紙幣柔性展平整理裝置設(shè)計(jì)

王文鵬 張 乙 王衍圣 楊玉偉 徐銘浩

目前，紙幣仍然具有很大的市場流通量，但對(duì)雜亂皺褶紙幣的整理主要以人工為主。例如，公交公司每天需要人工清點(diǎn)大量雜亂皺褶的紙幣，這項(xiàng)工作單一枯燥，勞動(dòng)繁重。研究前，筆者前往徐州市公交有限責(zé)任公司結(jié)算中心進(jìn)行了實(shí)際調(diào)研。調(diào)研表明，徐州市平均每天約有50萬公交乘車人次，其中刷卡支付和現(xiàn)金支付的人數(shù)比約為1:1，在一元票價(jià)季節(jié)，紙幣日收入約10萬；兩元票價(jià)季節(jié)，紙幣日收入約15萬。這些紙幣需要12個(gè)人來清分，平均每人每小時(shí)需要清點(diǎn)1000元左右的紙幣，效率低且勞動(dòng)繁重。同時(shí)，紙幣在流通過程中攜帶大量的灰塵、污漬、細(xì)菌等，人工清點(diǎn)存在安全衛(wèi)生隱患。

因此，開發(fā)一種可將折疊、褶皺的雜亂紙幣整理成沓的機(jī)器，配合現(xiàn)有的紙幣識(shí)別、清分、打捆等功能，將可實(shí)現(xiàn)雜亂褶皺紙幣整理的完全自動(dòng)化。該機(jī)器將大大降低紙幣整理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高紙幣整理效率，消除安全衛(wèi)生隱患，擁有比較廣闊的市場前景。

1 紙幣整理裝置研究現(xiàn)狀

現(xiàn)有產(chǎn)品大多數(shù)是圍繞整理平整的成沓紙幣進(jìn)行的設(shè)計(jì)，如紙幣輸送、紙幣面值清分、紙幣打捆等功能。近年來，國內(nèi)也逐漸出現(xiàn)一些圍繞展平折疊或褶皺紙幣的設(shè)計(jì)研究。

國內(nèi)與紙幣展平有關(guān)的研究圍繞單張和成堆紙幣的展有進(jìn)行。專利“一種公交車用錢幣整理裝置”[1]在入鈔口投入單張平整的紙幣，展平紙幣表面褶皺；文章《紙幣分離整理裝置設(shè)計(jì)》[2]提供了一種簡單的負(fù)壓吸附整理紙幣的方案；文章《一種紙幣展平整理裝置的設(shè)計(jì)》[3]采用一種復(fù)雜的摩擦輪機(jī)構(gòu)來展平紙幣。

國外在紙幣整理方面也進(jìn)行了大量研究，研究對(duì)象主要為整齊的成沓紙幣。如日本光榮工業(yè)株式會(huì)社，該公司在紙幣整理方面申請多項(xiàng)專利[4]，產(chǎn)品流暢實(shí)現(xiàn)了成沓紙幣的自動(dòng)逐張取幣、鑒別面值、輸送、打捆等工作。再如，韓國、美國在紙幣整理方面都有類似的專利與產(chǎn)品。這些研究中的紙幣輸送和清分技術(shù)在使用中收到了很好的效果，但起始放入的紙幣均要求為整齊的成沓紙幣。

2 裝置設(shè)計(jì)和工作過程

經(jīng)過對(duì)公交車紙幣狀況的分析，大多數(shù)紙幣狀態(tài)為無折疊或只有一次折疊，只有少部分紙幣為多次折疊，紙幣多存在褶皺現(xiàn)象。結(jié)合現(xiàn)有研究，提出如圖1所示的紙幣柔性展平整理裝置的設(shè)計(jì)方案：雜亂紙幣先經(jīng)由一次粗略處理，使多次折疊的紙幣展開以進(jìn)行后續(xù)的處理；然后進(jìn)行紙幣打散處理，實(shí)現(xiàn)紙幣的逐張輸送，并輔以消毒液加濕來讓紙幣軟化并進(jìn)行消毒；之后進(jìn)入精細(xì)處理，通過負(fù)壓吸附裝置[5-6]進(jìn)行紙幣輸送，在風(fēng)力撫平、負(fù)壓吸附、毛刷展平等展平作用下使紙幣變得無折疊，少褶皺；之后進(jìn)入加熱輥[7]中熨平褶皺并在加熱和碾壓的作用下定形；最后經(jīng)過螺旋漸窄滑道實(shí)現(xiàn)紙幣的姿態(tài)矯正，紙幣整齊進(jìn)入收納盒。

