編者按:農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化,農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。科技部在“十三五”期間組織實(shí)施了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能農(nóng)機(jī)裝備”重點(diǎn)專項(xiàng),從基礎(chǔ)研究、共性關(guān)鍵技術(shù)與裝備、典型示范3個(gè)層面設(shè)置了11項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)。該專項(xiàng)將力爭(zhēng)突破智能農(nóng)機(jī)技術(shù)與裝備瓶頸,研發(fā)農(nóng)業(yè)全程全面生產(chǎn)配套機(jī)械,提升我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備智能化水平,縮小與國(guó)外主流產(chǎn)品差距,支撐引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。
乘科技東風(fēng) 打造現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備
——記“甘蔗和甜菜多功能收獲技術(shù)與裝備研發(fā)”項(xiàng)目
甘蔗和甜菜是我國(guó)制糖業(yè)最主要糖料來(lái)源和重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。目前甘蔗全國(guó)種植面積2600多萬(wàn)畝,種植面積僅次于巴西和印度,居世界甘蔗種植第三大國(guó),主要分布在廣西、云南、廣東等地;甜菜全國(guó)種植面積200多萬(wàn)畝,主要分布在新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江等地。近年來(lái)甘蔗和甜菜種植面積一直在下滑,如甜菜種植面積從2012年的360多萬(wàn)畝下滑至2014年的200多萬(wàn)畝,嚴(yán)重威脅我國(guó)糖業(yè)安全,主要原因是人力成本增加,機(jī)械化收獲水平低推高糖料成本,如甘蔗收獲機(jī)械化水平僅約1%,制約我國(guó)糖業(yè)發(fā)展。國(guó)外發(fā)達(dá)產(chǎn)糖國(guó)家,如巴西、美國(guó)、澳大利亞等,甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化程度高,從深松、整地、播種、施肥、收獲等全程機(jī)械化作業(yè);巴西目前全程機(jī)械化綜合水平在70%以上;歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家甜菜生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化作業(yè)。我國(guó)黨和政府高度重視糖業(yè)安全生產(chǎn),國(guó)家發(fā)展改革委2015年出臺(tái)了“糖料蔗主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃(2015—2020年)”,糖料主產(chǎn)區(qū)政府也相繼提出促進(jìn)機(jī)械化收獲的措施,國(guó)家在“十一五”“十二五”科技項(xiàng)目都涉及到甘蔗和甜菜收獲機(jī)械研究,通過(guò)廣大科技人員的努力取得了可喜進(jìn)步。
項(xiàng)目是“智能農(nóng)機(jī)裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)2016年度立項(xiàng)項(xiàng)目,屬于甘蔗甜菜收獲關(guān)鍵共性技術(shù)研究和重大裝備開(kāi)發(fā),總投資5312萬(wàn)元,其中國(guó)撥資金2656萬(wàn)元,企業(yè)自籌資金2656萬(wàn)元。下設(shè)5個(gè)課題,其中1個(gè)為甘蔗甜菜共性技術(shù)研究課題,2個(gè)為甘蔗收割裝備研制課題,2個(gè)為甜菜收獲研制課題。執(zhí)行期2016年7月—2020年12月。
項(xiàng)目瞄準(zhǔn)糖料蔗主產(chǎn)區(qū)“雙高”需求,重點(diǎn)研究裝備智能化控制技術(shù)與系統(tǒng)、甘蔗收獲技術(shù)與新裝置開(kāi)發(fā)、甜菜收獲技術(shù)與新裝置開(kāi)發(fā)、甘蔗和甜菜收獲機(jī)整機(jī)集成研制。突破電液智能控制,甘蔗扶蔗、根切、寬窄行收割、切段工藝和甜菜自動(dòng)對(duì)行切頂、減阻挖掘、振動(dòng)分離8項(xiàng)核心技術(shù)。解決廣西、云南和廣東集中連片規(guī)模地與丘陵地種植、臺(tái)風(fēng)季風(fēng)山風(fēng)導(dǎo)致倒伏生長(zhǎng)、榨季多雨帶來(lái)的機(jī)械收獲地塊適應(yīng)性問(wèn)題;解決等行距和寬窄行種植模式帶來(lái)的機(jī)械收獲機(jī)具適應(yīng)性問(wèn)題;解決甜菜聯(lián)合與分段高效能機(jī)械收獲問(wèn)題。
