DE L ADHÉRENCE
roues couplées.,, et qui par copséqueiït adhère par tout son poids f peut tirer une charge égale à 44 fois i sa propre masse.*
Nous ayons dit que la machine Furjr n'adhère que par deux de ses roues. Sur le railway de Liverpool cette disposition est générale pour toutes les machines de trajet , parce que l'adhérence de deux roues suffit aux charges qu'elles ont à tirer. Quant aux machines qui doivent servir de renfort sur les plans inclinés, elles travaillent par l'adhérence de leurs quatre roues ^ comme on l'a dit ailleurs. La machine Atlas est la seule employée au service de trajet, qui dîfiere des autres sous ce rapport. Cette machine a six roues , dont quatre de grandeur égale sont mises en mouvement par le piston. Les deux autres, plus petites et dépourvues de mèntonnet, peuvent être sc3ulèvées hors de contact avec les rails par l'action de la vapeur sur un pisfon mobile. Cette disposition , qui empêche ces dernières roues d'être embarrassantes dans les tournans , est due à M. Melling de Liverpool.
Nous venons d'exprimer l'adhérence en donnant la mesure de ses effets; mais on peut exprin^erce pouvoir lui-même d'une manière directe. La charge de a44 tonnes produisait une résistance , ou exigeait une traction de igS^ Ibs ; l'adhérence était donc au moins égale à ig52 Ibs , sans quoi la roue aurait tourné sans avancer. Or le poids adhérent était de 5',5, ou, exprimé en livres, était 12 530^**; on voit donc que la force d'adhérence
538 GHAPITRB HUITIÈME.
était ég&le au j- environ du poids adhérent. En considérant que chaque 8'^' de force correspond à la traction d'une tonne sur niveau , cette expression revient exactement à la première.
En hiver, lorsque les rails sont gras et boueux par Teffet d'un temps humide , Tadhérence diminue considérablement. Cependant , à moins de circonstances tout-à-fait extraordinaires, les machines restent toujours en étal de tirer une charge de i5 wagons ou 75 tonnes, convoi compris ^c'e^t- «-dire i4 fois leur poids adhérent. Ou, si l'on veut, comme la résistance de j5 tonnes est de 600 Ibs, la force d'adhérence est toujours au moins -^ du poids adhérent.
L'adhérence.étant indispensable à la création du mouvement progressif, pour qu'une machine puisse tirer une charge donnée, il faut deux conditions : 1**. que les dimensions et proportions de la machine et de sa chaudière la rendent capable de produire sur le piston , au moyen de la vapeur, la pression nécessaire , ce qui constitue la force proprement dite de la machine; et s"*, que le poids de la machine soit tel qu'il y ait une adhérence suffisante de la roue sur le rail. Ces deux conditions de force et de poids doivent être en accord ensemble, car s'il y a beaucoup de force de vapeur et peu d'adhérence, celle-ci limitera l'effet de la machine et il y aura vapeur perdue ; et s'il y a trop de poids pour la vapeur, ce poids deviendra dans tout le mouvement un inutile fardeau, puisque la H-
DE l'adhérence. SSg
mite de charge s^ra marquée alors. par Ja vapeur.
§ 2. . Des machines emphjrées sur les routes com^
munes.
Les charges considérables qui ont été tirées par les riiachi nés dans les expériences rapportées plus haut , doivent rassure^ les personnes qui s'imaginent que les roues des locomotives sur les chemins de fer sont constamment sujettes à glisser, et qui s'efforcent de remédier à ce défaut imaginaire en voulant employer les machines sur les routes communes, sans savoir si l'adhérence y sera plus considérable.
Nous voyons ici une locomotive sur un railway tirer jusqu'à 244 tonnes par la force de sa vapeur, et ne pas tirer moins de 75 tonnes par son adhérence. Ses charges sont donc toujours comprises entre ces deux limites.
Sur une route communie, où la résistance de traction est très considérable, il n'y a pas une des machines ci-dessus qui pût tirer par la force de sa vapeur un poids de 76 tonnes, bien loin d'atteindre jamais à 244 tonnes. Les charges resteront donc toujours et en toute circonstance au-dessous de ce qu'elles seraient sur un railv^ay . Qulmporte en effet que le moteur gagne sous le rapport de l'adhérence, qui n'est qu'une force inerte , si le pouvoir de la vapeur ne le met pas en état de profiter de cet avantage ?
