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黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻翻譯） 第 8 頁
比較壓型粉在壓力機中的幾種成形方法
摘要 最近采用與進給材料的基本特性有關的模型 ，輥壓設計以及操作參數(shù)得到了回顧。尤其，我們討論被J.R 約翰遜在19世紀60年代提出的粒狀固體的輥壓理論基礎以及較遲的試驗利用平板方法而且嶄新發(fā)展了最后的元素模型。這些方法根據(jù)效率和準確度被比較的，而且預測基本是預先設計的過程，強迫壓實，咬入角，中性，輥壓力矩和輥壓力量在吸入的分配。
因為它包含著足夠的關于粉末成形的方式，幾何學和磨擦力情況，所以有限的元素方法提供了很多種方法。這使運行現(xiàn)實的計算機能夠將費用、時間和資源對程序和實驗儀器最佳化的需要減到最低。
關鍵詞：輥壓，模型方法，有限元模型
1 介紹
概念上的簡單和低的操作費用使輥壓成為一個非常流行的壓力結塊的方法。輥動壓實技術被用于礦產、冶金的、和化學的、食物和制藥產業(yè)的很多材料中。能有粒子大小擴大的若干理由最重要的是改善物質的儲藏，操作進給或混合特性。在加熱操作方面，它也能改善熔化的效率，弄干或燃燒。
使緊密接合的輥壓操作是成功的，當它按照協(xié)定以規(guī)則的和所需機械（或其它特性）以特定的生產率和單位費用需要了機械的（或其它的）特性。它依賴于粉末的適當 相配性質；以及一起處理的設計和操作參數(shù)。
主要的進給材料的性質被認為是應變關系和磨擦系數(shù)作為一個粉狀密度的功能（或應力能）重要的設計因素將會是：進給系統(tǒng)的設計，輥壓直徑和輥壓的幾何表面。主要的操作參數(shù)將被設置的是：輥壓速度、輥壓縫隙、輥壓轉力矩、輥壓力量、送料和除氣裝置的情況。
現(xiàn)在的工業(yè)壓實和固化的操作主要是基于反應試驗的技術。使用一個如此方式達成最適宜的程序的表現(xiàn)是可能的，不過它造成操作費用和時間的增加，尤其以比較高的體會材料和要求比較多的質量需求。
其它可能的方式是使用數(shù)學的模型提供必需的數(shù)據(jù)給適當?shù)膬x器和程序設計。盡管它明顯顯得簡單，在壓力機械中粉末壓實展現(xiàn)一些行為和不充分地從分析的視野被了解的交互作用。將會允許粉末壓實實現(xiàn)數(shù)字模擬并且允許這些結果的適當使看得見的數(shù)學模型能透過程序允許程序工程師得到比較好的理解，從而對它有比較好的設計和控制。
這一論文的目的是根據(jù)預測基本程序變數(shù)的過程效率和準確性檢討現(xiàn)有的模型而且比較他們。只在三個在最近幾十年被發(fā)展的模型而且想最好地被適合因為在輥壓期間預測粒狀材料的機械行為被考慮。
2 在輥壓機中的壓實輥壓模型
2．1 J.R 約翰遜提出的模型
在19世紀60年代中期發(fā)展，它是第一個合成物允許預測遭受在輥輪之間的連續(xù)輥壓材料行為的模型。這種材料被假設成是各同向性、摩擦力、前后一貫性以及凝聚性，這種材料服從有效的生產量功能。
在咬入?yún)^(qū)域上面的壓力分配被決定基于連續(xù)的平面應力的畸變假設沿著輥壓表面的滑動。下列輸入數(shù)據(jù)是需要的：內在摩擦的有效角度和內壁摩擦的角度。兩者都能被決定使用一個杰耐克的實驗裝置。
在咬入?yún)^(qū)域中，一個非常單一化的物質模型被應用它被假設是在咬入?yún)^(qū)，材料和輥壓表面之間設有相對滑動并且所有材料都處于咬入角位置的輥輪間，這些又必須進入和輥輪結果壓力縫隙相等的寬度長條之內 被壓縮。結果，壓力通過用穿孔系統(tǒng)的實驗得到的壓力----密度關系被描述。
圖1.輥壓中垂直壓力的傾斜度與角度的位置
兩個等式被表明決定咬入角度，正如圖1所表明的一樣。第一個，以實線表現(xiàn)為X方向描述壓力傾斜度，假設滑動沿著輥輪表現(xiàn)發(fā)生的。當滑動使壓實的材料和輥輪之間不發(fā)生的時候，傾斜度表現(xiàn)為第二個曲線，用圖1中的虛線所表示，基于在參考文獻[2]中的調查，它確立出兩個曲線的交點處的即為咬入角。真實壓力的傾斜度高于時以實線給出，從角到輥輪的中心軸線以虛線表示。
這一個模型是非常有用的，為決定以重力為送料的輥壓中的咬入角度。當適用于大的直徑（超過500毫米）的平滑輥輪被用的情形時候，它給出了適合的實驗數(shù)據(jù)，當孔侵入輥輪表面的時候，相差是非常高的，單一化假定的結果，由于輥輪孔的存在，輥輪直徑被削減了。
在預測操作像輥壓力量和輥壓轉力矩的參數(shù)基本價值的情況下，協(xié)議適度地對粒狀的材料表明對輥輪表面和壓縮性常數(shù)的中間和高摩擦系數(shù)，相差的計算之間而且測量值是比較大的（有時超過50%），當較高的壓實壓力（超過100MPa）是被應用的，而且材料是非常易壓縮的。
盡管它的限制，應該指出它是允許工程師分析在基本的程序變數(shù)和粒狀的材料特性之間的相互關系的第一個模型。它強調缺乏了解壓實機可能導致程序和實驗設備的設計，這些設計將不能生產出所需特性的產品。
當粉末模型行為在咬入?yún)^(qū)域中負責有真正的系統(tǒng)相差的時候，考慮單一化制造即是一個平板方法的模型技術被評估。
2. 2 基于平板法咬入角的分析
模型的這一個方法廣泛地用來預測壓力分配和輥壓在金屬輥壓中單獨的輥壓力。當他們通過輥輪時，類似于約翰遜的模型，平面區(qū)段被假定保持平面被首先用于金屬粉末輥壓的分析。然而，生產量標準對于完全密集的金屬被用于那些最初的研究。
