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分析轮胎性能对汽车行驶的影响


山东劳动职业技术学院 汽车工程系 2010.11.2

山东劳动职业技术学院 汽车工程系
汽 修 专 业 论 文

论文题目:分析轮胎性能对汽车行驶的影响 姓 班 电 名: 级: 话:

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任务书
本文主要工作是: 1.对轮胎的基本了解 2. 阐述 汽车轮胎的结构 3、阐述

轮胎的发展历史 4、探究轮胎与汽车的性能匹配分析 5、探究轮胎与汽车生产的相关性和对车的影响

摘要: 本文介绍了轮胎在汽车整车系统中的作用,分析轮胎性能对汽车行驶性能的 影响。汽车的行驶性能(动力性能、燃料经济性、制动性能、操纵稳定性、行驶 平顺性和通过性等) 与轮胎的与路面附着性能、 滚动阻力、 侧偏特性、 垂直特性、 包封性、 振动性等动态力学性能及结构和尺寸密切相关。轮胎性能与汽车性能合 理匹配,汽车的行驶性能好 论文关键词:轮胎性能 汽车的行驶性能 匹配

Abstract: This paper introduces the tire in auto system, analyzes the role of tire performance automobile driving performance influence. Automobile driving performance (dynamic performance, fuel economy and brake performance, steering stability, smooth and driving through sexual, etc.) and tyre and tire-road friction performance, rolling resistance, cornering characteristics, vertical characteristics, the envelope sex, oscillation on dynamic mechanical properties and structure and size are closely related. Tire performance and vehicle performance reasonable matching, car driving performance is good Paper keywords: tire performance cars driving performance match

I

目录
1 前言 ................................................... 1 2 轮胎的简介 ............................................. 2 2.1 轮胎的简史和结构 .................................... 2

2.1.1 轮胎的简史....................................... 2 2.1.2 汽车轮胎的结构................................... 3
2.2 轮胎的作用 .......................................... 4 2.3 汽车轮胎的分类 ...................................... 4 2.4 轮胎的规格 .......................................... 5 3 影响轮胎寿命因素 ....................................... 6 3.1 影响轮胎寿命因素 .................................... 6 1 轮胎的选配和安装 ....................................... 6 3.2 轮胎花纹使用注意事项 ................................ 7 4 轮胎与汽车的性能匹配分析 ............................... 8 4.1 轮胎与汽车生产的相关性 .......................... 8

4.2 轮胎的性能对车的影响 ................................ 9 结束语 ................................................. 10 参考文献 ............................................... 11 谢辞 ................................................... 12

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1 前言
轮胎是在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品通常安装在金属轮 辋上,能支承车身,缓冲外界冲击,实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复 杂和苛刻的条件下使用,它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用,因此必须 具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时,还要求具备高耐磨性和耐屈挠性,以及 低的滚动阻力与生热性。世界耗用橡胶量的一半用于轮胎生产。 轮胎是汽车行驶系的组成部分之一, 其性能对汽车行驶性的影响很大, 轮胎的性能与其 结构、尺寸、材料、胎压、花纹等因素都有关。

