一种辊轮及其设计方法与流程

1.本发明属于卷烟生产工艺相关技术领域，尤其涉及一种辊轮及其设计方法。


背景技术：

2.卷烟厂生产制造卷烟时，卷烟经过每道生产环节并且符合生产工艺要求才算是合格烟支，其中烟支表面的牌号钢印和车号钢印都需要通过卷烟机上的油墨喷嘴均匀适量的喷洒在钢印上，然后再通过钢印印刷在烟支表面上，墨膏必须由专用灌注车灌注入卷烟机内。
3.目前国内烟支用墨膏灌注车，主要采用气动推杆结构，即由压缩空气带动气动泵体动作，再继而带动推杆动作，最后将墨膏灌注入卷烟机内，在此过程中，气动泵体的反复来回动作会磨损灌注体内的推杆和皮碗，久而久之造成推杆和皮碗动作不稳定，影响墨膏传输，并且气动泵体的拆卸非常繁琐，也给墨膏车的维护带来极大不便。墨膏灌注车外观及其部分内视图如图1、图2所示。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种辊轮及其设计方法，利用本发明辊轮的辊轮压注式的墨膏灌注车，以螺旋推进的形式在灌注体内形成局部压力差，从而将腔体内的墨膏挤出。针对于卷烟制品专用墨膏，由于墨膏本身在粘稠度、流畅度及使用周期上存在其特殊的属性，同时辊轮旋转面的弧形是非等长的，本发明采用旋转面临界条件的判断，降低了计算复杂度；增加了弧形旋转面整体结构的平衡性，使辊轮在自旋转时能获得更小的阻力，同时避免了旋转时产生的共震，便于辊轮旋转面结构的优化。
5.本发明采用的技术方案是：
6.一种辊轮，其特征在于，所述辊轮为类圆锥状，所述类圆锥状包括多个非等长的不锈钢涡轮旋转面，多个所述涡轮旋转面同轴叠加构成所述辊轮，所述辊轮的辊体至左向右依次缩小，墨膏由大端侧进入，通过挤压旋转从小端侧流出；每个所述涡轮旋转面的外周面为弧面。
7.一种辊轮的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.s1、对辊轮任意一个旋转面采用积分得出临界点ln，通过提取该旋转面的临界点和特征向量来确定该旋转面和相邻旋转面的边界，再进行处理后得到对应的特征向量v；
9.s2、在对临界点的计算过程中，可确定旋转面初始相位的自适应因子，可确定旋转面的初始位置和步长；
10.s3、通过旋转面的初始位置的确定和步长的变化来不断叠加延拓点的数量从而生成顺时针或逆时针旋转面弧形的长度，并且通过设定步长的变化量使弧形在生成过程中具有非等长结构；其中，通过计算辊轮旋转面的步长变化量，来取得旋转面弧形的累积值，并且通过不断的叠加，最终获得非等长弧形旋转面的立面结构。
11.进一步的，在步骤s1中，将辊轮每个旋转面相互切合之间的每个切点定义为临界
点，这些临界点可看成是一个旋转面转向另一个旋转面时计算值收敛或者发散趋势的点，对某一旋转面采用积分计算临界点ln，即
12.且
13.其中，v1和v2分别代表两个特征向量，on表示旋转面的圆心，rn表示旋转面的半径，θ表示旋转面相对于水平的倾斜度，d表示微分量，n表示变量且n∈n，n表示自然数。
14.对于辊轮旋转面可以近似为由特征向量v1和v2确定的临界点上，并且由旋转面上的圆心on和半径rn一起构成一个旋转面的边界条件，因此，可以通过提取一个旋转面的临界点和旋转面的特征向量，来确定和相邻旋转面的边界，即：
[0015][0016]
其中，δq
n-1
是初始相位的自适应因子，δq
end
是末端相位的自适应因子，δq
n-1
对应的坐标轴值越大，则δq
end
对应的坐标轴值越大，两者之间拉伸的步长即旋转面的弧形越短；
[0017]
再通过平面的标准方程可得：
[0018]
(v
1-ln)2+(v
2-ln)2＝r
n2
,n∈n
[0019]
从而求得旋转面的特征向量(v1,v2)，此时通过已确定的旋转面的特征向量v1,v2和圆心on和半径rn，即可确定该旋转面的边界条件，以此类推即可确定辊轮中所有旋转面的边界条件。
[0020]
进一步的，在步骤s3中，旋转面在塑形过程中引入弧形迭代法来优化旋转面结构，将各个弧形旋转面的塑形过程看成是若干条无限延长轨道上延拓点累积：采用延拓点累积来塑形旋转面，通过设置延拓点的限制条件和预估来优化旋转面结构；通过延拓点偏移量来观察弧形旋转面塑形过程中每个延拓点是否稳定，还可以通过当前延拓点的偏移量来推导出这个延拓点后续所有的延拓点，从而减小计算量；具体步骤如下：
[0021]
