機械設備壽命預測
機械設備壽命預測【1】
摘 要：隨著(zhù)人類(lèi)科技發(fā)展和文明進(jìn)步，諸如飛行器、艦船、車(chē)輛、發(fā)電機組等機械重大裝備與基礎設施的安全服役對于國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設都具有重要意義。
壽命預測理論是機械零件與裝備安全服役的關(guān)鍵基礎，也是現代機械設計與制造必須涵蓋的重要方面。
本文針對機械重大裝備壽命預測研究方法的特點(diǎn)和應用狀況，綜述國內外相關(guān)文獻的研究現狀，總結當前機械重大裝備壽命預測研究的熱點(diǎn)與成就，歸納當前機械重大裝備壽命預測研究在理論建模與試驗中存在的若干問(wèn)題，分析機械重大裝備壽命預測具有理論建模難、試驗驗證難以及數據積累分析難的特點(diǎn)，為今后進(jìn)行深入的壽命預測研究提供可以借鑒的研究方向。
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前言：機械重大裝備壽命預測技術(shù)對國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設具有重要意義。
在過(guò)去近一個(gè)世紀與失效事故的斗爭中，人類(lèi)通過(guò)對諸如飛行器、艦船、車(chē)輛、發(fā)電機組等機械重大裝備的研究，建立了基于力學(xué)的壽命預測理論、基于概率統計的壽命預測理論以及基于信息新技術(shù)的壽命預測理論等學(xué)科分支。
目前機械重大裝備運行條件復雜、環(huán)惡劣，在長(cháng)期運行過(guò)程中會(huì )逐漸老化，剩余壽命會(huì )逐步下降，容易導致惡性事故發(fā)生，造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡;而如果盲目地進(jìn)行維修更換則會(huì )帶來(lái)巨大的浪費。
所以正確預測機械重大裝備的剩余壽命對于保證設備安全運行、提高經(jīng)濟效益有很大的意義。
同時(shí)，對于諸如大型風(fēng)力機主軸軸承等采購周期需要一年以上的典型重大裝備，由于零部件及整機裝備加工困難、制造周期長(cháng)、價(jià)格昂貴、損壞后果嚴重，機械重大裝備必須提前采購并預備備件以確保正常持續的生產(chǎn)，避免停產(chǎn)事故損失。
所以正確預測機械重大裝備的剩余壽命又可以為制定合理有效的備件制作計劃和檢修計劃提供可靠的依據。
1.壽命預測的基本概況
機械重大裝備的壽命預測，也被稱(chēng)為剩余服役壽命預測或剩余使用壽命預測，顧名思義就是指在規定的運行工況下，能夠保證機器安全、經(jīng)濟運行的剩余時(shí)間。
它被定義為條件隨機變量
tr={t'-t|t't，Z(t)|} (1)
式中，t'表示失效時(shí)間的隨機變量，t是機器的當前年齡，Z(t)是指當前時(shí)刻之前的有關(guān)該機器的所有歷史使用情況，tr是機器的剩余壽命。
壽命預測可分為早期預測和中晚期預測。
早期預測是確定設備的設計壽命或計算壽命，主要以理論和試驗的方法進(jìn)行。
中期預測是為了避免設備運行期間出現意外事故，通過(guò)對當前還處于設計壽命之內的設備進(jìn)行狀態(tài)監測實(shí)現剩余壽命預測。
由于通常設計壽命偏于保守，設備壽命往往沒(méi)有得到充分利用就認為已經(jīng)到壽從而造成很大的浪費，對累計運行時(shí)間已經(jīng)超過(guò)設計壽命的設備進(jìn)行剩余壽
命預測就屬于晚期預測。
中晚期預測主要以分析設備當前與歷史運行狀況，用無(wú)損探傷及金相檢驗等多種方法檢驗鑒定損傷程度、以斷裂力學(xué)等理論計算及其他直接或間接的壽命預測技術(shù)作為科學(xué)依據，評估設備還能夠繼續安全運行的時(shí)間。