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2 轮胎的简介
2.1 轮胎的简史和结构
2.1.1 轮胎的简史
最早的轮胎是由木头制造的,这从我国古代的战车上和国外的绅士马车上都能看 出。后来,当探险家哥伦布在 1493-1496 年第二次探索新大陆到达西印度群岛中的海 地岛时,发现了当地小孩所玩的橡胶硬块,这使他大吃一惊。后来他把这个奇妙的东 西带回了祖国,若干年以后,橡胶得到了广泛的应用,车轮也逐渐由木制变成了硬橡 胶制造。但这时的橡胶轮胎却还是实心的,走起来还很不舒服,而且噪声也很大。直 到 1845 年,出生于苏格兰的土木技师 R· w· 汤姆生发明了世界上第二条充气轮胎,并 以《马车和其他车辆的车轮改良》为题,获得了英国政府的专利。同年 12 月 10 日第 一条充气轮胎诞生。第一个买充气轮胎的人叫罗列,是个贵族,四个轮胎的价钱合计 为四十四磅二先令。 1847 年《科学 · 美国》杂志介绍了汤姆生的充气轮胎,称其为划 时代的改良。但是,当时的英国,过于注重传统的绅士化,为了保护马车,限制蒸汽 车的发展, 汽车的速度在市区被限定为时速 2mile( 约 3.2km) , 郊区为 4mile( 约 6.4km) 。 这样,汤姆生的发明便没有了市场,因此,慢慢地也就被人们遗忘了。也就是说,汤 姆生的第一次轮胎革命,并未给人类带来太阳一样的光明,因为人类所应经受的黑暗 似乎还没有到头。但是太阳总是要出来的,因为人类以及万物都需要它,40 多年以后 的 1888 年,在爱尔兰当兽医的医格兰人 J· B· 邓禄普先生取得了充气轮胎的专利。当 时,J· B· 邓禄普先生 10 岁的儿子强尼买了一辆三轮自行车,但是因为当时的轮胎还都 是用硬橡胶做的实心轮胎,因此,在满是石头的路上行走时很不舒服,儿子的抱怨激 发了邓禄普先生的灵感,因此,被遗忘了四十多年的充气轮胎再次问世。随着时代的 进步,邓禄普先生发明的充气轮胎很快在自行车上得到了应用,并迅速迈向了汽车领 域,为世界汽车工业的发展做出了巨大贡献。

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2.1.2 汽车轮胎的结构

图 2-1 汽车轮胎结构示意图 胎冠: 胎冠用耐磨的橡胶制成, 它直接承受摩擦和全部载荷, 能减轻帘布层所受的冲击。 并保护帘布层和内胎,以免其受到机械损伤。胎面上有各种凹凸花纹,以保证轮胎与地面的 附着性能,防止轮胎滑移。轮胎胎面的花纹对汽车使用性能有非常重要的影响,因此在选用 轮胎时必须足够重视轮胎的花纹。 胎肩: 胎肩是较厚的胎冠与较薄的胎侧之间的过渡部分。 它除了起到保护帘布层的作用 外,表面一般还制有各种花纹,以利于防滑和散热。 胎侧:胎侧是贴在帘布层侧壁的较薄的一层橡胶层,它可承受较大的扭曲变形,其作用 是保护帘布层免受机械损伤和水分侵蚀。 帘布层:帘布层是外胎的骨架,也称胎体。其主要作用是承受载荷,保持外胎的形状和 尺寸,使外胎具有一定的强度。帘布层通常由多层挂胶帘线用橡胶粘合而成。为了使负荷均 匀分布,帘布层数多为偶数。帘布层数越多,其强度越大,但相应它的弹性随之降低。一般 帘布层数都标在外胎的表面上。 帘布材料:一般有棉线、人造丝线、尼龙线和钢丝等。现在多采用聚酰胺纤维和钢丝作 帘线后,在轮胎的承载能力相同的情况下帘布层数可以减少,这样既减少了橡胶的消耗、提 高了轮胎的质量,又降低了滚动阻力,延长了轮胎的使用寿命。 缓冲层: 缓冲层位于胎面和帘布层之间, 一般用两层或数层较稀疏的帘线和弹性较大的 橡胶制成,所以其弹性较大,能缓和汽车在不平路面上行使时所受的冲击,并防止汽车在紧 急制动时胎面与帘布层脱离。 胎圈:胎圈由钢丝圈、帘布层包边和胎圈包布组成,具有很大的刚度和强度,可使轮胎 牢固地装在轮辋上。