①
、计算旋转面的特征向量(v1,v2)，对应地，转化为轨道上稳定特征向量(v3,v4)，即：v3＝f(v1,on,rn)，v4＝f(v2,on,rn)，其中f为轨道上的特征值，它们一起构成了轨道上的特征稳定空间e2(v3,v4)，该空间值为方差值；
[0022]
②
、由特征向量v3，v4和on，rn围成的平面就是初始旋转面的近似，在此平面上均匀地取第n个延拓点dn作为后续轨道其它延拓点的初始点，其中d表示按顺序取值的延拓点；
[0023]
③
、从该延拓点dn出发，先通过积分分别计算一段弧形，即：
[0024][0025]
其中，dn代表以n作为变量而无限小的微分量，wn表示旋转面的弧形，各段弧形上的末点构成新的一段弧形上的初始点；
[0026]
④
、为了使每段弧形上的延拓点大致保持恒定，需要对弧形上的延拓点之间的距离进行检查，当相邻两点距离过小时，就要去掉其中一个点，而当两点间的距离过大时，就在这两个点中间插入一个点；当发生混沌现象时，即指构成一段弧形上的部分延拓点同时也构成另一段弧形，弧形与弧形之间就会发生相互缠绕，造成延拓点之间距离过大或过小，
此时就需要多次重复上述操作，使每段弧形上的延拓点数量始终保持恒定且延拓点之间距离适中；
[0027]
去掉一个延拓点的操作为：
[0028]
if count(d
n+1
,dn)》d
set
[0029]
then delete d
new
[0030]
插入一个延拓点的操作为：
[0031]
if count(d
n+1
,dn)《d
set
[0032]
then insert d
new
[0033]
⑤
、将得到的弧形上的延拓点末点视为新一段弧形上的初始点，继续重复步骤
①
～
⑤
，通过不断迭代延拓点构成新的旋转面，直到满足轨道弧形的限定值d
set
而无法再生成新的延拓点，最终形成一个完整的辊轮。
[0034]
进一步的，在步骤
⑤
中，为了减小插值误差，需要对延拓点数量进行预估，从而减少计算量；当对延拓点数量进行预估时，假设当前已经存在n个延拓点，即当前存在延拓点集合{d1,d2,....,d
n-1
,dn,d
n+1
....},n
→
+∞，只要找到延拓点d
n+1
，计算d
n+1
与dn之间的步长，即d
步长
＝||d
n+1-dn||，然后与弧形限定值d
set
进行比较，最后通过步长变化量δ
步长
来对延拓点数量进行预估；
[0035]
为了找到d
n+1
，需要寻找d
n+1
的映射关系点d’n+1
，由于弧形在塑形过程中每个延拓点都有对应的映射关系点，这是为了使延拓点丢失后可以通过映射关系点寻找回来，即d
n+1
＝f(d'
n+1
),n∈n，其中f表示映射关系，n表示自然数；
[0036]
在找到延拓点后，即可通过步长变化量δ
步长
来对延拓点进行预估，即：
[0037]
△
步长
＝d
步长-d
set
[0038][0039]
虽然上述内容中，d
set
已经作为系统给出延拓点数量的一个参考值，实际还是以δ
步长
的变化量来最后确定是否需要增加延拓点的数量。
[0040]
进一步的，当对延拓点数量进行预估后，采用偏移量预测对每个延拓点是否稳定需要进行提前预测；对于一个非等长的旋转面来讲，可以将其塑形过程看成是弧形的建模过程，每一个在其内的延拓点都是这个离散系统内的离散因子，所以可以通过对延拓点的偏移量来判断对应的延拓点是否稳定，其算法如下：
[0041]dn
∈{d1,d2,....,d
n-1
,dn,d
n+1
,....},d1≠0,d
n+1
＝dn+1,n
→
+∞
[0042][0043]
其中，f表示弧形旋转面的偏移量，+∞表示正无穷大；先分别计算出延拓点dn和d
n+1
在x轴与y轴的弧形变化量δx和δy，然后将这些变化量代入公式进行计算，得到偏移量f，此时延拓点d
n+1
后续的延拓点都可以通过偏移量f推导出；
[0044]
由上述公式中可知在弧形旋转面塑形过程中，若前一个延拓点处于稳定或不稳定的状态，则后一个延拓点也保持与前一个延拓点相同的状态：
[0045]
若当前延拓点d
n+1
是稳定状态，并且该延拓点是上一个延拓点dn按照偏移量推导
出的，则下一个延拓点d
n+2
也是按照当前延拓点d
n+1
推导出的，则可直接判断延拓点d
n+2
是稳定状态，而不必再进行相应的推导计算；
