Texto Curso Alineamiento

Alineamiento de Mquinas

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ALINEAMIENTO DE MQUINAS

Introduccin

El alineamiento es el perfecto arreglo geomtrico de todos los ejes rotativos y rotores, en todas las posiciones donde se juntan los ejes, por ejemplo en el punto de transferencia de potencia de un eje al siguiente, los ejes deben rotar cerca al mismo centro para minimizar los esfuerzos y el desgaste de rodamientos. Con excepcin de los acoplamientos tipo cardan, usados en casos en que existe la necesidad de que los ejes giren con cierta inclinacin entre ellos. 1. Formas de desalineamiento.

Tericamente hay cuatro posibles formas de desalineamiento, pero en realidad se presenta en simultneo como una combinacin de ellas y con diferentes intensidades:

Desalineamiento Horizontal. Desalineamiento Vertical. Desalineamiento Angular-Horizontal. Desalineamiento Angular-Vertical.

Fig. 1 Formas de desalineamiento.


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2. Consecuencias del desalineamiento.

Las consecuencias pueden manifestarse como: 2.1 Vibracin de la mquina, el desalineamiento se detecta y se cuantifica usando el anlisis de las vibraciones, es caracterstica que las elevadas lecturas de vibracin en el espectro de frecuencias se presenten en el sentido radial y axial a la frecuencia de rotacin y sus mltiplos. En el caso de mquinas con acople directo, el espectro tpico para desalineamiento paralelo presenta picos al doble de la frecuencia de rotacin en direccin radial, el espectro tpico para desalineamiento angular presenta picos a la frecuencia de rotacin en direccin axial. 2.2 Excesiva carga en los apoyos de las mquinas, an al utilizar acoples flexibles. El incremento de las cargas en los rodamientos reduce su vida til y puede medirse usando el mtodo de impulsos de choque para el monitoreo de los rodamientos. La termografa infrarroja nos muestra el incremento de la carga en los acoples debido a desalineamiento: Cuanto ms caliente el elemento de maquina, ms brillante aparece en el termograma.

Fig. 2 El desalineamiento incrementa la temperatura del acople y de los

rodamientos.


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2.3 Ingreso de contaminantes al sello causando su falla prematura. Otros componentes de la mquina, susceptibles al dao por desalineamiento son el eje y el sello del eje.

3. Incidencia en las fallas de las mquinas.

Hasta el 50% o ms de todas las fallas prematuras de las mquinas se le puede atribuir al mal alineamiento. Las mquinas modernas deben funcionar a velocidades cada vez ms altas, bajo cargas ms elevadas y sus construcciones son cada vez ms ligeras, entonces las mquinas son ms vulnerables al desalineamiento Los daos en el acople por desalineamiento pueden ser realmente mnimos, ya que los acoples son diseados para tolerar cierta cantidad de desalineamiento. Los esfuerzos generados por desalineamiento, sin embargo, sobrecargan los rodamientos y sellos, causando tambin alta vibracin.

Fig. 3 Causa de fallas en las mquinas.


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4. Trabajos preliminares antes de realizar el alineamiento.

4.1 Desacoplar e inspeccionar lo siguiente: Acople; pernos, tuercas, bocinas, cubos y cambiar los que se encuentran deteriorados.

4.2 Verificar la perpendicularidad de los cubos con respecto al eje; No deben ser

mayores que 0.002 pulgadas TIR, corregir si fuera necesario. 4.3 Verificar la redondez de los cubos, principalmente en el rea de medicin; no

deben ser mayores que 0.002 pulgadas TIR, corregir si fuera necesario. 4.4 Verificar los juegos axiales de la mquina motriz y de la mquina accionada,

corregir si fuera necesario, comparar con el juego axial que puede absorber el acoplamiento y ajustar la distancia entre los cubos para evitar los esfuerzos axiales.

4.5 Eliminar las patas cojas de las mquinas, segn el siguiente procedimiento:

Dejar la mquina accionada libre de esfuerzos de tuberas. Aflojar los pernos de sujecin al patn. Colocar el dial comparador en posicin vertical en el apoyo 1, fijar el cero,

ajustar el perno hasta aproximadamente 40 lbs. - pie y registrar la lectura del dial.

Seguir el mismo procedimiento en los dems apoyos. Compensar con lainas las diferencias de medidas, hasta lograr lecturas

similares en cada uno de los apoyos. Seguir el mismo procedimiento en la mquina motriz.