在下面呈現(xiàn)的分析中，為了進一步發(fā)展材料模型被Kuhn和Downey提出的金屬粉末生產量標準的觀念采納了。
在輥輪下面的變形區(qū)被區(qū)分為如圖2所示的梯形平板。在平板上的力量平衡為X方向造成平衡相等而且被表示成：
在等式（1）中摩擦力被表示成：
哪里：1（p）是摩擦系數(shù)如一個在環(huán)形摩擦裝置中被決定的正常的壓力功能，參考文獻中介紹。
圖2.輥壓咬入?yún)^(qū)元素的臨界壓力
先前提到了材料模型，以及假設在x、y方向的理論臨時壓力，下列的等式被獲得：
哪里：rp=p,m(p)=塑性的“蒲松氏比”，Y（p）=產生作為一個函數(shù)密度的壓力。m(p)和Y（p）的函數(shù)在特別的工具一鋼模中被運行的壓縮測試被決定。等式的函數(shù)形如（4），表現(xiàn)壓力和相等的壓力頰比較的是一個對稱的橢圓。
咬入角度的數(shù)值從實驗的數(shù)據(jù)和最初的壓力條件和假定的密度，中性平面位置也是決定于實驗數(shù)據(jù)，從壓縮測試數(shù)據(jù)中每一步所計算的壓實物質的密度被確定。
在進入壓力區(qū)的假設條件下，計算過程是重復的，直到使板的集中壓實密度被達到。慣用實驗的方法測量咬入角的值，而且和輸出密度的被迫相配將模型的預言性能力減到最少。然而，這樣與實驗式的觀察相適合的輥輪壓力和轉力矩能被達成。在一項相似的平板分析中[7，8]除了中性角的用法按某一角度轉動之外當對模型輸入?yún)?shù)。一特別形式的摩擦系數(shù)被采用，以使它的中性角度變?yōu)榱?。為如此的假定沒有實際的動機。Shima 和Yamada]也已經出版了一個估計粉狀旋轉的速度 ，應變和壓力區(qū)域的能量減到最小限度的方法，由另一個平板方法的類似假
定（平面段保持平面而且嚙合角度被假定成對于問題的給定輸入）。
圖3.輥壓過程中輥距的計算和試驗記錄值的比較
通過有指導的壓力實驗，在實驗室里用直徑305毫米輥輪的壓具使模型的有效性重新評估。整個橋的應變和12.4毫米的直徑轉向器的橫隔板作為在輥輪表面方面的壓力記錄。壓具也是裝備一個壓力轉換器以使記錄關于壓力曲線決定輥輪中心的位置線是可能的。
一個三輥輪的的壓力分配作為一個計算結果的例子，以及實驗記錄的數(shù)值在圖3 中表明。
圖3 （A），對于褐煤的壓實是非常吻合的。對于氯化鈉，較大的差異可以用壓力轉換器記錄的材料的滑動摩擦行為來解釋（看圖3 B中的壓力曲線的拐點）。
圖3表明了用實驗方法得到的兩種情況的最佳吻合。七種不同的粒狀在那些研究期間被分析從最初的地方這一個區(qū)段決定被提到的物質模型的有效性。一般的結論是由于一個真正的系統(tǒng)全部的相差是明顯的，而不是一致（在五種情況中計算值較實驗記錄值大，然而有另外 兩種情況中，他們又能是比較小的）。
就如它被表明的，模型到現(xiàn)在為止呈現(xiàn)提供唯一的有限制的關于壓力分配和輥壓的變形。為了要產生一個完整的信息在壓力類型上，以及材料通過輥壓是需要先進的有限元模型的。如此的數(shù)據(jù)時常是必需準確的預測而且控制壓實的產品的性能。
2. 3 輥壓過程的有限元素分析
以有限元為基礎的模型最近已經用來分析在壓實過程中粉末的成型和壓力的均衡性。在這一個區(qū)段中，有限的元素技術的使用分析粉的壓實在液壓中被討論，包括有限的元素模型，輸入數(shù)據(jù)（幾何學，材料和摩擦模型的載入）和結果的簡短描述。
兩個空間模型對于輥壓過程以及商業(yè)化的ABAQUS有限元素密碼得到民展。一個100毫米的直徑的輥輪被表現(xiàn)成堅硬的元素，然而給粉的物質網孔和減少的整合（CPE4R）的80*12平面——應變的連續(xù)性被包含。輥輪和網孔物質的位置被規(guī)定成2mm的的縫隙高度，網孔物質的進入角被定為大約18度。
一個與壓力大小有關的可塑性模型（改良的模型）為粉末作為構成的模型。這個標準化的獨立率的模型以一系列的機械測試為基礎。正好相反的壓實、簡單的壓實、以及在鋼模中的壓實在相對密度（RD）為0.73、0.89和0.93的微晶纖維素產生的表面常用，在圖4 中給出的類似的實驗模型。
生產表面被比作兩個區(qū)域：（1）與流動規(guī)則相關的端區(qū)被假設（2）Drucker——Prager表述不到的表面被假設是與流動規(guī)則無關的。一條硬性的規(guī)則也被用于端區(qū)的位置以測定體積的塑料應變的民展直接與相對密度有關。盡管結果用比較的密度指出結合和粉末增加的力量，但是它被模擬成簡單的假設的結果是零。內在的摩擦力角度被估計成65度，這是以測量為基礎的圖形的頂端和產生的壓力被估計基于有聯(lián)合流程和一鋼模的理想硬的假定壓實的分析。在進入初始階段相對密度為0.29。常用模型Drucker——Prager/cap用法是在對稱橢圓的用法上的進步而且生產量被用于早先的平板方法的現(xiàn)場。后者過高的估計了材料的輥壓力，當剪切是應變中占優(yōu)勢模態(tài)的時候。在一項多孔鋁的輥動碟子的較早FEM研究中，一個對稱的橢圓生產量場被采用表現(xiàn)為高密度（>95%）多孔的金屬行為。
圖4.改良過的Drucker-Prager/cap所產生的表面適合于在模擬中的粉的模型（相對密度（RD）0.73，0.89和0.93）
表1類似的結果
基于寬度方向上的一個單位長度，即1mm.
