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需要CAD图纸,Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图,原稿更清晰,可编辑本科生毕业设计(论文)(届)系题目学号姓名专业班级指导教师职称职称年月日需要CAD图纸,Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图,原稿更清晰,可编辑本科生毕业设计(论文)诚信承诺书我谨在此承诺本人所写的毕业设计(论文)均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了引用注释,如出现抄袭及侵犯他人知识产权的情况,后果由本人承担。承诺人(签名)年月日需要CAD图纸,Q咨询414951605或1304139763I摘要转椅是一种坐着的部分可以转动的椅子,通常由头枕、背、椅坐、扶手、支撑杆(液压杆)、转轴、五爪、爪轮子组成。转椅升降最关键的部件就是升降装置中有一个液压杆,液压杆以液体为工作介质,可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的弹性元件。本次设计首先,调查了转椅液压杆的工作原理;接着,根据现有转椅液压杆参数要求设计处理液压杆的初步结构尺寸;其次,采用SOLIDWORKS三维设计软件构建了三维模型并进行了虚拟装配;然后,采用ANSYS软件对初步设计的液压杆进行有限元分析并优化设计结果;最后,采用AUTOCAD软件绘制了优化后的转椅液压杆装配图及主要零件图。通过本次设计,巩固了大学所学专业知识,如机械原理、机械设计、材料力学、机械制图等;并掌握了AUTOCAD、SOLIDWORKS、ANSYS软件,对今后的工作与生活具有极大意义。关键词转椅,液压杆,有限元分析,优化设计需要CAD图纸,Q咨询414951605或1304139763IIABSTRACTTHECHAIRISPARTOFTHECHAIRCANBEROTATEDONESITTING,USUALLYBYHEADREST,BACK,SITCHAIR,HANDRAILS,SUPPORTBARSHYDRAULICROD,SHAFT,IPOMOEA,CLAWWHEELCOMPONENTSCHAIRLIFTMOSTCRITICALCOMPONENTISTHELIFTINGDEVICEHASAHYDRAULICRODHYDRAULICRODTOLIQUIDASTHEWORKINGMEDIUM,CANPLAYASUPPORTIVE,BUFFER,BRAKES,HEIGHTADJUSTMENTANDANGLEADJUSTMENTANDOTHERFUNCTIONSOFTHEELASTICELEMENTTHEDESIGNISFIRSTTOINVESTIGATETHEWORKINGPRINCIPLEOFHYDRAULICRODSWIVELCHAIRTHEN,PRELIMINARYSTRUCTURALDIMENSIONSDESIGNEDTOHANDLEAHYDRAULICRODHYDRAULICRODSWIVELACCORDINGTOTHEEXISTINGPARAMETERSREQUIREDSECONDLY,THEUSEOFTHREEDIMENSIONALDESIGNSOFTWARESOLIDWORKSTOBUILDTHREEDIMENSIONALMODELSANDVIRTUALASSEMBLYTHEN,USINGANSYSSOFTWARE,THEPRELIMINARYDESIGNOFHYDRAULICRODFINITEELEMENTANALYSISANDOPTIMIZATIONDESIGNRESULTSANDFINALLY,THEUSEOFAUTOCADSOFTWARETODRAWTHEOPTIMIZEDHYDRAULICRODSWIVELASSEMBLYDRAWINGANDTHEMAINPARTSOFFIGTHROUGHTHISDESIGN,THECONSOLIDATIONOFTHEUNIVERSITYISEXPERTISE,SUCHASMECHANICALPRINCIPLES,MECHANICALDESIGN,MATERIALS,MECHANICALDRAWINGANDTHELIKEANDMASTEREDAUTOCAD,SOLIDWORKS,ANSYSSOFTWARE,THEFUTUREOFWORKANDLIFEOFGREATSIGNIFICANCEKEYWORDSCHAIR,HYDRAULICROD,FINITEELEMENTANALYSIS,OPTIMIZATIONDESIGN需要CAD图纸,Q咨询414951605或1304139763III目录1绪论111转椅介绍112转椅液压杆介绍1121转椅液压杆工作原理1122转椅液压杆常见故障213有限元分析简介22液压杆的初步设计321液压杆参数选定322液压杆初步设计3221受力分析3222工作压力的选定3223活塞及活塞杆设计3224缸底和缸盖的设计5225液压杆缸筒的设计6226液压杆结构设计63基于SOLIDWORKS的三维设计831SOLIDWORKS软件概述832液压杆三维模型的建立8321液压杆导向筒8322液压杆内、外缸筒