小型秸稈壓塊機(jī)設(shè)計含9張CAD圖
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一、選題依據(jù)
1、 研究領(lǐng)域
本題目涉及機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理等多方面的知識。
2、 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值
秸稈壓塊是指秸稈或牧草經(jīng)閘側(cè)后進(jìn)行高密度壓縮成塊狀。秸稈是一種放錯地方的資源,在人類的日常生活中,會產(chǎn)生許許多多的剩余物,特別在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的秸稈資源,秸稈資源是可再生的生物質(zhì)能源,包含著大量的營養(yǎng)物質(zhì),但由于人們對此資源缺乏認(rèn)識,利用方式單一、落后,有效利用率低,導(dǎo)致這種資源松散的分布在大面積范圍內(nèi),給收集應(yīng)用帶來巨大困難。但隨著近來農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié),人們對于秸稈的有效利用的需求不斷增長,利用工業(yè)化手段將這種資源“變廢為寶”顯得尤為重要,小型秸稈壓塊機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生,不僅可以解決畜業(yè)動物的飼養(yǎng)問題,也可以提高資源的綜合利用率。因此設(shè)計一臺小型秸稈壓塊機(jī)就可通過機(jī)械化作業(yè)完成秸稈的粉碎、壓塊過程,提高了生產(chǎn)效率。而且由于國內(nèi)秸稈壓塊設(shè)備的市場需求逐漸變大,且進(jìn)口壓塊機(jī)價格比較昂貴、操作及維修想多復(fù)雜,不適用于一般中小型農(nóng)場。針對這種現(xiàn)狀,有必要開發(fā)成本低廉、易于操作和維修、可調(diào)式壓頭的小型秸稈壓塊機(jī)械。因此本研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義及必要性,選題的內(nèi)容符合機(jī)制專業(yè)的培養(yǎng)要求,設(shè)計方向明確,難易度適中。設(shè)計工作在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上展開,具備理論基礎(chǔ)和技術(shù)可行性。學(xué)生已掌握設(shè)計所需的相關(guān)知識,在軟硬件方面及查獻(xiàn)等方面有切實(shí)保障。同時,指導(dǎo)教師具備相關(guān)設(shè)計背景,學(xué)生有充裕的時間開展工作。
3、 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
秸稈壓塊是五十年代中期出現(xiàn)的一種新工藝,秸稈壓塊設(shè)備在歐美等發(fā)達(dá)國家已研究生產(chǎn)多年,并出口到世界各地,目前我國的秸稈壓塊機(jī)存在自動化程度低、價格昂貴、操作及維修復(fù)雜等弊端。針對這種現(xiàn)狀,有必要開發(fā)自動化程度高、成本低廉、易于操作和維修的小型壓塊機(jī)械。根據(jù)物料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在設(shè)計過程中,采用環(huán)模式可移動式秸稈壓塊機(jī),利用Top-down的設(shè)計方法,完成總機(jī)設(shè)計。本設(shè)計共包含四大部分:切碎裝置、自動上下料機(jī)構(gòu)、壓頭(曲柄連桿機(jī)構(gòu))、行走及駐停機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后,利用有限元分析軟件對關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
1954年美國約翰迪公司研制出世界上第一臺移動性秸稈壓塊機(jī),隨后又生產(chǎn)了400型、425型、429型秸稈飼料壓塊機(jī),后來在美國廣泛使用的是環(huán)模式壓塊機(jī)。日本時代研制的工廠化加工草塊的成套裝備,可實(shí)現(xiàn)計量、烘干分離、除塵壓塊及草料的運(yùn)輸、草塊的冷卻及包裝,也可加工稻麥秸稈等,成品含水率在10%到13%。隨后前蘇聯(lián),英國,丹麥以及其他國家都先后的生產(chǎn)了符合自己國家生產(chǎn)實(shí)際的秸稈壓塊機(jī),這種新興技術(shù)被廣泛應(yīng)用開來,大大提高了秸稈資源的可利用率。
