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邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
壓力機(jī)與墊板間夾緊裝置的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
1引言
傳統(tǒng)的壓力機(jī)與墊板間的夾緊機(jī)構(gòu)采用手動(dòng)操作，這在現(xiàn)代化生產(chǎn)實(shí)際中，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。
現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備的控制技術(shù)手段是多種多樣的，電器方法、機(jī)械方法、液壓方法、電氣液壓方法以及氣動(dòng)方法等等，均可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。其中，機(jī)－電－液一體化設(shè)計(jì)已成為當(dāng)代機(jī)械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨向，沿用已久的分工脫節(jié)，各管一段的設(shè)計(jì)方法，不僅耗時(shí)，而且難以獲得一體化系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)結(jié)果。
本設(shè)計(jì)引入了機(jī)、電、液一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，尋求有效的設(shè)計(jì)理論和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力墊板夾緊的自動(dòng)控制。
機(jī)械裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是利用螺旋傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)螺桿的上升、下降。因此，螺桿設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)機(jī)械部分的核心。要求齒輪嚙合傳動(dòng)安全、可靠、效率高，螺桿與螺母的傳動(dòng)能夠自鎖，有安全保障。
螺桿由４５號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，再對(duì)其進(jìn)行淬火處理，使螺桿的強(qiáng)度與硬度提高。由于螺桿在本設(shè)計(jì)中的重要作用，決定了螺桿的壽命是本設(shè)計(jì)成敗的重要標(biāo)志。設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了螺桿的強(qiáng)度和機(jī)械自鎖，必須保證螺桿在任意位置能夠自鎖，才能使整個(gè)夾緊裝置安全、可靠。尤其在螺桿及整個(gè)夾緊裝置擺出一定角度，以使工人取出墊板時(shí)，不但要保證液壓系統(tǒng)能夠自鎖，而且要求螺桿也要自鎖。否則，夾緊裝置失效，將造成極壞的后果。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還考慮了許多的實(shí)際問(wèn)題，如為給壓力繼電器提供有效的壓力發(fā)訊信號(hào)，在螺桿的特定位置增加了圓環(huán)－半圓環(huán)結(jié)構(gòu)，由螺栓聯(lián)結(jié)，在螺桿軸向下降、放松墊板時(shí)，放松到位后，圓環(huán)－半圓環(huán)結(jié)構(gòu)與螺母接觸，壓力繼電器得到發(fā)訊信號(hào)作用，螺桿停止下降，放松到位。
圓環(huán)－半圓環(huán)結(jié)構(gòu)在本設(shè)計(jì)中還有其他應(yīng)用，除與螺母接觸使壓力繼電器發(fā)訊之外，還被加在螺母上，作用相當(dāng)于一個(gè)擋圈，防止齒輪由于重力而脫離螺母。
液壓缸與液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)控制由液壓系統(tǒng)控制，在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用了電磁換向閥與壓力繼電器。電磁換向閥與壓力繼電器和電動(dòng)機(jī)的控制均由電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
整個(gè)裝置組成簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)精巧，控制方便，性能可靠，有很好的應(yīng)用前景。
2機(jī)械設(shè)計(jì)與計(jì)算
2.1 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求
2.1.1 原始數(shù)據(jù)
(1) 夾緊頭的夾緊力為10噸。
(2) 夾緊過(guò)程小于10秒鐘。
(3) 夾緊的行程為20 mm。
(4) 系統(tǒng)壓力為16 MP。
2.1.2 設(shè)計(jì)要求
(1)夾緊頭夾緊后要求有自鎖。
(2)整個(gè)夾緊裝置中的八個(gè)夾緊頭動(dòng)作可以分別控制，以便于測(cè)試與檢修。
(3)綜合考慮機(jī)械、電氣與液壓控制的結(jié)合。
(4)在設(shè)計(jì)中要充分考慮使夾緊裝置結(jié)構(gòu)緊湊，美觀，制造、維修成本低。
2.2 擬定設(shè)計(jì)方案
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓馬達(dá)，液壓缸，單級(jí)齒輪傳動(dòng)１、２，螺旋－螺母?jìng)鲃?dòng)。齒輪用鍵與螺母聯(lián)結(jié)。具體用液壓馬達(dá)來(lái)帶動(dòng)齒輪１旋轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪１、２的嚙合傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞給自制螺母。將螺桿即夾緊頭徑向固定，使其通過(guò)與螺母的螺旋傳動(dòng)能夠沿軸向上升、下降，從而實(shí)現(xiàn)夾緊或放松墊板的目的。通過(guò)液壓缸活塞桿在垂直方向上的伸縮，實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的擺進(jìn)、擺出。即液壓缸的活塞桿伸出時(shí)，在液壓力的作用下，推動(dòng)整個(gè)夾緊裝置擺出，并鎖緊。反之，活塞桿縮回時(shí)，整個(gè)夾緊裝置能夠擺回，等待下一次的夾緊。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)夾緊－放松－擺進(jìn)－擺出四個(gè)動(dòng)作。
液壓缸與液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)由液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)液壓系統(tǒng)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓缸的調(diào)速和液壓缸與液壓馬達(dá)的換向。電動(dòng)機(jī)與液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥和壓力繼電器的控制由電氣部分實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)引入了PLC來(lái)進(jìn)行對(duì)電磁換向閥和壓力繼電器的控制，而電動(dòng)機(jī)則用星－三角啟動(dòng)[1]。
2.3 確定系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)
滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)主要是承受轉(zhuǎn)矩和軸向力。因軸向力的作用，螺旋副旋和面間的壓強(qiáng)很大，而且相對(duì)的滑動(dòng)速度又大，所以，其主要的失效形式是螺紋的磨損[5]。
2.3.1 確定螺桿參數(shù)
(1) 計(jì)算螺桿中徑
由給定參數(shù)：夾緊力10 噸 夾緊時(shí)間t=15 s 夾緊行程S=20 mm
計(jì)算得 V=20×10-3/15=1.33×10-3 m/s
F＝10×103×9.8＝9.8×10４ N
螺桿采用碳鋼或是合金鋼制成，由于本系統(tǒng)是低速重載的一般傳動(dòng)，采用45號(hào)鋼或50鋼均可。
螺桿中徑＝ξ （2.1）
?。健?
