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典型機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)可行性分析

報(bào)告題目:小型清掃車可行性報(bào)告TOC\o"1-5"\h\z班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:年月曰目錄TOC\o"1-5"\h\z一、緒論44設(shè)計(jì)小型清掃車的意義4國(guó)內(nèi)外清掃車介紹5\o"CurrentDocument"1.2.1國(guó)內(nèi)清掃車5\o"CurrentDocument"1.2.2國(guó)外清掃車77\o"CurrentDocument"二、清掃車設(shè)計(jì)方案的選擇88總體方案8\o"CurrentDocument"驅(qū)動(dòng)方案比較及確定912\o"CurrentDocument"2.4蓄電池選擇1112蓄電池的種類、用途、特點(diǎn)\o"CurrentDocument"2.電瓶的布置122.5電動(dòng)機(jī)選擇13\o"CurrentDocument"2.本車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求1314\o"CurrentDocument"2.交流電機(jī)的選擇16\o"CurrentDocument"三、清掃車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18關(guān)鍵部分的機(jī)械設(shè)計(jì)18318齒輪軸的設(shè)計(jì)25四、產(chǎn)品市場(chǎng)分析29\o"CurrentDocument"4.1用戶群29\o"CurrentDocument"4.2市場(chǎng)前瞻29五、結(jié)論30六、參考文獻(xiàn)31第_章緒論1.1課題研究的目的和意義1.1.1設(shè)計(jì)小型清掃車的意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步,人們對(duì)生存質(zhì)量的要求愈來愈高,交通便捷也越來越成為社會(huì)發(fā)展的迫切要求,高等級(jí)公路以空前的速度發(fā)展,道路的清掃和保潔也越來越受到有關(guān)部門的重視,多年來形成的人工清掃的格局顯然已不適應(yīng)我國(guó)高等級(jí)公路發(fā)展的客觀要求,人工清掃粉塵飛揚(yáng),嚴(yán)重影響清潔工人的身體健康,也不可避免的造成環(huán)境的二次污染:公路車輛的高速行駛對(duì)清潔工人的生命安全造成潛在威脅,馬路清掃車只能清掃主要街道,而人行道和非機(jī)動(dòng)車道只能由保潔工來完成,這樣既浪費(fèi)物力也浪費(fèi)人力,這就要求我們必須迅速發(fā)展一個(gè)既環(huán)保又節(jié)能的小型道路清掃車,使人們生活在潔凈健康的環(huán)境中,這也是人類二十一世紀(jì)高品質(zhì)生活的必然要求。因此研究適合于人行道和非機(jī)動(dòng)車道的小型電動(dòng)清掃車對(duì)我國(guó)清掃車概況和開發(fā)機(jī)型有著十分重要的意義!目前,在一些大、小城市的街巷里垃圾成堆,如果使用人力來清掃,那將需要大量的人力資源。通常進(jìn)口車體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高昂。例如,國(guó)產(chǎn)中小型清掃車通常每部?jī)r(jià)格在40萬元左右,一些進(jìn)口真空機(jī)每部?jī)r(jià)格高達(dá)700萬元以上,而且每月還要支付高昂的維修費(fèi)和保養(yǎng)費(fèi)。這些進(jìn)口機(jī)只適用于路面較為平坦寬廣的道路,而無法清掃小巷。當(dāng)今全國(guó)各地的小巷中均為人工清掃沒,人工清掃的方式也有著種種不足。例如,安全隱患問題、楊晨污染問題、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等。所以,綜合以上的利弊,我們決定利用電瓶作為驅(qū)動(dòng)力源,設(shè)計(jì)出完整的既對(duì)環(huán)境無污染又可以節(jié)省勞動(dòng)力的小型自動(dòng)清掃車。電瓶(蓄電池)驅(qū)動(dòng)的車就是我們常說的"電動(dòng)車”,顧名思義,以蓄電池能源,電動(dòng)機(jī)為牽引,根據(jù)蓄電池容量可大可小。電動(dòng)車可用可控硅調(diào)速,比傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速運(yùn)行更穩(wěn)定且沒有噪音等優(yōu)點(diǎn)。1.2國(guó)內(nèi)外清掃車介紹道路清掃車是個(gè)個(gè)性化極強(qiáng)的車輛產(chǎn)品,由于我國(guó)地域廣闊,南方多雨多水,北方氣候干燥,塵土較多,對(duì)道路清掃車有不同的需求。對(duì)經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性、可維修性的個(gè)質(zhì)量要素的要求也各不相同。道路清掃車行業(yè)歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展,從天津市第一臺(tái)道路清掃車研制開始,產(chǎn)品從單一的純掃式發(fā)展到目前的多種型式,產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量迅速提高,特別是在我國(guó)改革開放以后,通過進(jìn)口關(guān)鍵外購件使道路清掃車產(chǎn)品性能和可靠性大大提高。目前,我國(guó)道路清掃車的水平與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的相比,還存在一定的差距,特別是體現(xiàn)在產(chǎn)品的可靠性方面。為盡快提高我國(guó)道路清掃車的水平,縮小與先進(jìn)國(guó)家道路清掃車水平的差距,滿足我國(guó)環(huán)衛(wèi)部門對(duì)路面清掃作業(yè)的要求,道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)選擇一個(gè)合適的道路清掃車研究方向。我國(guó)道路清掃車的發(fā)展歷史與發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展過程類似,也是從純掃式道路清掃車開始,然后向吸掃式和純吸式發(fā)展。上個(gè)世紀(jì)五十年代,天津市環(huán)衛(wèi)設(shè)備廠的前身天津市衛(wèi)生局汽車修理廠就研制出純掃式道路清掃車,從此揭開了我國(guó)研發(fā)道路清掃車的序幕。