輥輪材料的摩擦被假定按照庫侖摩擦定律用持續(xù)的摩擦力系數(shù)。進料系統(tǒng)的影響顯現(xiàn)了出來 ，通過連續(xù)不斷的送料拉力被用到了網孔材料的輥壓方向上。
為了在開始的暗示拉格朗日函數(shù)模擬方面被觀察的嚴格的網孔扭曲發(fā)表論文，拉格朗日的分析以適合的網孔物質的有限元素密碼的采用，輥輪與網孔物質的質量與密度被最佳化為這個類似于靜電毀壞毀壞問題將不活潑的效果減到最少并且將計算的時間減到最少。奧伊勒流入和流出邊界被采用，模擬被引導，直到基于輥壓力的輥壓轉力矩的持續(xù)值被達到穩(wěn)定的條件。
模擬被引導評估摩擦力系數(shù)在輥輪粉末接口和進給壓力對基本的程序變數(shù)的效果：輥壓力量，輥壓轉力矩，咬入角度和中性角度。咬入角度被定義為輥壓的角度值在輥輪表面的線速度和相關材料（沒有滑）的速度相等，如摩擦力剪切在表面顛倒方向上強調的角度是中性角度。在這些值與出現(xiàn)在表1中的相對密度有關。
參考文獻
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[12] J.坎寧安，博士論文，drexel大學，費城，PA ，美國（中）。
單位代碼 0 2
學 號 080105040
分 類 號 TH6
密 級
畢業(yè)設計
文獻翻譯
院（系）名稱
工學院機械系
專業(yè)名稱
機械設計制造及其自動化
學生姓名
崔佳樂
指導教師
穆國華
2012年 03 月 10 日
單位代碼 0 2
學 號 080105040
分 類 號 TH6
密 級
畢業(yè)設計
文獻綜述
院（系）名稱
工學院機械系
專業(yè)名稱
機械設計制造及其自動化
學生姓名
指導教師
2012年 03 月 10 日
黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 III 頁
10×10旋轉溜管式生面團自動排放機
摘要：饅頭是人們的主食之一，然而中國饅頭生產的最大特點卻是家庭作坊。饅頭生產機械還是停留在手工操作的階段。這已不再適應現(xiàn)今日趨加快的生活節(jié)奏。為解決饅頭大規(guī)模工業(yè)生產的薄弱環(huán)節(jié)上的問題，采用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經驗，設計了旋轉溜管式饅頭坯自動排放機，并進行了智能化改造。本文介紹了此設備的工作原理和主要技術參數(shù)。其原理是：將成型好的面團通過遠紅外傳感器1落入旋轉溜管,則傳感器發(fā)信號給控制器,控制器發(fā)控制信號使步進電機旋轉一定角度,向下一孔落料。面團通過旋轉溜管并沿著分配上指定的導向溜管落入托盤,按直線排列成行。當排完第一行后，下一排的第一個面團通過傳感器時，控制器附加發(fā)出一個控制信號使離合器吸合，而讓送進機構帶著托盤向前運行，當走一列距時,光電傳感器2發(fā)信號使離合器段開，此時開始排放下一排。希望此次設計能提供一個食品機械自動化改造的成功實例。
關鍵詞：自動排放，自動控制，旋轉溜管，面團，排放
Automatic Discharge of 10 × 10 Rotary Slip Tube Raw Dough
Author:Cui Jia Le
Tutor:Mu Guo Hua
Abstract
The bread is one of the staple food of the people, however, the most prominent feature of Chinese steamed bread production is the family workshops. Bread production machinery remain in the stage of manual operations. This is no longer adapted to today's increasingly accelerated pace of life。To solve the problem on the weak link of the large-scale industrial production of bread, embedded systems development experience, design a rotating slip tube bread blanks automatically discharge machine, and intelligent transformation. This article describes the working principle of this device and main technical parameters. The principle is: forming a good dough by far-infrared sensors fall into the rotary slide tube, the sensor signal to the controller, the controller control signals for the stepper motor to rotate a certain angle, down a hole blanking. Dough slide by rotating the tube along the orientation specified in the distribution of slip tube to fall into the tray, arranged in rows by a straight line.
When drained, the first line of the next row of the first dough through the sensor, additional controller to send a control signal so that the clutch pull, and sent to institutions run forward with the tray, walk a distance, the photoelectric sensorsignal clutch segment open, then discharged the next row. Hope that this design can provide successful examples of a food machinery automation transformation.
