點(diǎn)鈔機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性設(shè)計(jì)研究

張 成

（北京兆維電子（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，北京 100015）

0 引言

為了降低先進(jìn)處理工作的難度以及工作量，點(diǎn)鈔機(jī)的使用不可或缺。由于流通的鈔票中包括偽鈔、不同面額或版面的人民幣，因此對(duì)點(diǎn)鈔機(jī)展開(kāi)兼容性設(shè)計(jì)具有極高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 點(diǎn)鈔機(jī)的工作原理分析

點(diǎn)鈔機(jī)的工作原理極為簡(jiǎn)單，主要使用了光電計(jì)數(shù)器完成點(diǎn)鈔。但是，相比于其他的光電計(jì)數(shù)器來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)更為精巧、機(jī)械更加復(fù)雜。當(dāng)待清點(diǎn)鈔票放入點(diǎn)鈔機(jī)的為喂鈔口中時(shí)，點(diǎn)鈔機(jī)能夠自動(dòng)運(yùn)行；此時(shí)，捻鈔結(jié)構(gòu)將不同的鈔票分開(kāi)，并由加速結(jié)構(gòu)拉大鈔票之間的距離；在技術(shù)及檢測(cè)對(duì)管、光電計(jì)數(shù)器等檢測(cè)結(jié)構(gòu)的支持下，結(jié)合信號(hào)轉(zhuǎn)換處理完成點(diǎn)鈔以及真?zhèn)蔚尿?yàn)證，并將點(diǎn)鈔結(jié)果在顯示器中顯示[1]。

同時(shí)，點(diǎn)鈔機(jī)還具備驗(yàn)鈔功能。當(dāng)前，第五版人民幣為主要的流通貨幣，因此激光檢測(cè)驗(yàn)鈔更加常見(jiàn)，其原理如下：當(dāng)特定波長(zhǎng)的紅外激光照射到第五版人民幣上的熒光字時(shí)，熒光字會(huì)產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的激光，通過(guò)檢測(cè)該產(chǎn)生的激光，即可完成鈔票真假的辨別。

2 點(diǎn)鈔機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性設(shè)計(jì)機(jī)理

2.1 設(shè)計(jì)要求及預(yù)期功能

在該點(diǎn)鈔機(jī)的兼容性設(shè)計(jì)中，總體的設(shè)計(jì)要求如下所示：喂鈔口容量達(dá)到500 張、出鈔口容量達(dá)到200 張；適應(yīng)的紙幣會(huì)規(guī)格長(zhǎng)度在90 mm～203 mm 內(nèi)、寬度在50 mm～110 mm、厚度在0.075 mm～0.15 mm。這樣的設(shè)計(jì)主要是為了適應(yīng)第五版人民幣的制造工藝。

在設(shè)計(jì)該具備兼容性的點(diǎn)鈔機(jī)時(shí)，需要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)或是功能具體如下所述。1）點(diǎn)鈔速度可以人工調(diào)節(jié)。在正常點(diǎn)鈔狀態(tài)下，點(diǎn)鈔速度為1 000 張/min；在開(kāi)機(jī)的狀態(tài)下，點(diǎn)鈔速度可達(dá)到1 500 張/min；在低速清點(diǎn)的狀態(tài)下，點(diǎn)鈔速度保持在500 張/min。2）能夠兼容第五版人民幣的所有的面值鈔票。

2.2 結(jié)構(gòu)選擇

就當(dāng)前市面上存在的點(diǎn)鈔機(jī)來(lái)說(shuō)，主要包括臥式點(diǎn)鈔機(jī)以及立式點(diǎn)鈔機(jī)2 種結(jié)構(gòu)。其中，對(duì)于臥式點(diǎn)鈔機(jī)來(lái)說(shuō)，其體積與重量相對(duì)較大、傳輸距離更長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因此點(diǎn)鈔速度的提升空間較低、難度也更大，但是其點(diǎn)鈔的穩(wěn)定性更好[2]。對(duì)于立式點(diǎn)鈔機(jī)來(lái)說(shuō)，其體積與重量相對(duì)較輕、結(jié)構(gòu)更為緊湊、點(diǎn)鈔速度更快（平均為1 500 張/min），所以該次設(shè)計(jì)中主要選擇了立式點(diǎn)鈔機(jī)。