＝
根據(jù)圓整要求，?。?6 mm
查得P＝3 mm
式中參數(shù)：ξ－梯形螺紋，ξ＝0.8
φ－傳動(dòng)精度高和要求壽命長(zhǎng)時(shí)取φ＝4
［ P］－滑動(dòng)螺旋副材料的許用比壓，16 MPa
(2) 確定扭轉(zhuǎn)力矩
tgφ=S/π =/ （2.2）
所以 Ｆt ＝n·P·Fr/π·d2
＝3×9.8×10４／π×36
＝2.5995×10３ N
計(jì)算得 T＝Ft ·d2/2 （2.3）
＝2.5995×10３×18
＝4.679×104 N·mm
(3) 耐磨性計(jì)算
螺紋的磨損與很多因素有關(guān)，重要的有螺紋工作表面的壓強(qiáng)、相對(duì)滑動(dòng)速度、粗糙度和潤(rùn)滑狀態(tài)等，其中最主要的是壓強(qiáng)和滑動(dòng)速度。相對(duì)滑動(dòng)速度一定時(shí)，壓強(qiáng)越大磨損越大。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，就是限制螺紋工作面上在某一滑動(dòng)速度下的壓強(qiáng)Ｐ，使之小于相應(yīng)滑動(dòng)速度下材料的許用壓強(qiáng)［Ｐ］。
因?yàn)? （2.4）
?。?
＝
所以＝36 mm合格
耐磨性條件為 :
P＝F／A＝F／z·π·d2·h （2.5）
＝9.8×10４×π×3／83×π×36×0.5×3
＝12.7416 MPa［P］
(4) 螺桿的強(qiáng)度校核
螺桿工作時(shí)受軸向力Ｆ和轉(zhuǎn)矩Ｔ的作用，在螺桿危險(xiǎn)剖面上同時(shí)存在拉應(yīng)力σ和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力τ，按第四強(qiáng)度理論，其危險(xiǎn)剖面的強(qiáng)度條件為
ca＝＝［σ］ （2.6）
所以ca＝
＝［σ］
＝
(5) 螺紋牙強(qiáng)度校核
螺紋牙根部剖面的剪切強(qiáng)度條件為
τ＝F/z·A＝F／π·d，·b· z[τ] （2.7）
b＝0.65P＝0.65×3＝1.93 mm
所以螺桿的剪切強(qiáng)度τ＝17.98N／mm2 [τ] ＝63 N／mm2
因?yàn)槁菁y牙根的彎曲強(qiáng)度條件為σb＝M／W＝3Fh/ zπd，b2[σb] （2.8）
計(jì)算得到σb＝94 N／mm2[σb] ＝105 N／mm2
2.3.2 確定齒輪傳動(dòng)的參數(shù)
(1) 輪的轉(zhuǎn)速n1＝P·60/V （2.9）
＝3×60／1.33＝135 r/min
初選傳動(dòng)比為１，所以齒輪２的轉(zhuǎn)速n２＝135 r/min
(2) 輪的材料，確定精度等級(jí)及許用壓力。兩齒輪均選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得HB＝217－255，取HB＝245。選取齒輪的精度等級(jí)為８級(jí)（GB 10095－88）查得σHlim＝590 N／mm2 σFlim＝230 N／mm2 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N：
N＝60·n·j·Lh （2.10）
＝60×1×（10×300×8）
＝1.44×106 得ZN1＝1.25
YN1＝1 取ZW ＝1（HB1 <350 HB2 <350）；YX＝1(估m(xù)≤５)YST＝２
SHmin＝１ SFmin＝1.4
接觸疲勞許用壓力公式得：
［σH1］12＝σHlim/ShminZN1ZW＝1.25＝737.5N/mm2 （2.11）
彎曲疲勞許用應(yīng)力公式，得：
［σF］12=(σFlim/SFmin)YSTYN1YX＝211＝328.6N/mm2 （2.12）
(3) 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
a≥(u+1) （2.13）
T1＝46790N＝1.0 Φa＝0.4
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，查得
查得
初定中心距
at≥(u+1) ＝(1+1) （2.14）
＝68.1
取at＝100一般取m＝(0.01~0.02) at選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m＝2mm齒數(shù) （2.15）
所以，Z2= Z1＝50
中心距 （2.16）
圓周速度為： （2.17）
選取齒輪的精度等級(jí)為８級(jí)可以由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)取
按
８級(jí)精度，得
按 （2.18）
考慮低速級(jí)軸的剛度較大
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
按齒輪等級(jí)8級(jí)，（未經(jīng)表面硬化的齒輪）
所以， （2.19）
因?yàn)椤?