秸稈壓塊機(jī)的主要類型有環(huán)模式、柱塞式、圓錐螺旋推進(jìn)式以及纏繞式壓塊機(jī)。設(shè)備的作業(yè)型式主要有兩種:一種是田間流動式作業(yè),一種是工廠化作業(yè)。其發(fā)展趨勢為:提高生產(chǎn)率,降低成本,節(jié)省能源,實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動化控制等。我國是從90年代各研究所和生產(chǎn)廠家才開始研究壓塊設(shè)備,現(xiàn)在國內(nèi)使用的主要類型是環(huán)模式壓塊機(jī)。雖然隨著我國改革開放的偉大進(jìn)程,綜合國力的顯著增強(qiáng),科學(xué)技術(shù)的不斷迅猛發(fā)展,現(xiàn)在的設(shè)備與以往不可同日而語,有許多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都研發(fā)出比較有科技含量的設(shè)備并應(yīng)用于實(shí)踐,但生產(chǎn)穩(wěn)定的設(shè)備并不多,主要原因是技術(shù)并沒有完全成熟,生產(chǎn)成本過高,功耗大,并且價格高昂,這給秸稈壓塊機(jī)的普及帶來巨大不利。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容
1. 重點(diǎn)解決的問題
(1).壓塊機(jī)傳動裝置的傳動方式;
(2).設(shè)計參數(shù)的合適選擇;
(3).環(huán)模結(jié)構(gòu)分析。
2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)
(1).壓塊機(jī)原理及結(jié)構(gòu)確認(rèn);
(2).壓塊機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計;
(3).秸稈切碎裝置設(shè)計;
(4).上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計;
(5).壓塊機(jī)壓頭機(jī)構(gòu)設(shè)計;
(6).壓塊機(jī)行走及駐停機(jī)構(gòu)設(shè)計。
3.本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果
結(jié)合具體的設(shè)計要求,通過學(xué)習(xí)及查閱相關(guān)方面的資料,全面的了解和掌握壓塊機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu),完成壓塊機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)功能部件的設(shè)計,對關(guān)鍵部件的強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析。最終完成論文、壓塊機(jī)的3D模型、2D工程圖(裝配圖、零件圖)、關(guān)鍵件有限元分析報告、外文文獻(xiàn)翻譯
三、論文(設(shè)計)工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));
首先采用文獻(xiàn)研究法,通過閱讀有關(guān)論文、圖書及相關(guān)資料,針對具體的設(shè)計要求,著重從理論及結(jié)構(gòu)上對國內(nèi)外現(xiàn)有秸稈壓塊機(jī)進(jìn)行全面的了解;第二,采用Top-down設(shè)計方法,進(jìn)行整機(jī)功能劃分;第三,利用3D設(shè)計方法,逐一進(jìn)行各機(jī)構(gòu)、部件的設(shè)計,確定零件尺寸及進(jìn)行干涉檢查;第四,有限元分析法,利用有限元分析模塊對關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度分析
2. 論文(設(shè)計)進(jìn)度計劃
第1周:查閱相關(guān)文獻(xiàn),收集資料,了解設(shè)計內(nèi)容;
第2周:翻譯外文文獻(xiàn),完成相關(guān)工作;
第3周:分析歸納文獻(xiàn),撰寫文獻(xiàn)綜述,確定研究方法,撰寫開題報告;
第4周:整理開題報告、文獻(xiàn)綜述,開題報告答辯;
第5周:小型秸稈壓塊機(jī)總體方案設(shè)計;
第6周:開展切碎裝置設(shè)計的工作;
第7周:整理已開展的工作,中期檢查;
第8周:進(jìn)行上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計;
第9周:;開展壓頭設(shè)計(曲柄滑塊機(jī)構(gòu))的工作;
第10周:行走及駐停機(jī)構(gòu)設(shè)計;
第11周:進(jìn)行關(guān)鍵部件的有限元分析,校核其強(qiáng)度;
第12周:系統(tǒng)整合,進(jìn)行總裝配;
第13周:生成、完善2D和3D圖紙;
第14周:修改完善設(shè)計說明書;
第15周:完善畢業(yè)設(shè)計各項(xiàng)內(nèi)容;
