CN111863507B - 用于高速机械开关的触头及断口结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高速机械开关的触头及断口结构，能够解决现有技术中动、静触头通过端面接触导通而导致的合闸可靠性差、使用寿命短以及生产成本高的问题。用于高速机械开关的触头，包括柱状基体，柱状基体的一端为与适配触头对接配合的对接端，该对接端上设有与适配触头的对接端弹性抵接的弹性触指。弹性触指能够通过自身的弹性变形来缓冲动触头对静触头的冲击，将动、静触头之间的刚性冲击转变为柔性接触，弹性触指受压变形后其产生的弹力又能够驱使弹性触指自身压向触头，降低对操动机构及保持机构输出力的要求，保证了动、静触头之间的导电连接的稳定性。

Description

用于高速机械开关的触头及断口结构

技术领域

本发明涉及断路器设备技术领域，具体涉及一种用于高速机械开关的触头及断口结构。

背景技术

为了适应柔性直流输电和直流电网的发展，技术人员一直在研究能够实现毫秒级开断直流故障电流的直流断路器，而直流断路器中的核心部件是影响直流断路器开断时间的高速机械开关。现有技术中的高速机械开关通常包括开关断口和带动开关断口分、合闸的操动机构，以及使开关断口保持在合闸状态或分闸状态的保持机构。

例如授权公告号为CN208173490U，授权公告日为2018.11.30的专利文件公开的一种高压直流断路器用灭弧室保持装置，该装置包括由动触头、静触头组合而成的开关断口，以及带动动触头靠近或远离静触头的操动机构。该装置采用了动触头、静触头端面接触来实现合闸的方式，合闸过程中超行程短，能够实现快速合闸、分闸，但是其结构上也存在一定的缺陷：

1）因为动、静触头的分合闸时间都是毫秒级别的，所以动触头具有较高的速度，动量较大，对静触头的冲击载荷较大，动、静触头中用于导通两者的端面容易受损，使用寿命低；

2）因为动触头具有较高的速度，合闸时冲击到静触头的端面上后，动触头与静触头刚性撞击，动触头容易发生弹跳回退，使动触头与静触头脱离配合，可靠性较差。

3）因为动、静触头是通过端面接触实现导通，因此操动机构及保持机构需要在合闸提供给触头较大的接触压力来保证动、静触头稳定导通，对操动机构及保持机构的要求较高，生产成本增加；同时，动、静触头是通过两者的端面贴合实现彼此导通，所以必须要保证动、静触头的端面加工精度，无疑也增加了加工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高速机械开关的触头，能够解决现有技术中动、静触头通过端面接触导通而导致的合闸可靠性差、使用寿命短以及生产成本高的问题；

本发明另外的目的在于提供一种使用该触头的断口结构，具有的可靠性高的优点。

为实现上述目的，本发明中用于高速机械开关的触头采用如下技术方案：

用于高速机械开关的触头，包括柱状基体，柱状基体的一端为与适配触头对接配合的对接端，该对接端上设有与适配触头的对接端弹性抵接的弹性触指。

其有益效果在于：在触头的对接端上设置弹性触指，用于与适配触头的端面弹性抵接，在动、静触头相对靠近合闸时，弹性触指能够通过自身的弹性变形来缓冲动触头对静触头的冲击，将动、静触头之间的刚性冲击转变为柔性接触，保护了两触头的端面，同时动触头的动能转换为了弹性触指的弹性势能，动触头不会产生弹跳回退；弹性触指受压变形后其产生的弹力又能够驱使弹性触指自身压向触头，操动机构及保持机构仅需要提供使弹性触指受压变形而顶撑在两触头之间的作用力即可，不仅降低了两触头之间的接触电阻，保证了同流能力，同时能够降低对操动机构及保持机构输出力的要求，在降低生产成本的同时也保证了动、静触头之间的导电连接的稳定性。