34o CHAPITRE HUITIÈME.
Nous disons qu'une machine qui tire sur un railway une charge de j5 tonnes au moins ^ ne pourra jamais et au plus^ tirer cette charge sur une route commune.
Considérons en effet la même machine , même poids et même pression^ placée dans ces deux circonstances différentes.
Les expériences faites par M. Telford sur le tirage des voitures sur différentes sortes de routes, prouvent que sur le chemin de Liverpool à Holjhead, le meilleur de toute t Angleterre y la force de traction nécessaire pour mouvoir un poids de i tonne est ainsi qu'il suit : (i)
i* Sur un pavé bien fait. SS**
2* Sur une route ferrée^ portant sur un
fondement de pierres de quartz. 65
3' Sur une route gravelée. 147
4"* Sur une route ferrée, portant sur une
fondation de pavés bruts. 4^
5* Sur une route ferrée , portant sur un
fond solide formé de ciment et de gravier. 46
Moyenne. 67**
Une tonne n'exige sur un railway que 8**' de
traction. Ainsi^ sur la route de Holyhead, le tirage
d'une tonne exige plus de 8 fois autant de force
que sur un chemin de fer.
Il en résulte que la machine Fwjf par exemple.
(i) Report ofthe Holjhead road commissioners.
DE l'aDHÉRCNGE. 341
qui , par Feffet de ses 65'*' de pression effective, pouvait tirer sur niveau jusqu'à 244 tonnes, ne pourrait en aucune circonstance, sur une route aussi honne que celle de Holyhead, tirer à la même pression que le f de cette charge ou 3o tonnes.
Ainsi sa cbarge maximum sur route commune ne sera que les |- de sa charge minimum sur le railyray.
Encore faut-il ajouter que la résistance passive de la machine, lorsqu'il s'agit de sa progression sur une route ordinaire, sera, comme la r^istance des wagons, considérablement accrue. Elle devra donc pour se mouvoir elle-même consommer une part bien plus considérable de .sa propre force f et ce sera autant de diminué sur les Sb tonnes qu'elle aurait pu tirer sans cela.
On voit que sur une route commune la résistance des voitures met encore plus promptement une limite à l'effet utile, que ne le fait l'adhérence sur un railway ; et qu'en tout état de choses l'avantage, sous le rapport de la charge, reste h l'emploi dés machines sur les chemins de fer.
Mais il est une autre considération qui séduit dans ce qu'on appelle voitures à vapeur, c'est-àdire locomotives employées sur routes communes, c'est qu'on évite la dépense de construction du che* min lui-même. On estime par ce motif qu'on aura un avantage d'économie sur un railway. C'est en effet une grande dépense de moins que celle de la construction et de l'entretien du railway. On la
sauve. ^On évite complètement la mise de fonds qu'elle exige. Mais on perd en même temps le principal avantage de Tentreprise.
Qu'importe de donner des fonds , si c'est pour en tirer un bénéfice considérable? qu'importe de les sauver, si par là on se met dans la nécessité de dépenser plus que l'intérêt des fonds économisés ?
C'est précisément le cas ici. La construction du raHwtiy est dispendieuse sans doute ; mais'c'estrélément principal du succès. C'est de l'argent employé à aplanir la route , pour n'avoir ensuite' -aucune difficulté dans le transport ^ et commencer dès lors les bénéfices. Que dirait-on à un homme qui proposerait de passer à travers champs pour éviter de construire des routes? On lui répondrait qu'on perdrait bientôt en frais de transport ce qu'on aurait gagné en frais de construction.
Il en est de même des railways. S'il y a avantage à en construire pour y employer des chevaux, comme soixante années d'expérience et de prospérité l'ont assez prouvé , comment n'y en aurait-il pas à en faire pour l'usage des locomotives ou de tout autre moteur? Quel que soit l'avantage que ces machines puissent offrir sur routes communes, elles en donneront nécessairement un plus grand encore sur les railways.