八十年代,天津市環(huán)衛(wèi)設(shè)備廠大量純吸式生產(chǎn)道路清掃車(當(dāng)時(shí)稱為吸塵車),盡管當(dāng)時(shí)的道路清掃車有性能差、質(zhì)量差,外觀差,清掃效果差等缺陷,加之又限于當(dāng)時(shí)我國(guó)的體制和經(jīng)濟(jì)狀況,只有少數(shù)大城市和新建的高速公路使用數(shù)量很少的道路清掃車,但是,這種型式道路清掃車在我國(guó)道路清掃車的發(fā)展史上有著濃濃的一筆。我國(guó)吸掃式道路清掃車的研制成功,使我國(guó)道路清掃車與世界先進(jìn)國(guó)家之間的技術(shù)水平迅速拉近,是我國(guó)道路清掃車發(fā)展旅程中的又一個(gè)新起點(diǎn)。當(dāng)時(shí),正是我國(guó)文化大革命以后經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)的時(shí)代,城市建設(shè)高速發(fā)展,城市路面的人工清掃已難以滿足日益增長(zhǎng)的城市道路的需要。純吸式道路清掃車正是在這個(gè)恰當(dāng)?shù)臅r(shí)代推出的最適宜的產(chǎn)品,由于當(dāng)時(shí)車輛產(chǎn)量較小,一時(shí)間洛陽紙貴,購買這種車輛的單位甚至不擇手段進(jìn)行搶購。二十世紀(jì)末期至今,是我國(guó)道路清掃車發(fā)展最快的階段,道路清掃車的使用不但從大中城市擴(kuò)展到小城市,高速公路,而且不少企業(yè)、居民小區(qū)也采用道路清掃車進(jìn)行路面清掃。市場(chǎng)需求的迅速膨脹,使道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)也隨之激烈。許多生產(chǎn)廠家加入到道路清掃車的生產(chǎn)行列,其中不乏有一些軍轉(zhuǎn)名兵工廠,其優(yōu)秀的技術(shù)研發(fā)人員和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備,使得道路清掃車技術(shù)飛速發(fā)展。在我國(guó),道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)已發(fā)展到數(shù)十家,生產(chǎn)的道路清掃車囊括了所有道路清掃車的類型,道路清掃車規(guī)格多達(dá)數(shù)十種。吸掃式道路清掃車便在便在這時(shí)甩開純掃式和純吸式道路清掃車高歌猛進(jìn),各種類型和各種規(guī)格的吸掃式道路清掃車不斷涌現(xiàn)?,F(xiàn)在,在我國(guó)道路清掃車市場(chǎng)中,吸掃式道路清掃車占有率迅速上升。目前,我國(guó)道路清掃車多數(shù)為汽車底盤改裝,這種道路清掃車轉(zhuǎn)場(chǎng)速度快,適合于大面積、遠(yuǎn)距離清掃,常用于城市主干道、城鄉(xiāng)結(jié)合部、高速公路的路面清掃作業(yè)。不少道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)也開發(fā)了專用底盤的中小型全液壓道路清掃車,以適應(yīng)目前我國(guó)對(duì)路面清掃機(jī)械市場(chǎng)的需要。雖然,我國(guó)道路清掃車技術(shù)的發(fā)展令世界矚目,但是,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)道路清掃車還存在不少差距。雖然我國(guó)的道路清掃車在清掃效率、清掃能力、除塵效果等清掃作業(yè)性能方面與發(fā)達(dá)國(guó)家的水平相當(dāng),而在道路清掃車的噪聲、排放、可靠性、舒適性,自動(dòng)調(diào)整等方面仍存在較大差距。就目前我國(guó)道路清掃車的水平和質(zhì)量可知,我國(guó)在道路清掃車設(shè)計(jì)中,還缺少對(duì)專用部件的研究,缺少設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo),經(jīng)驗(yàn)多于計(jì)算,模仿較多,創(chuàng)新較少??梢哉f,目前我國(guó)對(duì)道路清掃車的研究能力還較差,還未真正實(shí)現(xiàn)對(duì)道路清掃車進(jìn)行研究的目的和要求,同時(shí),缺乏必要的研究條件。由于國(guó)內(nèi)道路清掃車生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模都較小,而且掃路機(jī)產(chǎn)品批量也較小,所以采用的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)手段都較為落后,加工的零部件難以有穩(wěn)定的質(zhì)量。此外,我國(guó)通用零部件制造水平較低,也影響了掃路機(jī)的質(zhì)量。根據(jù)我國(guó)道路清掃車市場(chǎng)的需求,要提高我國(guó)道路清掃車的水平,必須要首先確定其發(fā)展方向,研究開發(fā)出性能先進(jìn)、可靠性高、符合我國(guó)國(guó)情的道路清掃車。下面,將對(duì)我國(guó)道路清掃車的發(fā)展方向進(jìn)行敘述。在我國(guó),由于道路清掃車發(fā)展時(shí)間較短,使用數(shù)量較少,研究開發(fā)人員有限,又沒有專門的研究機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行研究,所以缺少對(duì)道路清掃車主要部件的研究。為了提高吸掃式和純吸式道路清掃車設(shè)計(jì)的能力,必須對(duì)其主要部件一一清掃系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、風(fēng)道系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)以及零部件的耐磨性等進(jìn)行試驗(yàn)研究,以提高道路清掃車設(shè)計(jì)的理論水平,為設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。1.2.2國(guó)外掃雪機(jī)械國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)40年代就開始批量生產(chǎn)路面清掃車,像英國(guó)的JOHNSTON、美國(guó)的ELG…、日本的KATO、德國(guó)的FAUN--KUKA等公司目前不管在銷量規(guī)模、技術(shù)檔次都處于世界的前列。