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2.2 轮胎的作用
一部汽车由上万种零部件组成,而每一个部件,一般只能起到一种作用。轮胎,也是汽 车的零部件之一,但是,它和其他零部件所起到的作用却不同,它在汽车行驶当中要起到以 下四种作用。 ●承受载荷 一部汽车不论是它的自重,还是乘人或载物,其重量都要通过车体传到轮胎,最后由轮 胎肩负起全部的重担,所以,轮胎在承载方面起着十分重要的作用。 ●产生驱动力与制动力 因为轮胎是汽车上唯一与路面接触的部位, 因此, 不论是汽车的起动、 行驶、 还是制动、 停车都要通过轮胎与路面"沟通",并通过轮胎来完成汽车或汽车驾驶人员的意愿。 ●缓冲和吸震 未经铺设的路面,大多是凸凹不平的石子路,路面上会有很多碎石或坑、包,即使是铺 设的路面,也经常有一些障碍物,影响汽车的正常行驶。在这种情况下,轮胎 就会发挥它 的卓越的缓冲和吸震功能,使汽车能在较为舒适的情况下前行。这是因为,轮胎本身就是由 具有弹性的 50%左右的橡胶制成,加之轮胎内的空气的绝妙 的吸震功能,所以才能使汽车 在恶劣的路面也能轻松自如地前行。 ●改变汽车行驶方向 汽车不论是转向还是掉头都需要由汽车的轮胎来完成, 它经常要按照驾驶员的意愿来改 变汽车行驶的方向,如图 2—7 所示。 正因为轮胎具有上述四大作用, 因此, 汽车才能在凸凹不平的路面上安全、 自由、 迅速、 舒适地行驶;也正因它具有上述四大作用,所以,轮胎在整个汽车的零部件中才显得十分地 重要。 实际上我们完全可以用一句话来概括轮胎的作用和重要性: 当一个人坐到了汽车里面以 后,那么,这个人实际上就完全交给了汽车,而汽车在行驶当中,实际上就全 部交给了四 个轮胎。轮胎一旦出现问题,不论是车辆还是车上的人,都会受到巨大的危险。所以,每一 个驾驶员都应该十分在意自己的轮胎。

2.3 汽车轮胎的分类
轮胎常见的分类方式是按照结构划分为斜交线轮胎、 子午线轮胎。 子午线胎与斜交线胎 的根本区别在于胎体。 斜交线胎的胎体是斜线交叉的帘布层; 而子午线胎的胎体是聚合物多 层交叉材质,其顶层是数层由钢丝编成的钢带帘布,可减少轮胎被异物刺破的几率。 按设计分类 从设计上讲,斜交线轮胎有很多局限性,如由于交叉的帘线强烈摩擦,使胎体易生热, 因此加速了胎纹的磨损,且其帘线布局也不能很好地提供优良的操控性和舒适性;而 子午线轮胎中的钢丝带则具有较好的柔韧性以适应路面的不规则冲击,又经久耐用, 它的帘布结构还意味着在汽车行驶中有比斜交线小得多的摩擦,从而获得了较长的胎 纹使用寿命和较好的燃油经济性。同时子午线轮胎本身具有的特点使轮胎无内胎成为 可能。无内胎轮胎有一个公认优点,即当轮胎被扎破后,不像有内胎的斜交线轮胎那 样爆裂(这是非常危险的),而是使轮胎能在一段时间内保持气压,提高了汽车的行 驶安全性。另外,和斜交线轮胎比,子午线轮胎还有更好的抓地性 ●按轮胎用途分类
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轮胎按用途分类,包括载重轮胎、客车用轮胎及矿山用轮胎等种类。载重轮胎除了在胎 壁上标有规格尺寸以外,还必须标明层级数。但在这里需要告诉大家的是,载 重轮胎的层 级数并不是指它的实际层数, 而是指用高强度材料帘线制作胎体的轮胎, 其负荷性能相当于 用棉帘线制作胎体的轮胎帘布层数。这是因为棉帘线是最早用 于制作胎体帘线的,因此, 国际惯例即以棉帘线层为表示轮胎层数的基准。不同层级,轮胎的负荷能力不同。即使相同 规格的轮胎,因为它的层级数不同,它的负荷 能力也不相同,所以,不同层级的轮胎,不 能在同一轴上使用,否则,在高速行驶并负载的情况下就会发生危险。比如:解放车用的 900—20 轮胎(16 层级) 就不能和 900—20 轮胎(14 层级)同用在一轴上,因为它们的层级不 同,负荷不同,混用以后就容易发生危险。

