CN1332866C - 一种纤维馈送*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改进的高速纤维装置,包含一个或更多个阻尼杆(3,5),进料室装置(7)和馈送管道(12),用于把一条或更多条纤维(2)从中间卷绕物转移到一个或更多用于诸如张力调整、预浸渍、重络纱、经纬纱交织或拉挤的额外处理的机械装置中。

Description

一种纤维馈送***
技术领域
本发明涉及改进的用于将纤维材料从纱球、落纱筒、丝饼或其他的卷绕物高速馈送到一个或更多的机器进一步处理的设备,本发明特别涉及用于不间断的玻璃或合成材料纤维的高速馈送的设备。
背景技术
在纤维产品的生产过程中的一种常见做法是将数股长丝收集并卷绕到载体上,产生可被称为纱球、络纱筒、捆(package)、丝饼或落纱筒的纤维束。然后这些纤维束可以被用来储存、运输和将纤维线性地供应到诸如纺粗纱、重络纱、编织、加捻、经纬纱交织、合股、针织、短切、拉挤、长丝卷绕、预浸渍、线涂敷或加捻合股的工艺,用于诸如短切原丝垫、卷绕在纱管上的细纱、多头粗纱或织物或其他材料的产品的生产。一般地,很多这些纤维束被安置在筒子架或其他的装置上,然后各条纤维被从单独的束上抽取,并被单独地或共同地传送到一个或更多的后续工艺中。
在很多实例中,将纤维退出馈送管道时的张力调整到所需范围内既有助于控制进入任何后续处理的张力,也有助于为退出各个馈送管道的多条纤维提供大致均匀的张力。络纱操作尤其受益于在馈送管道和络筒机之间使用张力调整设备来在纤维中保持均匀的张力。尽管有各种张紧器设计可用,但是优先选择能够在纤维高速通过时施加均匀张力,并且即使在高张力水平下也不破坏单丝的弹簧张紧器。但是,根据应用,其他类型的张紧器,包括柱式和盘状、断闭杆或弹簧夹、电磁断闭/张力调整设备和球管(ball-in-tube)张紧器,也可以被与基本的馈送装置结合使用以执行所需的张力调整。
应当理解,最终产品可以被生产的速度由纤维可以被从筒子架以安全和可持续的方式抽取和供应到所需制造操作的速度所限制,至少部分如此。已经被采用的用于在纤维被从筒子架卷取时控制和导引它的现有技术包括用各种陶瓷和金属材料制造的环形导引器、孔眼和罗拉。惯于用例如钢的容易被腐蚀的金属制造的导引器经常被涂敷一层抛光的镍或铬,以减少或防止导引器表面的腐蚀,并减少在纤维被通过或经过导引器抽取时对纤维的破坏。例如,授予Grimshaw等的美国专利No.5,273,614公开了一种用于导引间隔的丝束的重定向罗拉的具体结构。授予Bollen的美国专利No.4,944,077提供了减少被从纱管高速抽取的细纱的空气摩擦的方法,其中,一个被加速的空气区域包围着细纱。授予Lee的美国专利No.6,182,475则提供了另一种利用了由镐氧化物和钇氧化物构成的细纱导引装置的细纱导引设备,用于将细纱从筒子架馈送到针织针。其他的工作则涉及对筒子架自身进行修改。例如,授予Flamm的美国专利No.5,639,036提供了一种纺织机,其中,筒子架被可转动地支撑在枢轴上,轴和筒子架的运动被用电机和传送皮带单元控制。
但是,发明者的经验是:包括开放框架装置的那些***在纤维馈送速度提高时,仍容易受到纤维缠绕和粘连的影响。当终端操作能够以高速接收和使用纤维时,降低的纤维馈送速度直接限制了整个操作的生产率。类似地,纤维断裂导致的停工期和由断裂的纤维的飞舞端给操作者带来的风险损害了操作的安全性和效率。为了解决这些限制和安全问题开发了本发明,从而得以实现改进的纤维馈送操作的高速运转。
发明内容