所以
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
所以
校核中心距
（2.20）
所以，中心距
合適分度圓直徑： （2.21）
齒輪寬度 （2.22）
取
由疲勞公式得
（2.23）
所以， （2.24）
=
= 故安全
齒輪的幾何尺寸：
（2.25）
（2.26）
（2.27）
所以，采用鍛造齒輪
齒輪１的尺寸
齒輪２的尺寸
3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)作為液壓主機(jī)設(shè)計(jì)的重要部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足主機(jī)工作循環(huán)所需的全部技術(shù)要求，且靜動(dòng)態(tài)性能好，效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全可靠、壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性好，使用維護(hù)方便。為此，液壓系統(tǒng)要與主機(jī)的總體設(shè)計(jì)（包括機(jī)械、電氣設(shè)計(jì)）綜合考慮，做到機(jī)、電、液的相互配合，保證整個(gè)裝置的性能最高[2]。
3.1 液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
3.1.1 回路方式的選擇
本設(shè)計(jì)中選用了開(kāi)式回路，即執(zhí)行元件的排油回油箱，油液經(jīng)過(guò)沉淀、冷卻后再進(jìn)入液壓泵的進(jìn)口。
3.1.2 執(zhí)行元件的選擇
(1) 選用了液壓馬達(dá)用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)地回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
(2) 活塞液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橹灰笠簤焊滓粋€(gè)方向工作，反向退回，應(yīng)選用單伸出活塞缸。
3.1.3 調(diào)速方式的選擇
采用單向節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，這樣能保證系統(tǒng)的剛性良好。在本設(shè)計(jì)中選用了疊加式單向節(jié)流閥。
3.1.4調(diào)壓方式的選擇
(1) 在先導(dǎo)型溢流閥的遙控口上遠(yuǎn)接一個(gè)三位四通電磁換向閥。當(dāng)電磁換向閥的左位或是右位通電時(shí)，系統(tǒng)的壓力可由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥調(diào)節(jié)控制。主溢流閥的調(diào)定壓力大于兩個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的調(diào)定壓力。
(2) 通往液壓缸的油路中，為實(shí)現(xiàn)二次壓力油的調(diào)定選用了減壓閥的減壓回路。本設(shè)計(jì)選用了疊加式減壓閥。
3.1.5 換向回路的選擇
本設(shè)計(jì)的液壓設(shè)備要求的自動(dòng)化程度較高，因此應(yīng)該選用電動(dòng)換向，即小流量時(shí)應(yīng)選擇電磁換向，所以選用了三位四通的電磁換向閥?；诏B加式閥的許多特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中除了選用了普通的電磁換向閥，還選用了疊加式電磁換向閥。
3.1.6 動(dòng)作轉(zhuǎn)換控制方式
在本液壓系統(tǒng)的動(dòng)作控制中，均采用了壓力繼電器來(lái)控制液壓缸或是液壓馬達(dá)的動(dòng)作。當(dāng)某一油路的壓力達(dá)到一定值后，其油路中的壓力繼電器就會(huì)發(fā)出訊號(hào)，使油路中的執(zhí)行元件的動(dòng)作停止。
3.2 液壓閥的選取
3.2.1 疊加閥
疊加閥是指可直接利用閥體本身的疊加而無(wú)需另外的油道連接元件而組成液壓系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)的液壓閥的總稱。疊加閥安裝在板式換向閥和底板之間，每個(gè)疊加閥除了具有某種控制閥的功能外，還起著油道作用。疊加閥的工作原理與一般閥的工作原理基本相同，但在結(jié)構(gòu)和連接方式上有其特點(diǎn)故而自成體系。按控制功能疊加閥可分為壓力流量、流量、方向三類，其中方向控制閥中只有疊加式單液控單向閥。同一通徑的各種疊加閥的油口和螺釘孔的大小位置、數(shù)量都與相匹配的板式主換向閥相同，因此，針對(duì)一個(gè)板式換向閥，可以按一定次序和數(shù)目疊加而組成各種典型的液壓系統(tǒng)，通常控制一個(gè)執(zhí)行元件的系統(tǒng)的疊加閥疊加成一疊。
(1) 疊加閥的特點(diǎn)
由疊加閥組成的液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，占地面積?。化B加閥安裝簡(jiǎn)便，裝配周期短，系統(tǒng)有變動(dòng)需增減元件時(shí)，重新安裝較為方便，使用疊加閥，元件間無(wú)管件連接，消除了因管接頭等引起的漏油、震動(dòng)和噪聲；使用疊加閥系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，元件規(guī)格統(tǒng)一，外形整齊美觀，維修保養(yǎng)容易；采用我國(guó)疊加閥組成的集中供油系統(tǒng)，節(jié)電效果顯著。但由于規(guī)定尺寸的限制，由疊加閥組成的回路形式較少，通經(jīng)較小，一般適用于工作壓力小于120MPa，流量小于200L/min的機(jī)床、輕工機(jī)械、工程機(jī)械、煤炭機(jī)械、船舶、冶金設(shè)備等行業(yè)。