Keywords: auto emissions, automatic control, rotating slide tube, dough, emissions
目錄
1、緒論 1
1.1課題背景及目的 1
1.3自動排放機工藝及設備的設計要求 2
1.4自動排放機的設計要求 3
1.5方案論證 3
2、旋轉溜管式生面團自動排放機設計 5
2.1旋轉溜管式生面團自動排放機基本形式 5
2.2設計參數(shù)分析 8
3、機械結構的設計與計算 11
3.1旋轉溜管的設計 11
3.2送進機構的設計 11
3.2.1鏈條的型號及尺寸 11
3.2.2鏈條附件尺寸K1 12
3.3送進機構鏈的計算 13
3.3.1鏈輪轉速的分析 13
3.3.2計算功率選取電機 13
3.3.3鏈輪齒形 14
3.3.4離合器的選取 15
4、傳動機構的設計計算 17
4.1鏈傳動特點 17
4.2傳動機構計算 17
4.3機架的設計 20
5、輕型輸送機的設計 22
結論 23
致謝 24
參考文獻 25
黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 25 頁
1緒論
1.1 課題背景及目的
在中國，我們都是以米和面作為主食的，而饅頭是面食中的主要食品。而在北方，更是人們日常離不開的一種面食。
在人們的生活中，饅頭一直以傳統(tǒng)的方式手工加工制作，產量低、能耗多、勞動強度大，產品的質量、營養(yǎng)價值和衛(wèi)生狀況都難盡人意。但在工作節(jié)奏和生活節(jié)奏日益加快的今天，更多的人們都不自己在家做饅頭，而是去超市購買。所以這種家庭手工的制作方式已滿足不了人們的需求，機械化的各種面食加工設備如饅頭機也就應運而生。
在普通百姓眼中手工做饅頭是件很簡單的事情，但事實上要實現(xiàn)自動化操作，并且大量的生產是件很難的事，要考慮很多的方面。例如，面粉品質對饅頭的影響、發(fā)酵菌種以及發(fā)酵工藝、饅頭的柔軟度的保持、何種工藝流程適合于工業(yè)化生產等問題，在饅頭自動化生產中都必須考慮的。
隨著工業(yè)化和社會化的發(fā)展，家庭作坊必將也必須被淘汰。食品生產的機械化和工業(yè)化的推廣以及食品工藝的自動化、智能化都是急需解決的重大問題。在中國，饅頭的歷史已經有數(shù)千年了，但饅頭的生產一直停留在家庭生產或作坊式生產的水平，產量較低、勞動強度大、耗能多、產品衛(wèi)生難以保證。在七十年代中后期，一些西方發(fā)達國家如，美國、加拿大等國家發(fā)現(xiàn)了我國饅頭生產的這個巨大商機，并成立科研小組開始研究我國饅頭的生產技術問題，并多次要求與中國進行技術和生意上的合作。八十年代初到九十年代中期，我國也開始重視饅頭自動化生產的。在八十年代中期，國家經委、商業(yè)部下達“饅頭連續(xù)化生產線工藝及設備的研究”研究課題。從此我們學校糧食學院就開始組織了有關技術研究人員開始進行饅頭工業(yè)化的探索。先后試制出了饅頭自動生產線和MTX-250型饅頭自動生產線，在1986年和1991年通過了國家級的技術鑒定，其生產線自動化程度較高，是我國饅頭工業(yè)化生產的最初思路。之后也有人提出了很多的方案，但所有類型的生產線都由于設備投資較大，自動控制性能存在缺陷，以及工藝技術的不配套，使自動生產線的推廣受到了限制。
在中國，饅頭不同與西方國家的面包、漢堡、三明志等食品，饅頭的利潤很低。因此饅頭生產的成本不能太高，否則就要虧本為此，科技工作者根據(jù)我國饅頭市場的實際情況，研究出了組合式饅頭工業(yè)化生產線，該生產線中，和面、成型由機械完成，醒發(fā)和汽蒸在蒸車上進行，采用不銹鋼蒸柜為蒸制容器，由鍋爐提供蒸汽。饅頭從純手工生產，發(fā)展到了半自動化的階段。面粉是饅頭的主要原料，隨著我國面粉企業(yè)的迅速發(fā)展，對我國的糧食機械行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，也給我國糧機行業(yè)的發(fā)展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn),糧食機械的發(fā)展一定要適應面粉企業(yè)的發(fā)展。這對于我們的饅頭全自動生產線的研發(fā)更是一種挑戰(zhàn)。
1.2 本課題的主要研究內容
本次畢業(yè)設計，我要改變傳統(tǒng)的饅頭手工加工制作方法，改變手工做法中的加工慢，效率低，等等。使饅頭加工連續(xù)化、自動化和工業(yè)化，不斷滿足現(xiàn)代社會的需求，同時對于我也是一個重大的挑戰(zhàn)，使我重新認識饅頭的加工制作。隨著社會現(xiàn)代化程度的不斷提高，這種改變也是迫在眉睫。
目前，饅頭的生產工序，從和面、成型、醒發(fā)、汽蒸等都在逐步實現(xiàn)機械化。在自動化生產饅頭時，通常是利用饅頭成型機械制作出饅頭胚，再將多個饅頭胚擺放整齊然后放入蒸屜中蒸熟。但在實際生產中，由于饅頭胚不易通過機器排放整齊，故常見的操作方式為手工排放后再放入蒸屜中。但是，手工排放方式既耗費人工，生產效率又低，且因工人直接用手接觸饅頭胚而帶來了不衛(wèi)生的隱患，有可能造成疾病的傳播。但饅頭胚成規(guī)模地排放所需的手工成分實在太多，耗時耗力，提高了成本，限制了饅頭生產的產量和質量。因此，有必要提供一種專用于饅頭的自動排放機。
1.3 自動排放機工藝及設備的設計要求
排放是饅頭生產的關鍵設備，一是要解決勞動強度大的問題，二是確保產品衛(wèi)生。三是自動排列準確。
針對此次設計的自動排放機，為了能夠更好的使饅頭的加工更自動化，更便捷，同時更能方便人們的加工使用，所以設計的基本要求是：
（1）設計10x10生面團排放機（生面團行距80mm，列距80mm）
（2）采用輕型帶式輸送機。