處理流程如圖1所示，機(jī)構(gòu)總圖如圖2所示。

圖2 機(jī)構(gòu)總圖

2.1 粗展平處理

粗展平裝置以紙幣打散箱作為主體，同時(shí)配有風(fēng)機(jī)、差速毛刷打散輥組、滑道等輔助裝置，如圖3所示。具體工作流程為：紙幣打散箱中有多層橡膠棒和風(fēng)機(jī)，在風(fēng)力所導(dǎo)致的碰撞過程中折疊程度較高的紙幣會(huì)被膠棒梳理開；隨著打散箱風(fēng)機(jī)的周期性停轉(zhuǎn)，在側(cè)面電機(jī)驅(qū)動(dòng)的推送毛刷推送下，紙幣將進(jìn)入差速毛刷打散輥組，打散的紙幣隨后進(jìn)入到下部分的一級(jí)傳送帶上。在差速毛刷打散輥組的作用下紙幣呈一定間隔輸送到下一機(jī)構(gòu)，避免紙幣在精展平階段出現(xiàn)多張紙幣的重疊。

2.2 加濕消毒處理

加濕消毒處理裝置包括加濕噴頭和一級(jí)傳送帶，如圖3所示，其工作過程為：在一級(jí)傳送帶上方通過噴頭進(jìn)行消毒液水霧加濕，將紙幣軟化便于后續(xù)精展平處理，同時(shí)對(duì)紙幣進(jìn)行消毒。

2.3 精展平處理

精展平處理裝置由二級(jí)傳送帶、吹風(fēng)機(jī)構(gòu)、展平毛刷組成，如圖4所示，工作流程為：由二級(jí)傳送帶的底部吸附紙幣，在重力作用下折疊紙幣下垂。首先經(jīng)過吹風(fēng)撫平，然后進(jìn)行橫向和縱向的毛刷展平，各個(gè)方向的風(fēng)力和毛刷使紙幣沒有被吸附的地方吸附到傳送帶上，從而完成紙幣的展平處理。

圖3 粗展平與加濕消毒裝置圖

圖4 精展平裝置圖

2.4 加熱熨平處理

加熱熨平裝置主要由加熱輥組構(gòu)成，如圖5所示，紙幣經(jīng)過加熱輥組后被烘干，表面褶皺被熨平，同時(shí)加熱和碾壓也使紙幣定形。

2.5 紙幣收納

紙幣收納裝置由一螺旋漸窄滑道和收納盒組成，如圖5所示，其工作過程為：由上一部分輸入的紙幣在螺旋漸窄滑道上與側(cè)板發(fā)生碰撞與摩擦直至滑道變窄至紙幣寬度，此時(shí)，所有紙幣保持同一方向進(jìn)入紙幣收納盒，紙幣被整齊收納成沓。

圖5 加熱熨平與紙幣收納裝置圖

3 結(jié)語

本文提出的紙幣柔性展平整理裝置的優(yōu)勢在于采用柔性方式包括風(fēng)力打散、風(fēng)力撫平、負(fù)壓吸附、毛刷展平等方式展平紙幣，降低機(jī)器對(duì)紙幣的破壞，結(jié)構(gòu)更加簡單，效率得到提高；粗展平機(jī)構(gòu)與精展平機(jī)構(gòu)使用打散輥組輥銜接，實(shí)現(xiàn)紙幣的不連續(xù)輸送，避免出現(xiàn)紙幣重疊、阻塞的情況。但對(duì)于折疊次數(shù)過多或褶皺十分嚴(yán)重的紙幣仍然難以較好處理。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文提出的紙幣柔性展平整理裝置工作較為有效，與現(xiàn)有的紙幣清分機(jī)結(jié)合使用，可大大降低紙幣清點(diǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1]張黎驊，王銳，李冉，等.一種公交車用錢幣整理裝置：CN105303684A[P]. 2016-02-03.

[2]郭旭.紙幣分離整理裝置設(shè)計(jì)[C].北京力學(xué)會(huì)第二十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集，2017：2.

[3]余小清，黃超，王宣懿，等.一種紙幣展平整理裝置的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2017，30（3）：40-41，49.

[4]黑田曉人，服部憲一，廣澤健治.幣整理機(jī)：CN101923744A[P].2010-12-22.

[5]王惠霄，張秀敏，M.R.Horgan.真空吸附技術(shù)[J].輕工機(jī)械，1998，（4）：41-43.

[6]吳雄喜，劉健，朱洪軍，等.壓吸附式展紙機(jī)：CN103359534A[P].2013-10-23.

[7]東裕一郎，濱田泰英.紙幣熨平裝置：CN3378.8[P].1998-05-20