本发明涉及改进的高速纤维装置,包括一个或更多的阻尼杆、进料装置和馈送管道,用于把一条或更多条纤维从中间卷绕物转移到用于额外处理的装置,额外处理可能包括诸如纺粗纱、重络纱、编织、加捻、经纬纱交织、合股、针织、短切、拉挤、长丝卷绕、预浸渍、线涂敷、加捻合股、张力调整或倒轴的操作。请求保护的装置的结构允许纤维以超过1500米/分的抽取速度被消耗,同时减少纤维缠绕在馈送装置部件周围的倾向。通过保持和控制基本自由的纤维流,本发明得以实现运行速度的提高、因纤维断裂所导致的停工期的减少和操作者安全性的改进。本发明适用于很多的纤维,包括诸如芳族聚酸胺、聚酯、尼龙、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯对苯二酸盐(PBT)、聚乙烯对苯二酸盐(PET)和聚亚苯基苯二异唑(polyphenylenebenzobisoxazole)的聚合物纤维,碳和金属纤维,包括铜和钢,各种类型的玻璃纤维,例如E、ECR、S、C和D型玻璃纤维,以及天然纤维,例如黄麻、***、棉花和亚麻。
附图说明
图1示出请求保护的设备的基本部件,包括纤维源、阻尼杆装置、进料室和馈送管道。
图2示出图1中所示的设备旋转90度后的一部分。
图3A-3F示出请求保护的设备的具有其他结构的阻尼杆装置的各种实施例。
图4示出请求保护的设备的实施例中的一个实施例,被构建成从可被安置在托盘或筒子架上的多个纤维源接收纤维。
图5示出图1中所示的设备旋转90度后的一部分。
图6示出图1中所示的设备的某些机械部件,用额外的标记来突出该设备的某些空隙和尺寸。
图7示出图2中所示的请求保护的包含经过修改的阻尼杆的设备的一个实施例。
图8示出在请求保护的设备中使用的进料室的另一个实施例。
图9A-9B示出在请求保护的设备中使用的进料室的另一种结构。
具体实施方式
本发明包含包括阻尼杆装置的改进的高速纤维装置,包含一个或更多的阻尼杆、进料装置和馈送管道,用于把一条或更多条纤维从初始卷绕物转移到用于进行额外处理的装置,额外处理诸如纺粗纱、重络纱、编织、加捻、经纬纱交织、合股、针织、短切、拉挤、长丝卷绕、预浸渍、线涂敷、加捻合股、张力调整或倒轴。
如图1所示。基本的装置包含纤维源1,通常为在托盘或筒子架中提供的卷绕物或落纱筒,纤维2从纤维源1中被拆卷用于在其他工艺中使用。如此处所使用的,术语纤维也试图包括被构建成要从中间源拆卷,用于在额外的操作中使用的丝束和粗纱。纤维2被从包含第一阻尼杆3的阻尼杆装置之上抽取,在阻尼杆3处,纤维2与阻尼杆的表面4的一部分接触,被接触的部分最好提供不易破坏或打毛纤维,并且在纤维以高速被经过它抽取时不受到过多破坏的光滑、耐用的表面。在通过第一阻尼杆3后,纤维被从第二阻尼杆5之上抽取,在阻尼杆5处纤维与第二阻尼杆的表面6的一部分接触,被接触的部分最好提供不易破坏或打毛纤维,并且在纤维以高速被经过它抽取时不受到过多破坏的光滑、耐用的表面。
在通过阻尼杆5之后,纤维2被抽取到提供了大开口8的进料室7,大开口8由进入到包含和导引纤维2,直到它通过小的后开口11退出进料室7并进入馈送管道12为止的外周边缘9所限定。纤维继续通过馈送管道12到达馈送管道出口13,在出口13处它被馈送到另一个装置14,例如与络筒机16耦合的张紧器15,用于额外的处理。尽管此处为讨论的目的示出了张紧器和络筒机,但是额外处理的类型在范围上基本不受限制,并可能包括一个或更多的诸如纺粗纱、重络纱、编织、加捻、经纬纱交织、合股、针织、短切、拉挤、长丝卷绕、预浸渍、线涂敷、加捻合股、张力调整或倒轴的操作,或者其他的需要或获益于线性高速纤维馈送的工艺。
