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摘 要
中國是全球人數(shù)人口基數(shù)很多的國家，其中流動性也很大得大，同時隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活節(jié)奏的加快，為了出行更加便利汽車也成了現(xiàn)代人必不可少得一種快捷得工具。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車也隨著時代而普遍出現(xiàn)，無論大型車小型車很多有有。其中的前橋是萬分重要不能缺少的一個組成部分，步入二十一世紀以來，世界的汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，百姓對于汽車方面的消費也呈上升趨勢，呈現(xiàn)出了十分強勁的勢頭。與此之同時也促進了非標自動化的加工業(yè)的發(fā)展。而在多種工業(yè)設(shè)備過程中，需要很大的工作量，本次設(shè)計的項目是前橋裝配設(shè)備的設(shè)計，第一步我們要分析本次設(shè)計背景，調(diào)查課題就于當前的研究現(xiàn)狀的優(yōu)點與缺陷所在，通過研究分析，能夠正確運用機械設(shè)計制造系統(tǒng)以及其他所學課程的相關(guān)理論制造設(shè)計的知識，制定機械設(shè)計計劃，通過比較分析學習必要的計算方法。掌握并了解設(shè)計的基本辦法。通過設(shè)計，培養(yǎng)可行性強的設(shè)計思維、解析、處理問題的能力。確定一種最合理的傳動系統(tǒng)方案以實現(xiàn)既定的功能要求。再結(jié)合相關(guān)理論知識，對自動化的歷史、發(fā)展應(yīng)用性方面和本設(shè)備綜合概括。整個系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計簡單，結(jié)構(gòu)精妙，性能穩(wěn)定，實現(xiàn)多功能。確定研究方向和思路，之后基于工程原理，將對前橋裝配設(shè)備的設(shè)計，采用非標自動化的設(shè)計原理，實現(xiàn)方便使用，最后再進行制圖。
關(guān)鍵詞：前橋 ;自動化 ;機械；發(fā)展
Abstract
China is a country that with a large population base in the whole world, and its mobility is also very large. At the same time, with the development of the economy and the acceleration of people's living rhythm, in order to travel more and more convenient,at now cars have become an indispensable and fast tool for the modern people. With the development of the automobile industry, the automobile also appears generally with the times, no matter how many large cars and small cars there are. The front axle is an indispensable part. In recent years,after 21th with the rapid development of automobile, we could now the consumption of automobile has increased dramatically, showing a strong momentum. At the same time, it is also promotes the development of non-standard automation processing industry. In the process of a variety of industrial equipment, a lot of work is required. The project of this design is the design of front axle assembly equipment..At the First, analyze the design