1.3主要研究?jī)?nèi)容小型清掃車的設(shè)計(jì)分為四個(gè)部分:制動(dòng)系統(tǒng)和外形設(shè)計(jì);驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì);液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì);集塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì),最終裝配成一部小型清掃車。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì):齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比穩(wěn)定、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案,選擇大小齒輪的類型,材料并計(jì)算出大小齒輪的參數(shù)。齒輪軸受彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力作用,但載荷和轉(zhuǎn)速均不高,沖擊載荷也不大,所以具有一般綜合機(jī)械性能即可滿足要求。選擇齒輪軸的材料,并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過對(duì)以上各部分的理論分析研究及設(shè)計(jì),并應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的造型設(shè)計(jì)和工程圖的制作。第二章清掃車設(shè)計(jì)方案的選擇2.1新產(chǎn)品的市場(chǎng)定位此款產(chǎn)品的市場(chǎng)定位為:降低成本性新產(chǎn)品。所以,要求產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用和維護(hù)方便。:2.2總體方案清掃車以電瓶作為動(dòng)力源,電瓶帶動(dòng)液壓系統(tǒng)3,從而驅(qū)使盤刷4轉(zhuǎn)動(dòng),目的是將垃圾掃到車中央,吸口由風(fēng)機(jī)連接,將垃圾吸進(jìn)集塵箱。排氣口5是用來將多于氣體排出箱體,使風(fēng)機(jī)能更好的工作。為了簡(jiǎn)單明了地表示清掃車的總體方案,這里用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)原理圖說明,如圖2—1的所示。

181—方向盤;2—輪胎;3—液壓系統(tǒng);4—盤刷;5一排氣口;6一吸口;7一集塵箱;8一排氣箱;圖2—1總體分布圖182.3驅(qū)動(dòng)方案比較及確定按發(fā)動(dòng)機(jī)和各組成部分相對(duì)位置的不同,現(xiàn)代汽車的布置與驅(qū)動(dòng)方式通常有5種(如圖2-2所示)⑶FR(b)FF(c)RR(d)MR(t)4WD圖2-2汽車的驅(qū)動(dòng)方式方案1,前置后驅(qū)(FR)即發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng),這是一種傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)布置與驅(qū)動(dòng)方式。國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)貨車、部分轎車和部分客車都采用這種形式。采用這種驅(qū)動(dòng)方式的汽車,它的前輪承擔(dān)轉(zhuǎn)向,后輪承擔(dān)驅(qū)動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力通過離合器、變速器、傳動(dòng)軸輸送到后驅(qū)動(dòng)橋上,并在此得到減速增扭后傳送到左、右半軸上,驅(qū)動(dòng)后輪使汽車運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是前后輪各司其職,轉(zhuǎn)向與驅(qū)動(dòng)分開,負(fù)荷分布比較均勻;缺點(diǎn)是由于傳動(dòng)軸從前面的發(fā)動(dòng)機(jī)一直傳到后橋上,使車內(nèi)地板中間凸起,車內(nèi)座椅不好布置。方案2,前置前驅(qū)(FF)即發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng),這是20世紀(jì)70年代末才真正興世紀(jì)起和在技術(shù)上逐漸完善的驅(qū)動(dòng)形式,現(xiàn)在大多數(shù)中小型轎車都是采取這種方式。它將變速器之后的東西都往前挪,變速器與驅(qū)動(dòng)橋做成一體,固定在發(fā)動(dòng)機(jī)旁將動(dòng)力直接輸送到前輪上,前輪同時(shí)承擔(dān)了轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)兩個(gè)重任,省去了長(zhǎng)長(zhǎng)的傳動(dòng)軸,縮短了傳遞動(dòng)力的距離,減少功率傳遞損耗也就相應(yīng)節(jié)省了燃油。此驅(qū)動(dòng)方式具有較多的優(yōu)點(diǎn):操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱條件好;沒有縱向傳動(dòng)軸,轎車地板不必為它凸起一條通道,有利車廂內(nèi)的布置;車架不必為后橋騰出空間位置,可以降低車身高度,有助于行車的穩(wěn)定性;發(fā)動(dòng)機(jī)橫置縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)艙的長(zhǎng)度,有利于汽車的小型化,而在汽車總長(zhǎng)不變的情況下能增大客艙的長(zhǎng)度和空間;前輪成為驅(qū)動(dòng)輪,變成了“拉”著汽車前進(jìn),有利于方向控制。其缺點(diǎn)是:上坡時(shí)汽車質(zhì)量后移,使前驅(qū)動(dòng)輪的附著質(zhì)量減小,驅(qū)動(dòng)輪易打滑;下坡制動(dòng)時(shí)則由于汽車質(zhì)量前移,前輪負(fù)荷過重,高速時(shí)易發(fā)生翻車現(xiàn)象。方案3,后置后驅(qū)(RR)即發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng),在大型客車上多數(shù)采用這種布置形式,少量微型和輕型轎車也采用這種型式。方案4,中置后驅(qū)(MR)即發(fā)動(dòng)機(jī)放在乘客航與車后軸之間并利用后輪驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式只用在一些高性能跑車上,在普通的轎車上較難看到。