[0046]
若当前延拓点d
n+1
是非稳定状态，则其推导出的延拓点所塑形的弧形旋转面是无规律的。
[0047]
进一步的，在步骤s3中，当弧形旋转面在塑形过程中通过旋转面的初始位置的确定和步长的变化来不断叠加延拓点的数量从而生成顺时针或逆时针旋转面弧形的长度，并且通过设定步长变化量使弧形在生成过程中具有非等长结构；设dn为第n个延拓点，即：
[0048]dn
∈{d1,d2,...,d
n-1
,dn,d
n+1
,...},n
→
+∞
[0049]
n为自然数，+∞表示正无穷大，c为旋转面的步长变化量，d
nx
为延拓点沿x轴方向的集合，d
ny
为延拓点沿y轴方向的集合，则有：
[0050][0051]
同理有：
[0052][0053]
将算式转化为条件语句，则有：
[0054][0055]
同理，d
ny
条件语句与上述相似，这里省略；
[0056]
在弧形旋转面不断叠加弧形的长度后，延拓点沿x轴方向的集合d
nx
和延拓点沿y轴方向的集合d
ny
，两者会超过计算机最大存储容量，为了保证弧形叠加后的累积值有效，需做以下验证，即：
[0057]dless
＝(d
nx
|d
set
)/(d
n-d
n-1
)或d
less
＝(d
ny
|d
set
)/(d
n-d
n-1
),n∈n，
[0058]
其中，d
less
为延拓点数量总和的极限值，d
set
为系统限定值，按照建模软件给出的最大字节数；若此时d
less
为一个正数值，说明延拓点数量未超过弧形限定值，累积值数据无溢出，反之则会产生系统出错，需要重新调整延拓点数量。
[0059]
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0060]
1、本发明引入弧形限制法，采用了旋转面临界条件的判断，降低了计算复杂度；增加了弧形旋转面整体结构的平衡性，使辊轮在自旋转时能获得更小的阻力，同时避免了旋转时产生的共震，便于辊轮旋转面结构的优化。
[0061]
2、本发明引入弧形迭代法，采用延拓点累积来塑形旋转面，通过设置延拓点的限制条件和预估来优化旋转面结构，通过延拓点偏移量来观察弧形旋转面塑形过程中每个延拓点是否稳定，还可以通过当前延拓点的偏移量来推导出这个延拓点后续所有的延拓点，
从而减小计算量。
附图说明
[0062]
图1是现有技术中采用采用气动推杆的墨膏灌注车。
[0063]
图2是现有技术中采用气动推杆和皮碗的灌注体。
[0064]
图3是本发明辊轮结构示意图。
[0065]
图4是本发明采用弧形限制法建构的辊轮立体结构。
[0066]
图5是本发明采用弧形限制法获得非等长弧形旋转面的立面结构。
[0067]
图6是本发明采用弧形限制法构建的初始相位与末端相位的自适应因子变化情况。
[0068]
图7是本发明采用弧形迭代法对旋转面进行参数化示意图。
[0069]
图8是本发明延拓点调整过程中产生的插值误差示意图。
[0070]
图9是本发明初始估计误差导致相互缠绕的旋转面示意图。
[0071]
图10是本发明旋转面的切线方向布置延拓点示意图。
[0072]
图11是本发明稳定状态的延拓点塑形过程示意图。
[0073]
图12是本发明非稳定状态的延拓点塑形过程示意图。
[0074]
图13是本发明稳定与非稳定状态的延拓点塑形过程比较示意图
具体实施方式
[0075]
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
[0076]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0077]
下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。
[0078]
辊轮整体结构的优化和精准度是确保墨膏被压注效果的关键之一，辊轮由非等长的不锈钢涡轮旋转面组合而成，每个旋转面之间有槽面，且辊轮每个叶片边缘呈弧形，如图4所示。
[0079]
本发明所述的辊轮整体结构的优化和精准度是基于弧形限制法，此方法主要有2个优点：一是采用了旋转面临界条件的判断，降低了计算复杂度；二是增加了弧形旋转面整体结构的平衡性，使辊轮在自旋转时能获得更小的阻力，同时避免了旋转时产生的共震，便于辊轮旋转面结构的优化。其实施步骤为：
[0080]
①