9323液压杆活塞9324液压杆缸盖、开关顶杆933液压杆虚拟装配104基于ANSYS的有限元分析及优化设计1241ANSYS软件概述1242液压杆基于ANSYS的有限元分析12421基于ANSYS的静力分析12422基于ANSYS的屈曲分析15423基于ANSYS的模态分析1743液压杆优化设计18总结19参考文献20致谢21浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)1浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)2浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)3浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)4浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)5浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)6浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)7浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)8浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)91绪论11转椅介绍转椅是一种坐着的部分可以转动的椅子。转椅一般又分为半转椅和全转椅两种。半转椅就是能够正面左右各90度的旋转。全转椅是指能够360度旋转的椅子。转椅通常由头枕,背,椅坐,扶手,支撑杆(液压杆),转轴,五爪,爪轮子组成。图11转椅12转椅液压杆介绍121转椅液压杆工作原理转椅之所以能升降,是因为升降装置中有一个气压棒,气压棒是一种以气体和液体为工作介质的,可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的弹性元件,其基本原理是内部充有高压氮气,由于在活塞内部设有通孔,活塞两端气体压力相等,而活塞两侧的截面积不同,一端接有活塞杆而另一端没有,在气体压力作用下,产生向截面积小的一侧的压力,即气压棒的弹力,人坐上去给升降轴压力,升降轴就平缓地下降,速度均匀,可以降到最低点。不给升降轴外浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)10力,升降轴升回到最高点。该种液压杆借助释放装置,可以在行程中的任意位置停止,并且停止以后有很大的锁紧力(可以达到10000N以上)。图12转椅液压杆122转椅液压杆常见故障调查市场转椅,发现液压杆常见故障主要有以下几种形式(1)泄漏,导致转椅升降失效;(2)活塞杆断裂,导致转椅支撑断裂而无法使用;(3)缸体爆裂,导致转椅支撑损坏而无法使用,甚至会危及人身安全。因此解决转椅液压杆的这些故障尤为重要。而在上述故障中,泄漏是由于密封圈失效导致;而活塞杆断裂和缸体爆裂均是液压杆零件强度不足导致,因此设计出合理的液压杆零件尺寸尤为重要。13有限元分析简介有限元分析(FEA,FINITEELEMENTANALYSIS)利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件如结构的平衡条件),从而得到问题的解。这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用,例如用多边形(有限个直线单元)逼近圆来求得圆的周长,但作为一种方法而被提出,则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法,应用于航空器的结构强度计算,并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力,随着计算机技术的快速发展和普及,有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域,成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)11常用的有限元软件有以下几种(1)国外软件大型通用有限元商业软件如ANSYS可以分析多学科的问题,例如机械、电磁、热力学等;电机有限元分析软件NASTRAN等。还有三维结构设计方面的UG,CATIA,PROE等都是比较强大的。(2)国内软件国产有限元软件FEPG,SCIFEA,JIFEX,KMAS等。2液压杆的初步设计21液压杆参数选定调研市场现有转椅,本次设计我们选定常用的转椅液压杆进行设计,其参数要求如下(1)行程80MM(2)安装距离200(MM)(3)可承受压力2500N22液压杆初步设计221受力分析MGRNW式中,液压杆轴线方向上的外作用力(N)WR液压杆轴线方向上的重力(N)G运动部件的惯性力(N)MR液压杆的工作负载(N)液压杆参数外作用力为液压杆上部所有件重量此处取约RW20惯性力AM15/06/250因液压杆载荷较大,位置精度要求较高,故顶升速度不宜过大,最大顶升速度应控制在60MM/S以内。