2.4 轮胎的规格
一般轮胎规格可描述为 : [ 胎宽 mm]/[ 胎厚与胎宽的百分比 ] R[ 轮毂直径 ( 英寸 )] [ 载重系数 ][ 速度标识 ] 或者 [ 胎宽 mm]/[ 胎厚与胎宽的百分比 ][ 速度标识 ] R[ 轮毂直径 ( 英寸 )] [ 载重系数 ] 例如轮胎 : 195/65 R14 88H 或者 195/65H R15 88 可以解释为 : 胎宽 -----------------------195mm 胎厚与胎宽的百分比为 -------65% 即胎 =126.75,126.75/195*100=65(%) 轮毂直径 -------------------15 英寸 载重系数 -------------------88

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3 影响轮胎寿命因素
3.1 影响轮胎寿命因素
1 轮胎的选配和安装 轮胎安装得正确与否直接关系到轮胎的使用寿命, 尤其是在更换新轮胎的时候。 类型和 花纹不同的轮胎,由于各轮胎的实际尺寸和负荷能力不同,一定不可以任意混装。此外,如 果您自己还不能完全掌握更换轮胎的技能, 我们建议您还是到专业的轮胎店或者车辆特约维 修商处进行更换。 ⒉工作气压 轮胎胎压过低或过高, 都会影响轮胎的使用寿命。 如果轮胎气压过低, 其径向变形增大, 胎壁两侧变形过度,产生胎冠两肩磨损现象,使轮胎的温度升高,将严重降低轮胎的使用寿 命。 如果轮胎气压过高,轮胎的刚性增大,变形和接地面积减小,使胎面中部的单位压力增 大,磨损加剧,产生胎冠中央磨损现象,影响到舒适性并将降低轮胎寿命。试验证明,如果 提高气压 25%%,轮胎寿命将缩短 30%%左右。 ⒊轮胎负荷 车辆的负荷越大,则轮胎的寿命越短,这点是毋庸置疑的。尤其是在超载的情况下,更 加突显。 正规轮胎厂家生产的轮胎都标有载重指数。 轮胎应在指定的载重指数所对应的最大 载重量内使用。 ⒋行驶速度 正规轮胎厂家生产的轮胎都标有速度级别指数。 轮胎应在指定的速度级别指数所对应的 最高行驶速度内使用。 ⒌轮胎温度 车辆在行驶过程中,轮胎由于受到伸张、压缩和摩擦,引起胎温升高。过高的温度容易 加剧轮胎磨损甚至发生爆胎。 ⒍底盘状况 前、后车轴的平行度、四轮定位、制动装置工作状况以及底盘其他机件技术状况都会不 同程度地影响到车辆轮胎的寿命。 一旦出现严重的交通碰撞事故, 车主一定要将车辆开到专 业维修站进行底盘状况检查及调整。 ⒎道路条件 如果车辆长时间在砂石路面或者恶劣的路况下行驶, 轮胎使用寿命肯定会降低。 这一点 对于越野车轮胎也不例外。 ⒏驾驶习惯 这是直接与车主有关的因素。起步过猛、骤然转向、紧急制动、在路况不好的地段高速 行驶、经常上下马路牙子和停车时轮胎刮蹭障碍物等,都会导致轮胎的严重磨损,进而降低 轮胎的使用寿命。 ⒐轮胎维护 轮胎适时换位、选用合适的胎纹、日常勤维护、定期检查胎压、及时修补并且勤挖胎纹 中的石子、异物等都是延长轮胎寿命的重要因素。 ⒑车辆维护

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很多汽车维修专家都说车辆要“三分修, 七分养”, 不要等到出现了故障才开去维修站 维修。而车辆的定期维护与轮胎寿命的延长也是息息相关的。四轮定位、转向节、车轮轴承 及悬架系统的定期检查维护一个都不能少。 轮胎花纹是汽车直接与路面接触的部位。除了发挥承载、滚动的功能外,轮胎还要通 过它的花纹块与路面产生的磨擦力,产生汽车驱动、制动和转向需要的动力。