对辊轮任意一个旋转面采用积分得出临界点，通过提取该旋转面的临界点和特征向量来确定该旋转面和相邻旋转面的边界，再进行处理后得到对应的特征向量。
[0081]
②
在对临界点的计算过程中，可确定旋转面初始相位的自适应因子，可确定旋转面的初始位置和步长。
[0082]
③
通过旋转面的初始位置的确定和步长的变化来不断叠加延拓点的数量从而生成顺时针或逆时针旋转面弧形的长度，并且通过设定步长的变化量使弧形在生成过程中具有非等长结构。
[0083]
本发明所述的弧形限制法可在保证一定精度的前提下，使计算速度大大提高。该
方法使辊轮每个旋转面相互切合之间的每个切点定义为临界点，这些临界点可看成是一个旋转面转向另一个旋转面时计算值收敛或者发散趋势的点，因此，只要选择任意一个临界点进行相应的分析，并把此点的位置作为积分演算的初始位置，就可以得出类似于旋转结构平衡性的分析结果，即首先对辊轮任意一个旋转面采用积分得出临界点ln，对其进行线性化处理，即可得到对应的特征向量v，然后再利用特征向量v近似估算该旋转面的初始位置。
[0084]
假设在辊轮某一旋转面采用积分计算临界点ln，即：
[0085]
且
[0086]
其中v1和v2分别代表两个特征向量，on表示旋转面的圆心，rn表示旋转面的半径，θ表示旋转面相对于水平的倾斜度，d表示微分量，n表示变量，n表示自然数。如图4、图5所示，需要说明的是图4中只是选取了旋转面7至旋转面6之间若干个临界点ln，事实上每个旋转面之间都有若干个临界点ln。
[0087]
从上述内容可以看出，对于辊轮旋转面可以近似为由特征向量v1和v2确定的临界点上，并且由旋转面上的圆心on和半径rn一起构成一个旋转面的边界条件，因此，可以通过提取一个旋转面的临界点和旋转面的特征向量，来确定和相邻旋转面的边界，即：
[0088][0089]
再通过平面的标准方程可得：
[0090]
(v
1-ln)2+(v
2-ln)2＝r
n2
,n∈n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0091]
从而求得旋转面的特征向量(v1,v2)，此时通过已确定的旋转面的特征向量v1,v2和圆心on和半径rn，即可确定该旋转面的边界条件，以此类推即可确定辊轮中所有旋转面的边界条件。因此只要求得旋转面上的两个特征向量和圆心及半径就可确定该旋转面的边界条件，就可明显降低计算复杂度。
[0092]
在临界点ln计算过程中，δq
n-1
是初始相位的自适应因子，δq
end
是末端相位的自适应因子，公式(2)中前两个是初始相位的调整计算，即初始位置的确定，第3个式是末端相位的调整，即步长的确定，因此，可以展开说明，即在临界点ln计算过程中，位置的变化范围与步长的最大距离对于弧形旋转面的塑形有着重要的影响，而两者之间也有彼此的关系，δq
n-1
对应的坐标轴值越大，δq
end
则对应的坐标轴值越大，两者之间拉伸的步长(或称为弧形长度)越短；反之，δq
n-1
越小，δq
end
则越不，两者之间拉伸的步长(或称为弧形长度越长)。另外随着临界点ln数量的叠加，位置的变化范围和步长的最大距离则越精准，特征向量v1、v2和圆心on、半径rn所构成的旋转面的误差则越小，随即可进行旋转面的弧形延拓，同时步长的最大距离越小，单步积分弧形越短，塑形瓶颈越小，越能反映塑形中的细节信息，如图6所示。
[0093]
当弧形旋转面在塑形过程中通过旋转面的初始位置的确定和步长的变化来不断叠加延拓点的数量从而生成顺时针或逆时针旋转面弧形的长度，并且通过设定步长变化量使弧形在生成过程中具有非等长结构。设dn为第n个延拓点，即dn∈{d1,d2,...,d
n-1
,dn,d
n+1
,...},n∈n，并设有n个延拓点，c为旋转面的步长变化量，d
nx
为延拓点沿x轴方向的集合，d
ny
为延拓点
沿y轴方向的集合，则有：同理有：将算式转化为条件语句，则有：
[0094][0095]dny
条件语句与上述相似，这里省略。
[0096]
在弧形旋转面不断叠加弧形的长度后，延拓点沿x轴方向的集合d
nx
和延拓点沿y轴方向的集合d
ny
，两者会超过计算机最大存储容量，为了保证弧形叠加后的累积值有效，需做以下验证，即：
[0097]dless
＝(d
nx
|d
set
)/(d
n-d
n-1
)或d