4.6 Nivelar cada una de las mquinas utilizando lainas y un nivel de precisin de

mecnico, teniendo cuidado de no causar patas cojas. 4.7 Instalar un dial en los sentidos horizontal y vertical del cubo de la maquina

accionada y ajustar los pernos de las tuberas. Si el dial vara en 0.001 pulgadas hay problemas de esfuerzos en las tuberas que deben ser eliminados.

Si no se ha podido eliminar alguno de los problemas anteriormente descritos, existir distorsin en la mquina y no se podr lograr un alineamiento de precisin.


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Fig. 4 Juego axial y torcional del acople.

5. Facilidades para mover la mquina.

5.1 La movilidad vertical, se logra usando tecles o gatas hidrulicas. 5.2 La movilidad horizontal, se logra usando pernos laterales o gatas hidrulicas,

ambos permiten un control fino del movimiento de manera lenta y continua. Los mtodos bruscos, como los martillazos, hacen que el posicionamiento sea ms difcil y las maquinas se daen.

6. Juegos del eje y del acoplamiento.

El mtodo de dial invertido en la cual se usan dos diales comparadores, que se montan en lados opuestos del acople, es insensible al movimiento axial de los ejes durante la rotacin. Ya que realmente miden desplazamiento radial durante la rotacin de los ejes, los movimientos axiales tendrn poca o ningn efecto practico en la medicin del desalineamiento. El mtodo de la excentricidad y el paralelismo, en el cual se usan dos diales comparadores, uno para medir el desplazamiento radial y el otro para medir la perpendicularidad o sea que el dial se monta paralelo al eje entonces el movimiento axial s afecta causando errores en la medicin de la perpendicularidad.

7. Juego del rodamiento en el eje.

Cuando dos o ms mediciones consecutivas del desalineamiento son diferentes, pueden ser causados por el excesivo juego del rodamiento, debido a que el eje se sita en diferentes posiciones cada vez. Esto puede causar desalineamiento.


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8. Pata coja.

Es difcil alinear cuando hay alguna pata coja, la mquina toma una posicin diferente cada vez que se alinea y se ajustan sus pernos a la base, la pata coja causa distorsin de la carcasa de la mquina. Existen cuatro tipos de pata coja: 8.1 Pata coja paralela, significa que la base y las patas de la mquina estn

paralelas, lo cual permite que la correccin sea simple agregando o removiendo la cantidad correcta de lainas.

8.2 Pata coja angular, es cuando la base y las patas forman un ngulo, entonces

se deben usar lainas tipo cua o escalonadas. Las posibles soluciones incluyen el desmontaje de la mquina para corregir el ngulo de las patas maquinndolos.

8.3 La pata rugosa, son superficies daadas o corrodas. Esto es evidenciado

por el movimiento del eje cuando se suelta un perno y luego no se puede insertar una gauge de lmina debajo de la pata.

8.4 La pata coja puede ser causada por fuerzas externas, son los esfuerzos en

las tuberas o los desalineamientos severos combinado con un acople rgido.

Fig. 5 Tipos de Pata Coja.


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9. Correccin vertical con lainas.

La correccin vertical es la primera a llevarse a cabo (a menos que los valores horizontales sean considerablemente mayores que los verticales). No se debe usar ms de tres o cuatro lainas debajo de cada pata ya que un mayor nmero de lainas actuaran como un resorte y la maquina puede rebotar.

Fig. 6 Lainas de espesores distintos.

10. Beneficios del correcto alineamiento.

Un correcto alineamiento brinda los siguientes beneficios:

a. Se incrementa el tiempo promedio entre fallas. Reduccin de costos por repuestos. Reduccin del inventario de repuestos. Reduccin de los costos laborales. Incremento de la disponibilidad de la mquina.


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b. Se ahorra energa debido a la reduccin de consumo de potencia.

Fig. 7 Beneficios del correcto alineamiento.

11. Comparacin de los mtodos de alineamiento.

a. Alineamiento con regla, ha sido usada y contina siendo usada para el alineamiento.

Sin embargo, ya que la resolucin del ojo humano es limitada 1/10mm (0.004"), la exactitud del alineamiento es por lo tanto limitada. Este mtodo no es recomendable por ser muy impreciso.

b. Alineamiento con diales comparadores, tienen una precisin de 1/100 mm (0.0004"),

es decir 10 veces la de la regla. El clculo de los valores de correccin en los apoyos se realiza con una calculadora electrnica o por medio de un grfico a escala.

c. Alineamiento con lser, tal como el Rotalign Pro, tiene una precisin de 1/1000 mm o

0.00004". La computadora calcula automticamente los valores de correccin en los apoyos.


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12. Alineamiento con diales comparadores.