故总负载力为NRMG215222工作压力的选定由以上得到工作负载R,再根据表21得R在0到5000N之间,所以选择系统压力为浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)121MPA。表21液压杆工作压力参考表表22液压杆公称压力(MPA)0406312546310162025315223活塞及活塞杆设计(1)液压杆内径及活赛杆直径计算(21)PFD4(22)D2其中D为液压杆内径;D为活塞杆直径所以MM521046MDD832液压杆的内径,活塞的的外径要取标准值是因为活塞和活塞杆还要有其它的零件相互配合,如密封圈等,而这些零件已经标准化,有专门的生产厂家,故活塞和液压杆的内径也应该标准化,以便选用标准件。故取MDD3650(2)活塞材料及加工要求有导向环的活塞用20,35或45号钢制成。活塞外径公差,与活塞杆的配合一般为,外径粗糙度,外径对活塞孔的跳动不大于外径公差的一半,外径的圆度和圆柱度不大于外径公差的一半。活塞两端面对活塞轴线的垂直度误差在100MM上不大于004MM。(3)活塞杆直径的验算按强度条件验算活塞杆直径负载(N)50000工作压力(N)10D时,要进行稳定性验算PNK式中,液压杆稳定临界力KPP液压杆最大推力稳定性安性系数,取24KNKN由活塞杆计算柔度IL/安装形式系数,取07L活塞杆长度A活塞杆的横截面积,24DA8103073所以,为柔度系数,因此只需校核强度。212则按压缩强度计算MPAAFC35103405/62所以取满足强度要求MD36活塞杆及加工要求活塞杆常用材料为35、45号钢。活塞杆的工作部分公差等级可以取,表面粗糙度不大于,工作表面的直线度误差在500MM上不大于003MM。活塞杆在粗加工后调质,硬度为,必要时可以进行高频淬火,厚度051MM,硬度为。(4)缸筒壁厚的确定一般,低压系统用的液压杆都是薄壁缸,缸壁可用下式计算2/DPP式中,缸壁厚度试验压力PP当额定压力时,MAN16150N当额定压力时,2PD液压杆内径缸体材料的许用应力(PA),O/材料抗拉强度ON安全系数,一般取N5注如果计算出的液压杆壁厚较薄时,要按结构需要适当加厚。由,所以用,MPA16MPAN16P2450浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)14由上述已算出D50MM,PANO61025/60/MDPP58152/6为了增加安全系数,适当加厚液压杆壁厚度为。224缸底和缸盖的设计(1)缸底厚度的确定对于液压杆底有油孔的43002MDDPH式中H缸底的厚度(MM)缸底止口内径(MM)2P缸内最大工作压力16PA材料许用应力0缸底开口的直径(MM)0D所以MH10210352015843626,取(2)缸盖厚度缸盖厚度的设计与缸底的厚度一样H10MM焊接方式把缸底与缸盖焊接在缸体上,这样的方法比较简单方便。225液压杆缸筒的设计(1)缸筒的尺寸确定设计液压杆的长度一般由工作行程长度确定,但还要注意制造工艺性和经济性。L是液压杆长度,D。是缸体外径。由M521020由上面可以知液压杆的长度过LL/20D/2式中,H最小导向长度(M)L液压杆最大工作行程(M)D液压杆内径(M)所以H008/20005/2029M取H30MM(2)活塞与缸体的密封方式活塞和活塞杆密封均采用O形密封圈,其具体标准采用GB3452388密封沟槽设计准则和GB3452182和GB3452388液压气动用O形密封圈。这类密封为挤压密封,结构简单,安装方便,空间小,使用范围广,适用所选系统的工作压力,活塞与缸体的密封浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)163基于SOLIDWORKS的三维设计31SOLIDWORKS软件概述SOLIDWORKS是参数化技术的先驱,参数化是其最突出特点。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内汽车行业、工程机械行业和产品设计领域占据不可替代位置。本论文运用SOLIDWORKS软件对机械手各零件进行建模,然后进行装配和运动仿真。通过SOLIDWORKS的建模清楚、形象、直观地表达机械手各部分的特点15。SOLIDWORKS软件的主要特点是(1)全参数化(2)基于特征的实体建模(3)相关性虚拟样机技术,也称为动态机械系统仿真技术,是国际计算机辅助工程技术在20世纪80年代随着计算机技术和迅猛的发展而发展。所谓虚拟样机技术是建立在第一个物理样机之前,利用计算机技术建立产品的计算机模型基础上,通过在真实的工作环境中进行仿真分析的可视化仿真运动学和系统动力学的实体,并多次修改后的设计,最后得到的优化设计。32液压杆三维模型的建立SOLIDWORKS建模的一般过程如下(1)建立或选取基准特征作为模型空间定位的基准如基准面、基准轴和基准坐标系等。建立每个实体特征时,都要利用基准特征作为参照。(2)建立基础实体特征拉伸、旋转、扫描、混合等。(3)建立工程特征孔、倒角、肋、拔模等。(4)特征的修改特征阵列、特征复制等编辑操作。