XK400-1000开炼机设计【含CAD图纸、说明书】
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英文翻译 学院: 班级: 姓名: 学号:The Research of Monitoring System for Clearance Adjustment of Open Mixing MachineOpen mixing machine is a mechanical equipment, which is widely used in rubber, plastic industries, mainly for its natural rubber refining plastic, rubber mixing .It is made up of body, roller, the transmission system, clearance adjustment, safety brakes, electric motors. Among them, clearance adjustment plays an important role in the automation and control. Aiming at the insufficient of existing clearance adjustment of open mixing machine, a digital control system based on MCU is proposed.By analyzing the practical work process of clearance adjustment system of open mixing machine, the digital control system which is designed in this paper is composed of data acquisition unit and main control unit. Data acquisition unit is designed to accomplish the sensor collections and communications, the main control unit carries through the work of system operation control, running state monitor, parameter set and so on. The whole system is based on the CAN bus architecture to meet a variety of communication requirements.As it is rich in function resources and its anti-interference ability is strong, the 16bit MCU MC9S12 which is the latest product of Motorola company has been adopted as key calculate part of the controller. The measures of separated power, photo isolate for input/output and shielded crust make the system more strong in reliabilities; In the structure of software, the embedded real-time operating system uC/OS-II have been used, which makes the system work as a real time system and can be designed simply. In the control method, the incremental digital PID control method achieved good control. PC program using Visual Basic language, be able to set the parameters for the node, and can draw real-time control of the curve.The debugging and running of the system indicate that it has the characteristics of a whole well-designed, simpler structure, lower cost, easier operation, higher reliability and friendly interface between human and system. It improves the working efficiency and the accuracy, meets the need of production, possesses good value of promotion.Design and Control Research of Hydraulic Adjustment for Open Mixing MillOpen mixing mill is the important equipment for production of radial tires. The performance of clearance adjustment will have a direct impact on the quality of products. For the traditional mechanical adjustment device in the actual production