background, understand the advantages and disadvantages of the current research status. Through research and analysis, correctly use the relevant theoretical knowledge of mechanical design system and other courses, formulate the mechanical design plan, and learn the necessary calculation methods through comparative analysis 。 Master the basic method of design. Through design, cultivate the ability of correct design thinking, analysis and problem solving. Determine the most reasonable transmission system scheme to achieve the established functional requirements. Combined with relevant theoretical knowledge, the history, development and application of automation and the equipment are summarized. The whole system is simple in design, exquisite in structure, stable in performance and multi-function. Determine the research direction and ideas, then based on the engineering principle, the design of the front axle assembly equipment will adopt the design principle of non-standard automation to realize the convenience of use, and finally carry out the drawing and modeling: use AutoCAD
Keywords: Nonstandard automation; automation; machinery; development
目 錄
1 緒論 1
1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.1.1國外自動化的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.1.2國內(nèi)自動化的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2發(fā)展趨勢和現(xiàn)實意義 1
1.3前橋裝配自動化優(yōu)點 2
1.4研究內(nèi)容 3
2 前橋裝配設(shè)備總體設(shè)計 5
2.1前橋裝配設(shè)備內(nèi)容 5
2.2前橋裝配設(shè)備的設(shè)計 5
2.2.1前橋裝配設(shè)備的設(shè)計要求 6
2.2.2前橋裝配設(shè)備的設(shè)計路線 6
2.3綜合設(shè)備零件設(shè)計原則 7
3 主要零部件的設(shè)計 8
3.1電機的選型 8
3.2軸的選擇 9
3.3計算軸的最小直徑 9
3.4軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定 10
3.5氣動系統(tǒng)部分 12
3.6氣缸選型 13
3.6.1氣缸的理論輸出力 13
3.6.2氣缸的負載率 15
3.7導軌部分 16
3.8壓裝力及其性能 17
3.8.1液壓缸的結(jié)構(gòu) 18
3.8.2帶動工作臺的液壓缸的計算 18
4前橋裝配設(shè)備部件的示意圖 21
4.1前橋裝配設(shè)計整體視圖 21
4.2壓裝組件 22
4.3設(shè)備壓裝過程 24
5 結(jié)論 28
參考文獻 30
致 謝 31
1 緒論
1.1 國內(nèi)外的裝配機械發(fā)展現(xiàn)狀
1.1.1國際上目前自動化的發(fā)展現(xiàn)狀
