塞泵的结构，主要改进在于往复传动机构上，其他诸如泵体、柱塞等的结构参照现有产品进行设计。

往复传动机构实施例1

参见图1至图7，本发明往复传动机构1包括机体10，可转动地安装在机体10上的旋转输入轴11，及可沿轴向往复移动地安装在机体10上的轴向移动输出构件12。

如图1所示，机体10包括本体2及轴承端盖13，轴承端盖13为环状板体结构。

如图2所示，本体2为在其轴向一端敞口的圆筒体结构，其筒腔20构成本实施例中的轴腔，至少用于安装旋转输入轴11与轴向移动输出构件12的局部结构；在其筒底面的中心区域上设有安装通孔21与多个位于安装通孔21的外周侧的安装导孔22；在本实施例中，该多个安装导孔22环绕安装通孔21的周向均匀布置，具体数量为两个，安装导孔22远离敞口的外孔口部为阶梯孔部220；安装通孔21邻近敞口的内孔口部为阶梯孔210。

如图3及图6所示，轴向移动输出构件12包括可沿轴向往复移动地套装在安装通孔20内的输出端30及位于筒腔内的槽座部31，槽座部31构成本实施例中的被驱动端，具体选用十字头结构构建本实施例中的轴向移动输出构件12；在槽座部31上设有安装槽32，安装槽32的两槽壁上对应地设有槽壁孔33与槽壁孔34，在安装槽32内通过支撑轴41而可转动地安装有外推旋转体42。在本实施例中，外推旋转体42包括套装在支撑轴41外的第一轴承420及套装在第一轴承420外的球面体421，具体地，第一轴承420选用滚针轴承进行构建，支撑轴41的外端部穿过槽壁孔34后再支撑在槽壁孔33内，以使支撑轴41位于外推旋转体42两侧的端部均支撑在安装槽32的槽壁孔内。支撑轴41的内端部位于槽壁孔33背离槽壁孔34的一侧，该内端部外可转动地套装有回拉旋转体43，以使支撑轴41只有位于会拉旋转体43的一侧端部支撑地固定在槽壁孔内。即在本实施中，安装在同一轴向移动输出构件12上的回拉旋转体43与外推旋转体42共用同一根支撑轴41，且该支撑轴41的内端部在伸出槽壁孔34后，用于可转动地安装回拉旋转体43。在使用过程中，安装在所有轴向移动输出构件12上的支撑轴41的轴向均沿旋转输入轴11的径向布置，其中，“支撑轴内端部”被配置为沿该径向邻近旋转输入轴11的一端部。

球面体421的支撑轴孔的外端部内凸地设有止挡肩台部4210，内端部内凹地设有环形卡槽4211；在安装过程中，第一轴承420的外端面抵压在挡肩台部4210，内端面抵压在卡合于环形卡槽4211的弹性挡圈4212上，从而对第一轴承420与球面体421的轴向位置进行定位。

在支撑轴41的外端部外套装有环形垫片44，环形垫片44紧压在槽壁孔33的内端面与第一轴承420之间，以使第一轴承42与槽壁孔33的内端面间存有间隙，而迫使外推旋转体42的外端与槽壁孔33的内端面间存有间隙；在支撑轴41与槽壁孔34之间紧压地套装有间隔套45，间隔套45的外端抵压在第一轴承42与槽壁孔34的外端面间存有间隙而迫使外推旋转体42的内端与槽壁孔34的外端面间存有间隙；在本实施例中，回拉旋转体43采用第二轴承进行构建，其紧压于间隔套45的内端与支撑轴41的内膨胀端部之间。在本实施例中，第二轴承选用球轴承进行构建。

如图4所示，旋转输入轴11包括内套轴5及套装在内套轴5外的外套筒6，内套轴5与外套筒6之间通过沿轴向布置的键槽机构而传递转动，以使二者同步等转速地转动，且二者在轴向上的位置可调节，具体采用平键46进行轴向可移动的连接，即外套筒6可沿轴向移动地套装在内套轴5外。