process, there are some shortcomings, such as a relatively long period of time to replace safety brakes, and poor precision of adjustment, especially for equipment and personal security protection is not enough.In order to solve the above problems, clearance adjustment of open mixing mill by electro-hydraulic servo drive is designed in this paper according to recent development of the device at home and abroad. The control methods of system are mainly studied. This topic has designed a conventional PID controller, ordinary fuzzy controller, fuzzy-PID dual-mode controller and fuzzy self-tuning PID controller, and simulation is compared. Finally, in view of the inadequacy of the fuzzy control method, a PID control system based on fuzzy RBF neural network is proposed, which absorbs the merit of self-learning function for neural networks.Simulation results show the system, with better performance, is able to meet the control requirements of clearance adjustment.First of all, on basis of reviewing a large number of domestic and foreign literature and meeting system parameters, the hydraulic system is designed. Through a rational derivation,nonlinear mathematical model of electro-hydraulic position control system is built up.The system dynamic and stability analysis is obtained with the use of the model.Secondly, the author regulates system by using PID controller since the response for the system cant reach the design requirements. Owing to linear time-invariant combination of traditional PID control, it is difficult for PID parameters to adapt to change in system parameters.Then,by researching on fuzzy control technology, the paper designs ordinary fuzzy controller, fuzzy-PID dual-mode controller and fuzzy self-tuning PID controller. Simulation results show that the latter two kinds of fuzzy controller has more effective performance, smaller overshoot and faster response, comparing to conventional PID controller and ordinary fuzzy controller.Finally, a PID control system based on fuzzy RBF neural network is proposed is proposed on the basis of fuzzy control and neural network theory. Simulation results show that the controller has a shorter response time, smaller overshoot and higher stable precision, comparing to dual-mode fuzzy-PID controller and fuzzy self-tuning PID controller. The controller can better meet the control requirements of hydraulic adjustment for open mixing mill.译文:开炼机是在橡胶、塑料等行业广泛使用的一种机械设备,它主要用作天然橡胶塑炼、生胶与配合剂混炼,或用作胶料热炼。开炼机主要由机座、机架、辊筒、传动系统、辊距调节装置、安全制动装置、电动机、减速机等组成。其中,辊距调节装置发挥着重要作用,它的自动化控制程度的高低对开炼机性能有很大影响。本文针对现有国内开炼机辊距调节装置控制系统的不足,提出了基于单片机的数字控制系统方案。