項(xiàng)目由現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司牽頭,聯(lián)合華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)、西南大學(xué)5所大學(xué),中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院、廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院、黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所4家研究院所,中機(jī)美諾科技股份有限公司、中聯(lián)重機(jī)股份有限公司、廣州悍牛農(nóng)業(yè)機(jī)械股份有限公司和黑龍江沃爾農(nóng)裝科技股份有限公司4家技術(shù)企業(yè),組成14家產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)共同承擔(dān)。集合了現(xiàn)有國(guó)內(nèi)甘蔗和甜菜研制最具實(shí)力的高校、院所和高新技術(shù)企業(yè),具有土壤植物機(jī)器系統(tǒng)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、甘蔗機(jī)械國(guó)家重點(diǎn)工業(yè)性試驗(yàn)基地等。“十一五”“十二五”期間通過(guò)承擔(dān)的國(guó)家科技項(xiàng)目研究了甘蔗收獲根切、切段、輸送、除雜和甜菜收獲的切頂、挖掘、輸送、果土分離等關(guān)鍵技術(shù),獲得了多項(xiàng)國(guó)家專利,研制了多種樣機(jī)。將為項(xiàng)目開(kāi)展提供強(qiáng)大的創(chuàng)新科研隊(duì)伍和先進(jìn)的試驗(yàn)與制造手段及良好前期技術(shù)基礎(chǔ)。
項(xiàng)目以智能化技術(shù)為主線,實(shí)用性設(shè)計(jì)為先導(dǎo),核心關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)突破,集成技術(shù)裝備及關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)并在試驗(yàn)中不斷提升的技術(shù)路線開(kāi)展創(chuàng)新研究。集成研制7種裝備。履帶式和輪式切斷甘蔗聯(lián)合收割機(jī)2種,喂入量≥6kg/s;集料式和提升臂裝運(yùn)式履帶丘陵山地甘蔗收割機(jī)2種,喂入量≥4kg/s;宿根破頭率≤17%,損失率≤5%,含雜率≤7%,試驗(yàn)考核總面積≥500hm2。自走式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)、甜菜挖掘鋪放和撿拾收獲機(jī)3種,切頂合格率≥85%,塊根折斷率≤8.0%,含雜率和總損失率≤4.5%,撿拾收獲機(jī)作業(yè)效率0.8—1.0hm2/h,試驗(yàn)考核總面積≥800hm2。將形成31—35項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)家專利,制定標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng),發(fā)表論文30—35篇;提升裝備智能化水平,具備根切、切段、排雜等驅(qū)動(dòng)馬達(dá)參數(shù)實(shí)時(shí)采集,故障診斷與自動(dòng)監(jiān)控功能。
項(xiàng)目的實(shí)施將解決甘蔗收獲連片規(guī)模地與丘陵地種植等條件和等行距和寬窄行種植模式帶來(lái)的機(jī)械收獲適應(yīng)性問(wèn)題,解決甜菜聯(lián)合與分段高效能機(jī)械收獲問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)甘蔗機(jī)收率由現(xiàn)有不足1%的跨越增長(zhǎng);提升甘蔗與甜菜行業(yè)技術(shù)水平和產(chǎn)品制造水平,縮短與先進(jìn)國(guó)家間的差距。據(jù)測(cè)算:機(jī)收率每增長(zhǎng)5%,則需要1200臺(tái)甘蔗收割機(jī)和45臺(tái)套甜菜收獲機(jī),預(yù)計(jì)有16.14億元產(chǎn)值。節(jié)本、增效,提高農(nóng)民收入,機(jī)收與人工收獲相比可節(jié)約支出甘蔗100—150元/畝,甜菜約100元/畝,替代進(jìn)口可節(jié)約購(gòu)機(jī)成本20%以上。解決勞動(dòng)力緊缺收獲用工荒問(wèn)題,1臺(tái)大型甘蔗收獲機(jī)和甜菜收獲機(jī)可分別替代300個(gè)人工以上。裝備的研究成功將推進(jìn)我國(guó)甘蔗和甜菜機(jī)械化收獲進(jìn)程,推動(dòng)糖料機(jī)械化收獲產(chǎn)業(yè)升級(jí)創(chuàng)新,促進(jìn)糖業(yè)平穩(wěn)可持續(xù)發(fā)展,保障我國(guó)食糖產(chǎn)業(yè)安全有重要作用。同時(shí),因甘蔗和甜菜種植主要集中在廣西、云南、新疆和內(nèi)蒙古等邊境省區(qū)和少數(shù)民族聚集地,提高糖農(nóng)收入水平,有助于促進(jìn)邊境地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
只為測(cè)得更準(zhǔn)、控得更精、管得更細(xì)
——記“機(jī)器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測(cè)試方法研究”項(xiàng)目