壽命預測是建立在對大量積累壽命資料的分析、試驗、實(shí)地檢驗等技術(shù)基礎之上。
值得指出的是：壽命預測應該建立在合理合適的破壞(失效)理論基礎之上，
壽命預測與破壞(失效)理論既有聯(lián)系又有區別。
在過(guò)去的一百余年里，人們針對不同材料與結構的破壞(失效)規律建立了壽命預測理論。
總體來(lái)看，壽命預測的研究發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)過(guò)程。
(1) 技術(shù)開(kāi)創(chuàng )期。
1847 年，德國 WHLER 用旋轉疲勞試驗機首先對疲勞現象進(jìn)行了系統的研究，提出了著(zhù)名的 S -N 疲勞壽命曲線(xiàn)及疲勞極限的概念，從而奠定了疲勞破壞的經(jīng)典強度理論基礎。
在此后的很長(cháng)一段時(shí)間里，人們逐步深入研究，形成了目前工程中最為廣泛應用的經(jīng)典疲勞強度理論。
(2) 技術(shù)發(fā)展期。
19 世紀末到 20 世紀初，人們利用金相顯微鏡觀(guān)察金屬微觀(guān)結構，發(fā)現了破壞的過(guò)程可分為 3 個(gè)階段：疲勞裂紋形成階段、疲勞裂紋擴展階段、疲勞裂紋失穩擴展階段。
在此后的一個(gè)多世紀中，基于裂紋擴展規律的研究一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
1920 年英國的 GRIFFITH提出了裂紋擴展的能量理論。
到 20 世紀 50 年代，誕生了建立在裂紋尖端應力場(chǎng)強度理論基礎上的斷裂力學(xué)。
(3) 技術(shù)完善期。
通過(guò)一百多年對疲勞斷裂的不斷研究，以及日新月異的新技術(shù)與新發(fā)現，壽命預測技術(shù)研究理論在 21 世紀前后取得了極大的發(fā)展與豐富。
首先研究者通過(guò)對疲勞斷裂研究的不斷補充與完善，提出了諸如非線(xiàn)性連續損傷力學(xué)模型、金屬全壽命模型、等效應變能密度壽命預測方法、基于小裂紋理論的疲勞全壽命預測方法、基于指數模型的裂紋擴展速率與壽命預測技術(shù)等模型方法。
2.壽命預測研究對象概況
通過(guò)對壽命預測研究的對象進(jìn)行歸納總結，可以得出如下結論：機械重大裝備壽命預測研究對象幾乎存在于諸如發(fā)電設備、航空航天、石油化工、汽車(chē)、鐵路運輸、數控加工、冶金工業(yè)、武器裝備等行業(yè)與領(lǐng)域。
具體如表 1 所示。
從研究對象的歸納分析可以看出：當前壽命預測研究的對象雖然涉及到社會(huì )生產(chǎn)與生活的各個(gè)領(lǐng)域與針對各種機械設備，但是絕大多數壽命預測研究還是停留在各種材料試件或者機械裝備的各種零部件;距離實(shí)現機械重大裝備整體壽命預測還需要不斷深入研究，這是值得未來(lái)探索的一個(gè)重要的研究?jì)热荨?/p>
3.壽命預測方法概況
多年來(lái)，人們以不同行業(yè)領(lǐng)域內的機械重大裝備為研究對象，分別從零部件和整體機械設備入手，并針對不同的金屬材料，在理論上和試驗上進(jìn)行了深入、系統的研究，并形成了多種預測方法。
歸納起來(lái)，壽命預測方法大致可以分為以下三大類(lèi)：基于力學(xué)的壽命預測方法、基于概率統計的壽命預測方法、基于信息新技術(shù)的壽命預測方法。
4.結語(yǔ)
經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，有關(guān)壽命預測的研究從起步到逐步深入的發(fā)展為人類(lèi)科技進(jìn)步和社會(huì )發(fā)展做出了巨大貢獻。
在這浩瀚的研究成果中，著(zhù)重通過(guò)在壽命預測研究對象與研究方法兩個(gè)方面綜述國內外相關(guān)研究文獻所取得的成就，運用比較和總結的分析手段，提綱挈領(lǐng)地指出當前機械重大裝備壽命預測研究的熱點(diǎn)、難點(diǎn)以及存在的問(wèn)題，為今后進(jìn)行壽命預測研究提供可以借鑒的研究方向。