第16周:做好答辯PPT,提交論文,準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附:文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
隨著化石能源的日益枯竭,其替代品新能源和可再生能源的開發(fā)及利用成為各國研究的重點(diǎn),而對中國這樣人均能源資源占有量很低,且分布極不均勻的發(fā)展中國家來說則顯得尤為重要。目前,作為能源的生物質(zhì)主要指農(nóng)業(yè)、林業(yè)及其他廢棄物,如各種農(nóng)作物秸稈、油料作物及木材加工廢棄物、城市工業(yè)有機(jī)廢棄物以及動物糞便等。據(jù)統(tǒng)計, 我國現(xiàn)在每年的秸稈產(chǎn)量約為7億t,扣除一部分用作飼料和其它原料,作為能源利用的達(dá)3.76 億噸。
植物秸稈原料質(zhì)地松散、體積大、熱值低、不便運(yùn)輸和貯存,采用秸稈壓塊機(jī)使秸稈致密成型,便可成為高品位燃料。秸稈成型燃料具有密度高、便于運(yùn)輸和儲存、形狀和性質(zhì)均一、燃燒性能好、熱值高、適應(yīng)性強(qiáng)、燃料操作控制方便等優(yōu)點(diǎn),可用于鍋爐和煤氣發(fā)生爐,也可用于工業(yè)、家庭和農(nóng)業(yè)、園林的暖房取暖。我國作為農(nóng)業(yè)大國,植物秸稈資源豐富,因此,秸稈能源將會成為一種發(fā)展前景非??捎^的替代能源。目前,秸稈壓塊機(jī)主要分為螺旋擠壓式成型機(jī)、活塞沖壓式成型機(jī)和環(huán)模式成型機(jī)3 種機(jī)型。
根據(jù)物料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在設(shè)計過程中,采用環(huán)模式可移動式秸稈壓塊機(jī),利用Top-down的設(shè)計方法,完成總機(jī)設(shè)計。本設(shè)計共包含四大部分:切碎裝置、自動上下料機(jī)構(gòu)、壓頭(曲柄連桿機(jī)構(gòu))、行走及駐停機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后,利用有限元分析軟件對關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。秸稈壓塊機(jī)主要由電機(jī)、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、進(jìn)料斗、皮帶輪、皮帶、保護(hù)罩、環(huán)模壓縮室和底座組成,環(huán)模式秸稈壓塊機(jī)工作時的擠壓方式屬于開式壓縮,利用環(huán)模、壓輪和物料3 者間的摩擦擠壓作用使短段散狀物料成型。壓塊機(jī)的傳動方式采用皮帶傳動,皮帶傳動具有過載保護(hù)和緩沖吸振的能力。環(huán)模是壓塊機(jī)最重要的構(gòu)件之一, 其性能好壞直接影響壓塊機(jī)性能。由于環(huán)模、壓輪和物料3者之間擠壓摩擦, 尤其是物料在環(huán)??變?nèi)受到的高壓摩擦和物料本身受力變形, 消耗的能量以熱能的方式放出,使環(huán)模和物料溫度升高,導(dǎo)致環(huán)模的磨損加快,使用壽命縮短。
一、我國秸稈壓塊機(jī)設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀
我國從20世紀(jì)80年代引進(jìn)并開始致力于生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究。南京林化所在“七五”期間開展了對生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的研制即對生物質(zhì)成型理論的研究,目前我國成型機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用已形成了一定規(guī)模,熱點(diǎn)主要集中在螺旋擠壓成型機(jī)上,但是仍然存在著很多問題,因此有待于進(jìn)一步深入研究。中國從20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺旋推進(jìn)式秸稈壓塊機(jī),生物質(zhì)壓縮技術(shù)的研究開發(fā)已有二十多年的歷史。當(dāng)時,一些科研單位和生產(chǎn)企業(yè)借鑒歐、美發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)牧草加工技術(shù)和設(shè)備,結(jié)合我國秸稈綜合利用的具體國情,開發(fā)研制出機(jī)械化秸稈壓塊飼料設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)生產(chǎn)。目前,在國內(nèi)從事該項(xiàng)技術(shù)研究、生產(chǎn)的大專院校、科研院所、國有和民營企業(yè)已達(dá)數(shù)十家。河北省石潛集團(tuán)研制的9JG-1500型秸稈壓塊大型成套設(shè)備和中國農(nóng)機(jī)院內(nèi)蒙古分院研制的9YK-0. 4D型小型秸稈壓塊機(jī)是較有代表性的產(chǎn)品,并已小批量投放市場。