(2) 選取疊加閥
本設(shè)計(jì)采用了單功能疊加閥，即只具有一種普通液壓閥的功能，如壓力控制閥中的減壓閥，流量控制閥中的單向節(jié)流閥，方向控制閥中的液控單向閥，還有疊加壓力繼電器。各種疊加閥的安裝表面尺寸和高度尺寸都由ISO 7790和ISO 4401等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使疊加閥組成的液壓系統(tǒng)具有很強(qiáng)的組合性。
3.3 液壓系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)和擬定液壓原理圖
3.3.1 選取馬達(dá)
T－系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩，N·m V－馬達(dá)的排量，m3/l P－馬達(dá)的壓強(qiáng)，Pa ηm－馬達(dá)的機(jī)械效率，０.92
由 T=P·V·πηm／２π （3.1）
有：Ｖ＝２π·T·ηm－１／P （3.2）
＝２π×４.679×10-3×104／16×106×0.92
?。?9.972 ml/r
根據(jù)馬達(dá)排量的選取系列，選取排量為80 ml/r。本設(shè)計(jì)中選用的馬達(dá)為BM1-80軸配流型的擺線液壓馬達(dá)，這種馬達(dá)的體積小、重量輕、噪聲低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，雙向運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.3.2 選取液壓泵
（3.3）
—液壓馬達(dá)的容積效率0.92
—
—
故
泵的排量 （3.4）
系列葉片的額定壓力為16MPa，該系列泵的結(jié)構(gòu)類似于系列泵，該泵采用減薄葉片厚度（最小厚度僅1.6mm）的措施，減小葉片在中、高壓下對(duì)吸油區(qū)定子的壓緊力以降低磨損；同時(shí)提高定子強(qiáng)度，使該系統(tǒng)適應(yīng)中高壓力的要求；定子曲線為高次曲線，降低了泵的噪聲。
3.3.3 選取電動(dòng)機(jī)
(1) 電動(dòng)機(jī)選用的一般原則
① 在選擇電動(dòng)機(jī)的類型時(shí)要根據(jù)工作機(jī)的要求來(lái)選取。負(fù)荷平穩(wěn)且無(wú)特殊要求的長(zhǎng)期工作制機(jī)械，應(yīng)首先采用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。
② 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式，應(yīng)根據(jù)防護(hù)要求及環(huán)境條件進(jìn)行選擇。
③ 選用電動(dòng)機(jī)的類型，除滿足工作機(jī)械的要求外，還需滿足電網(wǎng)的要求。如啟動(dòng)時(shí)能維持電網(wǎng)電壓水準(zhǔn)，保持功率因數(shù)在合理的范圍內(nèi)等。
④ 電動(dòng)機(jī)功能應(yīng)有適當(dāng)?shù)膫溆萌萘俊Ｍǔ?duì)在變載荷作用下，長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，所選用的電動(dòng)機(jī)額定功率應(yīng)稍大于工作機(jī)的功率。
(2) 選取電機(jī)：
（3.5）
本設(shè)計(jì)選用了電動(dòng)機(jī)功率7.5KW，轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速，電流，該電動(dòng)機(jī)的特性：
Ｙ系列電動(dòng)機(jī)是封閉風(fēng)扇自冷式鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的取代系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
Ｙ系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。安裝尺寸和功率等級(jí)完全符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC）
Ｙ系列電動(dòng)機(jī)為一般用途的電動(dòng)機(jī)，適用于驅(qū)動(dòng)無(wú)特殊性能要求的各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等[4]。
3.3.4 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)圖
由以上各個(gè)單獨(dú)回路與閥的組合，我們可以組合成本液壓系統(tǒng)的原理圖，如圖 3.3 所示。
圖３.３ 液壓系統(tǒng)原理圖
4液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
４.1 濾油器
４.1.1 濾油器的功用和安裝
濾油器的功用是濾去油液中的雜質(zhì)，維護(hù)油液的清潔，防止油液污染，保證液壓系統(tǒng)正常工作。