參考文獻
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配套機械設備對高爐壽命的影響【2】
【摘 要】隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，高爐煉鐵呈現出大型化、高效化的發(fā)展趨勢。
作為煉鐵的主要手段，高爐實(shí)行高壓強化冶煉，也就給高爐的長(cháng)期使用帶來(lái)影響。
本文主要分析配套設施機械設備的結構性能及管理對高爐壽命的影響，并提出了解決機械設備管理問(wèn)題的途徑和方法，以延長(cháng)高爐的使用壽命。
【關(guān)鍵詞】機械設備;管理;高爐壽命
隨著(zhù)經(jīng)濟技術(shù)的飛速發(fā)展，高爐煉鐵越來(lái)越向大型化、高效化的趨勢發(fā)展。
作為煉鐵的專(zhuān)用設備，高爐承擔了主要的煉鐵工作和任務(wù)。
高爐生產(chǎn)是具有持續性的，壽命有8年時(shí)間的，也有長(cháng)達十幾年的。
高爐煉鐵在規模、效率等方面有著(zhù)很多優(yōu)勢，影響高爐使用壽命的因素也有很多，其中配套設施的結構性能對高爐壽命的影響不容忽視。
機械設備的管理情況也會(huì )影響高爐壽命的長(cháng)短，管理水平不高影響高爐的使用，導致高爐的使用過(guò)程中發(fā)生重大損失。
1 我國鋼鐵工業(yè)現狀
鋼鐵工作對社會(huì )的經(jīng)濟發(fā)展有著(zhù)重要的作用，關(guān)系著(zhù)國家的經(jīng)濟發(fā)展水平和人民的生活水平高低。
鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，影響著(zhù)工業(yè)、農業(yè)、國防等多個(gè)方面的發(fā)展，忽視對鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重視和管理，就會(huì )直接影響國民經(jīng)濟的發(fā)展和提升。
隨著(zhù)煉鐵技術(shù)的發(fā)展，高爐煉鐵越來(lái)越向著(zhù)大型化、專(zhuān)業(yè)化、高效化的趨勢發(fā)展，越來(lái)越多的高爐投入到鋼鐵的生產(chǎn)中。
鋼鐵工業(yè)發(fā)展的生產(chǎn)規模和吞吐量，是其它企業(yè)難以比擬的。
隨著(zhù)國際競爭的日益激烈，對我國的鋼鐵工業(yè)發(fā)展也提出了新的挑戰和要求，如何能夠節約能耗，降低成本，提高生產(chǎn)效率，不斷提高鋼鐵工業(yè)的現代化水平，成為制約鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重要因素。
2 配套機械設備的使用對高爐壽命的影響
在煉鐵過(guò)程中，配套機械設備大多離高爐較遠，但是對高爐的使用壽命卻有著(zhù)很大的影響。
高爐本體的配套設施，比如爐頂裝料設備，直接會(huì )影響高爐的使用情況，一旦出現問(wèn)題，就會(huì )導致高爐生產(chǎn)過(guò)程中出現障礙，引起高爐的使用壽命大大縮短。
爐內冷卻壁對保護高爐的安全使用，對爐殼和內襯的保護起著(zhù)不可忽視的作用。
在使用過(guò)程中，如果內襯局部出現破損，冷卻壁面可以暫時(shí)取代內襯進(jìn)行生產(chǎn)。
當爐內冷卻故障不大時(shí)，尚可發(fā)揮必要的冷卻功能時(shí)，可以讓已經(jīng)壞掉的冷卻壁繼續停留在爐里，只需堵住進(jìn)出冷卻水口，繼續使用其它沒(méi)有損壞的冷卻壁就行。
現在普遍使用的鐘式爐頂裝料設備，具有較高的安全技能保證，可以為高爐的安全使用提供條件。
在這種設備中，大鐘結構性能能夠直接對高爐內襯的使用產(chǎn)生影響。