通过对开炼机辊筒液压调距系统的实际工作过程分析,本文研制的数字控制系统包括数据采集单元和主控单元系统两部分。数据采集单元完成信号的采集和通信;主控单元进行系统运行控制、状态监控、参数设定等工作。整个系统是基于CAN总线架构,满足各种通信要求。整个系统采用Motorola公司出品的MC9S12系列单片机作为核心控制单元,其片上资源丰富,抗干扰能力强。在硬件上采取了独立电源、光电隔离、屏蔽外壳等措施加强系统的抗干扰性能:软件上采用了嵌入式实时操作系统uC/OS-,实时性强,设计简单。在控制方法上,采用数字增量式PID控制方法,并取得了良好的控制效果。上位机程序采用Visual Basic语言编写,能够对节点进行参数设定,并可以绘制实时的控制曲线。经实验调试验证,该监控系统整体设计合理,结构简单,成本低廉,控制灵活,性能可靠,人机交互界面友好,提高了工作效率和准确度,满足现实生产需要,有很好的应用和推广价值。开炼机是生产子午线轮胎的重要设备,其调距性能的好坏直接影响到产品的质量。传统的机械调距装置在实际生产过程中存在一定的缺陷,如更换安全片时间较长、调距精度差,特别是对设备和人身的安全保护不够。为解决上述问题,本课题结合国内外调距装置的发展现状,设计了电液伺服驱动的开炼机调距系统,并对其控制策略做了重点研究。本课题先后设计了常规PID控制器、普通模糊控制器、模糊-PID双模控制器及模糊自整定PID控制器,并进行了仿真对比研究。最后,针对模糊控制中遇到的一些问题,利用神经网络自学习功能,提出了基于模糊RBF神经网络的PID控制。仿真结果表明,基于模糊RBF神经网络的PID控制,具有更优良的性能,能更好地满足开炼机调距系统的控制要求。首先,在查阅大量国内外文献基础上,根据开炼机的系统参数要求,设计了液压系统。通过合理的推导,建立了电液伺服位置控制系统的非线性数学模型,利用该模型对系统进行相关的动态和稳定性分析。其次,针对系统的响应达不到设计要求,采用PID控制器校正系统。由于传统的PID控制采用线性定常组合的方法,PID参数一旦调定,控制器很难适应系统参数变化。然后,采用了模糊控制技术,分别设计了普通模糊控制器、模糊-PID双模控制器及模糊自整定PID控制器。仿真结果表明,后两种模糊控制的效果较好,超调量小,且响应速度快,明显优于常规PID控制和普通模糊控制。最后,将模糊控制与神经网络控制结合起来,提出了基于模糊RBF网络整定的PID控制技术。通过仿真表明,该控制器具有响应时间短,超调小,稳态精度高的特点,控制效果优于模糊-PID双模控制器及模糊PID自整定控制器,能较好地满足开炼机液压调距系统的控制要求。本科毕业设计说明书题 目: XK400-1000开炼机 院 系: 专 业: 机械制造及其自动化 班 级: 学生姓名: 指导教师: 论文提交日期: 论文答辩日期: 沈阳化工大学学士学位论文 摘要摘要炼胶设备是橡胶工业中的通用设备,在所有橡胶制品加工中都必须经过炼胶加工工序。因此,炼胶设备是橡胶机械中重要的设备之一。目前的炼胶设备主要有开炼机、密炼机(间歇式生产,目前通用),连续混炼挤出机(连续式生产,橡胶方面正在研究之中,塑料方面已工业化)。 在橡胶工业中,混炼车间是整个行业的核心,是橡胶工厂最重要的部门,也是能源消耗大户,占全厂40%,也是目前重点节能的部门或工序之一。它包括烘箱、切胶机、开炼机、密炼机及其辅机。近年来,国外橡胶工业有了迅速的发展,不仅在各个加工技术方面有相当的进步,而且设备方面有很大的发展,广泛地应用电子计算机管理和控制炼胶作业,大大地提高了炼胶系统地自动化水平,同时也引起了炼胶系统的变化。 多年来,国外对炼胶系统的技术改革实践证明:首先改革炼胶机及其装置,并使之现代化,以取得较高的劳动生产率、较高的效率和炼胶作业最佳化,才能真正实现炼胶系统技术创新。经过多年的改革,当代炼胶系统尤其是轮胎厂的炼胶系统已发展成自动化水平较高的工程系统。开放式炼胶机简称开炼机,开炼机是橡塑工业中使用历史最悠久的加工设备之一。随着橡塑工业的产生而诞生,随着橡塑工业的发展而发展。成为橡塑工业中加工橡胶、塑料的常用设备之一,也是基本设备之一。据初略统计,目前我国每年生产开炼机5000台。每年还有一定量的开炼机供出口到东南亚等地区。它主要用于天然橡胶的塑炼,生胶与配合剂的混炼,或用作胶料的热炼和胶料的压片之用。它主要由辊筒、机座、机架、传动齿轮、润滑装置、加热与冷却装置、辊温调节装置、安全制动装置及电动机、减速器等组成。其辊筒采用冷硬铸铁制成,其表面经过磨削而形成光滑的表面。辊筒内部为空心结构,根据使用要求,通入蒸汽或者冷却水进行冷却。为了调节炼胶过程中辊筒的温度,通过进水管把水导入辊筒内腔,溢流从辊筒一端的喇叭孔进入溢流槽再排出。为了操作上的安全,在开炼机的上端装有安全拉杆,当拉动拉杆后,便自动切断电源,通过电磁抱闸而自动停车。为防止胶料从辊筒两端挤入辊筒轴承部位,装有挡胶板。关键词: 开炼机、辊筒、辊筒轴承、机座、安全制动装置、加热与冷却装置 Abstract The complete design of a machine is a complex process. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineering material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledgeOne of the first steps in the design of any product is to select the material from which each part is to be made. Numerous materials are available to todays designers. The function of the product, its appearance, the cost of the material, and the cost of fabrication are important in making a selection. A careful evaluation of the properties of a. material must be made prior to any calculations.。