321液压杆导向筒浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)17图31液压杆导向筒322液压杆内、外缸筒图32液压杆内、外缸筒323液压杆活塞浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)18图33液压杆活塞324液压杆缸盖、开关顶杆图34液压杆缸盖、开关顶杆33液压杆虚拟装配虚拟装配技术是专为中的关键一环,它被定义为利用电脑工具虚拟制造中心,产品并不一定是物理模型的实现,通过分析,预测模型,可视化的数据表示与组件相关联工程决策的。虚拟装配是计算机零部件预组装的产品,使结果的产品装配工艺,装配分析和评价。虚拟装配是多项技术,包括可视化,仿真,决策理论,组装和制造过程,装配生产设备开发技术的组合。利用虚拟装配技术,以减少产品开发时间,响应迅速推向市场先进的设计方法和工具使设计人员能够方便应用,提高装配质量,降低成本。目前,虚拟装配技术没有完全被业界采用,系统的商业化尚未到来。然而,作为一种技术,它通常被认为是一种可行的和有价值的。装配设计方法分为三种(1)自底向上方法从底层逐步向上装配,将每个零件加入到装配体中,这些零件已经设计完成,例如标准件,己经存储的零件等。(2)自顶向下方法生产装配在顶部,建立装配结构,逐步增加向下的部分,子装配体或零部件生产,这种设计方式更符合设计师的习惯路线,从组装到设计的各个部分。(3)上下文设计方法在装配结构,采用装配树信息设计零件其他部件的几何形状。转椅液压杆采用自底向上的装配方法,从底层逐步向上装配,将己经设计好的零件加入到装配体中。先将相关零件组装成子装配体,然后把所有的子装配体再装配在一起,组成总的装配体。浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)19图35液压杆虚拟装配模型浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)204基于ANSYS的有限元分析及优化设计41ANSYS软件概述ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件,它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块,具有强大的求解器和前、后处理功能,为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境,更使我们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来。ANSYS本身不仅具有较为完善的分析功能,同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力,仅靠ANSYS的GUI图形界面就可建立各种复杂的几何模型;此外,ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。因而,利用这些功能,可以实现不同分析软件之间的模型转换。42液压杆基于ANSYS的有限元分析421基于ANSYS的静力分析转椅液压杆主要用于转椅的升降,具有典型意义。首先定义参数为内径为30MM,外径为50MM,活塞杆直径为20MM,行程为100MM,最小安装距为150MM,工作压力为1MPA,试验压力为2MPA。考虑到专业的三维建模软件SOLIDWORKS与ANSYS具有无缝连接,利用SOLIDWORKS首先建立工程液压杆的模型,进而导入ANSYS中,其结果如图41所示。图41液压杆有限元模型1定义材料属性和网格划分通常转椅液压杆材料为45号钢,其弹性模量为220GPA,泊松比为03。同时考虑到液压杆的结构近似为阶梯轴,SOLID95号高阶三维实体单元,其中SOLID95单元是20节点六面体单元,仿真精度高,因此利用SOLID95实体结构单元可以很好模拟液压杆的结构强度。采用自由网格FREE划分,得到模型节点数24602,单元数12798。其网格模型如图42所示。浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)21图42液压杆网格划分效果图2添加接触单元因活塞与缸筒之间,活塞杆与导向套之间是相对滑动的,因此需要建立接触对,利用接触向导对话框对活塞杆与导向套之间和活塞与缸筒之间建立接触对能够实现模拟活塞杆与缸筒之间的运动情况。设定接触刚度比例因子为10。3施加约束和载荷对构件进行有限元分析时,为使数值解存在且唯一,需要对结构的刚体位移进行消除,使总体刚度矩阵保持非奇异性。考虑到HSG工程用型液压杆在实际工程中的具体应用情况,针对扭转情况,则设定3个旋转自由度ROTX、ROTY、ROTZ。对两端的耳环处,设定1个绕轴的旋转的自由度来模拟铰接约束。同时设定对称约束。由于液压杆的实际工作压力为1MPA,根据国家规定的试验加载方式,对液压杆进行2倍载荷的施加,即对液压杆施加2MPA的力,分别对缸体内表面、下表面及活塞底端施加载荷。其约束和载荷的加载情况如图43所示。图43液压杆的约束和载荷ANSYS后处理部分是将结果可视化,可帮助用户有效、快捷地分析计算结果。启动ANSYS浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)22求解器对其进行分析求解,获得位移云图、应力云图结果等具有借鉴意义的数据分析结果。图44液压杆的静力位移云图从图44中可知道红色部分变形量最大,最大值位于MX处,最小值位于MN处。