2016年7月,由中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)智能裝備研究中心、上海交通大學(xué)、中科院自動(dòng)化所、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)、農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機(jī)化所、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所等15家智能農(nóng)機(jī)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)高校和科研機(jī)構(gòu)承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“機(jī)器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測(cè)試方法研究”啟動(dòng)。
項(xiàng)目圍繞現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、提質(zhì)增效對(duì)高端技術(shù)和市場(chǎng)重大產(chǎn)品的緊迫需求,重點(diǎn)突破市場(chǎng)機(jī)制和企業(yè)無(wú)力解決的試驗(yàn)檢測(cè)基礎(chǔ)和關(guān)鍵共性技術(shù),實(shí)現(xiàn)自主化,破解完全依賴進(jìn)口、受制于人的瓶頸;重點(diǎn)突破農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)境與本體信息感知方法、精細(xì)生產(chǎn)管控機(jī)理、作業(yè)狀態(tài)參數(shù)測(cè)試方法等方面的關(guān)鍵技術(shù),創(chuàng)制關(guān)鍵共性核心技術(shù)裝置與系統(tǒng),達(dá)到測(cè)得準(zhǔn)、控得精、管得細(xì),解決我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)基礎(chǔ)研究不足,農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程粗放、可靠性安全性低、作業(yè)質(zhì)量差,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)投入品浪費(fèi),嚴(yán)重影響糧食產(chǎn)量、品質(zhì)和作業(yè)效率等問(wèn)題。
項(xiàng)目針對(duì)復(fù)雜開(kāi)放工況下機(jī)器作業(yè)狀態(tài)參數(shù)缺乏有效在線監(jiān)測(cè)方法的問(wèn)題,研究復(fù)雜開(kāi)放工況下農(nóng)機(jī)作業(yè)安全探測(cè)原理,突破土壤致?lián)p性硬質(zhì)異物探測(cè)、作業(yè)區(qū)域隱蔽性人畜識(shí)別、收獲作業(yè)隱性火災(zāi)預(yù)警;研究動(dòng)力機(jī)械作業(yè)參數(shù)檢測(cè)方法,突破超低速驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率檢測(cè)、維系原懸掛結(jié)構(gòu)空間動(dòng)態(tài)載荷測(cè)試;研究作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù),突破播施深度檢測(cè)、漏播斷條報(bào)警、種肥流速流量檢測(cè)、噴霧均勻性評(píng)價(jià)、果園對(duì)靶噴藥控制、收獲籽粒破損和含水率檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù),研制在線檢測(cè)系列傳感器,集成開(kāi)發(fā)農(nóng)用動(dòng)力、施肥播種、植保和收獲等農(nóng)機(jī)在線檢測(cè)裝置和測(cè)試系統(tǒng)。
在理論方法創(chuàng)新方面,項(xiàng)目提出適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的系列傳感檢測(cè)方法,包括:采用自吸式氣敏傳感方法探測(cè)干燥環(huán)境下棉花和秸稈等隱性火災(zāi),采用熱敏傳感及切片成像方法實(shí)現(xiàn)隱蔽環(huán)境下人畜安全距離識(shí)別,采用電容層析成像方法實(shí)現(xiàn)播種施肥機(jī)排料管內(nèi)種肥流量流速檢測(cè),采用內(nèi)置自動(dòng)參比和連續(xù)積分相結(jié)合的光譜分析方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下稻麥水分快速在線檢測(cè)。