世界自動化的產(chǎn)業(yè)正在以一個令人震撼的速度發(fā)展。有關(guān)傳感器技術(shù)、開放性大中小型產(chǎn)業(yè)使用的過程自動化機械系統(tǒng)、現(xiàn)場的總線調(diào)試裝配技術(shù)和其他自動化技術(shù)凝聚成了產(chǎn)業(yè)界程度，尤其為上世紀九十年代期間的美國與日本的傳感器總售量額數(shù)突破了一百億美元。
國外歷史的產(chǎn)業(yè)革命時期，外國史的機械自動化非常耀眼，可以說是載入史冊的創(chuàng)舉。在當時，瓦特自己通過改良后的復古蒸汽機運用了很多我們熟知的機械自動控制和周邊管制系統(tǒng)：離心知事、節(jié)氣門閥。離心加瓦納創(chuàng)造了一個新的機械自動控制里程碑。
1.1.2國內(nèi)自動化的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)一些主要汽車生產(chǎn)廠家使用的車橋裝配機構(gòu)，由于汽車生產(chǎn)量較大，目前，前車軸主銷和鎖緊銷大部分采用手動壓床安裝。工人的勞動力大，生產(chǎn)效率慢，裝置完全控制，裝配精度低下落后，控制系統(tǒng)采用后方，手動操作，人的控制監(jiān)視。對人身的保護性較差，這種大型裝配機構(gòu)壓裝精度低。再有對不同型號的前橋進行裝配時，需要人工更換夾具，生產(chǎn)效率低、安全性差。因此，前車軸組裝裝置在前車軸組裝的工序和結(jié)果上不滿足生產(chǎn)人員最基本的要求，新技術(shù)的研究和裝置的更新是當務(wù)之急。它可以減少工人的勞動力，減少噪音污染，改善工作環(huán)境，減少人為鎖定銷造成的損失，確保壓入深度，提高了裝配質(zhì)量。
自動化對我國制造行業(yè)及舉國GDP經(jīng)濟發(fā)展有著不可或缺十分重要的作用，推進了制造傳統(tǒng)及未來新行業(yè)的生產(chǎn)工藝方式，加速了當今時代制造行業(yè)還有周邊產(chǎn)業(yè)鏈行業(yè)的創(chuàng)新性發(fā)展程度。并且，機械制造及自動化可以說代表了我國國家的科技競爭水平和經(jīng)濟發(fā)展的成功性，給我國千萬家百姓的生活與工作很好的提供了方便，大幅度節(jié)省了人力和物力資源，有效降低了在機械制造過程中的可利用資源浪費，為經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展政策提供了支持。
一般來說，大多數(shù)中小規(guī)模的非標準自動化機械企業(yè)都面臨著三大難題。只有想辦法解決處理這三個大課題，他們才得以存在下來，才能面對將要發(fā)生在市場上的種種機會。因此，我們必須冷靜下來，奮發(fā)的工作，總是首先要支持口碑好的商業(yè)方針。向客戶提供從完成方案、處理、組裝到調(diào)試的綜合解決方案。產(chǎn)品的理論形態(tài)→方案相關(guān)→建模作業(yè)→繪制個性→處理→組裝→調(diào)試，提供完整的產(chǎn)業(yè)性集合。
1.2發(fā)展趨勢和現(xiàn)實意義
隨著人力資源的不足，未來市場上的非標準自動化機器將會擴大和普及。業(yè)界對應(yīng)的人才需求也很大。
設(shè)計注重于理論知識，生產(chǎn)可以刨去更美觀、或許還有實用，目的是簡單、高效、經(jīng)濟、能有創(chuàng)造力。作為一名行業(yè)中站得住腳的資深設(shè)計師，機械評價應(yīng)該具有能夠避開許多不必要彎路的超越判斷力。節(jié)約機器相關(guān)開發(fā)的時間、人力和成本。成功并非偶然的設(shè)計師需要長期的一般、戰(zhàn)略、控制新開發(fā)的機器和產(chǎn)品的制造過程，并達到預(yù)期的效果。因為是非標準機器，所以組裝非常重要。不是簡單的組裝和調(diào)試。有資格的總成工程師，至少因為是同一類型的機器，他組裝的機器的使用壽命要長得多。這不僅是匯編器的實際經(jīng)驗，還需要充分理解和注意適用卡車操作的設(shè)備組件、容許范圍、材料性能等關(guān)鍵，找出問題好，設(shè)計反饋，分析問題，并一起解決開始。我理解的總成工程師不是以前埃爾達那一代說的fita。非標準擬合還必須幫助工程師完成一組成功的理論知識、豐富的組裝經(jīng)驗和零件處理技術(shù)的過程跟蹤和質(zhì)量檢驗。
隨著當今自主品牌車企的崛起，汽車對前橋的材料以及技術(shù)要求也越來越高，這要求汽車前橋的裝配工藝更高，因此需要更高性能的前橋裝配裝備機構(gòu)。隨著不斷的研究與開發(fā)，會朝著自適應(yīng)可調(diào)前橋裝配裝備機構(gòu)方向發(fā)展?？傊?，未來的汽車前橋裝配裝備機構(gòu)應(yīng)該有以下特點：高精度、高安全性、更高的使用性能等，以更好的完成前橋的裝配，使汽車駕駛者與乘客更加舒適安全。