熱風(fēng)爐作為高爐的重要配套設備，其使用的結構合理性、工作性能都會(huì )高爐的使用壽命有著(zhù)影響。
如果熱風(fēng)爐向高爐輸送的溫度、壓力等因素不穩定時(shí)，就會(huì )很大程度上影響高爐的使用壽命。
我國曾經(jīng)發(fā)生過(guò)熱風(fēng)爐爆炸事故，一般是由于煤氣與空氣在燃燒器里的混合發(fā)生問(wèn)題，引起使用過(guò)程中的爆炸。
在目前的高爐中，普遍采用外燃式或頂燃式熱風(fēng)爐，就能有效保證高風(fēng)溫、長(cháng)爐齡的良好效果。
3 配套機械設備的管理問(wèn)題分析
在目前的高爐配套機械設備的管理中，出現了諸多問(wèn)題，影響了高爐的使用壽命。
在實(shí)際生產(chǎn)中，由于煉鐵技術(shù)要求高，需要人員多，人員的調動(dòng)也比較頻繁，這就給管理帶來(lái)了諸多問(wèn)題。
一些企業(yè)甚至認為，管理部門(mén)屬于企業(yè)業(yè)務(wù)的問(wèn)題，而生產(chǎn)操作作為施工現場(chǎng)，不應該受制于管理部門(mén)的管理，也就容易發(fā)生管理人員權力受限的問(wèn)題，影響配套機械設備的有效管理。
而管理制度在企業(yè)的生產(chǎn)中有著(zhù)重要的作用，如果管理出現失誤，出現職責不明確的情況，就會(huì )導致機械設備的管理混亂，直接影響機械設備的生產(chǎn)和使用，進(jìn)而影響企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展。
高爐生產(chǎn)規模大，使用的機械設備多，必須保證生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節有效銜接，否則就容易發(fā)生事故。
在實(shí)際生產(chǎn)中，由于管理出現問(wèn)題，導致購買(mǎi)機械設備時(shí)沒(méi)有嚴加把關(guān)，出現各種質(zhì)量問(wèn)題，就會(huì )影響正常的生產(chǎn)和使用，浪費了大量的財力和物力。
雖然大多企業(yè)都成立了專(zhuān)門(mén)的機械設備管理部門(mén)，但是卻缺少相應的高素質(zhì)管理人才。
這些管理人員缺乏對機械設備的使用情況的了解，缺少相應的高水平培訓，專(zhuān)業(yè)知識不扎實(shí)，綜合素質(zhì)不高，很有可能影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。
一些企業(yè)的領(lǐng)導者和決策者缺乏宏觀(guān)思想，只是貪圖眼前局部利益，將大量的物力和財力用在不合時(shí)宜的新技術(shù)、新裝備上，但是缺少對設備管理的投入，忽視對管理人員的培訓，使管理人員普遍存在素質(zhì)較低的情況，難以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)對管理人員的高素質(zhì)要求。
實(shí)際生產(chǎn)中還存在著(zhù)對機械設備的保養不完善問(wèn)題。
機械設備在長(cháng)期的使用過(guò)程中，難免會(huì )出現各種損失，這就需要在日常的維護和管理中，加強對機械設備的維護和保養。
部分企業(yè)由于各方面的因素影響，缺少對設備維修方面的檢查，不能在第一時(shí)間內發(fā)現問(wèn)題，解決問(wèn)題，不能為有效清除各種安全隱患創(chuàng )造良好條件，最終影響企業(yè)的安全生產(chǎn)。
在維修的過(guò)程中，由于管理出現問(wèn)題，不能有效監督和管理維修人員的檢查工作，致使有些維修人員為一時(shí)方便，放棄對較大修復問(wèn)題的機械設備的維修，采用簡(jiǎn)單的應付方法，得過(guò)且過(guò)，草草了事，結果影響了機械設備的使用壽命。