Careful calculations are necessary to ensure the validity of a design. In case of any part failures, it is desirable to know what was done in originally designing the defective components. The checking of calculations (and drawing dimensions) is of utmost importance. The misplacement of one decimal point can ruin an otherwise acceptable project. All aspects of design work should be checked and rechecked.If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of product. Must regard as the machine design is the machine design personnel carries on using creative ability the product design, the system analysis and a formulation product manufacture technology good opportunity. Grasps the project elementary knowledge to have to memorize some data and the formula is more important than. The merely service data and the formula is insufficient to the completely decision which makes in a good design needs. On the other hand, should be earnest precisely carries on all operations. For example, even if places wrong a decimal point position, also can cause the correct design to turn wrongly. A good design personnel should dare to propose the new idea, moreover is willing to undertake the certain risk, when the new method is not suitable, use original method. Therefore, designs the personnel to have to have to have the patience, because spends the time and the endeavor certainly cannot guarantee brings successfully. A brand-new design, the request screen abandons obsoletely many, knows very well the method for the people. Because many person of conservativeness, does this certainly is not an easy matter. A mechanical designer should unceasingly explore the improvement existing product the method, should earnestly choose originally, the process confirmation principle of design in this process, with has not unified it after the confirmation new idea. China is the worlds first national machinery development. Chinese mechanical engineering technology not only has a long history and splendid achievements in Chinese is not only the material culture and social economic development plays an important role in the world, and to promote the progress of civilization, technology has made great contribution to Chinese traditional machine. And in a long period ahead in the world. In modern times, especially from the early 18th century, due to the nineteen forties, due to the economic and social reasons, such as the China machinery industry, stagnation, in the 100 years