即采用輕型帶式輸送機將加工制作好的饅頭送到排放口，通過排放設備，將饅頭擺放成10排，10列，且每排每列的間距都是80mm。所要達到的工藝要求就是垂直落料，直線排出，這樣便大大提高的饅頭加工的時間，使饅頭加工的自動化程度加強。
1.4 自動排放機的設計要求
1、設計一臺饅頭自動排放機，解決以前由人工完成的排放操作，減緩工人的勞動強度，提高勞動生產率。
2、自動排放機要求能和每分鐘200個饅頭以下的各種饅頭成型機相配套使用，即排放速度和時間是可調的。
3、因為每行只限排放10個饅頭，每列限排放10個饅頭，且饅頭之間的間距均為80mm。
4、要求饅頭排放位置準確可靠，不存在累積誤差。
5、設計一個在饅頭成型機和排放機之間完成饅頭輸送的輕型輸送帶，且能適應于不同的高度的饅頭成型機和排放機的要求，即要求輸送機的高度是可以無級調節(jié)的。
6、由于食用和健康方面的要求，所以要求相應設備的衛(wèi)生清潔，避免污染和生銹。
1.5 方案論證
對于饅頭的排放設計，我經過上網查詢，圖書館尋找資料等各種途徑了解到各式各樣的排放設計。目前饅頭自動排放機大概有3種形式，第一種利用皮帶傳動和托盤運動實現(xiàn)饅頭的排放；第二種是推板式生面團自動排放機；第三種是旋轉溜管式生面團自動排放機。
方案一 利用皮帶傳動和托盤運動實現(xiàn)饅頭的排放
該排放設備由皮帶傳動機構，托盤送給機構，控制系統(tǒng)和機架組成。
工作原理：皮帶傳動機構的主運動是皮帶傳動，由調速電機驅動．輔助運動是皮帶末端部的滑塊在電機的驅動下，實現(xiàn)皮帶出口端作直線問歇運動，輸送帶在驅動裝置作用下朝著一個方向勻速運動，出口端則由一個活動刀口支撐使皮帶作伸縮動作，每個面坯在預定的位置落到盤中后，每一個位置上的光電開關都會給控制器發(fā)出信號．當面坯落到托盤中時，皮帶輸送機構即完成了第一排10個面坯的擺放．之后，托盤前進80 mm后停止，皮帶傳動機構又重復上面的擺放動作和過程，擺放第二排面坯，如此循環(huán)，進行間歇式擺放連續(xù)化作業(yè)。
方案二 旋轉推板式自動排放機
將成型后的生面團，由輸送帶按一定間距輸送到排放機上。排放機上部設有一旋轉的撥板。撥板的旋轉方向與輸送帶運動方向相垂直，每當輸送帶上通過一定數(shù)量的饅頭時，撥板運動一次，將定數(shù)量的饅頭撥入輸送帶下設的定位器中，利用饅頭的白然落差和出料口的布置，使定數(shù)量的饅頭按一定間隙整齊地排列在托盤或主輸送帶上，進入下一道工序。撥板撥下的饅頭數(shù)量是根據(jù)生產線上的產量來設定。為了使撥板動作與輸送帶速度完全同步，兩者必須用一個傳動系統(tǒng)來連接【8】。
方案三 旋轉溜管式自動排放機
這種排放機的排放原理是利用饅頭的自重，通過一個間歇旋轉導向器，將生面坯導入固定的定位裝置中，從而實現(xiàn)自動排列動作。
該 機主要由導向器、固定定位裝置和主傳動機構三部分構成。當饅頭由成型機成型后，通過傳送帶提升送入導向器的落料口，導向器是會靈活旋轉的滾道，一是控制饅頭滾動下落，二是準確實現(xiàn)某個角度的轉動，確保其出口與定位裝置上平面圓周排布的孔相對接。固定的定位裝置作用則必是將面坯實現(xiàn)位置轉變，達到排放。排列后的面坯落入托盤或輸送帶上，向前運行進入后一工序【6】。
2旋轉溜管式生面團自動排放機設計
2．1旋轉溜管式生面團自動排放機基本形式
本設計是將做好的生面團通過傳送帶輸送到投料口，然后利用饅頭本身的自重，通過旋轉溜管和導向溜管，使其自動排放到事先放置好的托盤上。然后再通過主輸送帶將托盤送到下一環(huán)節(jié)。大體上如圖2-1所示：
圖2-1.溜管式自動排放示意圖
排放機的設計原理
這種排放機的排放原理是利用饅頭的自重，通過一個間歇旋轉導向器，將生面坯導入固定的定位裝置中，從而實現(xiàn)自動排列動作。
本次設計的旋轉管溜式自動排放機的基本形式，它主要由旋轉溜管，分配盤(上面裝有10個導向溜管)；送進機構(由鏈輪，鏈條，電磁離合器，電機，減速器等構成)；步進電機，控制器，光電傳感器等組成。如圖2-2所示：
圖2-2 旋轉溜管式生面團自動排放機的基本形式
要實現(xiàn)生面團自動排放成所要求的擺放（10×10），需利用旋轉溜管和導向溜管，從而使生面團的排放達到預期的要求，這就需要利用步進電機帶動旋轉溜管的轉動。根據(jù)需要的擺放（10×10），在導向圓盤上設置10個導向溜管的空，使其均勻分布在導向圓盤上，通過步進電機的帶動，使生面團通過落料口后按次序的落入的導向溜管內，從而使生面團自動排放到托盤上。
因為這種排放設計是利用饅頭的自重，所以對生面團經過落料口也必須精心設計，以免生面團都落入到同一導向溜管內，從而達不到設計的要求。所以在落料口處設計一個光電傳感器1（如圖2-1），每當一個生面團經過傳感器1時，便將信號傳送給步進電機，使其發(fā)生一次動作。同時這也是在導向圓盤這里為什么要選擇步進電機的原因，步進電機和普通電動機不同之處是步進電機接受脈沖信號的控制，步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅動的形式，正是這個特點，步進電機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術相結合。根據(jù)本設計的要求，所以采用步進電機和光電傳感器配合，更能實現(xiàn)其的自動化控制，以達到設計要求。
經過設計分析，該排放機主要可由導向器、固定定位裝置和主傳動機構三部分構成（如圖2-2）。當饅頭由成型機成型后，通過傳送帶提升送入導向器的落料口，導向器是會靈活旋轉的滾道，一是控制饅頭滾動下落，二是準確實現(xiàn)某個角度的轉動，確保其出口與定位裝置上平面圓周排布的孔相對接。固定的定位裝置作用則必是將面坯實現(xiàn)位置轉變，達到排放。排列后的面坯落入托盤或輸送帶上，向前運行進入后一工序。