进一步的，所述弹性触指为弹簧触指。

其有益效果在于：采用弹簧触指来作为实现两触头弹性抵接的弹性触指，结构简单，廉价易得。

进一步的，弹性触指呈环状布置在柱状基体的对接端上，且与柱状基体同心。

其有益效果在于：将弹性触指以与柱状基体同心、且呈环形的方式布置在柱状基体上，能够在两触头对接时，使导通位置、弹性顶撑位置更加均匀，使两触头对接时不会因作用力不均匀而产生径向偏摆，保证了触头连接的稳定性、可靠性，同时弹性触指以与柱状基体同心，使两触头在分闸状态时也处于同心状态，保证了两触头在分闸状态时的绝缘特性。

进一步的，柱状基体的对接端上设置有触指安装槽，弹性触指安装在触指安装槽内。

其有益效果在于：在弹性触指安装在触指安装槽内，结构简单，便于实现；并且能够减少动触头合闸的超行程、实现快速分合闸，提高分合闸响应速度，同时弹性触指位于槽内，安装稳固可靠不易脱落。

进一步的，柱状基体的对接端可拆连接有一个封盖，封盖与对接端的外表面共同围成所述触指安装槽。

其有益效果在于：采用封盖与静触头主体共同围成触指安装槽，结构简单，便于安装弹簧触指，使弹性触指位于相对封闭的空间内；同时封盖能够防止弹簧触指脱出，保证断口结构在使用时的稳定性。

进一步的，所述触指安装槽为收口槽，以防止弹性触指从触指安装槽内脱出。

其有益效果在于：将触指安装槽设置为收口槽，依靠槽体自身的特点来防止弹性触指脱出，结构简单，便于实现。

进一步的，所述封盖包括环体，柱状基体的对接端的端面上设置有沿轴向延伸的凸台，环体与凸台同轴布置，环体的内环面与凸台的外周面之间的间隔形成所述触指安装槽。

其有益效果在于：采用凸台与环体围成的环形空间来形成触指安装槽，结构简单，操作人员在拆卸掉封盖后，仅通过将触指套在凸台上或从凸台上取下，就可以实现安装、拆卸弹性触指，操作比较方便。

进一步的，环体内环面上设置有内凸缘，和/或凸台的外周面上设有外凸缘，用于使触指安装槽的槽口收缩以形成收口槽。

其有益效果在于：在环体和或凸台上设置凸缘，结构简单，能对弹性触指进行限位，防止触指从槽内脱出，保证安装的稳固可靠。

为实现上述目的，本发明中的断口结构采用如下技术方案：

断口结构，包括动触头和静触头，动触头和静触头中至少一个包括柱状基体，柱状基体的一端为与适配触头对接配合的对接端，该对接端上设有与适配触头的对接端弹性抵接的弹性触指。

其有益效果在于：在触头的对接端上设置弹性触指，用于与适配触头的端面弹性抵接，在动、静触头相对靠近合闸时，弹性触指能够通过自身的弹性变形来缓冲动触头对静触头的冲击，将动、静触头之间的刚性冲击转变为柔性接触，保护了两触头的端面，同时动触头的动能转换为了弹性触指的弹性势能，动触头不会产生弹跳回退；弹性触指受压变形后其产生的弹力又能够驱使弹性触指自身压向触头，操动机构及保持机构仅需要提供使弹性触指受压变形而顶撑在两触头之间的作用力即可，不仅降低了两触头之间的接触电阻，保证了同流能力，同时能够降低对操动机构及保持机构输出力的要求，在降低生产成本的同时也保证了动、静触头之间的导电连接的稳定性。

进一步的，所述弹性触指为弹簧触指。

其有益效果在于：采用弹簧触指来作为实现两触头弹性抵接的弹性触指，结构简单，廉价易得。

进一步的，弹性触指呈环状布置在柱状基体的对接端上，且与柱状基体同心。

其有益效果在于：将弹性触指以与柱状基体同心、且呈环形的方式布置在柱状基体上，能够在两触头对接时，使导通位置、弹性顶撑位置更加均匀，使两触头对接时不会因作用力不均匀而产生径向偏摆，保证了触头连接的稳定性、可靠性，同时弹性触指以与柱状基体同心，使两触头在分闸状态时也处于同心状态，保证了两触头在分闸状态时的绝缘特性。