(1) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中工作介質(zhì)含有各種雜質(zhì)，其主要來(lái)源有：雖經(jīng)清洗仍殘留在液壓系統(tǒng)中的機(jī)械雜質(zhì)，如水銹、鑄砂、焊渣、鐵屑、涂料、油漆皮和棉紗絲等；外部進(jìn)入液壓系統(tǒng)的雜質(zhì)，如經(jīng)注液口、防塵圈等進(jìn)入的灰塵；工作過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，如密封件受液壓作用形成的碎片、運(yùn)動(dòng)件相對(duì)磨損產(chǎn)生的金屬粉末、液體因氧化變質(zhì)產(chǎn)生的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、碳渣等。上述雜質(zhì)將起到破壞作用，嚴(yán)重防礙液壓系統(tǒng)的正常工作。如：使節(jié)流口卡死或堵塞；加劇介質(zhì)的化學(xué)作用，使工作介質(zhì)變質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)中的故障，有75%以上是因?yàn)楣ぷ鹘橘|(zhì)中混入雜質(zhì)造成的。為此，應(yīng)維護(hù)工作介質(zhì)的清潔，防止其污染。
(2) 過(guò)濾器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置：
① 安裝在液壓泵的吸油管路上，主要目的是保護(hù)液壓泵，防止吸油時(shí)將較大顆粒的雜質(zhì)吸入泵內(nèi)。為了不影響液壓泵的吸油能力，裝在吸油管路上的過(guò)濾器的通流能力應(yīng)大于液壓泵流量的兩倍。吸油過(guò)濾器的壓差受液壓泵吸油特性的限制，使用中最大壓差一般不大于0.02MPa，最高過(guò)濾精度不超過(guò)30~50μm。
② 安裝在壓油管路上，在壓油管路上可以安裝各種型式的精過(guò)濾器，用來(lái)保護(hù)液壓泵以外的其他液壓元件。過(guò)濾精度一般為3~20μm，工作時(shí)濾芯的最大壓差一般為0.35~0.5MPa，且過(guò)濾器要有一定強(qiáng)度。
③ 安裝在回油路上，在系統(tǒng)回油路上安裝過(guò)濾器是比較理想的。在系統(tǒng)油液流回油箱前，過(guò)濾器將外界浸入系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的污染物濾除，為液壓泵提供清潔的油液?；芈飞线^(guò)濾器承受的壓力為回油路的背壓。一般不超過(guò)1MPa，因而結(jié)構(gòu)尺寸可適當(dāng)加大，以提高納垢容量。回油路過(guò)濾器可采用高精度濾芯，最大允許壓差一般為0.35MPa。
４.1.2 選取濾油器
本液壓系統(tǒng)共使用了三個(gè)濾油器：吸油濾油器，壓力管路濾油器，回油濾油器。
其中吸油濾油器要有足夠的通流能力。因?yàn)樾杞?jīng)常清洗過(guò)濾器，所以在油箱結(jié)構(gòu)上要考慮拆卸方便。本設(shè)計(jì)選用了YLX-63×80箱上吸油過(guò)濾器，用于油泵吸油口處濾除油液中的雜質(zhì)，用以保護(hù)油泵及其他液壓元件，有效地控制液壓系統(tǒng)污染。本濾油器的吸油能力大，阻力小。可直接安裝在油箱的蓋板上，筒體伸入油箱的油液中。當(dāng)濾芯堵塞需清洗或更換時(shí)，只須打開(kāi)過(guò)濾器上蓋，即可取出濾芯進(jìn)行清洗或更換，十分方便。
壓力管路濾油器采用了ZU-H40×20L型紙質(zhì)過(guò)濾器。本過(guò)濾器適用于液壓系統(tǒng)壓力管路上精過(guò)濾。用以濾除油液中的機(jī)械和化學(xué)雜質(zhì)，從而防止閥芯卡死，節(jié)流小孔間隙和阻尼孔的堵塞，減弱液壓元件的磨損。其主要的性能特點(diǎn)有：
(1) 過(guò)濾器直接安裝在系統(tǒng)的壓力管路上，進(jìn)出油口均采用螺紋連接，安裝簡(jiǎn)單，更換濾芯方便。
(2) 濾芯采用紙質(zhì)和新型化纖濾材，具有過(guò)濾精度高，通流能力大，壓力損失小，納污量大等優(yōu)點(diǎn)。
本液壓系統(tǒng)的回油濾油器選用了LHN-25×3L型微型直回式回油過(guò)濾器。該過(guò)濾器安裝在油箱的頂部，筒體部分浸于油箱內(nèi)并設(shè)置旁通閥，擴(kuò)散器等裝置[3]。
４.2 油箱和壓力表輔件
４.2.1 油箱
(1) 油箱的用途及選擇
油箱在液壓系統(tǒng)中的功能，主要是儲(chǔ)油和散熱，也起著分離油液中的氣體及沉淀物的作用。
本系統(tǒng)選用了開(kāi)式油箱。因?yàn)殚_(kāi)式油箱應(yīng)用廣泛，箱內(nèi)液面與大氣相通。為防止油被大氣污染，在油箱頂部設(shè)置空氣濾清器，并兼作注油口用。
(2) 油箱的構(gòu)造與設(shè)計(jì)要點(diǎn)
① 油箱必須有足夠的容量，以保證系統(tǒng)工作時(shí)能保持一定的液位高度。此外，還要考慮到液壓系統(tǒng)回油到油箱不至溢出。
② 底部做成適當(dāng)斜度，并在油箱底部最低位置安設(shè)放油塞，以便于換油時(shí)油液和污物能順利地從防油孔流出，油箱內(nèi)沉淀物的定期清理。油箱上蓋上應(yīng)安放空氣濾清器，其通氣流量不小于泵流量的1.5倍，以保證具有較好的抗污能力。
③ 油箱側(cè)壁安裝油位指示器，以指示最低、最高油位。為了防銹、防凝水，新油箱內(nèi)經(jīng)噴丸、酸洗和表面清洗后，可涂一層與工作油液相容的塑料膜或是耐油清漆。
④ 油管及回油管要用隔板分開(kāi)，增加油液循環(huán)的距離，使油液有足夠的時(shí)間分離氣泡，沉淀雜質(zhì)。隔板高度一般取油面高度的3/4。
⑤ GB766-85中5、2、3a規(guī)定：“油箱的底部應(yīng)離地面15mm以上，以便于搬移、放油和散熱?！?