is western bourgeois political revolution and industrial revolution, mechanical science and technology is developing rapidly, and far more than the level of China. So, China mechanical development level and the western gap widens, sharply to the 19th century middle behind western one hundred years.Keywords:machine manufacture technology, original method,drawing dimensions,industrial revolution8目 录第一章 绪论11.1 开炼机的工作原理11.2开炼机的基本结构11.3 控制方式智能11.4 开炼机结构形式的历史发展与现状3第二章 主要性能参数的确定42.1 主要参数的确定42.2 传动原理图42.3 电动机和减速机的选择42.4 速比齿轮的确定52.5 传动齿轮的确定6第三章 主要零部件的设计73.1 辊筒的设计73.2 横梁和机架73.3 润滑系统83.4制动装置13第四章 调距装置164.1 调距螺杆的计算164.2 螺杆螺纹的自锁条件244.3 螺母计算25第五章 辊温调节装置355.1 辊筒冷却计算35 5.2实际冷却水消耗的确定 5.3冷却水管进水管直径的计算总结参考文献38致 谢39开炼机文献综述学院:班级:姓名: 学号:文献综述国产开炼机的发展历程与趋势摘要: 介绍国产开炼机的发展历程和发展趋势。开炼机产品结构主要经历了从开式传动、闭式传动到双联传动结构的变化, 控制方式实现了智能化, 新材料、新工艺、新技术、新装置以及新标准的应用进一步提高了开炼机的整体性能。大规格和液压驱动是国产开炼机的发展方向。关键词: 开炼机; 发展历程; 发展趋势计开发工作。1.发展概况我国规模化生产化工机械设备起步较晚。其中, 开炼机的生产始于20 世纪50 年代, 生产技术基本是沿袭前苏联的, 规格只有5400, 5450 和5560 等少数几种, 结构形式以开式传动为主。80年代, 随着我国机械工业的飞速发展和全球经济的复苏, 汽车、石油以及高分子材料等工业得到迅猛发展, 带动了相关行业的生产规模不断扩大, 一些新工艺、新设备也随之应运而生, 特别是橡胶行业, 不断开发出各种新型橡胶生产设备, 开炼机的产品规格和结构形式也有了极大发展, 主要表现在产品规格系列化、结构形式多样化和控制方式智能化。1.1 产品规格系列化开炼机的应用范围在不断拓展, 其产能配套情况必须随使用要求而定, 绝大多数情况下, 开炼机生产只是产品生产的一个中间环节, 需要与其它生产设备组合成生产线配套使用。这样, 开炼机的生产能力就必须满足生产线中各配套设备的产能要求, 而与开炼机配套的密炼机、压延机等设备规格较多, 产能也各不相同, 因此, 为满足使用要求, 我国又陆续开发出了5360, 5550, 5610,5660 和5710 等多种规格开炼机, 并且每种规格都形成了系列, 以满足不同的速度、速比及润滑和安全防护方式等方面的要求。1.2 产品结构形式多样化开炼机虽然都是通过电动机驱动, 但由于制造年代和使用工艺条件的不同, 传动结构各式各样, 其中主要包括开式传动结构、闭式传动结构和双联传动结构。( 1) 开式传动结构早期开炼机普遍采用开式传动结构。开式传动结构简单, 造价低廉, 传动部分分散, 安装调整繁琐。辊筒轴承通常采用铜或尼龙材质的滑动轴承, 调距方式多为手动。前后辊筒速比通过安装在辊筒一端的速比齿轮来实现。由于前后辊筒的动力直接靠速比齿轮传递, 而且生产过程中辊距需要调整, 造成了速比齿轮的啮合不能处于理想状态, 因此开式传动开炼机的传动齿轮寿命较短,传动效率较低。( 2) 闭式传动结构20 世纪七八十年代出现了闭式传动结构的开炼机, 并迅速得到了用户的认可和推广, 成为当时开炼机产品的标准形式。闭式传动结构开炼机将传动部分完全统一起来, 把传动齿轮及速比齿轮全部集中到一个箱体内, 减速机采用双轴输出,输出轴与辊筒之间靠万向联轴器连接。闭式传动结构较开式传动结构有了很大的进步。首先, 将传动部分集中统一起来, 便于安装和维修, 而且齿轮的啮合精度和整机的机械效率大大提高, 既延长了设备使用寿命, 又降低了无用功的消耗; 其次, 设备承载能力大大提高。辊筒轴承多采用圆柱滚动轴承, 运转更加平稳, 使用寿命更长, 不必经常更换轴承, 减少了设备维护维修的工作量。( 3) 双联传动结构双联传动开炼机是我国近几年开发出的一种特殊结构的开炼机( 见图1) , 它由1 台主电机和1台减速机驱动, 减速机的双侧输出轴各驱动两个辊筒, 减速机与辊筒之间通过齿型联轴器连接。双联传动开炼机可以根据用户要求使两端的辊筒产生不同的速比, 从而实现不同的炼胶工艺要求,而且两侧机体相距较近, 缩短了胶料运输行程, 提高了胶料混炼效率。双联传动开炼机已经得到越来越多的用户认可。除上述3 种结构形式外, 为满足一些特殊使用环境及工艺要求, 又陆续产生了整体式、角式传动和双电机驱动等多种结构形式开炼机, 大大丰富了开炼机的产品结构类型, 提高了开炼机的应用范围, 极大地满足了不同用户的各种使用要求。1.3 控制方式智能化在开炼机产品结构发生重大变化的同时, 开炼机控制方式也更加趋于完善, 开始重视控制系统的安全、高效、合理和智能化。以往开炼机的控制系统只针对单机进行操作, 极少与其它设备进行通讯, 设备的控制和操作非常麻烦。目前, 由于计算机控制工程的不断发展, 一些新技术被不断应用到机械产品中, 开炼机实现了程序控制, 并与前后配套设备之间实现了通讯控制, 可以根据生产线的工作情况确定启动、停止、紧急制动、调整辊筒线速度或自动调整辊距等工作状态, 甚至在相对恶劣的工作条件下实现无人看守。开炼机实现智能控制既可以提高生产效率, 又可以避免一些安全事故的发生。