进一步的，柱状基体的对接端上设置有触指安装槽，弹性触指安装在触指安装槽内。

其有益效果在于：在弹性触指安装在触指安装槽内，结构简单，便于实现；并且能够减少动触头合闸的超行程、实现快速分合闸，提高分合闸响应速度，同时弹性触指位于槽内，安装稳固可靠不易脱落。

进一步的，柱状基体的对接端可拆连接有一个封盖，封盖与对接端的外表面共同围成所述触指安装槽。

其有益效果在于：采用封盖与静触头主体共同围成触指安装槽，结构简单，便于安装弹簧触指，使弹性触指位于相对封闭的空间内；同时封盖能够防止弹簧触指脱出，保证断口结构在使用时的稳定性。

进一步的，所述触指安装槽为收口槽，以防止弹性触指从触指安装槽内脱出。

其有益效果在于：将触指安装槽设置为收口槽，依靠槽体自身的特点来防止弹性触指脱出，结构简单，便于实现。

进一步的，所述封盖包括环体，柱状基体的对接端的端面上设置有沿轴向延伸的凸台，环体与凸台同轴布置，环体的内环面与凸台的外周面之间的间隔形成所述触指安装槽。

其有益效果在于：采用凸台与环体围成的环形空间来形成触指安装槽，结构简单，操作人员在拆卸掉封盖后，仅通过将触指套在凸台上或从凸台上取下，就可以实现安装、拆卸弹性触指，操作比较方便。

进一步的，环体内环面上设置有内凸缘，和/或凸台的外周面上设有外凸缘，用于使触指安装槽的槽口收缩以形成收口槽。

其有益效果在于：在环体和或凸台上设置凸缘，结构简单，能对弹性触指进行限位，防止触指从槽内脱出，保证安装的稳固可靠。

附图说明

图1为本发明中断口结构实施例1中断口结构装配在高速机械开关内的结构示意图，图中的高速机械开关处于合闸状态；

图2为本发明中断口结构实施例1中断口结构装配在高速机械开关内的结构示意图，图中的高速机械开关处于分闸状态；

图3为图1中静触头与导向结构配合时的结构示意图；

图4为图1中动触头与导向结构配合时的结构示意图；

图5为图1中动触头与静触头相对布置时的结构示意图；

图6为图1中静触头的柱状基体的结构示意图；

图7为图1中封盖的结构示意图；

图中：

10-断口结构；11-绝缘筒体；111-伞裙；12-第一接线板；121-导向柱；13-第二接线板；

14-波纹管；141-法兰盘；15-静触头；151-弹簧触指；152-封盖；1521-凹腔；

1522-避让孔；1523-第一定位凸缘；153-柱状基体；154-定位台阶；155-凸台；

156-第二定位凸缘；157-触指；16-动触头；161-大径段；17-导向套筒；

171-密封圈；172-触指；20-操动机构；21-传动杆；22-斥力盘；23-合闸线圈；

24-分闸线圈；30-保持机构；31-尾翼；32-连杆；33-滑块；34-弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明中用于高速机械开关的触头及断口结构的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中断口结构的实施例1：本发明中的断口结构装配在高速机械开关中，如图1及图2所示，高速机械开关主要包括断口结构10、带动断口结构10动作的操动机构20，以及使断口结构10保持在设计的分闸、合闸位置的保持机构30。现对高速机械开关的各部分进行详细介绍。