(3) 空氣濾清器
在液壓系統(tǒng)中，凈化工作油液是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。空氣濾清器能防止空氣中的污染顆粒進(jìn)入油箱，起到延長(zhǎng)油液及元件的工作周期和使用壽命的作用，從而保證了液壓系統(tǒng)的正常工作。此外，液壓系統(tǒng)工作時(shí)，空氣濾清器能維持油箱內(nèi)的壓力和大氣壓力平衡，以避免可能出現(xiàn)的空穴現(xiàn)象。
本設(shè)計(jì)中采用了EF4-50空氣濾清器，其結(jié)構(gòu)由空氣過(guò)濾和加油過(guò)濾兩部分組成，直接安裝在油箱蓋板上，既可以濾除液壓系統(tǒng)工作時(shí)由空氣中帶入油箱內(nèi)的塵埃，又可以濾除加油過(guò)程中帶入油箱的顆粒雜質(zhì)，從而簡(jiǎn)化了油箱的結(jié)構(gòu)，有利于油液的液化[3]。
４.2.2 壓力表輔件
主要包括壓力表及壓力表開(kāi)關(guān)。
(1) 壓力表
液壓系統(tǒng)各工作點(diǎn)的壓力一般都用壓力表來(lái)觀測(cè)，以調(diào)整到要求的工作壓力。一般機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)采用1.5-4級(jí)精度等級(jí)的壓力表。在選用壓力表的量程時(shí)，應(yīng)選比液壓系統(tǒng)壓力要高，即壓力表量程均為系統(tǒng)最高工作壓力的1.5倍左右。
壓力表安裝在調(diào)整系統(tǒng)壓力時(shí)能直接觀察到的部位。壓力表接入壓力管道時(shí)，應(yīng)通過(guò)壓力表開(kāi)關(guān)，以防止系統(tǒng)壓力突變或壓力脈動(dòng)而損壞壓力表。
(2) 壓力表開(kāi)關(guān)
壓力表開(kāi)關(guān)用于切斷和接通壓力表與油路的通道，壓力表開(kāi)關(guān)相當(dāng)于一個(gè)小型的截止閥。
４.3 管接頭
管接頭是油管與液壓元件、油管與油管之間可拆卸的連接件。管接頭必須在強(qiáng)度足夠的前提下，在壓力沖擊和振動(dòng)下要保持管路的密封性、連接牢固、外形尺寸小、加工工藝性好、壓力損失小等要求。
液壓系統(tǒng)選用了焊接式管接頭。焊接式管接頭利用接管與管子焊接。接頭體與管子之間用Ｏ形密封圈端面密封。這種管接頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造、耐壓高（可達(dá)32MPa或更高）、密封性好、而對(duì)管子的尺寸精度要求不高。但是要求焊接質(zhì)量高。在本設(shè)計(jì)中采用了端直通焊接式管接頭、直角焊接式管接頭、四通焊接式管接頭[3]。
４.4 閥集成塊
當(dāng)液壓控制閥采用板式連接時(shí)，將閥集中安裝在專用的閥塊，不僅便于集中管理，而且可以減少連接管路，提高液壓系統(tǒng)的工作可靠性。
4.4.1 閥集成塊的設(shè)計(jì)原則
(1) 選擇集成閥的個(gè)數(shù)，若集成閥的個(gè)數(shù)太多，會(huì)使閥塊的體積過(guò)大，設(shè)計(jì)、加工困難；集成閥太少，集成的意義又不大。
(2) 在閥塊設(shè)計(jì)時(shí)，塊內(nèi)的油路應(yīng)盡量簡(jiǎn)捷，盡量減少深孔、斜孔。
(3) 閥塊設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮有水平或垂直安裝要求的閥，必須符合要求。
4.4.2 閥集成塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 液壓閥位置的確定
在認(rèn)真分析液壓系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)油口就近連通的原則，應(yīng)將有互通關(guān)系的閥安裝在相鄰的表面。布置閥的位置時(shí)，除需保證閥的互通油口位于同一層，互通的油道有足夠的壁厚外，還必須考慮閥的上、下、左、右安裝空間，保證閥與閥之間，閥與安裝底板之間不得有相碰的情況。
(2) 視圖及尺寸標(biāo)注
閥塊加工圖一般用六個(gè)視圖表示，每個(gè)視圖表示一個(gè)面的閥的安裝螺孔和油口的尺寸。在標(biāo)注尺寸時(shí)一般以主視圖的左下角為尺寸標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注閥安裝螺孔的坐標(biāo)尺寸，再以螺孔為基準(zhǔn)標(biāo)注該閥其它孔口的位置尺寸。標(biāo)注閥的一組尺寸時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照安裝底板尺寸圖。一般安裝螺孔之間的位置偏差為mm，油口的位置尺寸偏差為mm。然后在閥塊加工圖中列表標(biāo)注：孔號(hào)－孔徑－孔深－相交孔號(hào)。為便于對(duì)照，還在閥塊加工圖中繪制了集成閥的油路原理圖。
5電氣控制
5.1 電氣驅(qū)動(dòng)
任何生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)設(shè)備都需要能源。由于電能具有便于遠(yuǎn)距離傳送、分配和靈活控制等特點(diǎn)，因此，它成為普遍應(yīng)用的一種能量形式。將電能變?yōu)闄C(jī)械能的電動(dòng)機(jī)和電磁閥等必然成為現(xiàn)代生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿C(jī)械。生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行、生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng)、停止以及速度調(diào)節(jié)等，都可以通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)和電磁閥等的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)和電磁閥等動(dòng)力電器具有控制方便、效率較高的特點(diǎn)。用動(dòng)力電器驅(qū)使生產(chǎn)機(jī)械的工作結(jié)構(gòu)的電氣機(jī)械裝置稱為電氣驅(qū)動(dòng)[7]。