La precisin de los diales comparadores es afectada por los siguientes factores.

Deflexin del soporte del comparador (SAG): debe medirse siempre antes de que se realicen las lecturas de alineamiento:

S se calibra CERO a la lectura superior entonces sumar 2xSAG a la lectura inferior. S se calibra CERO a la lectura inferior entonces restar 2xSAG a la lectura superior.

Friccin interna / histresis: Algunas veces el dial debe golpearse para

que la aguja indique su valor final (el cual puede no ser el correcto).

Resolucin 1/100 mm: hasta 0.005mm (0.2 mils) de error puede darse en cada lectura.

Errores de lectura: errores humanos simples pueden ocurrir con

frecuencia cuando los diales compradores son ledos bajo condiciones de estrechez, cansancio y condiciones severas de trabajo.

Juego en las uniones mecnicas: las solturas pequeas no se notan,

pero producen grandes errores en los resultados.

Inclinacin del dial: Al no haber sido montado perpendicular a la superficie de medicin, parte de la lectura del desplazamiento no es medida.

Juego axial del eje: puede afectar las lecturas en la cara del acople

tomadas para medir angularidad a no ser que se monten dos diales axialmente.


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Fig. 8 Factores que afectan la precisin de los diales comparadores.

12.1 Mtodo de alineamiento midiendo excentricidad y paralelismo.

La medicin de la excentricidad y el paralelismo con diales comparadores deben ser en superficies limpias libres de grasa, pintura, herrumbre o polvo, porque afectan a la precisin de las lecturas. Medir los SAGs en una barra recta, en el caso de la figura 9 el

SAGr: 0.03 mm en el sentido radial y el SAGa: 0.01 en el sentido axial. Definir la mquina FIJA y la mquina MOVIL. Montar la base y el dial comparador en la mquina FIJA. Montar dos diales comparadores uno en la parte superior para medir

la excentricidad y otro paralelo al eje para medir el paralelismo. Calibrarlos ambos en CERO, tal como se muestra en la Figura 9.

Girar ambos rotores a 90 en el sentido de las agujas del reloj, visto

desde la mquina MOVIL, tomar las lecturas de los diales. En la figura 9 se han obtenido 0.15 mm en el radial y 0.07 mm en el axial. La influencia de los SAGs en este punto es insignificante.


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desde la mquina MOVIL, tomar las lecturas de los diales. En la figura 9 se han obtenido:

En el radial 0.3 mm, (0.3 + 2 x SAGr = 0.3 + 2 x 0.03 = 0.36 mm ), o sea la medida real radial es de 0.36 mm. En el axial - 0.11 mm, (- 0.11 - 2 x SAGa = -0.11 - 2 x 0.01 = -0.13 mm), o sea la medida real axial es de 0.13 mm.


desde la mquina MOVIL, tomar las lecturas de los diales. En la figura 9 se han obtenido 0.15 mm en el radial y 0.08 mm en el axial. La influencia de los SAGs en este punto es insignificante.

Fig. 9 Mtodo de la excentricidad y el paralelismo.

S las lecturas antes de ser corregidas por efecto de los SAGs son consistentes, entonces la suma de las medidas horizontales debe ser igual a la suma de las medidas verticales (+/- 0.05 mm).

Si las lecturas son consistentes, entonces graficar a escala; El

paralelismo y la excentricidad de la mquina mvil en el plano vertical,


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tal como se muestra en la figura 10, proyectar el eje y por semejanza de tringulos determinar la cantidad a mover los apoyos de la mquina mvil para lograr alinear con el eje de la mquina fija.

Fig. 10 Clculo de correccin por semejanza de tringulos

Del mismo modo corregir el desalineamiento en el plano horizontal con

las lecturas a 90 y 270, en este ejemplo el alineamiento horizontal es correcto.


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12.2 Mtodo de alineamiento por el mtodo del dial Invertido por planos.

Alineamiento en fro por el Mtodo del Dial Invertido por Planos: Descripcin del Mtodo: El mtodo que se va ha describir es una variante del Mtodo por Dial Invertido Fundamental y su procedimiento es el siguiente (ver figura 11).

Fig. 11 Mtodo del dial invertido por Planos. Nota 1: Las medidas realizadas con el dial deben ser tomadas mirando desde la mquina mvil.

PLANO VERTICAL: Se fija el cero del dial en la parte inferior y se gira ambos ejes 180 y se toma la medida de la parte superior.

PLANO HORIZONTAL: Se fija el cero del dial en la parte derecha y

se gira ambos ejes 180 y se toma la medida de la parte izquierda. Nota 2: Los pasos anteriores deben realizarse tanto en la mquina mvil como en la fija.