高速机械开关包括沿图1及图2中上下方向延伸的绝缘筒体11，绝缘筒体11的外周面上设置有绝缘伞裙111，断口结构10布置在绝缘筒体11的内腔中，断口结构10包括动触头16及静触头15。绝缘筒体11的两端开口处设置有接线板，接线板既能够对绝缘筒体11进行封堵，又能够与外接线缆连接，使绝缘筒体11内动触头16与静触头15来控制该线路的通断。

与绝缘筒体11配合使用的接线板，分别为靠上布置的第一接线板12和靠下布置的第二接线板13。

如图3及图4所示，第一接线板12朝内的侧面上，一体成型有导向柱121，导向柱121的轴向与绝缘筒体11的轴向重合。静触头15包括柱状基体153，柱状基体153的内部具有柱状内腔，并通过柱状内腔套装在导向柱121上，使静触头15能够沿导向柱121的轴向移动。在静触头15的内周面上，设置有环槽，环槽内嵌设有触指157，触指157用于与导向柱121导电接触，使电流能够在导向柱121与静触头15之间传递。

静触头15背向静触头15的一端设置有法兰盘，在导向柱121上，于第一接线板12与静触头15的法兰盘之间，设置有作为弹性件的波纹管14，波纹管14包括能够伸缩的管体，还包括连接于管体两端的法兰盘141。波纹管14中靠上的法兰盘141与第一接线板12的内侧面连接，靠下的法兰盘141与静触头15的法兰盘连接，当静触头15在导向柱121的引导下向上运动时，波纹管14能够通过自身压缩变形来对静触头15的运动进行缓冲。

静触头15的柱状基体153中，朝向动触头16的一端为与动触头16配合的对接端，静触头15的对接端上设置有朝向动触头16的弹性触指，本实施例中使用的弹性触指为现有技术中常用的弹簧触指151，当静触头15与动触头16在轴向上接触时，弹簧触指151利用自身的弹性形变，能够对动触头16与静触头15的刚性撞击进行缓冲。

如图5、图6及图7所示，弹簧触指151的具体安装结构是：静触头15的柱状基体153上，于对接端的端面设置有定位台阶154，且在对接面靠近轴线的位置处，设置有一个朝向动触头16凸出的环形凸台155。环形凸台155的内腔与柱状基体153的柱形内腔连通。

静触头15还包括布置在对接端上的封盖152，封盖152上设置有凹腔1521，用于与配合端面上定位台阶154定位配合，以确定封盖152与静触头主体153的相对位置。封盖152及配合端面上设置有供螺栓穿过的穿孔，使封盖152与静触头主体153通过螺栓实现相对固定连接。

同时，封盖152的中心位置具有径向尺寸大于环形凸台155的内径段1522，内径段1522的内周面、环形凸台155的外周面以及配合端面的一部分共同围成了用于安装弹簧触指151的触指安装槽。为了防止弹簧触指151在安装后从触指安装槽内意外脱出，在内径段1522的内周面上于靠近动触头16的边缘处，设置有沿着触头径向延伸的第一定位凸缘1523，在环形凸台155的外周面上于靠近动触头16的边缘处，设置有沿着触头径向延伸的第二定位凸缘156，第一定位凸缘1523及第二定位凸缘156能够使触指安装槽的槽口变窄，形成收口结构，并且能够动触头16与静触头15的对接方向上对弹簧触指151进行限位，使弹簧触指151无法从触指安装槽中脱出。在其他实施例中，可以仅在环形凸台155的外周面上设置第二定位凸缘156，或是仅在内径段1522的内周面上设置第一定位凸缘1523。

第二接线板13朝内的侧面上，与绝缘筒体11的轴心位置处设置有一个沿上下方向布置的导向套筒17，导向套筒17的底部设置有翻边，且通过该翻边与第二接线板13相对固定。

动触头16，截面呈T形，包括大径段161和小径段，大径段161的端部用于与静触头15的对接端接触，为动触头16的动端面，动触头16的小径段用于与导向套筒17导向配合，使动触头16能够沿该套筒的轴向移动。导向套筒17内，于小径段相对的内周面上设置有环槽，环槽内嵌设有触指172，用于实现导向套筒17与动触头16在导向配合的过程中始终处于电路导通的状态。