機(jī)械化秸稈壓塊飼料技術(shù)作為新生事物,還剛剛起步,在國內(nèi)發(fā)展速度不一,河北、內(nèi)蒙古等省份發(fā)展較快。如河北省為加快該項(xiàng)技術(shù)的推廣步伐,實(shí)施了“機(jī)械化秸稈壓塊飼料示范項(xiàng)目” 。2011年由省財政撥出150萬專項(xiàng)資金,首批選擇了條件較好的5個項(xiàng)目縣進(jìn)行示范,生產(chǎn)玉米秸稈壓塊飼料。2012年省財政又投入200萬元建立了10個項(xiàng)目縣進(jìn)行示范推廣。有關(guān)項(xiàng)目市、縣也都投入了相應(yīng)的配套資金。在示范點(diǎn)的帶動下,一些民間資金也被吸引到秸稈壓塊飼料項(xiàng)目的投入上來。據(jù)不完全統(tǒng)計,全省已建成各類秸稈壓塊飼料生產(chǎn)企業(yè)近40多家,年產(chǎn)秸稈壓塊飼料生產(chǎn)能力已接近10萬t ,機(jī)械化秸稈壓塊飼料技術(shù)得到了快速發(fā)展。但從國內(nèi)總體情況來看,多數(shù)省份發(fā)展較為緩慢,部分省份還是空白,機(jī)械化秸稈壓塊飼料技術(shù)的推廣應(yīng)用尚處于試驗(yàn)、示范的初期。秸稈壓塊飼料生產(chǎn)設(shè)備亦屬于產(chǎn)品介紹期,其性能、質(zhì)量仍存在一些不足,有待進(jìn)一步改進(jìn)提高。
二、世界秸稈壓塊機(jī)設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀
早在1954 年,美國約翰迪爾( John. Deere) 公司就研制成功了世界上第一臺移動式壓塊機(jī),從1965 年起先后生產(chǎn)了400 型田間撿拾壓塊機(jī)和390 型壓塊機(jī)。此外,美國蘭代爾( Lundell) ,西德法爾( Fahr) ,威利格爾( Welger) ,丹麥塔魯普( Taarup) ,法國里維爾( Rivierrecasalis) 和日本時代制鐵有限公司也生產(chǎn)了多種型式的青、干草壓塊機(jī)。20 世紀(jì)60 年代,蘇聯(lián)開始引進(jìn)和研制飼草壓塊機(jī),制造了相應(yīng)的成套設(shè)備。國外技術(shù)發(fā)展有以下幾個特點(diǎn):
一是生產(chǎn)技術(shù)大部分已經(jīng)成熟,并達(dá)到規(guī)?;蜕唐坊?;二是已經(jīng)由過去燒壁爐的生活用能為主轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)階段:設(shè)備制造比較規(guī)范,耗能較高,成本較貴,同等生產(chǎn)能力的設(shè)備是國內(nèi)的5-6倍,在發(fā)達(dá)國家中,生物質(zhì)能研究開發(fā)應(yīng)用主要集中與氣化,液化、熱解,固化與直接燃燒等方面。
美國2014年生物質(zhì)能供應(yīng)量72Mtoe,越戰(zhàn)美國能源供應(yīng)總量的3%,計劃2030年達(dá)到30%。歐盟2003年25國生物質(zhì)能消費(fèi)量69Mtoe,約占?xì)W盟能源總消費(fèi)量的4%。國外生物質(zhì)致密固化成型產(chǎn)品的發(fā)展分為三個階段,從20世紀(jì)30-50年代為研究、示范、交叉引進(jìn)階段,研究的著眼點(diǎn)以代替化石能源為目標(biāo),20世紀(jì)30年代,螺旋式成型機(jī)在美國開始設(shè)計生產(chǎn),同時現(xiàn)代化的活塞式成型機(jī)也在瑞典、德國得到推廣。
20世紀(jì)70-90年代為第二階段,各國普遍重視化石能源對環(huán)境的影響,同時由于出現(xiàn)了能源危機(jī),生物質(zhì)壓縮固化成型燃料發(fā)展很快,西歐及日本等國家已成為一種產(chǎn)業(yè),1984年日本已有172家工廠生產(chǎn)秸稈壓塊機(jī)進(jìn)行生物質(zhì)壓縮固化成型燃料。
第三階段為90年代后,首先以丹麥為首開展了規(guī)?;醚芯抗ぷ鳎S后瑞典、德國、奧地利等國都相后開展相關(guān)研究,聯(lián)合國也將此作為重點(diǎn)研究開發(fā)研究項(xiàng)目。
三、我國與世界強(qiáng)國的差距
雖然我國近年來發(fā)展速度較快并取得重大進(jìn)展,但于世界強(qiáng)國相比還有一定差距,主要表現(xiàn)在從國內(nèi)總體情況來看,多數(shù)省份發(fā)展較為緩慢,部分省份還是空白,機(jī)械化秸稈壓塊飼料技術(shù)的推廣應(yīng)用尚處于試驗(yàn)、示范的初期。秸稈壓塊飼料生產(chǎn)設(shè)備亦屬于產(chǎn)品介紹期,其性能、質(zhì)量仍存在一些不足,有待進(jìn)一步改進(jìn)提高。