2.性能优化开炼机结构和控制方式改进的最终目的是提高整机性能, 在工作过程中充分体现出低能耗、高效率、低噪声和高安全性等特性。在影响开炼机性能的诸多因素中, 新材料、新工艺、新装置、新标准起到了至关重要的作用。2.1 新材料与新工艺采用合金冷硬铸铁新材料后, 辊筒机械强度提高, 承载能力加大, 使用寿命延长。通过深孔钻等机械加工手段加工出的钻孔辊筒, 工作过程中的冷却条件得到改善, 开炼机的炼胶质量明显提高。图1 双联传动开炼机结构示意开炼机传动齿轮大量使用了如20CrMnMo等合金钢材, 齿面硬度提高, 齿轮更加耐磨, 具有更高的接触强度和弯曲强度。采用磨齿加工技术后, 齿轮齿形精度和啮合度得到了提高, 开炼机传动系统的传动效率明显提高, 而且运行噪声大大降低, 在性能提高的同时更加环保。2. 2 新技术越来越多的新技术被应用到开炼机中。开炼机控制系统实现了可编程控制, 通过PLC 接收并发送指令, 使其更好地与前后配套设备配合协调,实现部分功能的自动化控制。液压、气动等技术的应用使开炼机各部件间的衔接配合更加稳定、有序、准确, 同时工人的劳动强度大大降低, 设备安全性提高。2. 3 新装置开炼机附属装置的性能对整机性能的影响尤为关键, 为此, 一些新的装置不断得到开发和应用。气动和电动切刀装置的开发, 使胶片的切割和输送更加方便、快捷; 压杆紧急制动装置和防止制动反转的光电开关使开炼机工作时更加安全,避免工人的人身安全受到威胁; 自动翻胶装置取代了人工翻胶, 胶料混炼的质量更高、更省力; 特别是液压调距装置的应用, 不仅实现了辊距设定后的自动调整, 而且可以在工作过程中对辊筒载荷准确地进行实时监控, 并根据程序设定要求, 实现对辊筒等核心工作元件的保护, 从而避免因设备超载所造成的破坏和人身伤害事故, 同时取代了机械安全片, 免去了更换安全片这样繁琐的重复劳动, 生产的连续性得到了很好保证。2. 4 新标准开炼机属于低转速、重载荷机械设备, 尤其在工作状态下载荷的波动非常大, 不仅设备本身承受很大冲击, 而且绝大多数开炼机需要人工操作,对操作者存在着极大的人身伤害安全隐患。为避免意外事故的发生, 虽然开炼机上安装了安全压杆和急停按钮等用于安全防护的装置, 并可通过制动电磁铁实现设备的紧急制动, 最大限度地避免人身伤害的发生, 但这些防护措施并不全面, 在一些平时并不引起注意的环节上仍然存在着安全隐患。为此, 我国参照欧洲EN 1417 标准制定了开炼机的国家安全标准, 详尽地规定了开炼机所应达到的各项安全防护措施。新标准已于2006年颁布, 2007 年7 月1 日起实施, 这标志着我国开炼机设备的使用性能和安全性能正在接近国际先进水平。3. 发展趋势目前我国开炼机的技术水平和安全性能正在接近国际先进水平, 但随着与之相配套设备及相关技术的不断发展, 开炼机设备在产品结构方面仍然存在着很大的发展空间。3. 1 开炼机规格的大型化以轮胎生产行业为例, 目前270 L 密炼机普遍配置的下辅机为5660 或5710 规格的开炼机, 但随着各轮胎厂生产规模的不断扩大, 370和400 L 及以上规格密炼机的应用越来越广泛,其一次排胶量远远超过了我国现有规格开炼机的最大一次投料量, 因此, 现有大规格密炼机的下辅机普遍采用挤出压片机, 这就造成了生产工艺流程的单一性, 一些特殊工艺条件的实施受到限制。为弥补这一缺陷, 最大限度地满足用户的使用要求, 对大规格开炼机的开发已是大势所趋,况且国外已经具有应用大规格开炼机的成功经验, 以我国机械行业现有的生产条件, 完全可大规模生产5760 和5810 等大规格开炼机, 未来几年大规格开炼机必将成为开炼机市场的一个新卖点。3. 2 液压电机的应用液压技术在开炼机上应用是开炼机系列产品结构和性能上的一个重大突破, 也是推动开炼机技术继续发展的重要力量。随着液压调距装置在开炼机上的成功应用, 人们越来越认识到了液压技术所具有的动作平稳、控制灵活和安全可靠等这些机械式结构所无法比拟的优势。在国外, 特别是在欧洲的一些技术发达国家, 液压电机已经普遍作为开炼机的驱动装置。液压传动开炼机具有以下特点。( 1) 结构简单, 占地面积小。液压电机作为开炼机的动力装置, 直接将扭矩传递给两个辊筒, 避免了反复的动力传递过程, 节省了大量空间, 对用户厂房的排布十分有利。( 2) 安装调整方便、快捷。液压传动开炼机结构小巧, 安装时只需调整机体和辊筒部分的精度就可以实现开炼机的正常运转。( 3) 维护保养容易。由于结构简单, 液压传动开炼机的维护保养容易, 并且液压电机的安装和拆卸都比较方便, 可以节省大量的维护保养时间,为用户节省大量的资金和精力。( 4) 安全性能极好。液压电机作为开炼机的动力源, 可以实现辊筒的快速制动, 使辊筒在极小的转动角度内实现完全制动, 而且不会对设备造成大的冲击, 最大限度地保护设备和人员安全。目前, 我国液压技术还不是很先进, 液压电机等关键液压设备的质量和性能还有待提高, 但从国际上开炼机的发展情况来看, 发展液压驱动开炼机是一种必然趋势, 将来液压驱动开炼机有可能成为开炼机设备的主流。4 结语我国橡胶机械制造业的发展虽然存在着科技发展相对滞后、市场化程度不高、机械加工手段不够先进、接触国际市场较晚以及国产液压元件和系统的稳定性差等诸多制约因素, 但是, 我们应该有信心克服这些制约因素, 依靠我国自主研发力量推动国产开炼机的快速发展, 逐步完善产品性能, 达到国际先进水平, 增强国产开炼机的国际市场竞争力。5.参考文献1、机械设计手册,成大先,化学工业出版社,第三版2、塑料机械设计,北京化工学院,华南工学院,轻工业出版社,第一版3、橡胶工业手册第九分册上、下册4、橡胶塑料机械产品样本,大连塑材机械研究所编,机械工业出版社,第二版5、液压元件产品样本 杜国森,机械工业出版社 第一版6、塑料机械液压传动,北京化工大学,华南理工大学,中国轻工业出版社,第一版7、液压元件手册,黎启柏,冶金工业出版社,机械工业出版社,第一版
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