内套轴5伸出外套筒6外的端部外凸地设有轴肩部50，即邻近轴向移动输出构件12的端部为轴肩部50，轴肩部50的外端部内凹地设有轴承孔51。外套筒6上的外周面外凸地设有小径外肩台60与大径外肩台61，该两外肩台的肩台面法向朝背离轴肩部50的方向布置。

其中，轴肩部50邻近外套筒6的内肩台面500为环绕内套轴5的中心轴线110布置且为连续光滑的曲形引导面，在本实施例中，该曲形引导面为环绕中心轴线110一周且首尾光滑连续地对接的环形曲面结构，具体地，与内套轴5共中心轴线110的圆柱面与该曲形引导面的交线能展开成正弦波曲线，即内肩台面500为正弦波曲面结构，且首尾相光滑连续对接地环绕旋转输入轴110一周，对于该正弦波曲线，可以为多个周期连续布置的正弦波，以能在旋转输入轴11旋转一周，而驱使轴向移动输出构件12往复移动该周期数，在本实施例中为一个正弦波；外套筒6邻近轴向移动输出构件12的端面600为与内肩台面500相适配的连续光滑的曲形引导面，二者相对布置而构成本实施例中的曲形导槽的两槽壁面，其中，内肩台面500构成邻近轴向移动输出构件12的驱动输出端的外槽壁面，而端面600构成远离轴向移动输出构件12的驱动输出端的内槽壁面；在外端面600上设有内凹地形成有与球面体421的局部表面相配合的防窜动导槽601，且该防窜动导槽601沿该曲形导槽的槽长方向延伸布置，用于对球面体421相对外端面600在旋转输入轴11径向上的位置进行定位及移动进行导向，以防止径向上的窜动；即在本实施例中，旋转输入轴11的外周面上设有沿其周向布置的曲形导槽。

如图1至图7所示，在安装过程中：

(1)通过调整旋转输入轴11与轴向移动输出构件12在轴向上的相对位置，以使球面体421部分球表面嵌入防窜动导槽601地抵压在端面600上，且与内肩台面500之间存有间隙，以在相对滚动的过程中只与内槽壁面抵压接触而保持转向不变，而第二轴承抵压在内肩台面500上，且与端面600之间存有间隙，以在相对滚动的过程中只与外槽壁面抵压接触而保持转向不变，即外推旋转体42的外周面紧压于曲形导槽的内槽壁面上，且与外槽壁面间存有间隙；而回拉旋转体的外周面紧压于外槽壁面上，且与内槽壁面间存有间隙。即前述“端面600为与内肩台面500相适配的连续光滑的曲形引导面”中的“相适配”被配置为，在旋转体相对曲形导槽旋转一周的过程中，始终能保持在轴向移动输出构件12的可移动轴向上位置保持不变的外推旋转体42与回拉旋转体43始终保持与一个曲形引导面抵压接触。

(2)轴承端盖13套装在外套筒6外地安装在本体2的敞口端上，且在轴承端盖13与圆筒体结构的敞口端面间压有密封垫圈，不仅用于形成密封腔室，且能用于调整两个槽壁面之间的间距，并在轴承端盖13内孔面与外套筒6之间通过油封73进行密封；并在外套筒6与轴腔间套装有并排布置的推力轴承74与球轴承76，在推力轴承76与球轴承76之间紧压有垫片75，以使轴承端盖13紧压于推力轴承74上，而球轴承76的端面紧压在大径肩台面61上，球轴承76通过垫片75而紧压在小径肩台面60上。

(3)在安装通孔21上套装地固定有支撑轴73，在轴承孔51与支撑轴73间套装有角接触轴承72，且该角接触轴承72抵压在支撑轴73的外轴肩730上，以利用角接触轴承72与球轴承76为旋转输入轴11提供轴向可转动支撑。

在工作过程中，旋转输入轴11用于接收外部旋转驱动装置所输入的旋转驱动，通过外推旋转体42、回拉旋转体42与曲形导槽的两槽壁面间的滚动抵压，而驱使轴向移动输出构件12沿轴向往复移动。即在工作过程中，利用两侧支撑轴部均获得支撑的外推旋转体42驱使轴向移动输出构件12输出推力，而利用单侧支撑轴部获得支撑的回拉旋转体43驱使轴向移动输出构件12复位，不仅能满足驱动要求，且能在结构上更加的紧凑。