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Ventajas: Se disminuye el porcentaje de errores de lecturas realizadas utilizando el mtodo de dial invertido fundamental.

Fig. 12 Clculo de la correccin por semejanza de tringulos.

13. Alineamiento con rayos lser.

El sistema de alineamiento lser es ms rpido, preciso y fcil, algunos fabricantes han adicionado funciones expertas para alinear trenes de maquinas, acoples tipo cardn, maquinas con ejes que no giran y tambin tiene un programa especial para la medicin de la planitud. El sistema completo consiste de lo siguiente:

Computadora. Emisor de lser. Receptor de lser. Cable de conexin de la computadora al receptor. Soportes compactos tipo cadena.


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Fig. 13 Alineador Lser Rotalign Pro.

Fig. 14 Alineador Lser de ltima Generacin Rotalign Ultra.


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13.1 Principios de medicin con un rayo lser y un reflector.

Fig. 15 Medicin del desalineamiento angular con un rayo lser y un reflector.

Fig. 16 Medicin del desalineamiento paralelo con un rayo lser y un reflector.

Con esta tecnologa de un nico rayo lser reflejado, se mide cuatro (4) veces el desalineamiento angular o el paralelismo real entre ejes.


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13.2 Principios de medicin con doble rayo lser reflector.

Fig. 17 Medicin del desalineamiento paralelo

con doble rayo lser reflector.

Con esta tecnologa de un doble rayo lser, se mide dos (2) veces el paralelismo real entre los ejes.

Fig. 18 Medicin del desalineamiento angular

con doble rayo lser reflector.

Con esta tecnologa de doble rayo lser reflejado, se mide dos (2) veces el ngulo real entre los ejes.


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13.3 Principios de medicin con un rayo lser y un reflector especial.

El rayo lser usado para medir alineamiento sale del emisor (en el grafico se muestra montado en la maquina de la izquierda). El rayo rojo brillante pasa por encima de las bridas del acople. El rayo entra en el receptor, donde encuentra un sistema de posicin. Este componente descarga las medidas del alineamiento real a la

computadora en trminos de coordenadas del rayo. El receptor tambin mide y reporta el ngulo de giro de los ejes

asociado con cada grupo de mediciones tomadas. Cuando se giran los ejes, cualquier desalineamiento provoca que el

rayo lser se mueva ligeramente con respecto al receptor. La computadora usa el desplazamiento exacto para calcular la

condicin del alineamiento entre ejes. Al introducir las dimensiones entre apoyos y entre ejes de la maquina

la computadora puede calcular los desplazamientos necesarios de los apoyos de las maquinas para lograr un correcto alineamiento.

Fig. 19 Medicin del desalineamiento con un rayo lser y un reflector especial.


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13.4 El lser de Rotalign Pro.

i. El emisor de lser del ROTALIGN PRO es alimentado por una

batera simple de 9V.

ii. El semiconductor de lser usado emite una luz en el rango de rojo (longitud de onda 670nm) y tiene una energa de menos de 1mW.

iii. El lser opera por pulsos, bajo un patrn aleatorio, lo cual es

indicado por el LED de control ubicado en la parte frontal del transductor.

iv. La nica precaucin de seguridad que debe tomarse en cuenta

con el lser Clase II es evitar verlo directamente.

Fig. 20 Partes del alineador lser Rotalign Pro.


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Fig. 21 Emisin por Pulsos del alineador lser.

13.5 El receptor del Rotalign Pro.

El receptor contiene dos detectores de posicin de lser, ubicados uno detrs del otro, los cuales miden la posicin exacta del rayo lser a medida que los ejes son rotados.

Los detectores son biaxiales, anlogos, detectores fotoelctricos de

posicin con resolucin de 1m (1/1000mm o 0.04 mils) y un rea de 18 x 18 mm (0.7 x 0.7 in.) Cada uno, de los cuales el rango linearizado mide 10 x 10 mm (0.4 x 0.4 in.). Adems, el receptor contiene un inclinmetro electrnico con precisin menor a 2 para medir el ngulo de rotacin de los ejes.

El receptor tambin tiene 2 LED's en su parte frontal, uno verde y el

otro rojo, para indicar el ajuste del rayo. El receptor es alimentado por la computadora del ROTALIGN PRO va el cable por el que pasan los datos de medicin. Tambin se puede usar una conexin infrarroja.