1.3前橋裝配自動化優(yōu)點
自動化有以下幾點。另一方面，人類的體力勞動消耗是可以被替換掉的，或者可以幫助人的目的勞動，調(diào)教，運營，控制，優(yōu)化人工的機器。在功能方面，它只是一部分自動化功能的目標系統(tǒng)，取代了人的肉體或精神勞動。自動化的功能目標是形成多種多樣的有機系統(tǒng)。關(guān)于范圍，制造自動化不僅包括特定的制造過程，還包括產(chǎn)品它本身生命循環(huán)的所有過程。
非標準自動化也屬于自動化領(lǐng)域。功能是自動化的機器設(shè)備，并且根據(jù)企業(yè)用戶的過程要求來設(shè)計和定制。那個操作很方便，靈活，不是單品。其功能有很大的變更余地，可以根據(jù)用戶的要求追加。一般用于工業(yè)、電子等領(lǐng)域。
自動化對中國制造業(yè)和國民經(jīng)濟的延伸起著重要的作用。改變制造業(yè)的運作形式，推動制造業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的革新和發(fā)展另外，機械制造和自動化反映了中國科學技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展的水平，為人們的生命和工作提供便利，保存人和材料資源，減少機械制造過程中資源的浪費，提供可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的支持。
在可持續(xù)發(fā)展方面，可長遠發(fā)展是中國社會發(fā)展的重要誘導意識形態(tài)，所以可持續(xù)發(fā)展是中國機械制造和自動化的必然發(fā)展趨勢。在展現(xiàn)過程中，中國注重的產(chǎn)業(yè)、金融相關(guān)和文化的可持續(xù)發(fā)展。機械制造業(yè)是中國GDP的重要展示實力部分，機械制造的能夠歐持續(xù)的發(fā)展是中國可倡導政策的必要條件。進而，隨著機械制造自動化的發(fā)展，機械制造的效率提高，自動化逐漸走進百姓的生活中，機械制造過程中的消耗品減少，能夠減少機械制造造成的環(huán)境損傷。加強機械制造環(huán)保材料和可再生資源的應(yīng)用，促進機械制造的可持續(xù)開發(fā)。
隨著高新技術(shù)的發(fā)展，高技術(shù)、新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域在機械加工的自動化中，高技術(shù)和新技術(shù)被廣泛使用。具體地說，現(xiàn)代機械制造業(yè)中的自動化技術(shù)具有更大的優(yōu)點，先進的技術(shù)手段在機械制造過程中被廣泛使用。而且，機械制造人員的科學技術(shù)和專業(yè)技術(shù)水平一直在改善。此外，機械制造自動化的發(fā)展，引導了基于信息的設(shè)計方法，必用了多樣化的機械設(shè)計理論和機械設(shè)計技術(shù)，使用用于科學處理機械制造方法和機械制造技術(shù)的技術(shù)手段。因此，形成科學的機械設(shè)計法。同時，采用高技術(shù)、新技術(shù)，可以改善機械制造自動化系統(tǒng)，提高機械制造自動化系統(tǒng)的可用性，高效率發(fā)揮出機械制造自動化的體現(xiàn)所在，為提高機械制造產(chǎn)品的質(zhì)量提供保證。一般來說，機械制造自動化的發(fā)展不僅與機械產(chǎn)品的設(shè)計和制造有關(guān)，還與企業(yè)的競爭和市場發(fā)展密切相關(guān)。
由于自動化市場環(huán)境中產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，所有工人的需求都大幅增加。生產(chǎn)部門正在加速成本。在保質(zhì)了產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，想造出廉價的東西。唯一的方法是削減生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)出的速率。手動操控的上限速度受到限制。無論哪個車站。自動化有以下幾點。另一方面，人類的體力勞動可以被替換，或者可以幫助人的精神勞動，調(diào)整，管理，控制，優(yōu)化人的機器。在功能方面，它只是一部分自動化功能的目標系統(tǒng)，取代了人的肉體或精神勞動。自動化的存在的意義是鑄就多種多樣的有機系統(tǒng)。關(guān)于范圍，制造自動化不僅包括特定的制造過程，還包括產(chǎn)品生命完整循環(huán)的所有過程。