5.2 星－三角起動(dòng)的控制
這一線路的設(shè)計(jì)思想仍是按時(shí)間原則控制起動(dòng)過(guò)程，所不同的是起動(dòng)時(shí)間將電動(dòng)機(jī)定子繞組接成星形，加在電動(dòng)機(jī)每相繞組上的電壓為額定值的1/，從而減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。待起動(dòng)后期按預(yù)先整定的時(shí)間換接成三角形接法，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
星－三角形起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于星形起動(dòng)電流只是原來(lái)三角形接法的1/3，起動(dòng)電流特性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜[6]。圖見(jiàn)5.2
5.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
可編程序控制器是專門(mén)為工業(yè)設(shè)計(jì)的一種順序控制用電氣控制設(shè)備。其主要特點(diǎn)是與控制對(duì)象有更強(qiáng)的接口能力，也就是說(shuō)，它的基本結(jié)構(gòu)主要是圍繞著適宜于過(guò)程控制，即過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集和控制信號(hào)的輸出，以及數(shù)據(jù)的處理等要求而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
PLC的基本結(jié)構(gòu)雖然與一般的微型機(jī)算計(jì)大體上相同，但是它的工作過(guò)程與之有很大的差異。這種差異主要是由操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件的不同而造成的。PLC工作的主要特點(diǎn)是輸入信號(hào)集中批處理，執(zhí)行過(guò)程集中批處理和輸出控制集中批處理。這種差異的原因是PLC輸入和輸出端口通常都比較多，集中處理可以簡(jiǎn)化操作過(guò)程并便于控制，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。其可靠性比相同規(guī)模的微型計(jì)算機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試無(wú)誤后的PLC控制系統(tǒng)就可以裝運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行。但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作前，還必須首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的接線和電源系統(tǒng)作仔細(xì)的檢查。在試運(yùn)行的階段，系統(tǒng)的操作者還必須密切注視和觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)停機(jī)檢查。
分析本設(shè)計(jì)的工作過(guò)程為：螺桿夾緊、螺桿放松、螺桿擺出、螺桿擺進(jìn)四個(gè)動(dòng)作。４個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行均用雙線圈三位四通電磁閥控制液壓缸或馬達(dá)來(lái)完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作。例如一旦夾緊的電磁閥線圈通電，螺桿夾緊頭上升，夾緊墊板，并保持夾緊狀態(tài)，直到夾緊壓力繼電器發(fā)訊斷電為止。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)螺桿下降放松墊板時(shí)，給放松的電磁閥線圈通電，并保持放松的狀態(tài)，直到放松壓力繼電器發(fā)訊斷電為止。同樣的，分別給控制擺進(jìn)、擺出的電磁換向閥通電，夾緊頭實(shí)現(xiàn)擺進(jìn)、擺出的動(dòng)作，并保持狀態(tài)，直到擺進(jìn)、擺出的壓力繼電器發(fā)訊斷電。
因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，動(dòng)作的間隔時(shí)間長(zhǎng)，采用手動(dòng)控制。用按鈕通過(guò)ＰＣ機(jī)對(duì)夾緊頭的每一個(gè)動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。
(1) 設(shè)計(jì)ＰＣ的輸入／輸出端子
輸入有控制按鈕和選擇開(kāi)關(guān)及壓力繼電器，共有１４點(diǎn)。
基本的執(zhí)行元件為螺桿組１、２的控制繼電器，控制系統(tǒng)壓力的電磁閥的繼電器和螺桿組動(dòng)作指示燈。因此，輸出共有18點(diǎn)。PLC輸入、輸出配置見(jiàn)圖 5.3-1 。
(2) 設(shè)計(jì)控制面板
螺桿組動(dòng)作控制選用二位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。油泵的啟動(dòng)、停止及螺桿組的夾緊、放松、擺進(jìn)、擺出操作均采用按鈕。把８?jìng)€(gè)指示燈分為２組，用以指示螺桿組１、２的夾緊、放松、擺進(jìn)、擺出，并設(shè)置了電源指示燈，油泵啟動(dòng)指示燈?？刂泼姘宓木唧w設(shè)計(jì)見(jiàn)圖 5.3-2?！?