从其中液压杆的最大变形为0224MM,位于活塞处。图45液压杆的静力应力云图浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)23图46液压杆的静力局部应力云图从图45中可知,最大应力为175MPA,位于耳环与活塞杆的连接处。图6为活塞杆与耳环连接处的应力分布。最大应力位于耳环与活塞杆的连接处,其应力值为175MPA。其中45号钢的屈服强度为360MPA,抗拉强度为610MPA,则液压杆的安全系数为360/17526N由于45号钢的安全系数为1215,所以液压杆的设计满足强度要求。422基于ANSYS的屈曲分析当结构所受的载荷达到某一值时,若增加一微小的增量,则结构的平衡位形将发生很大的改变,这种现象称为结构屈曲或结构失稳。而在很多工况场合,当液压杆的轴向力达到和超过一定的限度即临界载荷时就会出现失稳,使构件失效,最终导致相关的装置发生坍塌,由于这种突发失效具有突发性,常常带来灾难性的的后果5。转椅液压杆活塞杆为关键承载部件,主要承受轴向载荷,特别是当活塞杆直径与活塞杆的计算长度之比大于10时,必须校核活塞杆的纵向弯曲强度。具体校核步骤如下1)计算静力解,结果如图47;浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)24图47活塞杆静力位移云图2)计算特征值屈曲解(包括定义分析类型为屈曲分析、设定分析选项、设定载荷步选项,完成上述设置并保存模型文件后,进入ANSYS求解器进行求解)。对转椅液压杆提取一阶屈曲形态,得到活塞杆的位移云图,其中特征屈曲系数为21654,如图48所示。其单位压力2MPA,施加横截面积为,最终活塞杆的失衡屈曲载荷为2310MF特征屈曲系数截面面积单位压力6N计算结果看出,其值远大于液压推力,所以液压杆不容易发生屈曲变形,即构件4系统是稳定性的,液压杆结构合理。浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)25图48一阶屈曲形态423基于ANSYS的模态分析液压杆在运动中极易发生共振现象,针对这个问题,通过计算液压杆的固有频率对于避免共振问题具有重要意义。具体分析步骤如下在使用ANSYS进行静力解计算时,注意一定要激活预应力效应;然后进行模态分析解计算(包括定义分析类型为模态分析、设定分析选项,选用BLOCKLANZOCOS方法提取模态,模态数设置为4、指定载荷步选项、设定输出控制选项,之后进行求解)。为清晰地显示发生共振后的变形,提取了一阶模态和二阶模态的变形云图,如图49所示。图49一阶模态的变形云图图410二阶模态的变形云图浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)26由图49可以看出,通过对转椅液压杆一阶模态的固有频率进行计算,其结果为11576HZ,由图410显示二阶模态的固有频率为42538HZ。而且最大位移在缸筒与活塞杆的连接处,发生比较大的变形,其值远大于静力分析所求的值,对液压杆损害性很大,因此通过计算模态可以有效避免共振的发生,具有很重要的工程价值。43液压杆优化设计根据上述有限元分析结果,对22中关于液压杆的计算结果进行优化设计,优化后结果如下,详细结构参见附件CAD图纸。浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)27总结毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会,通过这次对变电站巡检全向移动小车理论知识和实际设计的相结合,锻炼了我的综合运用所学专业知识,解决实际工程问题的能力,同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范能力以及其他专业知识水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志品质力,抗压能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在,提高是有限的但却是全面的,正是这一次毕业设计让我积累了许多实际经验,使我的头脑更好的被知识武装起来,也必然让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力,更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本此毕业设计给了我很大的信心,让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心,但同时也发现了自己的许多不足与欠缺,留下了些许遗憾,不过不足与遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行,今后我更会关注新科技新设备新工艺的出现,并争取尽快的掌握这些先进知识,更好的为祖国的四化服务。浙江农林大学暨阳学院本科生毕业设计(论文)28参考文献1YANGX,ZONGS,CAOXSTRUCTURALDESIGNOFHYDRAULICPRESSWITHFINITEELE

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