less
＝(d
ny
|d
set
)/(d
n-d
n-1
),n∈n，
[0098]
其中，d
less
为延拓点数量总和的极限值，d
set
为系统限定值，按照建模软件给出的最大字节数；若此时d
less
为一个正数值，说明延拓点数量未超过弧形限定值，累积值数据无溢出，反之则会产生系统出错，需要重新调整延拓点数量。
[0099]
通过计算辊轮旋转面的步长变化量，来取得旋转面弧形的累积值，并且通过不断的叠加，最终获得非等长弧形旋转面的立面结构，另外由于在设计过程中加入了限定条件，使得旋转面在塑形过程中不会出现因数据溢出而造成系统出错的问题。
[0100]
在塑形过程中虽然能够避免结构误差的问题，但仍然离精确塑形存在差距，为此引入弧形迭代法来优化旋转面结构。简单来讲就是将各个弧形旋转面的塑形过程看成是若干条无限延长轨道上延拓点累积。此方法主要有2个优点：一是采用延拓点累积来塑形旋转面，通过设置延拓点的限制条件和预估来优化旋转面结构。二是通过延拓点偏移量来观察弧形旋转面塑形过程中每个延拓点是否稳定，还可以通过当前延拓点的偏移量来推导出这个延拓点后续所有的延拓点，从而减小计算量。其实施步骤为：
[0101]
①
计算旋转面的特征向量(v1,v2)，对应地，转化为轨道上稳定特征向量(v3,v4)，即：v3＝f(v1,on,rn)，v4＝f(v2,on,rn)，其中f为轨道上的特征值，它们一起构成了轨道上的特征稳定空间e2(v3,v4)，该空间值为方差值。
[0102]
②
在由特征向量v3，v4和on，rn围成的平面，这个平面就是初始旋转面的近似，在此平面上均匀地取第n个延拓点dn作为后续轨道其它延拓点的初始点，其中d表示按顺序取值的延拓点。
[0103]
③
从该dn个延拓点出发，先通过积分分别计算一段弧形，即：其中wn表示旋转面的弧形，各段弧形上的末点构成新的一段弧形上的初始点，如图4所示，需要说明的是图中只是选取了旋转面5的某段弧形，事实上每个旋转面都由多段弧形组成。
[0104]
④
为了使每段弧形上的延拓点大致保持恒定，需要对弧形上的延拓点之间的距离
进行检查，当相邻两点距离过小时，就要去掉其中一个点，而当两点间的距离过大时，就在这两个点中间插入一个点。当发生混沌现象时(混沌现象指构成一段弧形上的部分延拓点同时也构成另一段弧形)，弧形与弧形之间就会发生相互缠绕，造成延拓点之间距离过大或过小，此时就需要多次重复上述操作，使每段弧形上的延拓点数量始终保持恒定且延拓点之间距离适中。
[0105]
去掉一个延拓点的操作为：
[0106]
if count(d
n+1
,dn)》d
set
[0107]
then delete d
new
[0108]
插入一个延拓点的操作为：
[0109]
if count(d
n+1
,dn)《d
set
[0110]
then insert d
new
[0111]
⑤
将得到的弧形上的延拓点末点视为新一段弧形上的初始点，继续重复
①
～
⑤
的步骤，通过不断迭代延拓点构成新的旋转面，直到满足轨道弧形的限定值d
set
而无法再生成新的延拓点，它的实现过程如图8所示。
[0112]
所述的弧形迭代法，从图7上可以看出，图中显示了以平面表示初始旋转面的近似，在平面中提取5个延拓点，分别为d1、d2、d3、d4、d5，其中d3延拓点即为第2个旋转面的初始点。图中显示了第2个旋转面通过第1个旋转面的d3延拓点经过迭代后形成弧形l1，然后与特征向量v3，v4和o2，r2围成新的平面，即第2个旋转面，通过这样的迭代方式最终形成一个完整的辊轮。
[0113]
采用该方法的计算误差主要来自两个方面，一是延拓点调整过程中产生的插值误差，这是因为在两个延拓点之间插入一个点时，并不能保证该点正好处在两点中间位置，如图8所示，图中延拓点d3没有处在延拓点d2和d4的中间位置，导致旋转面2没有与旋转面1处于同心位置，同样导致旋转面3也没有处于同心位置。二是当对旋转面进行初始化延拓点时产生的初始估计误差，这是因为延拓点初始化时无法保证该延拓点一定是唯一旋转面上的初始点，也有可能同时是另一个相互缠绕的旋转面上的初始点，图9所示，延拓点d3同时是旋转面2和旋转面3的初始点，结果就造成两个旋转面相互缠绕。
[0114]