进料室7最好提供不易破坏或打毛纤维,并且在纤维以高速被经过它抽取时不受到过多破坏的坚实、光滑和耐用的表面。已经发现,用诸如经过抛光的不锈钢、红铜和黄铜的材料来构建与玻璃纤维一起使用的阻尼杆、进料室和馈送管道足以满足要求。其他的材料,包括诸如加镍或加铬的钢的金属、合金、复合材料、陶瓷、特氟纶或其他的高分子量聚合物,在构建这些元件时也可以被单独或组合使用。在选择合适材料时的关键考虑是:它们平稳并且均一地磨耗而不产生容易在纤维经过被磨耗的表面抽取时破坏纤维的锋利或粗糙的区域。由于这个原因,通常不倾向于将黑铁、未经涂敷的钢和具有高铁含量的陶瓷与玻璃纤维组合使用。
应当理解,材料的选择和元件的尺寸应该针对被通过装置馈送的纤维的类型和尺寸以及纤维将要被馈送的速度来选择,以提供不导致对纤维或表面的破坏的纤维/表面接触状态。
如图1和图2所示,本发明的优选实施例包含一对基本平行并紧密地间隔开的柱状阻尼杆3、5,纤维2通过阻尼杆3、5被以蛇形样式抽取。但是,如图3A-3F所示,本发明可以采用各种结构的基本机械元件。
在图1所示的实施例中,阻尼杆的中心大致沿在纤维源1和进入馈送管道12的后开口11之间限定的纤维轴线2’对齐。纤维轴线不一定反映出纤维2在纤维源1和馈送管道12之间的实际路线,而是提供了用于本发明的某些元件相互定位的参考点。
在图3A中所示的实施例中,在阻尼杆3、5的下面提供的具有支撑面18的第三阻尼杆17增大了纤维2在纤维源和进料室7之间所走的蛇形路线的长度。相邻阻尼杆之间的空隙可以相同,或者下阻尼杆3,17之间的空隙可以稍微大点,用于拆解大的线圈而不粘连。
在图3B中所示的实施例中,阻尼杆之一被固定在从轴线2’偏移了偏移距离19的位置,以修改纤维2所走的路线、与纤维所接触的阻尼杆的表面部分的长度和位置以及加载于或施加到纤维上的张力。如图所示,尽管只有上阻尼杆有偏移,可以想象,在具体实施例中,一个或更多的阻尼杆可以从纤维轴线2’偏移。偏移距离可以向纤维轴线的任意一侧,或者,如果多于一个阻尼杆有偏移,则可以具有不同的量值,以使装置适于具体的应用。阻尼杆偏移的一个量度是偏移角θ,偏移角θ在纤维轴线2’和通过阻尼杆的中心和纤维轴线2’上的一点,与阻尼杆的最低表面垂直的直线之间测量。
在图3C中所示的实施例中,只采用了单个阻尼杆。尽管这并非优选结构,但是可以想象,在某些应用中,单个阻尼杆将足以控制纤维馈送到进料室。
在图3D中所示的实施例中,纤维馈送装置中的阻尼杆中的至少一个(只是为了方便使用阻尼杆5)可以被固定成至少在第一位置5和第二位置5b之间可运动,以提供对进入进料室7的纤维2的路线张力的额外的控制。可运动阻尼杆的运动可以大致为线性的(示出的为基本水平的线性运动)、弓形的,或者在非柱状阻尼杆的情况下为旋转的,或者为两个或更多类型的运动的组合。此外,如果多于一个阻尼杆可运动,则使用各种公知的机械装置,各个可运动阻尼杆的运动可以配合或者独立。
在图3E中所示的实施例中,可以采用包括椭圆形或者甚至更不规则的形状(未示出)的另一结构的阻尼杆20、21,其中,只有实际上被纤维2所接触的一部分阻尼杆是光滑和耐用的。
如图3F所示,一个或更多的阻尼杆可以是空心的,或者是仅仅为了减少***的全重或者是为了提供通道22、23,液体可以被通过通道22、23按所期望的来加热或冷却阻尼杆。
如图4和图5所示,在本发明的一个优选实施例中,多个纤维装置可以被相互临近的安置以便从安置在托盘或筒子架24上的多个纤维源1抽取多条纤维2。尽管在这个优选实施例中,每个馈送装置一次仅从一个纤维源抽取纤维,但是对于某些应用,人们可能期望通过单个纤维馈送装置馈送多条纤维。如图4和图5中所示,三个纤维馈送装置当中中间的那个同时从对应的纤维源1、1a抽取两条纤维2、2a,并把它们一起输送到单个的额外处理装置14。此外,尽管图5示出了使用公共阻尼杆3、5,但是每一个单独的馈送装置可以用专用阻尼杆构建。在如图3D所示的阻尼杆中的一个或多个可运动的例子中,将优选独立的阻尼杆。