中置后驅(qū)的最大特點(diǎn)就是將車輛中慣性最大和沉重的發(fā)動(dòng)機(jī)置于汽車的中部,使汽車能獲得最佳的運(yùn)動(dòng)特性,因?yàn)檐嚨能嚿碇亓糠植寄苓_(dá)到最理想的平衡??梢赃@樣說,此車兼具的優(yōu)點(diǎn),方向靈敏準(zhǔn)確,制動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)頭重尾輕的現(xiàn)象。有一個(gè)先天不足,即直線穩(wěn)定性較差,為解決這一問題,所有的車后輪均比前輪大。方案5,4輪驅(qū)動(dòng)(4WD)4輪驅(qū)動(dòng)又稱全輪驅(qū)動(dòng),顧名思義,這是指汽車前后的輪子都有動(dòng)力驅(qū)動(dòng),可以按照行駛路面狀態(tài)的不同而將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩分別分布在前后所有的輪子上,提高汽車的行駛能力??紤]到清掃車主要在城市路面行駛,其行駛速度比較低,一般是30km/h左右,作業(yè)速度更小。所以在設(shè)計(jì)時(shí),要求使得整車結(jié)構(gòu)緊湊,傳動(dòng)效率高,維護(hù)簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)便,考慮底盤的空間利用率,所以采用發(fā)動(dòng)機(jī)中置,后輪驅(qū)動(dòng)(如圖2-3所示),這種布置的特點(diǎn)使是駕駛室的布置不受發(fā)動(dòng)機(jī)的限制,噪聲小、對(duì)載荷分配比較有利。圖2-3后輪驅(qū)動(dòng)2.4蓄電池選擇汽車“電瓶”是汽車上儲(chǔ)存電能的裝置,學(xué)名稱“蓄電池”。其作用包括:一是當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),向起動(dòng)機(jī)提供電能,并由起動(dòng)機(jī)將電能變?yōu)闄C(jī)械轉(zhuǎn)矩,帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)與此同時(shí),蓄電池還向儀表、發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)線圈以及汽油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)等供電;二是在汽車運(yùn)行過程中,當(dāng)用電設(shè)備的用電量超過發(fā)電機(jī)的供電能力時(shí),蓄電池協(xié)同發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),則由蓄電池單獨(dú)向用電設(shè)備供電,因此,蓄電池是汽車的第二電源;三是當(dāng)用電設(shè)備負(fù)荷較小時(shí),蓄電池接受發(fā)電機(jī)的充電,將電能儲(chǔ)存起來;四是起到濾波器的作用。通過吸收用電負(fù)載突變時(shí)的過電壓,防止損壞汽車上的電子設(shè)備。2.蓄電池的種類、用途、特點(diǎn)蓄電池的種類一般可分為鉛酸電池、鉛酸免維護(hù)電池及鎳鎘電池等,它們各自的特點(diǎn)如下:鉛酸電池:也稱為汽車用電池(需加水維護(hù)),充放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫氣,安置地點(diǎn)必須設(shè)置在通風(fēng)處以免造成危險(xiǎn);電解液呈酸性,會(huì)腐蝕金屬;價(jià)格低廉。鉛酸免維護(hù)電池:密封式充電不會(huì)產(chǎn)生任何有害氣體,擺設(shè)容易,不需考慮安置地點(diǎn)通風(fēng)問題,免保養(yǎng),免維護(hù);放電率高,特性穩(wěn)定,價(jià)格較高。鎳鎘電池:用于特殊場(chǎng)合及特殊設(shè)備上,水為介質(zhì),充放電不會(huì)產(chǎn)生.有害氣體;失水率低,但需要固定時(shí)間加水及保養(yǎng);放電特性最佳;可放置于任何惡劣環(huán)境。蓄電池按用途可分為汽車啟動(dòng)用、工業(yè)用、鐵路及其他用途。怎樣正確選購蓄電池型號(hào):蓄電池的型號(hào)必須適當(dāng)。型號(hào)選小了,造成小馬拉大車,大電流放電會(huì)縮短電池的壽命;型號(hào)選大了,則不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于常用的額定輸出電壓為12V的品種有:6,8,10,12,15,33,38,50,65,75,90,100,120,140,180,200AH。選功能價(jià)格比:高價(jià)不一定有高質(zhì),但高質(zhì)必定會(huì)有相對(duì)高的價(jià)格,貨比三家,性能價(jià)格比最大的是首選。選服務(wù):廠家有沒有完善的售后服務(wù)實(shí)力,有沒有全國(guó)服務(wù)熱線以及完善的服務(wù)網(wǎng)絡(luò),才能無后顧之憂。2.電瓶的布置要求使得整車結(jié)構(gòu)緊湊,傳動(dòng)效率高,維護(hù)簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)便,考慮底盤的空間利用率,所以采用電瓶中置,這種布置的特點(diǎn)使是駕駛室的布置不受發(fā)動(dòng)機(jī)的限制,噪聲小、對(duì)載荷分配比較有利。若設(shè)總的阻力約為120N,設(shè)最高車速為45KMH,其功率為P=FxV=120x45000..3600(2.1)=1500W式中F——阻力;V——最高車速。

這樣可以考慮采用2kw的電機(jī),其有效功率約為1.4-1.6KW,其時(shí)速應(yīng)該能達(dá)到45KMH此時(shí)車的工作電流為(2.2)I=PU(2.2)=1500...48"30AH式中P——電機(jī)功率;U——電瓶電壓。選120AH的電瓶,則可續(xù)行接近100公里.這是車用最高速行駛時(shí)的情況,如果降低車速續(xù)行距離有望達(dá)到或超過120公里。綜上所述,選擇48V120AH的USP電池,如圖2-4所示:圖2-4電瓶電動(dòng)機(jī)的選擇本車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求汽車是交通工具,要求電機(jī)具有高效率、高適應(yīng)性。由于成本及空間的限制,電機(jī)的出力也受到了制約,所以電機(jī)的高密度小型輕量化和低成本對(duì)整車來說至關(guān)重要。高密度小型輕量化。采用強(qiáng)制水冷結(jié)構(gòu)、高電磁負(fù)荷、高性能磁鋼、高轉(zhuǎn)速以及超短端部長(zhǎng)度繞組技術(shù)等措施,使電機(jī)小型輕量化,從而實(shí)現(xiàn)高密度。