为了减小插值误差，就需要在每个两点之间多估算一下两点之间的步长，此时计算量也相应增加，在要求旋转面塑形较精准时，则需要较多的延拓点来反映细节，而在要求只需塑形较粗糙的旋转面时，只需要保持当前延拓点数量就足够了，所以有必要对延拓点数量进行预估，从而减少计算量。此外，还可以在旋转面的切线方向布置延拓点，使得构成弧线的延拓点保持均匀分布，从而减少插值，但采用这种方法虽然减少了插值，但改变了旋转面的动力学特性，如图10所示。
[0115]
当对延拓点数量进行预估时，假设当前已经存在n个延拓点，即当前存在延拓点集合{d1,d2,....,d
n-1
,dn,d
n+1
}，只要找到延拓点d
n+1
，计算d
n+1
与dn之间的步长，即d
步长
＝||d
n+1-dn||，然后与弧形限定值d
set
进行比较，最后通过步长变化量δ
步长
来对延拓点数量进行预估。为了找到d
n+1
，需要寻找d
n+1
的映射关系点d’n+1
，由于弧形在塑形过程中每个延拓点都有对应的映射关系点，这是为了使延拓点丢失后可以通过映射关系点寻找回来，即d
n+1
＝f(d'
n+1
),n∈n，其中f表示映射关系，n表示自然数。
[0116]
在找到延拓点后，即可通过步长变化量δ
步长
来对延拓点进行预估，即：
[0117]
△
步长
＝d
步长-d
set
[0118][0119]
虽然上述内容中，d
set
已经作为系统给出延拓点数量的一个参考值，实际还是以δ
步长
的变化量来最后确定是否需要增加延拓点的数量。
[0120]
当对延拓点数量进行预估后，接着需要采用偏移量预测，一定程度上可以收敛旋转面相互交叉的概率，即减小旋转面相互缠绕的可能性，另外也可以采用减小初始旋转面半径rn来减小相互交叉的概率，但同时rn也不能过小，因为rn取值过小时，旋转面整体的塑形就无法成形，最终造成辊轮的塑形失败或塑形效果不理想，所以为了避免rn取值过小问题，本专利仍然采用偏移量预测。
[0121]
当采用偏移量预测时，对每个延拓点是否稳定需要进行提前预测，因为对于一个非等长的旋转面来讲，可以将其塑形过程看成是弧形的建模过程，每一个在其内的延拓点都是这个离散系统内的离散因子，所以可以通过对延拓点的偏移量来判断对应的延拓点是否稳定，其算法如下：
[0122]dn
∈{d1,d2,....d
n-1
,dn,d
n+1
,....},d1≠0,d
n+1
＝dn+1,n
→
+∞
ꢀꢀ
(6)
[0123][0124]
式中，f表示弧形旋转面的偏移量。
[0125]
通过延拓点偏移量来观察弧形旋转面塑形过程中每个延拓点是否稳定，并且由上述公式中可知在弧形旋转面塑形过程中，若前一个延拓点处于稳定或不稳定的状态，则后一个延拓点也保持与前一个延拓点相同的状态，例如若当前延拓点dn是稳定状态，并且该延拓点是上一个延拓点d
n-1
按照偏移量推导出的，则下一个延拓点d
n+1
也是按照当前延拓点dn推导出的，则可直接判断延拓点d
n+1
是稳定状态，而不必再进行相应的推导计算。例如在图中先分别计算出延拓点dn和d
n+1
在x轴与y轴的弧形变化量δx和δy，然后将这些变化量代入公式进行计算，得到偏移量f，此时延拓点d
n+1
后续的延拓点都可以通过偏移量f推导出，这样做的好处是不需要每个延拓点都要进行反复迭代计算，只要求得两个延拓点的偏移量就可直接推导出这个延拓点之后所有的延拓点，从而减少计算量，图11例举了使用弧形迭代法中的偏移量来观察延拓点的稳定状态和图12例举了非稳定状态。对于延拓点偏移量来说，无论当前延拓点dn是否是稳定状态，都可以通过偏移量f来推导出这个延拓点后续所有的延拓点，然而若当前延拓点是非稳定状态，则其推导出的延拓点所塑形的弧形旋转面是无规律的，如图13所示，图中延拓点dn、d
n+1
、d
n+2
和d
n+3
之间的步长虽然一致，但经过迭代后结果却显示两者塑形的弧形旋转面外形结构上的完全不同，延拓点处于非稳定状态时所塑形的弧形旋转面边缘既不平滑，整体结构也无规律。
[0126]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种辊轮，其特征在于，所述辊轮为类圆锥状，所述类圆锥状包括多个非等长的不锈钢涡轮旋转面，多个所述涡轮旋转面同轴叠加构成所述辊轮，所述辊轮的辊体至左向右依次缩小，墨膏由大端侧进入，通过挤压旋转从小端侧流出；每个所述涡轮旋转面的外周面为弧面。2.一种如权利要求1所述的辊轮的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、对辊轮任意一个旋转面采用积分得出临界点l