如图6中所示,根据本发明的馈送装置其特征在于在图1中所示的实施例的一部分上所表示出的各个部件之间的某些空隙和各个部件的尺寸。被表示出的尺寸包括上阻尼杆5和进料室7之间的距离25,上阻尼杆5和下阻尼杆3之间的距离27,以及在所示的双阻尼杆结构中,下阻尼杆3和纤维源1之间的距离29。除了被表示出的空隙之外,在构建针对特定应用的纤维馈送装置时,还要求考虑诸如上阻尼杆26的直径、进料室的直径和深度、纤维的尺寸以及馈送管道的直径的尺寸。应当理解,例如图3A中所示的其他的实施例可能具有额外的空隙和尺寸,而例如图3C中所示的其他的实施例则可能具有更少的要被考虑的空隙和尺寸。
当使用多于一个阻尼杆时,至少在被纤维所接触的前两个阻尼杆之间的空隙27最好被保持在最大纤维尺寸的某个较低的倍数,一般小于5,以辅助拆解和去除可能在纤维进入进料室之前被从纤维捆抽取的线圈。类似地,上阻尼杆5和进料室7之间的距离25最好被保持在最大纤维直径的较低倍数,一般小于15,以提供对进入进料室的纤维的良好控制。
但是,对于下阻尼杆3和纤维源1之间的空隙29,这个距离最好大得多,一般至少为阻尼杆之间的空隙的50倍,最好至少为100倍,以使纤维被从纤维源1抽取的点的位置的变化对纤维与第一阻尼杆接触时的角度的影响被减少。类似地,对于进料室7的尺寸,较宽的开口8最好至少比最大纤维尺寸大约50倍,最好至少大约100倍。对于馈送管道12的尺寸,它的直径最好至少比最大纤维尺寸大大约5倍,最好至少大约10倍。如下面的例子中所示,具有位于更优选的范围内的部件空隙和尺寸的纤维馈送装置在高速时表现非常好。
总的来说,较粗的纤维、具有较高层次捻度的纤维、较硬的纤维和/或更高的馈送速度将要求增多的最小纤维源以降低阻尼杆分隔距离(DSB),以便以令人满意的方式工作。反之,当馈送较细的纤维、具有较低层次捻度或无捻度的纤维、更柔韧的纤维、更软的纤维或/或使用较低的馈送速度时,可以降低DSB而保持令人满意的性能。在评价DSB的充分性和对阻尼杆的影响时,没有线圈或纤维涌动应该通过进料室并进入到馈送管道中。如果观察到这样的状况,纠正的动作可以包括阻尼装置中额外的阻尼,增大的DSB或这些调整的组合。一般,在目标为使得对纤维的破坏的可能性最小的情形时优选增大的DSB。如果间隔的限制使得增大DSB困难和/或如果可以容忍对纤维的某种破坏,则可以采用增大纤维和阻尼杆之间的接触程度来改进纤维馈送的线性。
如图7所示,在本发明的另一种结构中,可以给阻尼杆30、32的表面提供凹陷表面部分31、33,以辅助对中和导引纤维2经过阻尼杆的表面。此外,尽管对于支撑面优选光滑耐用的表面,但是,一个或更多阻尼杆上的接触表面或一部分接触表面33a可以被加上纹理,故在纤维2被经过阻尼杆的表面抽取时,它的状态将被更改,一般被用某种方式弄得粗糙或被磨损。
如图8所示,本发明的另一实施例包括一个或更多的气体进入口34,通过进入口34,诸如空气、蒸气、氧气、氦气或氮气的气体可以被导入一个或更多的通道35,并通过多个冲孔36或其他的开口、管嘴或进入口通过进料室7a。通过调整气体通过冲孔36离开的速度,可以减少纤维2和进料室的内表面10a之间的接触。类似地,通过选择合适的气体,当纤维2被通过进料室7a和馈送管道12抽取时,这个实施例可以帮助控制温度、湿度、水汽含量或静电荷的积累。类似地,通过选择其他的气体或者改变其他的性质,这个实施例至少可以被用来在纤维2被通过进料室7a和馈送管道12抽取时部分地为后续处理预处理纤维2。