4 增強高爐機械設備管理途徑
為了有效增強高爐機械設備管理，提高高爐的使用壽命，首先要建立完善的企業(yè)組織結構。
要根據企業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，明確劃分各個(gè)部門(mén)的任務(wù)，做到職責分明，有效追責，充分發(fā)揮各個(gè)部分工作人員的主觀(guān)能動(dòng)性，調動(dòng)起全體人員的工作積極性，參與到機械設備的維護和檢修工作中。
在實(shí)際工作中，要注重對管理人員的培訓工作，不能只把培訓當成表面的工作來(lái)做，要聘請高水平的培訓教師，對參加培訓的人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化、綜合化的培訓和提升。
在日常的檢修和維護工作中，要發(fā)揮監督機制，嚴格檢修和維護工作職責，認真記錄檢修和維護工作，確保第一時(shí)間發(fā)現問(wèn)題，最早解決安全隱患，維護機械設備的正常運行和工作。
增強高爐機械設備管理，還要注重利用現代科技，建立完善的在線(xiàn)監督系統，利用先進(jìn)的計算機控制和監督技術(shù)，有效發(fā)現機械設備的問(wèn)題，及時(shí)排除鼓掌和安全隱患，為安全生產(chǎn)創(chuàng )造條件，最大限度地保護煉鐵高爐的使用壽命。
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提高機械設備中皮帶使用壽命的措施【3】
摘 要：皮帶是一種基本的機械傳動(dòng)的形式，其廣泛的應用于各類(lèi)傳動(dòng)比要求較低，作業(yè)環(huán)境復雜的機械設備中，比如農業(yè)機械，抽油機設備以及燒結設備等等。
但是由于皮帶自身材質(zhì)、工作環(huán)境以及受力等原因，在機械設備運轉過(guò)程中，較易發(fā)生磨損以及的現象，因而需要通過(guò)控制相關(guān)的因素提高皮帶的使用壽命。
本文主要對機械設備中皮帶的損壞形式及其使用壽命的影響因素進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步提出延長(cháng)皮帶使用壽命的措施。
關(guān)鍵詞：皮帶;機械設備;使用壽命
與其他傳動(dòng)結構相比，皮帶傳動(dòng)結構適用于更為復雜、惡劣的工作環(huán)境。
因而其廣泛的應用于部分要求精度較低的機械設備中，其中包括如傳送帶設備、農機設備等等，但是由于受到工作環(huán)境以及自身特性的影響，其在使用過(guò)程中較易發(fā)生斷裂或磨損，從而給生產(chǎn)帶來(lái)了一定的危害。
1.影響皮帶壽命的主要因素
1.1.外界環(huán)境溫度
皮帶需要在一個(gè)適合工作溫度下進(jìn)行傳動(dòng)，但是在部分機械設備中往往由于工作溫度不高或者溫度不均勻的情況發(fā)生損壞。
如皮帶用于鋼鐵廠(chǎng)中的燒結設備時(shí)，當燒結礦冷卻不好時(shí)，皮帶需要承受近300℃的紅燒結礦，因帶面不能耐高溫導致皮帶燒損提前報廢。
很多時(shí)候，外界工作環(huán)境對于皮帶壽命具有較大的影響，而且由于皮帶自身材質(zhì)的原因，在遇到較冷的工作環(huán)境中，會(huì )出現收縮的情況，而在高溫的情況下，皮帶就會(huì )出現受熱膨脹。
這種工作環(huán)境變化較快的情況下，對于皮帶的損壞最大。
1.2.摩擦力的影響
皮帶傳動(dòng)主要靠摩擦力來(lái)進(jìn)行動(dòng)力的傳動(dòng)，其中如果摩擦力小于皮帶自身的應力，皮帶就會(huì )出現打滑的現象，進(jìn)而能夠促使皮帶發(fā)生一定的磨損，當然這與皮帶安裝過(guò)程中的張緊力具有一定的關(guān)系。
此外，皮帶輪的直徑較小也會(huì )造成皮帶在運轉過(guò)程中發(fā)生打滑的現象，皮帶的打滑對于皮帶的使用壽命具有一定的影響。