此外，對托盤上生面團的擺放也需要控制，按照排放要求（10×10），生面團之間的行距80mm，列距80mm，這可以通過導向溜管控制。當每一列擺放完10時，這就要求托盤向前行進一個單位的距離，以便下一列的排放，這時就需要采用電磁離合器控制和另外一個光電傳感器聯(lián)合控制，以實現(xiàn)此要求【13】。
電磁離合器與別的離合器的最大區(qū)別就是電磁離合器靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。
按照此次畢業(yè)設計的要求：生面團在托盤排列的行距80 m m、列距80mm。每排10個，即10×10的設計。它的工作過程是：將做好的生面團經過提升機的輸送帶傳送到投料口，當生面團經過遠紅外光電傳感器1時，傳感器向控制器發(fā)出一個脈沖信號，控制器以規(guī)定的頻率向步進電機發(fā)送一組脈沖信號，從而使步進電機帶動旋轉溜管轉36度，從而使生面團通過旋轉溜管并沿著分配盤上指定的導向溜管落入托盤。由于導向溜管在出口處排列成直線，且間距為80 mm，那么生面團也將在托盤上排列成直線，以達到設計要求。當?shù)?1個生面團通過光電傳感器1時，控制器將附加發(fā)出一個控制信號，使電磁離合器吸合，以使送進機構帶動托盤向前運動，當電磁行走80mm時，光電傳感器2發(fā)出信號，使電磁電磁離合器斷電，松開，送進機構停止運行。此時提升機開始接著向投料口輸送生面團，排放第2排生面團【9】。
其系統(tǒng)控制簡圖見圖2-3。
圖2-3 系統(tǒng)控制簡圖
2.2 設計參數(shù)分析
排放機主要有以下幾個技術參數(shù)組成：1、旋轉溜管；2、生面團下落時間；3、生面團行距。
1、旋轉溜管：旋轉溜管是本機的關鍵部件，它由步進電機直接帶動旋轉，每分鐘要求它啟，停60次，甚至120次，每次要轉動固定的角度，每次轉動過程要在0．1 s內，甚至更短的時間完成。這就要求步進電機的技術性能滿足這個工作狀況。我們采用國產步進電機，型號是90BF3—3，其有關技術參數(shù)如下：
步進電機型號：90BF3—3
空載起動頻率： 1 500脈沖／s
額定負載起動頻率： 1 20O脈沖／s
步距角：q=1．5度／脈沖
控制器收到光電傳感器1送來的信號后，即向步進電機發(fā)送加個脈沖信號，使旋轉溜管轉動36度，其所用時間t=0.02s所用時間幾乎可以忽略不計，但是在初次試車時，發(fā)現(xiàn)旋轉溜管在啟動，停止時振動極大，甚至發(fā)生步進電機丟步。經分析，造成這些不正常情況的原因是啟動，停止時加速度極大且旋轉溜管質心偏離回轉中心(增加了慣性矩)。我們采取了如下改進措施；
a. 降低起動脈沖頻率通過調諧控制器，使脈沖頻率在保證每次轉動時間為0．1 s時取最低值；
b．盡量減輕旋轉溜管的重量，從而減少其轉動慣量。
通過以上改進后，旋轉溜管運行的非常穩(wěn)定。
2、生面團下落時間：生面在離開提升輸送帶后，落人旋轉溜管。再通過導向溜管、最后落入托盤。在這個工作過程中，我們不希望看到的是旋轉溜管還沒有轉動到位的時候，下落的生面團已經到達旋轉溜管的下部，這樣可能造成生面
團不能順利進入導向溜管。甚至損壞旋轉溜管。另一個可能的問題是：如兩個生面團在提升輸送帶上挨的很近，甚至沒有問隔，這樣有可能使光電傳感器2發(fā)出的信號間隔時間小于0．1 s，甚至信號時間間隔為零，這樣有可能造成兩個生面團落入托盤上同一個位置。
調整提升皮帶機出口與旋轉溜管入口的垂直距離H(見圖2.3)，目的是當光電傳感器1發(fā)出信號后，經過0.1 s。生面團才落入旋轉溜管的入口，此刻，旋轉溜管己轉動到。H的最佳值可按自由落體公式計算：
（2.1）
其中g取，t取0.1s。經計算H=50mm。
通過調整高度H（H >50mm），調整光電傳感器1的安裝位置，其最理想的位置是生面團剛脫離提升輸送帶開始下落的那一點。調整提升輸送機的帶速，目的是保證在任何情況下，光電傳感器1發(fā)出信號的間隔大于0.1s。通過試車，時間間隔最好在0.2s以上，這樣就能確保兩個連續(xù)生面團不落入到托盤上同一位置。最終保證排放機適應性能大大提高【2】。
3、生面團行距：設計生面團排放行距為80mm，當控制器接收傳感器1發(fā)來的信號，通過計數(shù)，每隔10個信號就發(fā)出一個電脈沖，令電磁離合器吸合，將電動機的動力傳給送進機構。當送進機構運行帶動控制盤轉動時，控制盤上均布著若干小孔)，控制盤上的小孔將導通光電傳感器2，將產生一個電信號，控制器收到這個信號后將發(fā)出指令，使電磁離合器斷開，送進機構運行停止，從而完成行距的送進【5】。如圖2-4所示。
圖2-4 進給機構
旋轉溜管式生面團自動捧放機是一種新型的機電一體化產品，它結構簡單，工作可靠，但是要應用到生產線上還需做一些配套工作。我想用上旋轉溜管式生面團自動排放機后，饅頭生產的自動化將會有很大的一次飛躍，饅頭生產工業(yè)化畢將代替手工制作。
3機械結構的設計與計算
3.1旋轉溜管的設計
旋轉溜管是將從輸送帶送來的饅頭實現(xiàn)有規(guī)律的圓周喂料，旋轉溜管由步進電機控制。旋轉溜管是實現(xiàn)自動排放的關鍵環(huán)節(jié)。溜管是由圓筒焊接而成，還可對饅頭的下落起一定的緩沖作用，避免饅頭的較大變形。由于旋轉溜管結構簡單，質量較輕，所以步進電機可以選號為：90BF3-3 。
其參數(shù)如下：
空載啟動頻率：
額定負載起動頻率：
步距角：
由于旋轉溜管是非標準件，設計時遵循的原則是：面團可以精確的落入溜管中，同時面團可以順著溜管滑下，則溜管與垂直的夾角小于45度，面團直徑大約30mm～40mm。則導料管直徑應大于40mm,同時需要面團精確落入導料管，則可選直徑為90mm。具體尺寸一圖紙為準。
3.2 送進機構的設計
3.2.1鏈條的型號及尺寸
根據(jù)任務書可知，托盤尺寸為：800mm×800mm,初定兩鏈輪中心距為3500mm.