On est frappé de voir une voiture à vapçur tirer deux ou trois diligences, avec 12 01116 voyageurs dans chacune. Cela parait beaucoup. Mais les machines de Liverpool^àToccasion des courses, ontcon-
DE l'adhérence. 343
duit jusqu'à 800 personnes en un seul train, et à la vitesse iie i5 milles ou plus de cinq lieues par heure.
On dira (|ue les Voitures à vapeur pourront tirer plus de trois diligences. Cependant oh ne les a pas encore yues faire davantage. La plupart d'entre elles ne portent même que 18 à ao voyageurs. Il est facile de voir ce qui met «si prompfement une limite à leur charge. Il n'y a pas de route commune où il ne se trouve des pentes tnalbeureu*sement considérables. Comme il faut les franchir, force est de limiter la charge sur le passage le plus difficile à surmonter. Or sur une pente à ^if '^^î se rencontre trop fréquemment dans notre pays, le poids de trois diligences ou 9 tonnes^ accru de celui de la machine, présente, en raison de la gravité, une résistance éc^uivalente à celle qu'offriraient 45 tonnes, c'est-à-dire i5 diligences sur la même route de niveau. Une voiture à vapeur qui devrait tirer trois diligences sur un trajet un peu considérable, doit donc être capable de conduire i5 diligences chargées sur la même route de niveau. C'est tout ce qu'on peut supposer, même en admettant des améliorations, car c'est une force qui correspond à -120 diligences sur un railway. Nous devons donc prendre 2 ou 5 diligences au plus comme la charge régulière de ces machines.
Mais le nivellement, qui est le résultat des dépenseà d'un raiWay, met les mêmes machines en état de tirer 4o diligences ou wagons chargés^ C'est donc la fois, c'est donc 20 fois autant. Pour faire
344 CHAPITRE HaiTIEHE.
le même service sur une route ordinaire ^ il faudra par conséquent 1 2 fois autant de machine§ en même temps sur la route , 12 fois autant de machinistes et de chauffeurs. En considérant le désavantage qu'il y a pour les machines, sous le rapport du combustible , à tirer des charges peu considérables, on peut prononcer hardiment que la dépense de combustible sera doublée. On en sera plus convaincu encore, en tenant compte de l'excès de force nécessaire pour mouvoir la machine ellemême sur une route couverte d'aspérités. .
En outre, les réparations aux machines sont, même sur les railways , une considérable dépense. A Liverpool , sur les trente machines que possède la Compagnie , dix seulement sont eh service réel sur ia ligne pour exécuter les transports. Le travail effectif est de huit à douze heures par jour , et les frais d'entretien de ces dix machines maintenues en actwité sur la route ^ s'élèvent au-delà de 18000 louis, ce qui fait plus de 1800 louis par an pour chacune. Ces dépenses se trouvent payées et deviennent la source de bénéfices , parce que sur un railway lès machines conduisent des trains considérables; mais il n'en serait pas ainsi, si ces trains étaient réduits , ou , autrement dit , s'il fallait un plus grand nombre de machines pour exécuter le même service. De plus , si les machines , au lieu de glisser sans secousse sur la surface unie d'un railway, ont à courir sur le terrain inégal et raboteux de nos routes y à combien s'élèveront ces dépenses d'en-
DE l'adhérence. 345
tretien? Et déjà nous avons douze fois autant de machines à réparer.
Achat et intérêt de capital pour machines, per* sonnel des hommes à payer pour leur conduite, combustible, réparations, tous ces articles auront bientôt absorbé les économies dont on se flatte..
D'ailleurs les principaux avantages de. ces entreprisés tiennent à la vitesse avec laquelle s'exécutent les transports. Quand les onze lieues qu'il y. a de Liverpool à Manchester se faisaient en 4 heures , il y avait entre les deux villes 45o .voyageurs par jour. Maintenantquegraceauxlocomotîves letrajet se fait en i heure où i 7 heure, il y a 1200 voya<r geurs par jour* C'est la vitesse qui a la plus graude part à la création de ce bénéfice* Il faut y renoncer si les machines ne peuvent courir plus vite que 5 ou 4 lieues par heure.