四、未來10~15年中國秸稈壓塊機(jī)的發(fā)展趨勢
秸稈壓塊機(jī)技術(shù)能充分發(fā)揮農(nóng)作物秸稈的價值,提高利用率,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,良好的社會效益和生態(tài)效益。在秸稈綜合利用方面又探索出一條新的有效途徑,在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究治本的措施”的指示精神,是一個具有廣闊發(fā)展前景的新型秸稈綜合利用技術(shù)。
1、符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,發(fā)展方向正確
在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中,許多地方已把畜牧業(yè)作為發(fā)展重點(diǎn),并逐步發(fā)展成為大農(nóng)業(yè)的第一主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)牧區(qū)禁牧和小區(qū)集中飼養(yǎng)將使飼料供應(yīng)成為發(fā)展畜牧業(yè)的關(guān)鍵問題,秸稈壓塊飼料的出現(xiàn)有效解決了飼料問題,順應(yīng)了畜牧業(yè)發(fā)展的需要。農(nóng)作物秸稈用于飼料,既可變“廢”為寶,又可杜絕焚燒秸稈現(xiàn)象,減少環(huán)境污染,而且秸稈過腹還田還充分提高了肥效,順應(yīng)了“綠色、環(huán)保、高效”農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。
2、經(jīng)濟(jì)效益顯著,市場需求量大,發(fā)展動力強(qiáng)勁
玉米秸稈飼料市場價格在300~ 400元/ t之間,高時可達(dá)450元/ t。生產(chǎn)成本一般在200~ 250元/t之間,利潤率30% 以上,生產(chǎn)企業(yè)2年左右即可收回成本。畜牧養(yǎng)殖場每年需要大量的飼料,以養(yǎng)牛為例,一頭牛平均每年就要消耗4~ 5 t飼料,一個養(yǎng)幾十頭牛的小型養(yǎng)殖場就需上百噸的飼料。每年冬、春兩季更是飼料青黃不接時節(jié),貯備秸稈飼料成為有效辦法。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,飼料的需求量還會增加,所以秸稈飼料的市場需求潛力巨大。經(jīng)濟(jì)效益和市場需求為秸稈壓塊飼料快速發(fā)展提供了強(qiáng)勁的動力。
3、增加農(nóng)民收入,易于農(nóng)民接受,群眾基礎(chǔ)廣泛
農(nóng)民直接交售玉米秸稈的價格約40~ 60元/t; 如果農(nóng)閑時將秸稈風(fēng)干、粉碎加工成半成品交售價格可達(dá)100~ 120元/ t。與秸稈青貯飼料相比,雖然秸稈的直接交售價格相近,但對秸稈的收獲期沒有限制,不要求秸稈新鮮、青嫩,收獲、交售時間較為充裕; 而且還可以充分保證玉米生長周期,不會降低產(chǎn)量。秸稈壓塊飼料技術(shù)成為一項(xiàng)增收效果明顯、惠及面廣泛、每戶農(nóng)家都可以參與的新技術(shù)。
4、原料取材廣泛,數(shù)量巨大,發(fā)展基礎(chǔ)雄厚
農(nóng)作物秸稈可以永續(xù)生產(chǎn),是可更新、可再生資源。全國農(nóng)作物秸稈年生產(chǎn)量6億t以上(玉米秸稈約2. 2億t) ,其中只有20% 用作草食性動物家畜飼料,用作秸稈還田或燃料等用途的占60%以上,可用于生產(chǎn)壓塊飼料的秸稈數(shù)量巨大,遍布全國糧食主產(chǎn)區(qū),為秸稈壓塊飼料長遠(yuǎn)發(fā)展打下堅實(shí)原料基礎(chǔ)。
5、營養(yǎng)價值良好,飼喂儲運(yùn)方便,產(chǎn)品特點(diǎn)鮮明
農(nóng)作物秸稈中均含有較高的營養(yǎng)成份,其中玉米秸稈粗蛋白含量可達(dá)5. 7% ,與普通牧草粗蛋白6% ~ 9%的含量較為接近。玉米秸稈壓塊飼料經(jīng)過“熟化”以后提高了營養(yǎng)價值,改善了適口性,并可根據(jù)具體需求增配添加劑,進(jìn)一步提高營養(yǎng)價值。秸稈壓塊飼料以1∶ 8~ 1∶ 10的壓縮比縮小飼料體積,高溫加工殺滅有害霉菌,故運(yùn)輸方便、貯存安全、節(jié)省場地,是牧區(qū)冬季飼養(yǎng)牲畜、防災(zāi)減災(zāi)的最佳飼料。飼喂時只需將飼料按1∶ 1的比例用水噴灑即可食用,簡單易行。因此,秸稈壓塊飼料被稱為牛羊的“壓縮餅干”、“方便面” ,其鮮明的特點(diǎn)為飼養(yǎng)牲畜提供了極大的方便。
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