n
，通过提取该旋转面的临界点和特征向量来确定该旋转面和相邻旋转面的边界，再进行处理后得到对应的特征向量v；s2、在对临界点的计算过程中，可确定旋转面初始相位的自适应因子，可确定旋转面的初始位置和步长；s3、通过旋转面的初始位置的确定和步长的变化来不断叠加延拓点的数量从而生成顺时针或逆时针旋转面弧形的长度，并且通过设定步长的变化量使弧形在生成过程中具有非等长结构；其中，通过计算辊轮旋转面的步长变化量，来取得旋转面弧形的累积值，并且通过不断的叠加，最终获得非等长弧形旋转面的立面结构。3.如权利要求2所述的辊轮的设计方法，其特征在于，在步骤s1中，将辊轮每个旋转面相互切合之间的每个切点定义为临界点，这些临界点可看成是一个旋转面转向另一个旋转面时计算值收敛或者发散趋势的点，对某一旋转面采用积分计算临界点l
n
，即其中，v1和v2分别代表两个特征向量，o
n
表示旋转面的圆心，r
n
表示旋转面的半径，θ表示旋转面相对于水平的倾斜度，d表示微分量，n表示变量且n∈n，n表示自然数。对于辊轮旋转面可以近似为由特征向量v1和v2确定的临界点上，并且由旋转面上的圆心o
n
和半径r
n
一起构成一个旋转面的边界条件，因此，可以通过提取一个旋转面的临界点和旋转面的特征向量，来确定和相邻旋转面的边界，即：其中，δq
n-1
是初始相位的自适应因子，δq
end
是末端相位的自适应因子，δq
n-1
对应的坐标轴值越大，则δq
end
对应的坐标轴值越大，两者之间拉伸的步长即即旋转面的弧形越短；再通过平面的标准方程可得：(v
1-l
n
)2+(v
2-l
n
)2＝r
n2
,n∈n从而求得旋转面的特征向量(v1,v2)，此时通过已确定的旋转面的特征向量v1,v2和圆心o
n
和半径r
n
，即可确定该旋转面的边界条件，以此类推即可确定辊轮中所有旋转面的边界条件。4.如权利要求2所述的辊轮的设计方法，其特征在于，在步骤s3中，旋转面在塑形过程中引入弧形迭代法来优化旋转面结构，将各个弧形旋转面的塑形过程看成是若干条无限延长轨道上延拓点累积：采用延拓点累积来塑形旋转面，通过设置延拓点的限制条件和预估来优化旋转面结构；通过延拓点偏移量来观察弧形旋转面塑形过程中每个延拓点是否稳定，还可以通过当前延拓点的偏移量来推导出这个延拓点后续所有的延拓点，从而减小计
算量；具体步骤如下：
①
、计算旋转面的特征向量(v1,v2)，对应地，转化为轨道上稳定特征向量(v3,v4)，即：v3＝f(v1,o
n
,r
n
)，v4＝f(v2,o
n
,r
n
)，其中f为轨道上的特征值，它们一起构成了轨道上的特征稳定空间e2(v3,v4)，该空间值为方差值；
②
、由特征向量v3，v4和o
n
，r
n
围成的平面就是初始旋转面的近似，在此平面上均匀地取第n个延拓点d
n
作为后续轨道其它延拓点的初始点，其中d表示按顺序取值的延拓点；
③
、从该延拓点d
n
个延拓点出发，先通过积分分别计算一段弧形，即：其中，d
n
代表以n作为变量而无限小的微分量，w
n
表示旋转面的弧形，各段弧形上的末点构成新的一段弧形上的初始点；
④
、为了使每段弧形上的延拓点大致保持恒定，需要对弧形上的延拓点之间的距离进行检查，当相邻两点距离过小时，就要去掉其中一个点，而当两点间的距离过大时，就在这两个点中间插入一个点；当发生混沌现象时，即指构成一段弧形上的部分延拓点同时也构成另一段弧形，弧形与弧形之间就会发生相互缠绕，造成延拓点之间距离过大或过小，此时就需要多次重复上述操作，使每段弧形上的延拓点数量始终保持恒定且延拓点之间距离适中；去掉一个延拓点的操作为：if count(d
n+1
,d
n
)>d
set
then delete d
new
插入一个延拓点的操作为：if count(d
n+1
,d
n
)<d
set
then insert d
new
⑤
、将得到的弧形上的延拓点末点视为新一段弧形上的初始点，继续重复步骤
①
～
⑤
，通过不断迭代延拓点构成新的旋转面，直到满足轨道弧形的限定值d
set
而无法再生成新的延拓点，最终形成一个完整的辊轮。5.如权利要求4所述的辊轮的设计方法，其特征在于，在步骤