Tenga cuidado en mantener siempre el lente del receptor limpio todo

el tiempo, ya que el polvo y las huellas digitales pueden provocar resultados errneos de medicin. Usar la tela fina que viene con el equipo para limpiar los lentes.


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Fig. 23 Vista en corte del receptor mostrando los dos detectores.

Figura 22. Receptor especial del alineador lser Rotalign Pro.


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Fig. 24 Cmo calcula el alineador lser Rotalign Pro, el desalineamiento paralelo y angular.

13.6 Detectores de medicin del Rotalign Pro.

Cuando el rayo incide en este sistema con un ngulo, las coordenadas del rayo del primer detector difieren de las del segundo detector. Esta diferencia es medida y usada por la computadora para determinar el ngulo del rayo lser.

13.7 Cmo mide el Rotalign Pro desplazamiento y angularidad?

El grafico ayuda a entender como se determinan los valores de alineamiento. Superior izquierdo: Cualquier desplazamiento entre los dos ejes causarn un cambio igual de los valores en el eje Y1 y en y2 a medida que los ejes son rotados, esto es, para cualquier posicin del eje: Offset = Y1 (o Y2)

Superior derecho: Cualquier angularidad relativa entre los ejes puede determinarse por diferencia entre los valores Y1 e Y2, esto es para cualquier posicin del eje: Angularidad = Y1 - Y2


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14. Clculo de la compensacin trmica.

Algunas mquinas operan a temperaturas lo suficientemente altas para causar una dilatacin o expansin trmica de la carcasa, que causa el desplazamiento relativo entre los ejes desde su posicin estacionaria en fri. Si se conocen la direccin y el valor de la dilatacin, entonces las maquinas pueden ser desalineadas a propsito, para que cuando trabajen a su temperatura normal de operacin, los ejes se encuentren bien alineados. Las especificaciones de desalineamiento en fri, generalmente son dados por los fabricantes de la mquina y estn expresados en trminos de lecturas de diales comparadores.

Fig. 25 La expansin trmica.


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Fig. 26 Programa de clculo de la expansin trmica.


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15. Tolerancias de Alineamiento.


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16. Alineamiento de mquinas embridadas.

Estas maquinas pueden ser verticales u horizontales, en cualquiera de los dos

casos las correcciones del alineamiento se hacen directamente en la brida.

La angularidad se corrige insertando o quitando lainas entre las bridas y el paralelismo se corrige moviendo la brida en forma lateral.

Fig. 27. Alineamiento de mquinas embridadas.

17. Alineamiento de ejes con acoples tipo cardn.

Las juntas universales o cardan pueden transmitir el movimiento entre ejes que se cortan formando un ngulo que puede variar durante el funcionamiento. En estas juntas, salvo que los ejes estn alineados, si la velocidad angular del eje de entrada es constante, el eje de salida tiene una velocidad angular variable. Esta variacin de velocidad angular genera pares de inercia variables inaceptables en mquinas de precisin. Para solucionar este problema se utilizan juntas cardan por parejas, haciendo que las horquillas del eje intermedio estn contenidas en el mismo plano y que el ngulo entre el eje de entrada y el intermedio sea igual que el ngulo entre el eje intermedio y el de salida.


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Alinear maquinas acopladas con cardn requiere el uso de brackets (soportes) especiales. Los ejes cardan son utilizados normalmente para transmitir movimiento entre dos mquinas cuyos ejes no pueden ser montados en la misma lnea recta, formando dicho eje espaciador un ngulo. Excesivo desalineamiento en tal configuracin causa una rpida fluctuacin de los RPM del eje conducido durante operacin, que causan graves particulares consecuencias a los motores AC sncronos y asncronos electrnicamente controlados. El alineamiento preciso reduce las irregularidades rotacionales del eje cardn al mnimo, de tal forma que las cargas en los rodamientos durante la rotacin del mismo son minimizadas, el tiempo de vida de los componentes mejora y las fallas inesperadas en la maquina se reducen.

Fig. 28 Alineamiento de cardanes.


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18. Ejercicios de Alineamiento.

18.1 Hallar los valores de correccin del desalineamiento vertical y horizontal, utilizando el Mtodo de la Excentricidad y el Paralelismo (ver figura 29).

Fig. 29 Medidas de la excentricidad y el paralelismo.


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18.2 Hallar los valores de correccin del desalineamiento vertical y horizontal,

utilizando el Mtodo del Dial Invertido por Planos (Ver Figura A30).

Fig. 30 Medidas del desalineamiento radial.

Bibliografia:

1. Prftechnik Alignment, Training Participant Handbook of Rotalign Pro, Edition July 2000. VIB 9.639G.

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