1.3.機械設備傳動(dòng)結構的影響
一般來(lái)說(shuō)，皮帶在傳動(dòng)過(guò)程中，皮帶要避免出現回彎或者彎折，這與傳動(dòng)件的位置結構具有一定的關(guān)系，因而在皮帶傳動(dòng)結構設計過(guò)程中，應該考慮到該問(wèn)題，皮帶在運轉過(guò)程中如需要進(jìn)行較為復雜的回轉動(dòng)作，同樣會(huì )出現磨損較大、使用壽命降低的情況。
此外對于運輸帶設備來(lái)說(shuō)，對于機械結構的要求要更高些，因為其本身就是以皮帶為主要傳動(dòng)部件，如、落料漏斗的設置就應該合理，防止雜質(zhì)的堆積而損壞皮帶。
2.皮帶使用壽命延長(cháng)的主要措施
2.1.正確的安裝
皮帶在裝卸過(guò)程中應該遵照相關(guān)的安裝原則進(jìn)行，而且兩個(gè)傳動(dòng)輪之間的中心距也有明確的標準，而且不同皮帶需要安裝在不同工作環(huán)境的機械設備上，而且裝卸過(guò)程中，對于機械結構的安裝以及裝卸也應該遵照相關(guān)的操作技術(shù)標準。
2.2.對皮帶進(jìn)行保養
對皮帶進(jìn)行較為細致的保養也是提高皮帶使用壽命的主要方式，如針對皮帶的保養構建出比較完善的管理制度，其中包括對機械傳動(dòng)系統的各部件進(jìn)行檢查，查找出是否有損害皮帶使用壽命的因素。
對于工作環(huán)境較為復雜的皮帶傳動(dòng)機構來(lái)說(shuō)，其經(jīng)常受到較大的沖擊力，特別是初張力，而且也會(huì )有大狀的雜物掉落在皮帶上，進(jìn)而造成皮帶提前損壞。
因而對于皮帶的保養以及維護，需要對整個(gè)機械設備的傳動(dòng)系統進(jìn)行檢測，進(jìn)而發(fā)現影響皮帶使用壽命的相關(guān)因素，并且予以清除。
2.3.經(jīng)常進(jìn)行相關(guān)的溫度檢測
皮帶具有一定的耐極限溫度，因而其皮帶的工作環(huán)境必須要進(jìn)行控制，在配置皮帶的過(guò)程中，應該考慮其工作環(huán)境的溫度，并且選取適用的皮帶配置在機械設備中。
此外，在皮帶處于高溫的環(huán)境下，應該定時(shí)檢測皮帶的工作溫度，如工作溫度超過(guò)皮帶的耐極限溫度則應該立即停止設備，或者在機械設備的傳動(dòng)機構中添加相應的冷卻裝置，以防止皮帶提前失效。
2.4.機械設備結構的優(yōu)化
事實(shí)上，除了皮帶自身質(zhì)量因素的影響之外，機械設備傳動(dòng)系統中的其他機構也會(huì )對皮帶造成危害，比如運輸帶設備中成品系統漏斗因長(cháng)時(shí)間受燒結礦沖刷，容易造成鋼襯板、鋼板、方鋼等結構件脫落，這些雜物也是危害皮帶壽命的重要因素。
因而，防止皮帶劃傷的措施主要有將整粒系統的皮帶漏斗全部改為箱型漏斗，并適當增加其出料口高度，使鐵雜物能順利通過(guò);在篩分進(jìn)料前的進(jìn)料皮帶上加設除鐵器，除去燒結礦中的鐵雜物;改造皮帶機機頭刮料刀，設計了一種對皮帶無(wú)傷害的刮料器。
3.總結
皮帶經(jīng)常被用于機械設備的傳動(dòng)系統中，但是由于其傳動(dòng)比較低，多用于精度不高的機械設備中，但是其維修性能較好，因而目前為止并未研究出能夠替代皮帶傳動(dòng)的新型傳動(dòng)方式。
隨著(zhù)皮帶生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化，其自身質(zhì)量性能也在不斷的提升，特別是抗沖擊性以及耐高溫極限也在不斷提升。
對于皮帶使用壽命的提高，首先要從機械設備的維護管理做起，進(jìn)而能夠排除影響皮帶使用壽命的相關(guān)因素，進(jìn)而能夠根本上提高皮帶的使用壽命。
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