Or le poids de 8 à 9 tonnes qu'ont les locomotives des railways , permet de leur donner une étendue de chaudière suffisante pour produire une certaine quantité de vapeur par minute, et par conséquent une certaine vitesse. Si la nature de la route oblige de réduire le poids de la machine à 5 tonnes seulement, avec la nécessité de faire ses diverses parties encore plus fortes à cause des secousses sur une surface raboteuse, il y aura nécessairement moindre surface de chauffe dans la chaudière, et ainsi moindre vitesse possible. Aussi ne voit-on pas les voitures à vapeur dépasser 5 ou 4 lieues à l'heure.
346 CHAPITRE HUlTlèME.
Eofio nous ajouterons comme dernière réflexion, que jusqnici le succès des machines sur routes communes continue, comme spéculation, de rester bien incertain, tandis que la prospérité des rail* ways', quel qu'y soit le moteur, se démontre par leur extension ^ns cesse croissante. On peut perfectionner les voitures à vapeur; mais nous le répétons, quels que soient les avantages qu'elles puissent alors ofiîrir sur une route ordinaire , il est incontestable qu'en les plaçant sur un chemin de fer elles en offriront bien plus encore.
C'est parce que nous désirons vivenàent rétablissement des transports par la vapeur dans notre pays , c'est parce que nous connaissons toute l'utilité de ce mode de transport lomqii'il est convenablement appliqué ; que nous voulons en diriger l'emploi vers les entreprises où il peut être le plus profitable.
<M^V%A<M/^«A/%%MkVMVV«VM'«M v»%^«***^*V**«>V*%***^» V%*'W%*^^/V^AA\*« W^'IftWV* VM'W^^^fMA
§ i. Calcul de la consommation de combustible
en raison de la charge.
Il reste un article important à traiter. C'est celui du combustible.
D'après ce que nous avons vu précédemment , la vapeur, formée dans la chaudière à une pression quelconque, prend en passant dans le cyliudre une pression exactement déterminée par la résistance sur le piston. Le mode d'action de la machine se borne ainsi à la transformation d'une certaine masse de vapeur tirée de la chaudière , et par conséquent à la pression de cette chaudière ^ eil vapem^ à une pression moindre et d'un volume proportionnellement plus grand.
Supposons une même machine , avec même pression dans la chaudière et parcourant la même distance avec deux charges différentes. Puisque la distance parcourue est la même , le nombre des tours de roue, et ainsi celui des coups de piston
Enfin nousajouteronscommec-^gjjg^ pendant le
que jusqu'ici le succès des "•■•ux cas. Si la charge communes continue, comme s^ ^^ ^^ ^^^^ jj^^lj^^
bien incertain, tandis q«e jj^pg^g^g^ Comme ceways, quel qu'y soit le n>^ jj ^ ^^^ y^^^^ ^^^ leur extension sans cesse^nsés, mais le degré de la fectionuer les ▼oitures^;^3 g^yg différent dans l'un et petons y quels que s
puissent alors offrir^ j^ fo^^ motrice seront dans incontestable qu'c^^nn,e de vapeur à la pressîonR, fer elles en ofiFrir^Qg l'autre cas le même volume k C'est parce qu *
sèment des ^^je la yapeurdans la chaudière étant
pays , c est R'^p^e dans les deux expériences , sa
tilitedecer^ sera la même aussi. Comme cette
nablement^ ^n éprouve aucune réduction par le
1 emploi ^yg içg cylindres , parce que les conduits
profitab j^|i,gg eux-mêmes sont plongés dans la
cre on enveloppés par la flamme du foyer,
pératare de la vapeur dans les cylindres sera
inedans les deux cas considérés.
iisi le volume et la température de la vapeur
osée pendant le trajet seront les mêmes dans
;uBe des deux circonstances. La pression seule
cette vapeur dans le cylindre aura changé.
'HC les masses ou poids de vapeur dépensés
cont entre eux comme les pressions dans le
ylindre.
Le poids de la vapeur n'étant autre que le poids de l'eau qui l'a produite, on voit que les poids
^k^ durant le trajet seront entre eux
^^lîpns dans le cylindre , ou , si Ton
résistances sur le piston. Comme
oau est d'abord transformée en va-
lon de la chaudière, c'est-à-dire dans
u vapeur au même degré de pression ,
enfin que les quantités de combustible
/es pour cette vaporisation seront entre
omme les pressions ou résistances totales sur
jston.
