基于負(fù)壓吸附的紙幣整理機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)

張通 閆川 李華明

摘 要：本裝置利用電機(jī)產(chǎn)生低氣壓吸附紙幣并設(shè)計了旋轉(zhuǎn)式紙幣毛刷實現(xiàn)高效率展開褶皺紙幣，便于之后的清點處理。為了使收集的紙幣清潔衛(wèi)生，采用陶瓷燈和紫外線燈組合實現(xiàn)高效殺毒殺菌，利用杠桿原理設(shè)計出可彈出隔離板以收集無法處理的異物。紙幣吸附消毒后，經(jīng)過可控進(jìn)鈔口，控制紙幣處理量，最后使用凸輪、滑槽擋板，四連桿等機(jī)構(gòu)實現(xiàn)紙幣橫縱兩個方向的整理。

關(guān)鍵詞：負(fù)壓吸附；錢幣整理；消毒

現(xiàn)今公交點鈔中心都是人工清點，需要清點的紙幣量大，人工清點效率低，且對人的身體傷害大，紙幣的污損、細(xì)菌不能去除?；谝陨弦蛩?，我們設(shè)計了一種基于負(fù)壓吸附的紙幣整理機(jī)。

1 負(fù)壓式錢幣整理機(jī)結(jié)構(gòu)組成和工作原理

總體設(shè)計方案：該負(fù)壓式錢幣整理機(jī)可分為以下6個模塊

1.1 超聲波濕潤模塊

為了更好地將紙幣展平與清潔，裝置使用超聲波產(chǎn)生水霧對紙幣進(jìn)行微打濕，一方面可以減少灰塵，另一方面可以增加紙幣柔軟度，方便展開。主要用超聲波起霧器對水箱起霧，將紙幣打濕。

1.2 可控進(jìn)鈔口

可控進(jìn)鈔口主要通過控制進(jìn)鈔口開啟的時間與次數(shù)大致控制進(jìn)鈔數(shù)量，避免進(jìn)鈔數(shù)量過多而導(dǎo)致無法有效展開紙幣。該部分主要由連桿滑塊機(jī)構(gòu)，電磁鐵和彈簧組成。當(dāng)電磁鐵通電時，電磁鐵推桿帶動連桿，進(jìn)鈔擋板（擺桿）繞軸順時針擺動，使進(jìn)鈔口張開。電磁鐵斷電后，推桿在彈簧作用下回歸原位，進(jìn)鈔口閉合，原理如圖2所示。

1.3 旋轉(zhuǎn)式紙幣毛刷

旋轉(zhuǎn)式紙幣毛刷通過來回刷動將紙幣展平，毛刷展開后對紙幣有一定的正壓力，旋轉(zhuǎn)時通過毛刷來回刷動紙幣使紙幣展開。以交流電機(jī)為動力，通過皮帶傳動，利用皮帶輪帶動毛刷主軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)紙幣毛刷的旋轉(zhuǎn)。

使用連桿滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)紙幣毛刷的展開與收縮，當(dāng)毛刷軸旋轉(zhuǎn)時，連桿撐開，滑塊沿著滑槽向外運動，將毛刷撐開，與紙幣接觸。之后電動推桿彈出，將內(nèi)軸與外軸連接固定，使滑槽（與內(nèi)軸連接）與滑塊（與外軸連接）相對靜止，維持毛刷展開的狀態(tài)。毛刷開始加速旋轉(zhuǎn)，將紙幣展開。使用正反轉(zhuǎn)的方式提高紙幣的展開效率。

當(dāng)展開完畢之后，毛刷減速，電動推桿收起，連桿收縮，滑塊向內(nèi)運動，使毛刷收攏，與紙幣分離，完成紙幣展開過程。如圖3所示

1.4 風(fēng)道設(shè)計與控制

為實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)式紙幣毛刷將紙幣展開，裝置需要將紙幣有效地吸附固定在內(nèi)壁上。通過負(fù)壓吸附方式實現(xiàn)內(nèi)壁對紙幣的有效吸附。風(fēng)速設(shè)計利用伯努利方程經(jīng)過計算可得，只要出風(fēng)口風(fēng)速在0.48m/s以上就可保證紙幣可由于壓強差而吸附在桶內(nèi)壁，因為紙幣還需克服刷子對它的作用力，因此實際風(fēng)速將大于臨界風(fēng)速，擬將風(fēng)速設(shè)定為臨界風(fēng)速的2倍，即0.96m/s以保證紙幣可被吸附。為了驗證結(jié)論，以出風(fēng)口風(fēng)速為0.96m/s為參數(shù)，使用ANSYS軟件進(jìn)行計算機(jī)模擬仿真，結(jié)果如圖5所示：

管內(nèi)與管外壓強差越大，得到的風(fēng)速就越快。由圖可知大部分開口處滿足較密的等高線，能滿足設(shè)計要求。本裝置采用改變斷面面積，出風(fēng)口大小不變的形式來實現(xiàn)均勻送風(fēng)管道設(shè)計經(jīng)MATLAB建模分析并制作后，實物圖如圖6。

1.5 殺菌干燥模塊

為了使紙幣干凈衛(wèi)生，該裝置在內(nèi)筒安裝紫外線燈對紙幣進(jìn)行殺菌處理，利用高溫陶瓷燈對紙幣進(jìn)行干燥處理。利用單片機(jī)控制紫外線和陶瓷燈工作，保證紙幣清潔干凈。

1.6 紙幣整理模塊

裝置使用曲柄連桿與四連桿滑槽的組合機(jī)構(gòu)實現(xiàn)擋板往復(fù)運動。電機(jī)帶動曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄拉動連桿，從而使四連桿機(jī)構(gòu)沿滑槽運動，整理鈔票的4個擋板分別固定在4個連桿上，實現(xiàn)擋板在兩個方向的擋板交叉往復(fù)運動，將展平且烘干的紙幣聚攏整理成匝，實現(xiàn)對已展平紙幣方向的整理。設(shè)計參數(shù)及模型如圖7，8

1.7 出鈔機(jī)構(gòu)設(shè)計

在公交公司進(jìn)行紙幣處理的時候經(jīng)常會出現(xiàn)非錢幣類異物，如果不事先將其處理出去將十分影響整理效率。該裝置通過是否可以被負(fù)壓吸附作為對異物的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)鈔口打開后，鈔票會被負(fù)壓吸附，而異物會落下，掉入整理擋板空間，按壓出鈔口，根據(jù)杠桿原理，底盤繞軸轉(zhuǎn)動一定角度，整個底盤傾斜，利用重力將異物倒出，取出之后，底盤通過復(fù)位扭簧復(fù)位。取出鈔票的步驟與取異物相同。

2 結(jié)語

本文研制的負(fù)壓式錢幣整理裝置利用負(fù)壓吸附的原理將紙幣吸附在滾筒內(nèi)壁上，利用旋轉(zhuǎn)紙幣毛刷的正反轉(zhuǎn)與滾筒產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差，實現(xiàn)了高效展開紙幣；利用壓強差對不同狀態(tài)的紙幣產(chǎn)生不同大小 、吸力，以實現(xiàn)良好的展開效果；同時使用紫外線殺菌，熱風(fēng)干燥，衛(wèi)生，安全。 該裝置充分滿足當(dāng)下對于錢幣整理的要求，具有推廣使用的價值

參考文獻(xiàn)

[1]黃華梁，彭文生.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]陳秀寧，施高義.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計[M].浙江大學(xué)出版社，2010.

[3]石中玉.紫外線光源及其應(yīng)用[M].北京：輕工業(yè)出版社，1984.

（作者單位：武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院）