現(xiàn)在自動化機器發(fā)展至可以熟練運用并交換成果的階段自動化是1家致力于從事研發(fā)產(chǎn)品、制造產(chǎn)出、銷售AI自動完成控制、數(shù)字字符、因特控制器和傳感器的前瞻精尖企業(yè)。它本身的多個功能系統(tǒng)模塊和完整嵌入式可靠處理方案可以達到許多用戶的個人需求。該公司的產(chǎn)品有各種各樣的一系列產(chǎn)品來滿足顧客的需求。自動化裝置由振動板構(gòu)成。
1.4研究內(nèi)容
(1)首先對非標自動化的研究背景進行了詳細的介紹，并結(jié)合當今社會的現(xiàn)狀分析了研究的目的及意義。
(2)對前橋設(shè)備自動化設(shè)計要求進行了總結(jié)與歸納，最后對本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)框架進行了介紹。
(3)設(shè)計計算。首先對前橋設(shè)備的驅(qū)動電機進行了選型，然后又對前橋設(shè)備的固定系統(tǒng)進行了設(shè)計，采用的是中心自動對中機構(gòu)，并對其中所用的調(diào)節(jié)和限位做出校驗。
(4) 前橋裝配裝備設(shè)計是應(yīng)用機械設(shè)計專業(yè)知識完成一臺專機設(shè)計。前部車軸組裝裝置可以完成汽車前部車軸的組裝作業(yè)。工件固定件既方便又可靠地使用，并且為了與不同的前部車軸夾一致，可以迅速更換。壓床位置準確，可以檢測壓床力，可以調(diào)整工作臺的高度和位置，以適合汽車不同型號的前部車軸組件的壓裝，壓裝力可用電機或氣動實現(xiàn)，工作過程有對操作人員的安全保護。
利用制圖軟件對前橋設(shè)備進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制出重要零部件的二維圖紙，并對其主要零部件的功能及材料進行了詳細的介紹，對它的整體結(jié)構(gòu)進行講解。
2 前橋裝配設(shè)備總體設(shè)計
為了滿足以上的裝配要求，采用懸掛式壓裝機。沖壓安裝機主要由升降裝置、定位裝置、沖壓安裝裝置、控制裝置等構(gòu)成，沖壓裝置使用氣壓床，能夠得到充分的壓力力，使系統(tǒng)簡單可靠。定位裝置采用定位元件來實現(xiàn)活塞桿的準確定位。升降裝置采用三相步進電動機為驅(qū)動裝置，帶動升降機來調(diào)整定位裝置的位置，進而裝配不同型號的軸。壓入力檢測采用了自動檢測報警器，可實現(xiàn)自動監(jiān)控，控制系統(tǒng)則采用可靠和抗干擾性能較強的ＰＬＣ可編程序控制器。
2.1前橋裝配設(shè)備內(nèi)容
通過理論論證和虛擬仿真提高設(shè)備的安全性，同時要考慮經(jīng)濟因素，為客戶和生產(chǎn)廠家提供最優(yōu)設(shè)計。
設(shè)計內(nèi)容：前橋裝配裝備設(shè)計是應(yīng)用機械設(shè)計專業(yè)知識完成一臺專機設(shè)計。前橋裝配裝備能完成汽車前橋的裝配工作，要求工件夾具使用方便可靠、可快速更換夾具匹配不同前橋裝夾，壓裝位置準確，壓裝力可檢測，工作臺高度位置可調(diào)以適應(yīng)不同型號汽車前橋總成壓裝，壓裝力可用電機或氣動實現(xiàn)，工作過程有對操作人員的安全保護。
圖中所示為需裝配汽車前橋CAD圖
2.2前橋裝配設(shè)備的設(shè)計
在本次設(shè)計中，前橋設(shè)備主要包括以下幾部分，電機，氣缸，滑軌和其他重要的機構(gòu)機架，自動化自對中便于準確的安裝設(shè)備。在設(shè)計的過程中，首先要確定操作平臺的大小用于選擇電動機的型號，在安裝設(shè)備的同時來校準檢驗有效性的實施，從而是操作變得簡單于安全。
圖2.1 壓裝機結(jié)構(gòu)圖
2.2.1前橋裝配設(shè)備的設(shè)計要求
主銷后傾角1.5°~3°左右，夾具定位精度≤0.01 mm ，車輪外傾角1°左右，壓裝機重復壓裝精度≤0.0lmm，墊片應(yīng)裝在前軸主銷承孔上平面上，不要裝在下面，保證操作工人的生命安全，主銷楔形橫銷擰緊力矩一般為20N/m~40N/m（8）整個裝配過程零件不允許被磁化。
2.2.2前橋裝配設(shè)備的設(shè)計路線
（1）、機電總體方案設(shè)計。
因為步進電機的輸出角度與控制器提供的脈沖數(shù)直接成正比例，所以電動機速度與控制器提供的脈沖頻率成正比。因此，正確的要求不太高時使用步進電機是妥當?shù)摹?