在本实施例中，外推旋转体与回拉旋转体的支撑轴均采用销轴进行构建。

往复传动机构实施例2

作为对本发明往复传动机构实施例2的说明，以下仅对与上述往复传动机构实施例1的不同之处进行说明。

参见图8，在本实施例中，外推旋转体42与回拉旋转体43分别通过支撑轴而可转动地安装在轴向移动输出构件12上，其中，用于安装外推旋转体42的支撑轴410的两端部对应地支撑在槽壁孔33与槽壁孔34上，而用于安装回拉旋转体43的支撑轴411套装在轴孔37内，且使支撑轴410与支撑轴411的轴向相平行布置，此时，曲形导槽的两槽壁面之间的间距大于上述实施例1中的两槽壁面之间的间距。

两分离式的支撑轴的在槽座部上的安装位置可以有多种显而易见的变化，但在本实施例中，将两支撑轴中心轴线配置成二者所在平面与轴向移动输出构件12的轴向往复移动方向平行，且大致构成轴向移动输出构件12的中面，在本实施例中，该中面为轴向移动输出构件12的对称面。

此外，可将两个支撑轴的中心轴线配置成均沿旋转输入轴11的径向布置，但是二者在垂直于轴向往复移动方向的横截面上的投影间存有大于0的圆心角。

轴向柱塞泵实施例

本发明轴向柱塞泵采用上述往复传动机构实施例进行构建，即至少包括设有柱塞孔的泵体，可沿轴向往复移动地安装在所述柱塞孔内的柱塞，及前述往复传动机构实施例，柱塞的头端部与往复传动机构的轴向移动输出构件固定连接，其他如泵体等结构参照现有产品设计。

本发明的主要构思是通过对旋转输入轴与轴向移动输出构件之间的运动转换机构的结构进行改进，以提高其传动的稳定性、一致性与可靠性，根据本构思，曲形导槽的槽壁面的形状及外推回转体、回拉旋转体的结构还有多种显而易见的变化，并不局限于上述实施例中示例性的结构。

Claims (13)

1.一种往复传动机构，包括机体，可转动地安装在所述机体上的旋转输入轴，及可沿轴向往复移动地安装在所述机体上的轴向移动输出构件；其特征在于：

在所述旋转输入轴的外周面上设有沿其周向布置的曲形导槽；

所述轴向移动输出构件的被驱动端上设有安装槽，所述安装槽上通过支撑轴而可转动地安装有外推旋转体，所述外推旋转体的支撑轴的两端部均支撑在所述安装槽的槽壁孔上；在所述被驱动端上通过支撑轴而可转动地安装有回拉旋转体；

所述外推旋转体的外周面紧压于所述曲形导槽远离所述轴向移动输出构件的驱动输出端的内槽壁面上，且与邻近所述驱动输出端的外槽壁面间存有间隙；所述回拉旋转体的外周面紧压于所述外槽壁面上，且与所述内槽壁面间存有间隙；

所述旋转输入轴包括内套轴及套装在所述内套轴外且同步等转速转动的外套筒；所述内套轴伸出所述外套筒外的端部外凸地设有轴肩部，所述轴肩部的肩台面构成所述外槽壁面，所述外套筒邻近所述轴肩部的端面构成所述内槽壁面；所述外套筒可沿轴向移动地套装在所述内套轴外。

2.根据权利要求1所述的往复传动机构，其特征在于：

所述外推旋转体为推力球面旋转体。

3.根据权利要求2所述的往复传动机构，其特征在于:

所述推力球面旋转体包括套装在支撑轴外的第一轴承及套装在所述第一轴承外的球面体；

所述外槽壁面包括与所述推力球面旋转体的局部球冠状表面相配合的防窜动导槽，所述防窜动导槽沿所述曲形导槽的槽长方向延伸布置；

所述回拉旋转体包括套装在支撑轴外的第二轴承。

4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的往复传动机构，其特征在于：

所述内套轴与所述外套筒之间通过沿轴向布置的键槽机构而传递转动。

5.根据权利要求4所述的往复传动机构，其特征在于：

所述机体上设有在所述机体的轴向一端敞口的轴腔，用于套装在所述旋转输入轴的端部外；在所述敞口上安装有套装在所述旋转输入轴外的轴承端盖；在所述旋转输入轴与所述轴腔间套装有并排布置的推力轴承与球轴承；在所述推力轴承与所述球轴承之间紧压有垫片，所述轴承端盖紧压于所述推力轴承上，所述球轴承的端面紧压于所述旋转输入轴的外轴肩部上；

在所述轴腔的底面与所述旋转输入轴邻近所述底面的端面中，一者上固设有支撑轴，另一者上内凹地设有轴承孔，在所述轴承孔与所述支撑轴间套装有角接触轴承；所述底面上设有安装导孔，所述轴向移动输出构件的输出端通过所述安装导孔而伸出所述轴腔。

6.根据权利要求4所述的往复传动机构，其特征在于：

所述回拉旋转体与所述外推旋转体的支撑轴的轴线相平行布置。

7.根据权利要求4所述的往复传动机构，其特征在于：

安装在同一所述轴向移动输出构件上的所述回拉旋转体与所述外推旋转体共用同一根支撑轴；

所述外推旋转体的支撑轴邻近所述旋转输入轴的内端部伸出槽壁孔后，用于可转动地安装所述回拉旋转体。

8.根据权利要求4所述的往复传动机构，其特征在于：

所述轴向移动输出构件为十字头结构；

多根所述轴向移动输出构件环绕所述旋转输入轴布置；

所述曲形导槽的槽壁面为正弦波曲面结构；

所述曲形导槽的首尾相对接地环绕所述旋转输入轴一周；

所述外推旋转体与所述回拉旋转体的支撑轴均为销轴。

9.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的往复传动机构，其特征在于：

所述机体上设有在所述机体的轴向一端敞口的轴腔，用于套装在所述旋转输入轴的端部外；在所述敞口上安装有套装在所述旋转输入轴外的轴承端盖；在所述旋转输入轴与所述轴腔间套装有并排布置的推力轴承与球轴承；在所述推力轴承与所述球轴承之间紧压有垫片，所述轴承端盖紧压于所述推力轴承上，所述球轴承的端面紧压于所述旋转输入轴的外轴肩部上；

在所述轴腔的底面与所述旋转输入轴邻近所述底面的端面中，一者上固设有支撑轴，另一者上内凹地设有轴承孔，在所述轴承孔与所述支撑轴间套装有角接触轴承；所述底面上设有安装导孔，所述轴向移动输出构件的输出端通过所述安装导孔而伸出所述轴腔。

10.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的往复传动机构，其特征在于：

所述回拉旋转体与所述外推旋转体的支撑轴的轴线相平行布置。

11.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的往复传动机构，其特征在于：

安装在同一所述轴向移动输出构件上的所述回拉旋转体与所述外推旋转体共用同一根支撑轴；

所述外推旋转体的支撑轴邻近所述旋转输入轴的内端部伸出槽壁孔后，用于可转动地安装所述回拉旋转体。

12.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的往复传动机构，其特征在于：

所述轴向移动输出构件为十字头结构；

多根所述轴向移动输出构件环绕所述旋转输入轴布置；

所述曲形导槽的槽壁面为正弦波曲面结构；

所述曲形导槽的首尾相对接地环绕所述旋转输入轴一周；

所述外推旋转体与所述回拉旋转体的支撑轴均为销轴。

13.一种轴向柱塞泵，包括设有柱塞孔的泵体，可沿轴向往复移动地安装在所述柱塞孔内的柱塞，及往复传动机构；所述往复传动机构用于接收外部旋转驱动，并将该旋转驱动换成用于驱使所述柱塞往复移动的直线驱动；

其特征在于：

所述往复传动机构为权利要求1至12任一项权利要求所述的往复传动机构。

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