與一般工業(yè)用電動(dòng)機(jī)相比,大小和重量都需要減少到一半以下;汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出1kW只需0.6kg重量,這是一般電機(jī)不可想象的。高效率。由于是以電池為電源,一次充電的行車距離應(yīng)盡可能長(zhǎng);汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的最高效率可達(dá)到97%,其他汽車輔助電機(jī)也希望有高的效率。因此,隨著稀土永磁材料價(jià)格的下降,將替代汽車輔助電機(jī)用的鐵氧體磁鋼;目前,汽車輔助電機(jī)絕大部分是永磁直流電動(dòng)機(jī)??煽啃浴⒛途眯?、適應(yīng)性。由于車輛的振動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)室的高溫環(huán)境,使得車用電機(jī)處于惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行,振動(dòng)大、沖擊大、灰塵多、濕度變化大。因此,車用電機(jī)必須適應(yīng)環(huán)境條件的要求,使電機(jī)可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。低速時(shí)的高轉(zhuǎn)矩。有電動(dòng)機(jī)起動(dòng)車輛,行車中起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)要求高轉(zhuǎn)矩。此外,車用電機(jī)的低噪聲與低成本技術(shù)也至關(guān)重要。2.5.2電動(dòng)機(jī)類型直流有刷電機(jī)早期電動(dòng)汽車由蓄電池供電故最早采用的是直流有刷電機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟,具有優(yōu)良的控制特性。在早期開發(fā)的電動(dòng)汽車上多采用直流電動(dòng)機(jī),即使到現(xiàn)在仍有一些電動(dòng)汽車使用直流電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。雖然直流有刷電機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,成本低,但由于電機(jī)本身存在電刷和機(jī)械換向器,不但限制了電機(jī)過載能力與速度的進(jìn)一步提高,而且如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,勢(shì)必要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上,使得散熱困難,限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。而且這種電機(jī)效率低,維護(hù)麻煩,尤其是電刷產(chǎn)生的火花,會(huì)給汽車的其他電器帶來高頻電磁干擾。此外,機(jī)械換向器的換向能力限制了直流有刷電機(jī)的容量、電壓和轉(zhuǎn)速。鑒于直流電動(dòng)機(jī)存在以上缺陷,在新研制的電動(dòng)汽車上已基本不采用直流有刷電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子和定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率覆蓋面很寬廣,轉(zhuǎn)速可高12000?15000r/min??刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式,冷卻自由度高。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好,并能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較,質(zhì)量減輕一半左右,價(jià)格便宜,維修方便。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率較低,轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱,在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要保證對(duì)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的冷卻,否則會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低,使得變頻變壓裝置的輸入功率因數(shù)也較低,因此需要采用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身,此外,交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能也較差。稀土永磁電機(jī)稀土永磁同步電機(jī)采用稀土永磁材料,具有效率高、功率密度大等特點(diǎn),在中、小功率的系統(tǒng)中有優(yōu)勢(shì)。但是稀土永磁同步電機(jī)的成本高,而且目前使用最多的釹鐵稀土永磁體的工作溫度比較低,電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫升不能太高。稀土永磁同步電機(jī)分為正弦波稀土永磁同步電機(jī)(通常稱為稀土永磁同步電機(jī))和方波型稀土永磁同步電機(jī)(通常稱為稀土永磁無刷直流電機(jī))。正弦波稀土永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)是,永磁體在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)空間上按照正弦分布,定子三相繞組為正弦分布繞組,電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)及電機(jī)定子電流均為正弦波;而稀土永磁無刷直流電機(jī)為梯形波。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒有換向器和電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。另外,它采用永磁體轉(zhuǎn)子,沒有勵(lì)磁損耗;發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上,散熱容易,因此,永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有換向火花,沒有無線電干擾,壽命長(zhǎng),運(yùn)行可靠,維修簡(jiǎn)便。