（2）、機械總裝配設(shè)計、零件詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計。
要是由壓裝裝置、夾緊裝置、工件的定位和升降裝置等組成的機械系統(tǒng)。
壓裝裝置采用導向軸、氣缸、氣缸固定板、墊片等組成。
定位裝置采用楔形鎖銷孔為定位基面。
夾緊裝置采用手動和氣爪夾緊。
升降裝置經(jīng)由齒輪減速機采用步進馬達（電動機），驅(qū)動電梯以調(diào)整定位裝置的位置，然后組裝不同類型的緩沖器。
（3）、氣動或電動系統(tǒng)設(shè)計及計算。
氣動系統(tǒng)主要由一次壓力控制回路，方向控制回路，調(diào)速回路，氣缸同步動作回路等組成。
次壓力控制回路用來維持系統(tǒng)氣壓穩(wěn)定，方便工作壓力的調(diào)節(jié)與控制。
方向控制回路是通過兩位五通電磁換向閥的換位控制輸出氣缸的動作方向。
調(diào)速回路是通過節(jié)流調(diào)速閥實現(xiàn)對氣缸進給速度的調(diào)節(jié)。
（4）、控制部分的選型及設(shè)計
前橋裝配壓裝機是典型的順序控制系統(tǒng)。由于系統(tǒng)控制規(guī)模小，輸入輸出點不多，三菱商事的fx系列可編程控制器采用了全行程、適合在各種場合進行檢測、監(jiān)視、控制自動化的系統(tǒng)。
2.3綜合設(shè)備零件設(shè)計原則
1 工作可靠
可靠的操作意味著它通常可以在其壽命范圍內(nèi)發(fā)揮其功能。每個部件必須具有裝置內(nèi)的某些功能，一些主要部件在裝置的正常操作中起決定性作用。機器零件的設(shè)計應(yīng)在機構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)中進行需要通過科學設(shè)計來確保機器零件的可靠性。影響部件可靠性的體現(xiàn)所在于強度，剛度，使用壽命，振動起來時的穩(wěn)定性，精確呈度，摩擦情況和損壞率。設(shè)計機器零件時，所有的細節(jié)都要慎重考慮。例如，軌道提升的壽命、操作力必須在勞動者的范圍內(nèi)。運用起來易，環(huán)境不被破壞，體積小，外觀整潔安全性高，維護方便的環(huán)境變化等。
2 便于加工裝配
????? 機器零件縮短制造周期，方便工人操作，提高企業(yè)響應(yīng)速度，提高各種大中小型企業(yè)競爭力，降低成本。
3 經(jīng)濟性好
??? 在滿足產(chǎn)品功能的條件下能夠盡量的削減產(chǎn)品成本是企業(yè)的一定目標。零部件其原材制造成本占總體產(chǎn)品成本的很多部分。降低單獨器件成本的主要方法是減少部件的體積和重量，盡量減少珍貴材料的使用，改進材料的利用方法，盡可能降低處理成本。
4 符合有關(guān)標準
????在設(shè)計過程中，我們必須遵守國家的法令，如標準、專利法、商標法等，盡量提高產(chǎn)品質(zhì)量，合理簡化品種，縮短設(shè)計和制造周期，降低制造成本，保護環(huán)境。
。
3 主要零部件的設(shè)計
3.1電機的選型
根據(jù)系統(tǒng)精度，取其脈沖當量為δP=0.01mm/step；步進電機步距角為0.6°
（1）步進電機啟動力矩的計算
T=36δPμG2πθbη
啟動時不計入運動部件影響，啟動力矩：
Tq=T0.3~0.5
取安全系數(shù)為0.3，則Tq=2.60.3=8.71N?cm
對于工作方式為5相步進電機
T1000Vmax60δPmax
得TkHzmax
根據(jù)以上所得數(shù)據(jù)，RKII系列 AC電源輸入 5相步進電機，其型號與主要參數(shù)：
型號：RKS596AC-TS10-3
保持轉(zhuǎn)矩(N?m) 14
背隙 15
齒輪頭種類 直齒輪機構(gòu)
額定電流(A/相) 0.75
步距角0.072
靜轉(zhuǎn)矩：5N?m
最大轉(zhuǎn)矩：5N?m
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量：2.4kg?cm2
（2）確定傳動:因步進電機步距角θb=0.6°，要求脈沖當量δP=0.01mm/step，則傳動比
u=360δPθb×t
得u=1
（3）電機軸的等效當量載荷轉(zhuǎn)動慣量的計算：
Jd=Js=πρd4l32
得Jd=1.34kg?cm2
（4）驗證電動機慣量匹配：JdJm=1.342.4=0.56，而14≤JdJm≤1，慣量配合合適。
（5）對步進電機的負載能力進行檢查:
步進電機軸上總慣量 J=Jd=Js=1.34×10-4kg?m2
空載啟動時，電動機軸上的慣量轉(zhuǎn)矩:
TJ=Tε=JωmaxΔt2πiVmaxP?t
TJ
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