除了在图1到图8中所示的基本为半球形的室之外,根据本发明,图9A的笛形进料室7a和图9B的锥形进料室7b可以被包含在纤维馈送装置中。此外,整体进料室7、7b、7c中的任何一个可以被沿着图8中所示的线修改,以允许通过进料室的侧面导入一种或更多的气体。无论所选择的进料室的结构如何,它必须被选定大小和构建成通过限制纤维的运动范围并同时使与进料室的内表面的接触最少来提供对纤维的充分控制。在测试中,足够大尺寸的半球形(圆顶)和锥形(尖锥)进料室都表现良好。
对比例子
初始的纤维馈送装置被构建成从安置在托盘上的卷绕物集合抽取一系列600-1470克/千米的玻璃纤维(大致为椭圆,具有大约为0.26mmx2.18mm的尺寸),并使纤维通过一系列开口环形导引器并进入由1.9厘米红铜管构建的馈送管道的馈送管道入口。弹簧张力调整设备被设置在馈送管道的出口附近,用于在把纤维传送到络纱操作之前给退出馈送管道的纤维施加均匀的张力。采用现有技术的开口环形设计,在超过200米/分的馈送速度时,纤维馈送装置的操作容易导致纤维缠绕在一部分导引环或其支撑构件的周围,并中断或停止操作。
例子
对初始的纤维馈送装置进行了修改,以使相同的玻璃纤维仍旧被从安置在托盘上的相同排列的卷绕物抽取。但是,根据本发明,玻璃纤维首先沿着蛇形路线通过双杆阻尼杆装置,阻尼杆装置为间隔开大约6.3毫米的38.1毫米的红铜管。下阻尼杆被设置在托盘之上至少61厘米,并且上阻尼杆被置于具有大约19厘米的半径和光滑内表面的半球形不锈钢漏斗中心下面大约6.3毫米。不锈钢漏斗包括小的后出口,纤维通过后出口被馈送到由1.9厘米红铜管构建的馈送管道中。采用根据本发明进行修改的纤维馈送装置,有可能将相同玻璃纤维从相同的捆馈送到相同的弹簧张力调整设备并且超过1500米/分的络纱操作没有纤维超绕或粘连。可持续纤维馈送速度的超过7倍的提高相对于现有技术纤维馈送装置产生了显著的生产效率的改善,同时提高了操作者的安全。
上面提供的本发明的说明和解释在本质上仅仅是示范性的,期望本领域普通技术人员将会理解,不偏离本发明的精神和范围,所描述的具体装置的很多改变是可能的。

Claims (20)

1.一种纤维馈送***,包含
纤维源(1),纤维(2)被从纤维源(1)抽取;
阻尼杆装置,它具有接收和接触被从所述纤维源抽取的所述纤维的表面部分;
进料室(7),它被安置用于从所述阻尼杆装置接收所述纤维,所述进料室提供大的前开口(8)和小的后开口(11),所述纤维通过前开口(8)进入所述进料室,所述纤维通过后开口(11)退出所述进料室;
馈送管道(12),它具有被安置在所述进料室的所述后开口附近,用于接收退出的纤维的进入口和引出口;和
纤维处理设备(14),它被安置用于接收和处理从所述馈送管道引出口退出的所述纤维。
2.如权利要求1所述的纤维馈送***,其中,所述阻尼杆装置包含下阻尼杆(3)和上阻尼杆(5),每一个所述阻尼杆大致为柱状,其特征在于纵轴和直径,所述下阻尼杆和上阻尼杆被安置成使得其纵轴彼此基本平行,并垂直于被从所述纤维源抽取的所述纤维,所述纤维在进入所述进料室之前,既在所述下阻尼杆上与第一圆形外表面(4)接触,也在所述上阻尼杆上与第二圆形外表面(6)接触。
3.如权利要求2所述的纤维馈送***,其中,所述进料室包含大致为半球形的装置,所述前开口的边沿大致限定了临近所述上阻尼杆的圆形,所述进料室和所述上阻尼杆被安置成使得所述前开口的直径大致平行于所述上阻尼杆的纵轴并位于其上方。
4.如权利要求3所述的纤维馈送***,其中,所述进料室和阻尼杆装置与所述纤维接触的部分包含多个光滑的支撑面,所述支撑面在所述纤维在所述支撑面上通过时对其产生很小的破坏或没有破坏。