3.2 轮胎花纹使用注意事项
1.应根据车辆用途经常使用的路况和车速来选择比较合适的花纹轮胎。对于在一般硬路 面上中速行驶的车辆, 货车和客车等宜选用横向花纹或纵横兼有花纹轮胎; 对于经常在高速 公路及良好的硬路面上行驶的车辆宜选用散热性好、 横向稳定怀强的纵向花纹和纵横兼有花 纹轮胎。 2.随着车速的提高,胎面与路面间积水来不及排除便会在两面间形成水膜,将轮胎慢慢 托起, 在一定条件下甚至完全离开路面, 使汽车操纵性完全丧失。 这种现象被称之为轮胎 “滑 水现象” 。影响滑水临界速度的因素较多,但其中轮胎花纹型式为主要因素之一。经常在高 速公路上行驶的轿车,在条件允许的情况下,应尽量选择抗滑水轮胎。这种花纹的主要特点 是,在胎面中部设计出宽大的排水沟(主沟),在轮胎与路面之间形成较大的排水空间。在主 沟两则有通往胎侧的侧沟,故排水距离短,排水效率高,从而最大限度地避免轮胎在湿路面 高速行驶可能产生的“滑水现象” ,提高了行车的安全性。 值得注意的是这种花纹具有方向性,安装时需要留意。 3.有向花纹轮胎的旋转方向通常用模压在胎侧的“箭头” ,标记表示.如果按照箭头方向 转,即"人字形"花纹尖端先着地,则称顺方向旋转,反之,则称反方向旋转。 抗滑水轮胎一律按顺方向放置提高排水效率, 而反向放置则其排水效率比非滑水轮胎的 还要差。 越野有向花纹轮胎,本文来自 273 中国二手车交易网装在驱动桥上,则应顺方向旋转, “人字形”花纹尖端像链子嵌入雪泥地,抓地能力强,而且嵌入花纹沟槽中的雪泥可从两侧 被挤压出来, 花纹具有自洁性; 若安装在从动桥上的越野有向花纹轮胎, 由于不输出牵引力, 为减少滚动阻力和磨损起见,故应反方向旋转。 综上所述, 轮胎花纹是提高汽车性能, 确保行驶安全的重要因素。 因此, 如何正确选购、 安装和使用轮胎花纹就显得非常重要。

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4 轮胎与汽车的性能匹配分析

图 4-1 轮胎与汽车的性能匹配

现代汽车,尤其是高档轿车对轮胎动态力学性能提出了越来越高的要求,脱离汽车研究 轮胎的动态力学性能没有实际意义。轮胎的动态力学性能不仅取决于轮胎本身,更取决于轮 胎与汽车的匹配,因此当前对轮胎性能的评价也就从对轮胎性能本身的评价逐步转移到对轮 胎匹配的汽车行驶性能的评价。目前,对轮胎与汽车的性能匹配要求日益提高。

4.1

轮胎与汽车生产的相关性

单纯讨论轮胎的某项性能意义不大,轮胎性能的研究应结合轮胎匹配的汽车性能,更确 切地说是汽车悬架系统(如图 1 所示) 性能来进行。轮胎与汽车悬架系统匹配所构成的集成 系统的刚度、柔度及动力学性能是影响汽车行驶性能的主要因素。同一条轮胎匹配于不同汽 车表现出的动态力学性能可能会有较大差异,即一条轮胎与某一汽车匹配可能表现出良好的 动态力学性能,而与另一汽车匹配则可能表现出个别动态力学性能极差。在国外,为达到轮胎 与汽车性能匹配,在进行汽车设计时,轮胎生产商一般会与汽车生产商密切合作,由汽车生产 商提出轮胎与汽车匹配的动态力学性能要求或由轮胎生产商为汽车生产商提供轮胎的动态 力学模型,以便汽车生产厂家进行悬架系统设计和整车性能模拟仿真计算。这就要求轮胎生 产商不仅能够设计、生产出满足汽车性能要求的轮胎,同时也能够提供用于悬架系统设计或 整车性能模拟仿真计算的轮胎动态力学模型 。 国内轮胎生产企业必须深入了解并逐渐适应高 档轿车原配市场在这方面苛刻的要求。