⑤
中，为了减小插值误差，需要对延拓点数量进行预估，从而减少计算量；当对延拓点数量进行预估时，假设当前已经存在n个延拓点，即当前存在延拓点集合{d1,d2,....d
n-1
,d
n
,d
n+1
....},n
→
+∞，只要找到延拓点d
n+1
，计算d
n+1
与d
n
之间的步长，即d
步长
＝||d
n+1-d
n
||，然后与弧形限定值d
set
进行比较，最后通过步长变化量δ
步长
来对延拓点数量进行预估；为了找到d
n+1
，需要寻找d
n+1
的映射关系点d’n+1
，由于弧形在塑形过程中每个延拓点都有对应的映射关系点，这是为了使延拓点丢失后可以通过映射关系点寻找回来，即d
n+1
＝f(d'
n+1
),n∈n，其中f表示映射关系，n表示自然数。在找到延拓点后，即可通过步长变化量δ
步长
来对延拓点进行预估，即：
△
步长
＝d
步长-d
set
虽然上述内容中，d
set
已经作为系统给出延拓点数量的一个参考值，实际还是以δ
步长
的
变化量来最后确定是否需要增加延拓点的数量。6.如权利要求5所述的辊轮的设计方法，其特征在于，当对延拓点数量进行预估后，采用偏移量预测对每个延拓点是否稳定需要进行提前预测；对于一个非等长的旋转面来讲，可以将其塑形过程看成是弧形的建模过程，每一个在其内的延拓点都是这个离散系统内的离散因子，所以可以通过对延拓点的偏移量来判断对应的延拓点是否稳定，其算法如下：d
n
∈{d1,d2,....d
n-1
,d
n
,d
n+1
,....},d1≠0,d
n+1
＝d
n
+1,n
→
+∞其中，f表示弧形旋转面的偏移量，+∞表示正无穷大；先分别计算出延拓点d
n
和d
n+1
在x轴与y轴的弧形变化量δx和δy，然后将这些变化量代入公式进行计算，得到偏移量f，此时延拓点d
n+1
后续的延拓点都可以通过偏移量f推导出；由上述公式中可知在弧形旋转面塑形过程中，若前一个延拓点处于稳定或不稳定的状态，则后一个延拓点也保持与前一个延拓点相同的状态：若当前延拓点d
n+1
是稳定状态，并且该延拓点是上一个延拓点d
n
按照偏移量推导出的，则下一个延拓点d
n+2
也是按照当前延拓点d
n+1
推导出的，则可直接判断延拓点d
n+2
是稳定状态，而不必再进行相应的推导计算；若当前延拓点d
n+1
是非稳定状态，则其推导出的延拓点所塑形的弧形旋转面是无规律的。7.如权利要求2所述的辊轮的设计方法，其特征在于，在步骤s3中，当弧形旋转面在塑形过程中通过旋转面的初始位置的确定和步长的变化来不断叠加延拓点的数量从而生成顺时针或逆时针旋转面弧形的长度，并且通过设定步长变化量使弧形在生成过程中具有非等长结构；设d
n
为第n个延拓点，即：d
n
∈{d1,d2,...,d
n-1
,d
n
,d
n+1
...},n
→
+∞n为自然数，+∞表示正无穷大，c为旋转面的步长变化量，d
nx
为延拓点沿x轴方向的集合，d
ny
为延拓点沿y轴方向的集合，则有：同理有：将算式转化为条件语句，则有：define#d
nx
while d
nx
>0c＝c*math.pow(d
n
,n-1)if c＝c+1and c>＝1then system.out.printin(d
x
)同理，d
ny
条件语句与上述相似，这里省略；在弧形旋转面不断叠加弧形的长度后，延拓点沿x轴方向的集合d
nx
和延拓点沿y轴方向
的集合d
ny
，两者会超过计算机最大存储容量，为了保证弧形叠加后的累积值有效，需做以下验证，即：d
less
＝(d
nx
|d
set
)/(d
n-d
n-1
)或d
less
＝(d
ny
|d
set
)/(d
n-d
n-1
),n∈n，其中，d
less
为延拓点数量总和的极限值，d
set
为系统限定值，按照建模软件给出的最大字节数；若此时d
less
为一个正数值，说明延拓点数量未超过弧形限定值，累积值数据无溢出，反之则会产生系统出错，需要重新调整延拓点数量。

技术总结
本发明公开了一种辊轮及其设计方法，方法包括：S1、对辊轮任意一个旋转面采用积分得出临界点L


技术研发人员：吕伟 毛浙广 章俊杰 李雅东
受保护的技术使用者：浙江中烟工业有限责任公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/9/11