因为高速机械开关在使用时，绝缘筒体11的内部充有绝缘气体，为保证密封性，在套导向筒17内与小径段相对的内周面上设置有环槽，环槽中嵌设有密封圈171，能够与动触头16动密封配合，防止绝缘筒体11内的绝缘气体逸散。

高速机械开关的操动机构20，采用现有技术中常用的斥力操动机构，本实施例中，操动机构20设置在断口结构10的下方，主要包括传动杆21，传动杆21包括杆体，杆体的中部位置处一体成型有斥力盘22，传动杆21的一端与动触头16传动连接，在第二接线板13上设置有供传动杆21通过的通孔。

操动机构20还包括具有空腔的壳体，壳体的空腔中设置有在上下方向上相对布置的合闸线圈23、分闸线圈24，分闸线圈24布置在上方，合闸线圈23布置的下方，传动杆21上的斥力盘22位于合闸线圈23与分闸线圈24之间，合闸线圈23或分闸线圈24通电后，会对斥力盘22产生斥力，驱动传动杆21上下动作，从而带动动触头16靠近或远离静触头15。因为斥力操动机构20为现有技术中较为成熟的技术，因此此处不再详细展开说明。

本实施例中，断口结构10部分由于需要保证绝缘性，因此绝缘筒体11内充有绝缘气体，且断口结构10部分处于密封状态。而操动机构20中为减少斥力盘22在运动时受到的空气阻力，在操动机构20的壳体中预留有供气体在斥力盘22与合闸线圈23、斥力盘22与分闸线圈24之间空间流通的气孔，斥力盘22在合闸线圈23与分闸线圈24移动时，气体能够通过气孔流通，不会对斥力盘22产生较大的阻力以影响分、合闸速度。

操动机构20的下方，布置有保持机构30，用于使动触头16处于稳定的合闸状态或分闸状态。保持机构30连接在传动杆21下端的尾翼31，尾翼31的左右两侧各铰接有一个连杆32，连杆32的另一端铰接在滑块33上。操动机构20还包括在水平方向上布置在传动杆21两端的弹簧34，弹簧34分别弹性顶撑在对应侧的滑块33上，滑块33在与连杆32铰接时始终受到弹簧34的顶撑。因为本实施例中使用的保持机构30为现有技术中常用的、较为成熟的技术，因此此处不再详细展开说明。

操作人员在使用本发明中的高速机械开关时，直接控制合闸线圈23及分闸线圈24的通电情况，通过使对应的线圈带电来驱动动触头16靠近或远离静触头15。在动触头16由分闸状态向合闸状态运动时，动触头16的前端面先与位于静触头15端部的弹簧触指接触，随着动触头16上升，弹簧触指被压缩变形，弹簧触指变形后产生抵抗动触头16上升的弹性力，缓冲动触头16对静触头15的冲击，并且弹簧触指还能够通过自身的变形来保证动触头16、静触头15的稳定电连接。

另外，随着静触头15受到动触头16的冲击，位于静触头15尾端的波纹管14也会受压变形，波纹管14因压缩产生的弹性力也能够在动触头16运动方向上来减缓动触头16对静触头15的刚性冲击，并且波纹管14对静触头15产生的作用力，能够将静触头15压紧在动触头16上，保证动触头16与静触头15稳定电连接。

当动触头16与静触头15接触后，静触头15通过其上的弹簧触指151与动触头16导通，形成了“第一接线板12—导向柱121—触指157—静触头15—弹簧触指151—动触头16”的通流路径。在动触头16与静触头15接触的部位，一部分的电流还能够通过封盖152传递到动触头16的动端上，实现的电流的多路径传输，避免电流仅通过弹簧触指传递而导致弹簧触指集中发热。