此外它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承可以在每分鐘高達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)運(yùn)行永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與其它電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率,在電動(dòng)汽車中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制,使得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過載電流作用時(shí),其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象,將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能,嚴(yán)重還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī),在使用中必須嚴(yán)格控制,使其不發(fā)生過載。永無刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下操縱復(fù)雜,需要一套復(fù)雜的控系統(tǒng),從而使得永磁無刷直流動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種新型電動(dòng)機(jī),該系統(tǒng)具有很多明顯的特點(diǎn):它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動(dòng)機(jī)都要簡(jiǎn)單,在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等,只是在定子上有簡(jiǎn)單的集中繞組,繞組的端部較短,沒有相間跨接線,維護(hù)修理容易。因而可靠性好,轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min。效率可達(dá)85%?93%,比交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)要高。損耗主要在定子,電機(jī)易于冷卻;轉(zhuǎn)子無永磁體,可允許較高溫升。調(diào)速范圍寬,控制靈活,易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩速度特性,而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率,因而,更加適合電動(dòng)汽車動(dòng)力性能要求。但是,開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)比其他電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些,位置檢測(cè)器是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件,其性能對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu),不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng),噪聲是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)最主要的缺點(diǎn)。但近年來的研究表明,采用合理的設(shè)計(jì)、制造和控制技術(shù),開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外,由于開關(guān)磁阻電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大,功率變換器的直流電流波動(dòng)也較大,所以在直流母線上需要裝置一個(gè)很大的濾波電容器。近年來,在電動(dòng)汽車上得到了一定的應(yīng)用。目前,電動(dòng)車用電機(jī)基本上形成主流,但并不單一,而是呈多樣化趨勢(shì)發(fā)展,異步電機(jī)和永磁無刷直流電機(jī)用得比較普遍。交流電機(jī)的選擇小型清掃車電機(jī)米用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)是按照國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的,具有國(guó)際互換性特點(diǎn)。其中Y系列(IP44)電動(dòng)機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī),具有防止灰塵、鐵銷或其他雜物侵入電機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn),B級(jí)絕緣,工作環(huán)境溫度不超過+40°C,相對(duì)濕度不超過95%,額定電壓380V,頻率50HZ。適用于無特殊要求的機(jī)械上。根據(jù)工廠實(shí)際生產(chǎn)中反饋的信息,電機(jī)功率2.2KW已經(jīng)可以滿足小型清掃車的需要。電機(jī)如圖2-5所示,電機(jī)的型號(hào)選擇為Y90L1—2,技術(shù)數(shù)據(jù)如表2—1所示:

表2-1Y90L1-2技術(shù)數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)前定功率kw滿載轉(zhuǎn)速rjirin堵額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量KgY90L1-22.2同步轉(zhuǎn)違3000r/min,2級(jí)28402.22.2才31-軸承端蓋;2-軸;3-電機(jī);4-電機(jī)軸圖2-5電機(jī)第三章清掃車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1關(guān)鍵部分的機(jī)械設(shè)計(jì)3.1.1齒輪的設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有;1)效率高在常用的機(jī)械傳動(dòng)中,以齒輪傳動(dòng)的效率為最高。如一級(jí)圓柱齒輪傳功的效率可達(dá)99%。這對(duì)大功率傳動(dòng)十分重要,因?yàn)榧词剐手惶岣?%,也有很大的經(jīng)濟(jì)意義。2)結(jié)構(gòu)緊湊在同樣的使用條件下,齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。3)工作可靠、壽命長(zhǎng)設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng),工作十分可靠,壽命長(zhǎng)達(dá)一、二十年,這也是其它機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對(duì)車輛及在礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。4)傳動(dòng)比穩(wěn)定傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用,也就是由于具有這一特點(diǎn)。以下是齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算:已知條件:輸入功率P1=2.2kw,小齒輪轉(zhuǎn)速%=120rmin,齒數(shù)比u=1.37,傳動(dòng)用途、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)種類及工作制度。1選定齒輪類型、精度等級(jí)及齒數(shù)1)按圖3-1所示的傳動(dòng)方案,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2)清掃車為一般工作機(jī)器,故選用7級(jí)精度(GB10095-88)。3)材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40b(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,兩者材料硬度差為40HBS。選小齒輪齒數(shù)氣=18,大齒輪齒數(shù)z2=uzi=1.37x18=24.66,取z2=25。

1-電機(jī);2-大齒輪;3-小齒輪圖3-1清掃車傳動(dòng)簡(jiǎn)圖2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算,即1)d>2.23「SL?也[■fZ3(3.1)1,頃u*h\)式中氣——載荷系數(shù);T1——小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩;4d齒寬系數(shù);——材料的彈性影響系數(shù);u齒數(shù)比;C]——接觸疲勞許用應(yīng)力。H確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)K=1.3計(jì)算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩T1=95.5x105PJn1=95.5x105x2.2J120N-mm=214.242x104N-mm

⑶由表10-7選取齒寬系數(shù)4廣1(4)由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)Z=189.8"ii2E⑸由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限chiimi=600MPa;大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限c=550MPa;Hlim2⑹由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)Khni=0.90;%2=0.95(7)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率1%,安全系數(shù)S=1,由式(10-12)⑵得C]__Hliml=0.9x600MPa=500MPacH]=Khn2;hIim2=0.95x550MPa=522.5MPa計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑d,代入Ich]中較小的值,由式(3.1)可見3一」KTu+13一」KTu+1《>2.23]|—?——\4du(189.8)2xx^522.5(189.8)2xx^522.5)=2.2321=198mm計(jì)算圓周速度vv=保建1=^x198x120m!s=1.24ms60x100060x1000計(jì)算齒寬bb=4?d=1x198mm=198mm計(jì)算齒寬與齒高之比bh模數(shù)m=dz=19818=111t1,齒高h(yuǎn)=2.25m=2.25x11=24.75tbh=19824.75=8計(jì)算數(shù)荷系數(shù)根據(jù)v=1.24ms,7級(jí)精度,由圖10—8⑵查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.12;直齒輪,假設(shè)KaF/b<100N/mm。由表10—3查得、=卜=1.2;由表10—2⑵查得使用系數(shù)KA=1;由表10—4⑵查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承懸臂布置時(shí),Kh§=1.12+0.18(1+6.7x%2)%2+0.23x10-3xb將數(shù)據(jù)代入后得K=1.12+0.18(1+6.7x12)+0.23x10-3x198=2.552H§由bh=8;K=2.552查圖10—13⑵得K=1.8;郵f§故載荷系數(shù)K=KKKh勾§=1x1.12x1.2x1.8=2.019按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由式(10—10a)⑵得-一33~―t《=<JKK=19&\2019『1.3mm=208125nm計(jì)算模數(shù)m=dJz1=208.125/18=11.5mm3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(10—5)⑵得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為m>|2^^^(3.2)^式中K——計(jì)算載荷系數(shù);(3.2)T1——小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩;4d齒寬系數(shù);z1——小齒輪齒數(shù);