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4.2 轮胎的性能对车的影响
性能好的轮胎跟性能不好的轮胎对车辆有很大的影响 1 胎燥 好的轮胎 胎燥比较小 比如 米其林的静音轮胎 2 抓地力 一般宽胎的抓地力要比较好 抓地力好(但阻力大而费油) 刹车距离就短( 但有 噪音,)介意不是高档跑车或不常跑高速的别用 3 油耗 市场上现在有销售绿色轮胎的 绿色轮胎相比一般轮胎更能节省汽油 比如韩泰的绿 色轮胎 使用的都是一些环保材料 轮胎的硬度跟耐磨度也有所增强 唯一不足的是 由于硬 度增强 胎燥也有所增加 总的来说 根据你自己需要 而购买更换轮胎 不建议去汽配城购买 现在市场上翻新胎比较 多 毕竟关系到生命 还是安全第一 关于轮胎的参数解释 比如 轮胎侧面标有 185/60/15 这里 185 代表轮胎的宽度 60 代表轮胎 的扁平度 15 代表轮胎的尺寸

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结束语

目前,轮胎行业产能扩张的重点在子午线轮胎项目上,这将使中国轮胎行业产品格局发生 显著改变。斜交胎在夹缝中生存,子午胎风头日劲。但是子午线轮胎的技术和发展趋势掌 握在外资企业手中,中国本土企业在子午线轮胎的竞争中处于下风。同时,受扩能影响, 全钢子午胎市场供求结构也将发生很大变化。 首先介绍了轮胎的定义、分类、组成、发展史、规格标记及汽车轮胎的相关概念等,接着 分析了国际国内橡胶产业和轮胎行业的现状,并对中国轮胎制造行业的工业统计数据进行 了详实全面的分析,然后具体介绍了子午线轮胎、斜交胎、绿色环保轮胎、安全轮胎、废 旧轮胎翻新业的发展。随后,报告对轮胎行业做了进出口分析、国内外重点企业运营状况 分析和市场竞争分析,最后分析了轮胎行业的未来前景和发展趋势。您若想对轮胎行业有 个系统的了解或者想投资轮胎制造,本报告是您不可或缺的重要工具。

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参考文献
[1] 明平顺,杨万福.现代汽车检测技术.北京人民交通出版社.2001 年第 1 版: P127~147 [2] 高延龄.汽车运用工程[Ml.北京:人民交通出版社,1990 [3] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,1990 [4] 吴际璋等编著.汽车构造(下) [Ml.北京:人民交通出版社,1999 [5] 陈家瑞主编.汽车构造(下) [M].北京:人民交通出版社,1995 [6]王敏智 《微型汽车构造与维修》 1997

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谢辞
在本文撰写的过程中,我的指导老师不辞辛苦,给予了严谨的指导及全力的帮助,老师 们在具体实践中非常注重培养学生独立工作能力和分析能力,学识渊博、视野宽阔、治学严 谨,有着求实、创新的作风。这些使我终生受益。借此机会,要向老师们表示衷心的感谢和 深深的敬意。 感谢山东劳动职业技术学院校长以及导师的大力支持, 在他们的帮助下我完成了四轮定 位仪的实验,另外,要感谢在大学期间所有传授我知识的老师,是你们的悉心教导使我有了 良好的专业课知识,这也是论文得以完成的基础。 一个人的成长绝不是一件孤立的事, 没有别人的支持与帮助绝不可能办到。 我感谢可以 有这样一个空间,让我对所有给予我关心、帮助的人说声“谢谢”!今后,我会继续努力, 好好工作!好好学习!好好生活! 最后,衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加论文答辩的各位专家。

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