由任務書可知，需要輸送鏈來輸送托盤，根據(jù)各種鏈條的特點及其適應場合可知，應選用雙節(jié)距滾子鏈來輸送。因為鏈條上要承重，所以宜于安裝導軌承托，所以選磙子連較合適。再者，此重鏈條型號較齊全，宜于選用。又因可安裝定位撥叉的附件鏈條。
因為每個托盤寬800mm, 兩排面團間行距較宜，又為了安裝定位撥叉，所以還要配以K1型附件鏈板。鏈號M28，P型滾子鏈，鏈條節(jié)距選80mm,整鏈鏈節(jié)距數(shù)為110，K1型附件的輸送鏈。如圖3-1。所示標記為：M28-P-80×110K1 其參數(shù)如下：
鏈號：M
P型滾子直徑D1：30
節(jié)距P：80
內鏈節(jié)內寬B1:17
內鏈節(jié)外寬B2:25
外鏈節(jié)內寬B3:25.2
鏈板高度H2:21
套筒內經D3：7.1
套筒外徑D4：10.0
銷軸直徑D2：7
銷軸長度B4：40
圖3-1 鏈條
安裝了定位螺栓解決了托盤的縱向定位問題，但橫向定位在工人操作起來也是很必要的，工人不可能每放上一個托盤就用眼去看托盤有沒有放好。為此我們設計了橫向定位輪，工人每次把托盤放上就可順勢一推靠著定位輪，這樣托盤就可順利的通過分配盤，而且也滿足了面團落到預期位置的一個條件【7】。
3.2.2鏈條附件尺寸K1
查《機械設計手冊》第二卷 P8-134可知附件尺寸如下：
D：9.0
H：20
F：64
B：100
3.3送進機構鏈的計算
3.3.1、鏈輪轉速的分析
依據(jù)托盤必須在1秒內前進80mm來確定，可知鏈速最小為80mm/s（即0.1m/s）。
由于鏈輸送在整個過程中傳動比、鏈速和速度不均勻性，當節(jié)距P=80、齒數(shù)Z=12時，確定轉速利用公式：
（3.1）
得到=5r/min
因而排放機中輸送裝置轉速須滿足〉5r/min
其實也可這樣考慮，鏈條應該在1秒內走過80mm,即一個節(jié)距也就是說鏈輪要在1秒內轉過一個齒（30°），而為了機構能理想的完成動作要求，速度應該更快一些，況且還有離合器斷開吸合時的速度損耗，也應使鏈輪轉的再快一些，而輸送鏈具體運行到位是又傳感器精確控制的。從這一點考慮速度快一些是沒有什么防礙的（但從慣性會使托盤上的面團移動這一點考慮速度也不宜過快）。所以根據(jù)分析選鏈輪的轉速為7～8r/min。
為了使機構結構緊湊，安裝方便，簡化設計過程，而選取減速機與電機一體裝置----減速電機，在次選取上海旭普電機有限公司生產的SD（斜齒輪-錐齒輪減速機）系列的SD 83 Y802-4 NA7 B3 A 減速減速電機。 輸出轉速為7.0r/min 輸出扭矩1020NM 使用系數(shù)=2.60。
其選型參數(shù)，安裝尺寸以及外觀見附表。
3.3.2計算功率選取電機
計算
結果
由《機械設計手冊》查得：
水平輸送及傾斜輸送所需功率
V=10cm/s
頂托式輸送機：
q 鏈條及其附件的質量
q=3.08kg/m
=0.2
M=28
S=3.5m
得=
選取電機功率為0.0707kw
考慮到所設計機構為間歇運動，有慣性及功率損失等眾多復雜的
因素，根據(jù)經驗選功率為0.75KW的電機
F=5.83KN
P=0.0707kw
取電機功率為
0.75KW
3.3.3鏈輪齒形
查《機械設計手冊》第二卷P 8-135可知
節(jié)距P：配用鏈條參數(shù)，P=80
滾子外徑D1：配用鏈條參數(shù)，=30
齒數(shù)：齒數(shù)范圍為6～40，優(yōu)先采用8、10、12、16和24.選Z=12
分度圓直徑D：d=
得：d=309.119mm
齒頂圓直徑：取：da=329.12mm
齒根圓直徑：
得：df=279.12mm
齒輪凸緣直徑：
得：dg＜262.26mm
取dg=80mm
根據(jù)《機械設計手冊》可查得其他參數(shù)：
倒角寬度：g=2.72mm
倒角半徑：r=27.2mm
齒寬：b=14mm
3.3.4 離合器的選取
根據(jù)設計的需要，本機構為間歇式運動機構，根據(jù)本機構是要由微控制器控制的機電一體化產品，所以選取電磁離合器，選天津機床電器有限公司生產的DLM2（小型）干式多片電磁離合器。如圖3-1所示【11】。
因為干式的動作快，價格低，控制容易，轉矩大，工作性能好，適于迅速操作頻繁，而且還帶有鏈輪，可直接裝在鏈輪軸上，這樣大大簡化了傳動系統(tǒng)。
圖3-2 電磁離合器
基本參數(shù)為：
規(guī)格
額定動轉矩
接通時間
斷開時間
額定電壓
許用最高轉速
質量
16
160N.m
0.28s
0.06s
24v
2000r/min
6.2Kg
其主要尺寸如下：
規(guī)格
D1
D2
D3
D4
D
d
b
φ
16
148
85
88
134
45
e
h
L
L1
L2
L3
L4
L5
δ
電刷型號
1
79
58
13
8
16
7
DS-003
4傳動機構的設計計算
4.1鏈傳動特點
鏈傳動是在兩個或多于兩個鏈輪之間用鏈作為撓性電元件的一種嚙合傳動。鏈傳動的形式如圖4-1所示：
圖4-1 傳動裝置
和帶傳動相比，鏈傳動的主要優(yōu)點是：
1) 沒有滑動。
2) 工況相同時，傳動尺寸比較緊湊。
3) 不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較小。
4) 傳動效率高，約為98％。
5) 能夠在溫度高和濕度較大的環(huán)境中使用。
4.2傳動機構計算
1、已知條件
（1）鏈輪齒數(shù)：
主動軸上鏈輪齒數(shù)為Z1=25，
從動軸鏈輪齒數(shù)為Z2=28.