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圖5.2 電氣控制圖
圖5.3-1 輸入輸出模塊圖
圖5.3-2 控制面板圖
梯形圖表1
梯形圖表2
程序如下：
0 LD X0004
1 LD X0004
3 ANI X0000
4 OR M200
5 ANI M201
6 OUT Y1000
7 OUT Y1004
8 OUT Y200
9 LD X0004
10 AND X0001
11 ANI X0007
12 OR M201
13 ANI M200
14 OUT Y1001
15 OUT Y1005
16 OUT Y2001
17 LD X0004
18 AND X0002
19 ANI X0008
20 OR M203
21 ANI M204
22 OUT Y1001
23 OUT Y1002
24 OUT Y2004
25 LD X0004
26 AND X0003
27 ANI X0009
28 OR M204
29 ANI M203
30 OUT Y1001
31 OUT Y1003
32 OUT Y2003
33 LD X0005
34 AND X0000
35 ANI X0010
36 OR M205
37 ANI M206
38 OUT Y1000
39 OUT Y1008
40 OUT Y2002
41 LD X0005
42 AND X0001
43 ANI X0011
44 OR M206
45 ANI M205
46 OUT Y1001
47 OUT Y1009
48 OUT Y2003
49 LD X0005
50 AND X0002
51 ANI X0012
52 OR M207
53 ANI M208
54 OUT Y1001
55 OUT Y1006
56 OUT Y2006
57 LD X0005
58 AND X0003
59 ANI X0013
60 OR M208
61 ANI M207
62 OUT Y1001
63 OUT Y1007
64 OUT Y2007
65 AND
設(shè)計(jì)總結(jié)
壓力機(jī)和墊板間夾緊裝置是根據(jù)社會(huì)生產(chǎn)的實(shí)際需要而設(shè)計(jì)的。該裝置是利用現(xiàn)代化機(jī)－電－液技術(shù)知識(shí)構(gòu)成自動(dòng)夾緊系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)夾緊裝置。
設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先必須保證螺桿的剛度和耐磨性，利用螺旋傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊、放松。并使螺桿在任意位置自鎖。其次考慮采用液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置的擺進(jìn)、擺出。液壓缸和液壓馬達(dá)的控制均由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。在液壓系統(tǒng)中，采用電磁換向閥和壓力繼電器，使控制簡(jiǎn)單、靈活。電磁換向閥和壓力繼電器以及電動(dòng)機(jī)的控制由電氣部分實(shí)現(xiàn)?？梢哉f(shuō)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中機(jī)－電－液知識(shí)環(huán)環(huán)相扣，從而保證了設(shè)計(jì)的可靠性、穩(wěn)定性、靈活性。
從本次設(shè)計(jì)得出，在現(xiàn)代化生產(chǎn)實(shí)際中，機(jī)械、電氣、液壓技術(shù)一體化的設(shè)計(jì)，能夠更加有效的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，得到最佳設(shè)計(jì)效果，使機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)操作，提高生產(chǎn)效率和控制的靈活性。
通過(guò)近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分的掌握了一般的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)鞏固，也從中得到新的啟發(fā)和感受，同時(shí)也提高了自己運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而且比較系統(tǒng)的理解了液壓設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我本著實(shí)事求是的原則，抱著科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，主要按照課本的步驟，到圖書(shū)館查閱資料，在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)的資料和相關(guān)產(chǎn)品信息。這一次設(shè)計(jì)是大學(xué)四年來(lái)最系統(tǒng)、最完整的一次設(shè)計(jì)，也是最難的一次。在設(shè)計(jì)的時(shí)候不停的計(jì)算、比較、修改，再比較、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有戴正強(qiáng)老師的指導(dǎo)和幫助，才能夠在設(shè)計(jì)中少走了一些彎路，順利的完成了設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)課題是壓力機(jī)和墊板間夾緊裝置，這對(duì)于涉世未深的我來(lái)說(shuō)也存在一定的困惑，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有些實(shí)際問(wèn)題也未能完全考慮到，也存在一定的失誤。
在這個(gè)設(shè)計(jì)中，主要運(yùn)用到的知識(shí)有液壓氣壓傳動(dòng)、機(jī)械原理、熱處理、公差、機(jī)械制圖、CAD繪圖、金屬工藝學(xué)、PLC等方面，這也比較系統(tǒng)的運(yùn)用了所學(xué)的知識(shí)，但在這個(gè)飛速發(fā)展的信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，這是微不足道的，這更需要在以后的實(shí)際工作中繼續(xù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用，努力加強(qiáng)設(shè)計(jì)的能力。
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［４］ 雷天覺(jué)．液壓工程手冊(cè)．機(jī)械工業(yè)出版社．１９９５
［５］ 王德璽等主編．機(jī)械設(shè)計(jì)．煤炭工業(yè)出版社．１９９０
［６］ 熊葵容主編．電器邏輯控制技術(shù)．北京：科學(xué)出版社．１９９８．３
［７］ 李仁主編．電器控制．機(jī)械工業(yè)出版社．１９９６
致謝
在本次設(shè)計(jì)中首先感謝老師對(duì)我的設(shè)計(jì)課題不厭其煩的細(xì)心指點(diǎn)。戴老師首先細(xì)致地為我講解；當(dāng)我迷茫于眾多的資料時(shí)，他又為我提綱摯領(lǐng)，梳理脈絡(luò)，使我確立了本設(shè)計(jì)的框架。從框架的完善，到內(nèi)容的擴(kuò)充；從行文的用語(yǔ)，到格式的規(guī)范，戴老師都嚴(yán)格要求，力求完美。我再次為戴老師的付出表示感謝。
其次感謝母校，感謝各位大學(xué)四年來(lái)的任課老師，感謝他們四年來(lái)對(duì)我的栽培和教導(dǎo)！
最后感謝02機(jī)制本科班的全體同學(xué)的關(guān)心和幫助，感謝他們?cè)谄綍r(shí)學(xué)習(xí)生活中對(duì)我的幫助！
我將用我以后的成就來(lái)回報(bào)我的母校，回報(bào)所有關(guān)心和愛(ài)護(hù)我的人！謝謝你們！
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