在關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方面,項(xiàng)目一是突破農(nóng)機(jī)主要性能參數(shù)檢測(cè)與傳感關(guān)鍵技術(shù),包括:采用多傳感方法融合的超低速滑差率測(cè)量技術(shù),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜植被和丘陵山地等復(fù)雜環(huán)境驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率檢測(cè);采用維系原懸掛結(jié)構(gòu)的空間動(dòng)態(tài)載荷檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)用動(dòng)力機(jī)械本身性能和配套機(jī)具空間載荷的六分力在線檢測(cè);采用噴桿運(yùn)動(dòng)與狀態(tài)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)寬幅噴桿自適應(yīng)高度匹配;采用喂入負(fù)荷、脫粒負(fù)荷、輸送負(fù)荷等關(guān)鍵參數(shù)的性能在線檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)械堵塞自動(dòng)預(yù)警。二是突破農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量檢測(cè)與傳感關(guān)鍵技術(shù),包括:采用后懸掛件姿態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù),實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)耕播作業(yè)深度在線檢測(cè);采用肥流速流量壓電傳感技術(shù),實(shí)現(xiàn)氣流輸送式播種施肥機(jī)種播種施肥均勻性在線檢測(cè);采用多傳感器信息融合噴霧質(zhì)量測(cè)量技術(shù),實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)噴霧均勻性的在線檢測(cè)。
項(xiàng)目預(yù)期突破機(jī)器作業(yè)測(cè)試技術(shù)12項(xiàng),研制新型傳感器15種,開(kāi)發(fā)農(nóng)用動(dòng)力、施肥播種、植保和收獲等車載測(cè)試系統(tǒng)與檢測(cè)裝置15套。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品作為獨(dú)立的配套監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)安裝在國(guó)產(chǎn)農(nóng)機(jī)上,可以進(jìn)一步提高種、藥、肥、苗等的利用效率,減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料過(guò)量投入造成的環(huán)境污染。
項(xiàng)目的實(shí)施,將為我國(guó)農(nóng)機(jī)智能裝備精細(xì)作業(yè)的精測(cè)、精施、精管的理論方法與技術(shù)基礎(chǔ)提供支撐作用;對(duì)加快發(fā)展智能農(nóng)機(jī)裝備技術(shù),縮小與國(guó)外主流產(chǎn)品差距、支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障糧食和產(chǎn)業(yè)安全意義重大。
創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)打造農(nóng)業(yè)機(jī)械的強(qiáng)大“心臟”
——記“新型節(jié)能環(huán)保農(nóng)用發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目
經(jīng)過(guò)近10年的快速發(fā)展,我國(guó)農(nóng)機(jī)工業(yè)已經(jīng)成為世界農(nóng)機(jī)生產(chǎn)大國(guó),但要成為農(nóng)機(jī)強(qiáng)國(guó),在自主創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面仍需取得更大突破。
農(nóng)用柴油機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械的“心臟”,是國(guó)家農(nóng)機(jī)技術(shù)水平和制造能力的重要標(biāo)志,也是國(guó)際農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。從現(xiàn)狀看,歐美引領(lǐng)著農(nóng)用柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展,幾乎所有73.5kW以上的農(nóng)用柴油機(jī)都采用了適于低速大扭矩特性的電控高壓燃油噴射系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù),柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放、振動(dòng)和噪聲、可靠性等指標(biāo)優(yōu)于國(guó)內(nèi)。而國(guó)內(nèi)非道路國(guó)三排放農(nóng)用柴油機(jī)普遍采用電控單體泵燃油噴射系統(tǒng),少量采用外企生產(chǎn)的高壓共軌燃油噴射系統(tǒng),與國(guó)際先進(jìn)水平相比有較大的差距。隨著非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步升級(jí),國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)動(dòng)力升級(jí)換代迫在眉睫,亟待行業(yè)集中攻關(guān),促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)。