傳動比i= Z2/ Z1
（2）轉速：
i=n1/n2=z2/z1
主動軸鏈輪轉速n1=7.84r/min，
從動鏈輪轉速n2=7r/min
（3）修正功率Pd：
Pd≥Ka×P×Kz/Kp
Pd≥0.216kw
由設計功率P0=0.0707～0.75kw和主動輪鏈輪轉速
n1=7.84r/min 查《機械設計》可知：Ka=1.0 Kz=1.11 Kp=1
（4）鏈條節(jié)距P：
根據(jù)修正功率和主動鏈輪轉速查《機械設計手冊》第二卷
得節(jié)距P=12A，即 19.05mm。
（5）初定中心距a：
暫取 a=20P
（6）鏈節(jié)數(shù)Lp：
得：Lp=66.5 ?。篖p=66節(jié)
（7）鏈實際中心距：
a=
?。篴=375mm
（8）潤滑方式選定：
根據(jù)滾子鏈節(jié)距P=19.05和鏈條的速度v=0.667m/s查《機械設計》圖9-14
可選用潤滑方式為用油刷或油壺人工定期潤滑。
（9）鏈條標記：
根據(jù)設計計算結果采用單排12A滾子鏈，節(jié)距為19.05mm，節(jié)數(shù)為66節(jié)，其標記：12A-1×66GB1243.1-83
（10）鏈輪材料及熱處理：
材料為45鋼，熱處理滲碳、淬火、回火。
齒面硬度為50—60HRC。
2、鏈輪幾何尺寸計算
（1）主動鏈輪孔徑：
dh=35mm＜dhmax=72mm
（2）分度圓直徑：
d=
得：d=170.09mm
（3）齒頂圓直徑：
取：da=180mm
（4）齒根圓直徑：
df=d-dr
得：df=158.18mm
（5）齒輪凸緣直徑：
dg＜
得： dg＜149.51mm
查表得： h=18.08
（查《機械設計手冊》上冊表11-1）
取dg=120mm
根據(jù)《機械設計手冊》可求得其他參數(shù)：
輪轂厚度h： h=21.2
輪轂長度l： l=69.96
輪轂直徑dh：dh=dk=2h=102.048
齒寬：bf=8.93mm
3 從動鏈輪幾何尺寸的計算
（1）分度圓直徑：
d=
得：d=152.4mm
（2）齒頂圓直徑：
?。篸a=155mm
（3）齒根圓直徑：
df=d-dr
得：df=140.49mm
（4）齒輪凸緣直徑：
dg＜
得： dg＜131.236mm
查表得： h=18.08
取dg=120mm
根據(jù)《機械設計手冊》可求得其他參數(shù)：
輪轂厚度h：h=21.024
輪轂長度l：l=69.38
輪轂直徑dh：dh=dk=2h=102.048
齒寬：bf=8.93mm
4.3機架的設計
對于旋轉溜管的機架設計，一是對于排放盤的機架設計，即將排放裝置和旋轉溜管安裝固定；二是對于托盤輸送的機架設計。
首先對于排放盤的機架設計，根據(jù)先前的參數(shù)分析，即饅頭由于自重而從旋轉溜管中下落，根據(jù)其下落時間，計算出下落高度，計算出機架實際的控制高度。
其次對于安裝機架，根據(jù)實際生產需要，應用以及對材料，成本的需要。當托盤上按照設計要求排放完10×10的饅頭，使工人們很方便的就能將托盤移走，考慮到操作方便，其底座的安裝機架的設計高度范圍大概為;0.7~0.8m。而對于安裝機架的寬度設計，則根據(jù)排放的要求;10×10,每個饅頭之間的間隔為80mm。所以托盤的設計大小應為：800 mm×800mm【10】。
另外考慮到安裝機架要安裝鏈輪來傳遞托盤，所以根據(jù)其安裝要求和實際需要，安裝機架的設計寬度應為898mm。
5輕型輸送機的設計
為了適應于饅頭自動排放機的需要，適應于饅頭生產線造化連續(xù)化生產的要求，在饅頭成型機和排放機之間設置一輸送機。
根據(jù)機構工作的實際情況，此輸送機一個顯著特點就是輕小，因為此輸送機，只需將1兩的面團從400mm的高度輸送到1450mm的高度即可。
1、根據(jù)面團直徑較小的情況,選帶寬B=100mm；
2、帶速V=0.25m/s；
3、由于此機構屬于特輕型輸送機,考慮到簡約化的理念,驅動裝置采用特輕型風冷式電動滾筒,在此選用的輕型風冷式電動滾筒系廣東省汕頭特輕輸送設備廠的產品,又因此處所用滾筒較小,只能是電機外置式。代號為：SD10-0.25/0.25。滾筒采用軸承內置式這樣安裝方便也能使輸送機更輕巧【8】。
結論
畢業(yè)設計是大學生畢業(yè)前最后一個重要的實踐環(huán)節(jié)，是學習深化與升華的重要過程。題既是我們學習、研究與實踐成果的全面總結，又是對學生素質與能力的一次全面檢驗，而且還是對學生的畢業(yè)資格及學位資格認證的重要依據(jù)。
通過本次畢業(yè)設計使我對機械設計及其自動化有了更深刻的認識，特別是通過本次設計讓我了解了面團自動排放機的基本結構及其工作原理，設計與計算的過程也是個不斷學習、不斷完善自我的過程，在這個過程中，熟練掌握了AutoCAD的作圖技能，同時對專業(yè)知識有了進一步理解和體會，認識到了一個兼顧工藝與經濟效益的設備。
綜上所述，在此次畢業(yè)設計的實踐中，學到了很多專業(yè)知識，積累了不少寶貴的經驗，令我受益匪淺。在今后的學習生活中，使我更有信心的面對各種困難。同時本次設計為我以后進一步學習打下基礎。
致謝
本次畢業(yè)設計能夠順利完成，得益于黃河科技大學機械系所有教師的認真負責的幫助，使我有了完成畢業(yè)設計所要求的知識積累和能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識的能力。正是有了教師們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)設計工作順利完成，在此向機械系的全體教師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培，在此更要感謝指導老師穆老師的指導，穆老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，平易近人的人格魅力對我影響深遠。穆老師對本畢業(yè)設計初稿進行逐字批閱，指正其中的錯誤，使我有了思考的方向，他得循循善誘的教學和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，他得嚴謹細致、一絲不茍的作風，將一直是我工作。學習中得榜樣。
我還要感謝同組的各位同學，在此次畢業(yè)設計的這段時間，你們給了我很多啟發(fā)和幫助，提出了很多寶貴的意見，對于你們的幫助和支持，我表示深深地感謝。同時在設計過程中，參考的相關書籍和論文，在這里一并向有關的作者表示感謝。
在臨近畢業(yè)之際，我還要再次借此機會向在這四年來給予我?guī)椭椭笇У乃欣蠋煴硎居芍缘闹x意，感謝他們四年來的辛勤栽培。
參考文獻
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