5.如权利要求4所述的纤维馈送***,其中,所述进料室和阻尼杆装置与所述纤维接触的部分包含一种或更多种从由不锈钢、红铜、高密度聚合物和超高分子量聚合物构成的组中所选择的材料。
6.如权利要求2所述的纤维馈送***,其中,所述纤维源和所述进料室的后开口的相对位置限定了纤维轴(2’),并且所述下阻尼杆和上阻尼杆的纵轴大致垂直于所述纤维轴。
7.如权利要求6所述的纤维馈送***,其中,所述下阻尼杆和上阻尼杆的所述纵轴大致与所述纤维轴相交。
8.如权利要求6所述的纤维馈送***,其中,所述下阻尼杆和上阻尼杆中的至少一个的所述纵轴从所述纤维轴偏移,在两条纵轴之间的直线与所述纤维轴形成了偏移角。
9.如权利要求8所述的纤维馈送***,其中,所述偏移角至少为15度。
10.如权利要求6所述的纤维馈送***,其中,所述下阻尼杆和上阻尼杆中的至少一个可以相对于所述纤维轴在第一位置和第二位置之间运动,所述运动趋于改变当纤维被抽取到进料室时作用在纤维上的张力。
11.如权利要求1所述的纤维馈送***,其中,所述阻尼杆装置的至少一个元件可以相对于所述纤维轴在第一位置和第二位置之间运动,所述运动趋于改变当纤维被抽取到进料室时作用在纤维上的张力。
12.如权利要求3所述的纤维馈送***,其中,与所述纤维接触的阻尼杆之一的至少一部分被提供了加上纹理的表面,足以在所述纤维在所述加上纹理的表面上通过时以预定的方式更改所述纤维。
13.如权利要求4所述的纤维馈送***,其中,所述进料室的所述小的后开口和所述馈送管道进入口被构建成在所述进料室和所述馈送管道之间提供光滑的圆形过渡表面。
14.一种纤维馈送***,包含:
多个纤维源(1),多条纤维(2)被从所述纤维源(1)抽取;
阻尼杆装置,它具有多个圆形表面部分,所述纤维经过所述圆形表面部分被从所述纤维源抽取;
多个进料室(7),它们被安置用于从所述阻尼杆装置接收一条或更多条所述纤维,每一个进料室提供大的前开口(8)和小的后开口(11),一条或更多条纤维通过前开口(8)进入所述进料室,一条或更多条纤维通过后开口(11)退出所述进料室;
多个馈送管道(12),每个馈送管道具有被安置在所述进料室之一的后开口,用于接收退出的一条或数条纤维的进入口和引出口;和纤维处理设备(14),它被安置用于接收从一个或多个所述馈送管道引出口退出的一条或数条纤维。
15.如权利要求14所述的纤维馈送***,其中,多个纤维源被安置在以相对于所述进料室的预定方向支持所述纤维源的筒子架(24)中。
16.如权利要求14所述的纤维馈送***,其中,所述纤维源、阻尼杆装置和进料室被以大致垂直对齐的方向安置,其中,所述纤维源被安置成大致在所述阻尼杆装置下面,并且所述阻尼杆装置被安置成大致在所述进料室下面;
并且,此外其中;
所述纤维源到所述阻尼杆装置之间的第一距离和所述阻尼杆装置与所述纤维源之间的第二距离之间的第一比值至少为10。
17.如权利要求16所述的纤维馈送***,其中,所述第一比值至少为25。
18.如权利要求16所述的纤维馈送***,其中,所述第一比值至少为50。
19.如权利要求15所述的纤维馈送***,其中,所述阻尼杆装置包含下阻尼杆(3)和上阻尼杆(5);
并且,此外其中;
所述下阻尼杆和上阻尼杆之间的第三距离和所述阻尼杆装置与所述进料室之间的第二距离之间的第二比值小于大约5。
20.如权利要求19所述的纤维馈送***,其中,所述第二比值小于大约2。
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