Ceci montre que la consommation de combus- (ible est indépendante de la vitesse, et qu'elle ne dépend que de la résistance sur le piston.
Si dans les deux trajets considérés pour la machine , il arrive que la pression ne soit pas identiquement la même dans la chaudière , il y aura un peu plus de combustible dépensé pour le cas où la pression aura été la plus grande , parce que cette pression n'aura pu être plus grande qu'en vertu d'un accroissement de température. Mais comme des degrés de pression fort éloignés l'un de l'autre sont produits par des températures au contraire fort rapprochées , la différence de consommation produite par cette circonstance sera de peu d'importance, et deviendra insensible dans la pratique. Ce principe donnera la proportion de dépense de combustible de la même machine avec des charges différentes , et ainsi servira à connaître sa consommation en toute circonstance, dès qu'on aura sa consommation dans un cas déterminé.
55o CHAPITRE NEUVIÈME.
Si par exemple Q et Q' sont les dépenses de combustible avec deux charges données, la résistance sur le piston avec la première de ces charges étant exprimée par R et la résistance avec l'antre charge exprimée par R' , on aura
Q, — JL
Mais on a déjà calculé la résistance R sur le piston d'une machine. On a vu (chap. V , art. Il)* que M étant la chargç exprimée en tonnes ou tonneaux , convoi compris; F le frottement de la machine sans charge ; d le diamètre du cylindre ; D celui de la roue; / la longueur de la course; enfin f étant la pression atmosphérique par unité de surface , n la résistance de la charge par tonne , et J" le frottement additionnel de la machine par tonne de la charge , on a
Ainsi pour une charge différente, conduite par la même machine , on aura
donc ,
Cette expression peut s'écrire sous la forme :
De sorte que l'expression | -j ^ ^\\ ^fÂL — } étant
calculée une fois pour toutes pour les dimensions données de la machine ^ il n'j aura plus qu'à ajouter cette quantité à M et à M' pour avoir le rapport cherché de Q à Q'.
Supposons, par exemple , qu'il s'agisse d'une machine telle que celles à cylindres de 1 1 pouces de Liverpool , savoir :
F, frottement de la machine sans
charge- =iiolbs.
dj diamètre du cylindre ^= 1 1 pouces.
D , diamètre de la roue =6 ^ =60 pouces.
/, longueur de la course. = 16 pouces.
Comme en outre :
f f pression atmosphérique par
pouce quarré = i4*'»7n . résistance de la charge par
t#nne = 8*'.
S" ^ frottement additionnel d^ la
machiné par tonne de charge = 1 '*.
552 CHAPITBE MEOYIÈME.
Dans ce cas on aura
êitl .F
(^+ii)D ^^ f+n
Danç le cas d'une machine de 3.2 pouces^ et frottement 162 Ibs, telle que jitïus ^ cette constante aurait pour valeur 80. *
Et enfin pour P^esta, cylindres 1 1 pouces |, et frottement 187'*% la même constante devient 76.
Ainsi dans le cas de ces diverses sortes de machineS; on aura pour les quantité de combustible dépensées avec deux charges différentes M et M%
ou
ou enfin
jQ M + 80 Q' ~ M'+ 80 •
Dans ces expressions M exprime la charge , convoi compris; il faut donc ajouter le poids de ce convoi à celui de la charge^ si on ne Vy avait pas compris d'abord.
Il est aisé de voir que le terme j-- — f- j,^
n'est autre chose; que le frottement de la machine et la pression atmosphérique rapportés à la vitesse de la machine , et représentés par le nombre de
DU COMBUSTIBLE. 5î53
tonne$ qui offriraient une résistance équivalente. Ainsi ]q nombre M dé tonnés ^ plus la çoiffitafite, n'est autre chose que la résistance totale surmontée par la machine. Par - conséquent le principe •ci-dessus établi revient à ceci : que le pouvoir appliqué est en projportion de la résistance totale à vaincre.
Les constantes que représente ùe terme varieront nécessairement sçloil l'espèce de mesures dont on se servira dans le calcul.