本发明中的断口结构不局限于上述实施例1中提供的技术方案，还可以采用以下实施例中提供的技术方案。

本发明中断口结构的实施例2：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，弹性触指设置在动触头上，即在动触头朝向静触头的对接端上设置触指安装槽，触指安装槽内布置有弹性触指，当动触头朝向静触头移动时，动触头上弹性触指先于动触头与静触头接触，并通过自身弹性形变来缓冲动、静触头之间的冲击。或者在其他实施例中，在动触头和静触头相互对接的端面上均设置有同轴布置的弹簧触指，其中一个弹簧触指的径向尺寸大于另一个弹簧触指，使动静触头对接时，弹簧触指能够在对接方向上错开，与另一个触头上的对接端端面弹性抵接。

本发明中断口结构的实施例3：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，弹性触指可以采用弓形的弹片结构，弹片结构的两端与其中一个触头的对接端固定，拱起的部分则是与适配触头接触，弹片结构能够通过自身的变形实现两触头弹性抵接，并不局限于必须采用弹簧触指来作为弹性触指。

本发明中断口结构的实施例4：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，弹性触指采用实施例3中提出的弹片结构，对接端面上设置有沉孔，弹片通过能够沉入的沉孔内的螺钉固定在对接端面上，在对接端面上固定有多个弹片，弹片可以成排布置，也可采用以阵列的方式布置，并不局限于呈环状、且以同心的方式布置在柱状基体的对接端上。

本发明中断口结构的实施例5：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，静触头的对接端面上设置有环槽，环槽的截面呈方形，静触头上还可拆连接有封盖，技术人员在装配时先将弹簧触指放进环槽内，然后再将封盖连接在对接端上，使封盖与环槽围成一个相对封闭的空间，在封盖上设置有供弹簧触指露出的避让结构，依靠封盖来防止弹簧触指从环槽内脱出。

本发明中断口结构的实施例6：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，柱状基体的对接端上设置有截面呈倒三角形的环槽，该环槽作为触指安装槽，依靠倒三角形在槽口处形成收口结构，使环槽形成收口槽，将弹簧触指强装进收口槽内，并不局限于在对接端上安装封盖，利用封盖与对接端的外表面形成触指安装槽。

本发明中用于高速机械开关的触头的结构与上述断口结构实施例中触头的结构相同，可以作为断口结构中的动触头、静触头，或是作为同时对接的动、静触头，因此关于本发明中用于高速机械开关的触头的实施例不再重复说明。

以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于高速机械开关的触头，包括柱状基体，柱状基体的一端为与适配触头对接配合的对接端，其特征在于，该对接端上设有与适配触头的对接端弹性抵接的弹性触指；柱状基体的对接端可拆连接有一个封盖，封盖与对接端的外表面共同围成用于安装弹性触指的触指安装槽；所述封盖包括环体，柱状基体的对接端的端面上设置有沿轴向延伸的凸台，环体与凸台同轴布置，环体的内环面与凸台的外周面之间的间隔形成所述触指安装槽。

2.根据权利要求1所述的用于高速机械开关的触头，其特征在于，所述弹性触指为弹簧触指。

3.根据权利要求1或2所述的用于高速机械开关的触头，其特征在于，弹性触指呈环状布置在柱状基体的对接端上，且与柱状基体同心。

4.根据权利要求3所述的用于高速机械开关的触头，其特征在于，柱状基体的对接端上设置有触指安装槽，弹性触指安装在触指安装槽内。

5.根据权利要求1所述的用于高速机械开关的触头，其特征在于，所述触指安装槽为收口槽，以防止弹性触指从触指安装槽内脱出。

6.根据权利要求1所述的用于高速机械开关的触头，其特征在于，环体内环面上设置有内凸缘，和/或凸台的外周面上设有外凸缘，用于使触指安装槽的槽口收缩以形成收口槽。

7.断口结构，包括动触头和静触头，其特征在于，动触头和静触头中至少一个为上述权利要求1-6中任一项所述的触头。

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