本項(xiàng)目由國(guó)機(jī)集團(tuán)牽頭,聯(lián)合天津大學(xué)、西安交通大學(xué)、濰柴動(dòng)力股份有限公司、成都威特電噴有限責(zé)任公司等15家單位,組建起強(qiáng)大的聯(lián)合開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目旨在圍繞我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)高性能節(jié)能環(huán)保農(nóng)用動(dòng)力與裝備的緊迫需求,重點(diǎn)突破低油耗、低噪聲和低污染的新型農(nóng)用柴油機(jī)關(guān)鍵共性技術(shù),開(kāi)發(fā)關(guān)鍵核心零部件,提升農(nóng)機(jī)智能化管理水平,開(kāi)發(fā)符合非道路國(guó)四及歐洲非道路Stage Ⅳ排放法規(guī)要求的大、中功率新型節(jié)能環(huán)保農(nóng)用柴油機(jī),實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)柴油機(jī)的精益制造,突破國(guó)外技術(shù)壟斷,提升我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備的整體技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。該項(xiàng)目研究目標(biāo)是針對(duì)農(nóng)用柴油機(jī)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、用途多樣化、低速大扭矩工況的特殊要求以及燃油耗高、噪聲大、污染嚴(yán)重等問(wèn)題,通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)一體化聯(lián)合研究攻關(guān),重點(diǎn)掌握新型節(jié)能環(huán)保農(nóng)用柴油機(jī)關(guān)鍵共性技術(shù)、開(kāi)發(fā)新型節(jié)能環(huán)保農(nóng)用柴油機(jī)智能管理平臺(tái)和關(guān)鍵核心零部件,實(shí)現(xiàn)集成匹配和精益制造。主要研究?jī)?nèi)容包括:低轉(zhuǎn)速高強(qiáng)化燃燒過(guò)程理論,非道路排放控制技術(shù),減振降噪技術(shù)應(yīng)用,農(nóng)用柴油機(jī)與作業(yè)機(jī)械匹配,農(nóng)用柴油機(jī)智能控制策略與管理系統(tǒng),電控高壓噴射技術(shù)等方面的研究工作。
項(xiàng)目成功實(shí)施后,將突破節(jié)能環(huán)保農(nóng)用柴油機(jī)有關(guān)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù),項(xiàng)目成果產(chǎn)品技術(shù)水平將達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化成果將打破國(guó)外產(chǎn)品在該領(lǐng)域的壟斷地位,形成的試驗(yàn)研究平臺(tái)可為行業(yè)提供服務(wù)。這些對(duì)于進(jìn)一步提升我國(guó)農(nóng)機(jī)制造企業(yè)的自主創(chuàng)新能力,促進(jìn)農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí),提高先進(jìn)適用產(chǎn)品的供給能力,增強(qiáng)中國(guó)企業(yè)參與全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力,提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,降低農(nóng)業(yè)機(jī)械能源消耗與有害排放總量,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展等方面將起到示范和引領(lǐng)作用。通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研、用結(jié)合,共同攻克內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)壁壘,加速關(guān)鍵共性技術(shù)科技成果運(yùn)用,提高我國(guó)內(nèi)燃機(jī)自主開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新成果的輻射能力,全力打造我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械的強(qiáng)大“心臟”。
中國(guó)鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自:《科技日?qǐng)?bào)》2016年12月15日
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