丫而——齒形系數(shù);Y%——應(yīng)力校正系數(shù);L]——彎曲疲勞許用應(yīng)力。F小齒輪的彎1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值由圖10—20c[2]查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限a知=500MPa,曲疲勞強(qiáng)度極限a=380MPa;FE2由圖10—18⑵查得彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfni=0.85,Kfn2=0.88;計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由式(10—12)⑵得a]=*iaFE1=0.85乂500MPa=303.57MPa小齒輪的彎fiS1.4a]=*FN?FE2=0.88x380MPa=238.86MPaF2S1.4計(jì)算載荷系數(shù)KK=KK^KfKf=1x1.12x1.2x1.35=1.814查取齒形系數(shù)由表10—5⑵查得Yf1=2.65;Yf2=2.26。查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10—5⑵查得丫叫=1.58;丫草=1.764。計(jì)算大、小齒輪的Y^并加以比較F2.65x1.58303.57=0.01379YY—Fa2—]a-2F22.226x1.764-~238.86=0.016442)設(shè)計(jì)計(jì)算,由式(3.2)可見,

:2x1.814x214.242x2.65x1.58303.57=0.01379YY—Fa2—]a-2F22.226x1.764-~238.86=0.016442)設(shè)計(jì)計(jì)算,由式(3.2)可見,:2x1.814x214.242x1041x182x0.01644mm=10.872mm1m11大齒輪齒數(shù)z2=uz2=1.37x19=26.03,取z2=26這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng),即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,并做到結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費(fèi)。大齒輪如圖3-2所示。1)計(jì)算分度圓直徑d=zm=19x11mm=209mmd=zm=26x11mm=286mm2)計(jì)算中心距a=d+d2),2=(209+286)2mm=249.5mm3)計(jì)算齒輪寬度b=4?d=1x209mm=209mm取B=209mm,B=215mm。廠2TF=―1

td12x214.242x104209=20501.6N爪,占='xL6n;mm=98Nimm<100Nmm,209合適{>圖3-2大齒輪圖3-3齒輪嚙合圖3.2齒輪軸的設(shè)計(jì)齒輪軸受彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力作用,但載荷和轉(zhuǎn)速均不高,沖擊載荷也不大,所以具有一般綜合機(jī)械性能即可滿足要求。但鑒于主軸的重要性,主軸材料選用合金鋼40Cr,40Cr油淬臨界直徑為30mm?40mm,與普通鋼材具有更好的力學(xué)性能和熱處理性能,價(jià)格也普通鋼材相差無幾,廣泛應(yīng)用于制造一般尺寸的重要零件。40Cr需經(jīng)淬火加高溫回火熱處理°40Cr淬透性較高,一般都用油淬,回火溫度一般在500°C?650°C,回火后快冷(水冷或油冷),有利于韌性的提高。熱處理后的組織是回火索氏體。主軸連接齒輪部分的表面需要有較好的耐磨性,可在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行感應(yīng)加熱表面淬火或進(jìn)行專門的化學(xué)熱處理,如氮化等。主軸如圖3-4所示圖3-4齒輪軸由于該主軸既承受扭矩又承受彎矩,所以主軸的強(qiáng)度校核按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算,軸的載荷分析圖如圖3-5所示。

Fr圖3-5軸的載荷分析圖圖3-5中尸1是一個(gè)虛擬力,是清掃車行駛后產(chǎn)生的力,假設(shè)工件材料是45鋼,密度7.85x103kg/m3,長(zhǎng)度900mm,直徑180mm,則重力G為:G=mg=pvg=7.85x103x0.9x0.18x10=1.27x104N一11一一一一一取F1=2G=2x1.27x104=0.64x104N求出齒輪的轉(zhuǎn)矩T已知電機(jī)功率P=2.2kW,大齒輪轉(zhuǎn)速n=165r/min,所以,

__尸—2.2__T=9550000—=9550000x——n115758N-mn165求作用在大齒輪上的力已知大齒輪輪直徑d=286mm,所以,2T2x115758圓周力F=一=n809.49Ntd286徑向力F=F?tga=809.49xtg20=294.45N。求軸承的支反力由圖3-5軸的載荷分析圖可知,F(xiàn)809.49F809.49—t22=404.75NFNV1+FNV2=F+F147F+186F]=94F^2推出:F^1=-16707N,Fg=34457N求彎矩Mh=「叵1x47=404.75x47=19023.3N-mM1=F^1x47=-16707x47=7.85x105N-mM2=F]x92=6400x92=0.6x106N-m求總彎矩M=、.'19023.32+(7.85x105)2=7.85x105N■m1M2=\:0+(0.6x106)2=0.6x106N?m15-5[2]按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度由圖3-5和以上的計(jì)算可知該軸的危險(xiǎn)截面是軸的螺紋的截面,根據(jù)式和表15-4[2]可得:15-5[2]Wn0.1d3(1-p4)(3.3)=0.1d3[1-(務(wù))4]40=0.1x803x[1-()4]66=44237

抗彎截面系數(shù);D——安裝齒輪部分軸的直徑;D1——軸的空心內(nèi)徑。(3.3)折合系數(shù)a取0.6,所以軸的計(jì)算應(yīng)力a頁為::M2+(aT)2.(0.6X106)2+(0.6x43018)2aca==13.6MPa44237aca44237前面已選定軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理,由表15-1[2查得[a1]=70MP。因此aca<[a1],故安全。第四章產(chǎn)品市場(chǎng)分析4.1用戶群價(jià)格定#品牌定傳頌定僮對(duì)比E第四章產(chǎn)品市場(chǎng)分析價(jià)格定#品牌定傳頌

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