Si les mêmes mjachines. ont leurs dimensions exprimées en mesures françaises, c'est-à-dire si l'on a
F, frottein. de la màch. sans charge. 5o^^ ou 68*' où 84*'. dy diamètre du cylindre.. .".... 27/'"9 ou3o*^,5 ou 28*^'",3
D, diamètre de la roue en centimètres. i52^'",5
/, longueur de la course en centimètres ^o^'^fi
€omme en outre dans le cas de l'emploi de ces mesures^ on a
g , pression atmosphérique en kg par cent, quarré. i*',o33
n , résistance de la charge par tonneau. 3^^', 64
^j frottement additionnel de la machiné par tonneau de charge w ;- ., 6*', 4^
Âlorsi la constante aura pour expressioki dans chacun des trois cas :
rr-T — rFr+ ir; — = 00.... ou 70.... ou 74.
Ces nombre^ conviendront à la charge exprimée
eo tonneaux français. C'est parce que celui-ci dif^fère tfts peu de la tonne anglaise ^ que nous trouvons si peu de différence aussi entre les constantes.
§ ^. Expériences sur la quantité de combustible consommée par les machines^
La formule ci-dessus ^ d'une application bien facile y donnera la quantité absolue de combustible nécessaire h, une macliine en toute circonstance, dès «qu^on Connaîtra quelle a été la dépense de cette macliine dans un cas déterminé.
Tout se réduira donc à faire une seule expérience sur le combustible consommé par la m^achine avec une charge connue^ ce qui formera la donnée du problème.
Il«st évident qu'entre deux machines différentes cette donnée première différera selon la construction particulière de chaque machine,. et surtout selon la surface de chauffe de sa chaudière. Autant donc pour arriver à la connaissance de ce point de départ du calcul, que pour" vérifier dans la pratique le principe théorique exposé ci-dessus, les expériences suivantes furent entreprises sur le railway de Livcrpool à IVfanchester.
Dans' ces expériences le convoi était d'abord soigneusement vidé de ce qui pouvait y .rester; puis le coke pesé avec exactitude et mis dans le convoi. Le foyer de la machine était en outre rempli de combustible jusqu'au niveau du bas de la pof te. A' la fin de Texpérience , le foyer était
DD œMBUSTJBLE. 355
rempli de nouveau j usqu a la même hauteur, et ce qui restait de coke dans le ëonvoi était pesé avec le même soin qu'avant le départ.
Comme une machine qui monte seule le plan incliné avec son train , exerce un effort nécessairement plus grand que si elle était aidée en ce moment par une machine de renfort, nous avons noté si la machine était aidée ou non en montant le plan. Nous avons inscrit -de même l'état du temps et Tétat de température de leau dans le convoi , pour que ces circonstances puissent être prises en considération.
556 CHAPITRE DEUtlÈHG.
Expériences sur la quantité de combustible consommée
Atias, de Lis. i Manch.
Id. de Manch. h Li
ï,dcLiï.àManch, deM.incli.
>(i jaillit 17 juillet
3t juillet 7 jailli
Sjnillfil
.ïjuiUfl
1 5 août.
16 juillet
ifi juillet
"âT-
8waBon>char(.é«et> 35 5 i vides. / '
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et ^nag. surpaie > i5,3o
wagons 5i.
ViOgon» 4^180
ou COHBDSTIBLE.. 357
machines locomotives avec des charges données.
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CIBUOBSTANCES ACCESSOLHES.
.ts-o.T J.UfillTO.. t,.»
'TJîiî^ d..!i::::... „t;.
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MÊME TABLEAU
Expériences sur la quantité de combustible, consommée
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Id. de Manch. k,lA\.
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Vesta, de Liv. à Manch.
Id. deManch. à Liv.
Vdlcan, de Liv. à Manct.
Id. de Manch. à Liv.
Leedô, de Liv. à Manch.
IJ. deManch. à Liv.
FuRT, de -Liv. à Manch.
Id. de Manch. à Liv .
Jupiter, de Liv. à Manch.
Id. • de Manch. à Liv.
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Id. de Manch. à Liv .
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de l'expérience. '
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