2.3 總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行點(diǎn)鈔機(jī)中的傳鈔輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要重點(diǎn)考量鈔票的最大及最小尺寸，并以此確定各個(gè)傳送輪之間的間距?？傮w來(lái)說(shuō)，必須要保證這些間距低于鈔票的最小寬度，確保在實(shí)際的點(diǎn)鈔環(huán)節(jié)中所有鈔票可以持續(xù)傳送。在確定各個(gè)傳送輪直徑大小的過(guò)程中，需要參考鈔票的最大寬度，保證所有傳送輪的周長(zhǎng)大于鈔票的最大寬度。

同時(shí)，各個(gè)傳送輪的直徑還影響著點(diǎn)鈔中兩相鄰鈔票之間的距離。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)傳送輪的直徑增大時(shí)，其周長(zhǎng)也隨之增大，促使鈔票之間的間隔增加。在這樣的條件下，點(diǎn)鈔過(guò)程中出現(xiàn)連張問(wèn)題的概率降低，反之則容易出現(xiàn)連張問(wèn)題。需要注意的是，要避免出現(xiàn)傳送輪直徑過(guò)大的情況，此時(shí)，線(xiàn)速度也相對(duì)較大，對(duì)鈔票施加的拉力、輪的磨損程度增加，造成點(diǎn)鈔機(jī)外形尺寸、實(shí)際重量增大，也極易導(dǎo)致鈔票損壞。

基于此，在該次點(diǎn)鈔機(jī)兼容性設(shè)計(jì)中，使用了立式點(diǎn)鈔機(jī)結(jié)構(gòu)以及齒形帶傳動(dòng)、阻力捻鈔的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

2.4 具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1 點(diǎn)鈔輪

在該點(diǎn)鈔機(jī)中，主要使用了喂鈔輪、捻鈔輪、壓輪以及加速對(duì)轉(zhuǎn)輪這些點(diǎn)鈔輪結(jié)構(gòu)。其中，喂鈔輪主要實(shí)現(xiàn)了將待清點(diǎn)鈔票中的最下面一張鈔票傳送至捻鈔輪入口的位置，為點(diǎn)鈔環(huán)節(jié)提供支持。同時(shí)，還能夠通過(guò)捻鈔輪，將鈔票傳送進(jìn)點(diǎn)鈔機(jī)內(nèi)。捻鈔輪在運(yùn)行的過(guò)程中，主要將待檢測(cè)鈔票中最下面一張鈔票傳送至點(diǎn)鈔機(jī)內(nèi)，通常情況下，捻鈔輪運(yùn)行1 周即能夠傳送1 張鈔票。壓輪以及加速對(duì)轉(zhuǎn)輪來(lái)說(shuō)，主要與送鈔輪以及加速輪形成對(duì)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，為進(jìn)鈔、點(diǎn)鈔環(huán)節(jié)的展開(kāi)提供可靠性保證。

2.4.2 傳送方式的選擇及傳送比

該點(diǎn)鈔機(jī)中主要使用了直流電機(jī)提供動(dòng)力，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為3 000 rpm。同時(shí)，使用了通用零件，且保證各個(gè)傳動(dòng)齒輪數(shù)具體如下：電機(jī)軸的傳動(dòng)齒輪數(shù)為20、加速軸的傳動(dòng)齒輪數(shù)為32、加速輪的傳動(dòng)齒輪數(shù)為43、捻鈔輪的傳動(dòng)齒輪數(shù)為54、捻鈔軸的傳動(dòng)齒輪數(shù)為20、喂鈔軸的傳動(dòng)齒輪數(shù)為20。由此，能夠確定出各級(jí)傳動(dòng)比為1.6（加速軸：電機(jī)軸）與1.256（捻鈔輪：加速輪）；由于捻鈔輪與加速輪之間的比例為1，所以總傳動(dòng)比為2.01。結(jié)合總傳動(dòng)比與電機(jī)轉(zhuǎn)速，能夠的得出喂鈔輪的轉(zhuǎn)速為1 493 rpm，可以說(shuō)，這樣的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足前文要求的最高點(diǎn)鈔速度為1 500 張/min 的要求。

2.4.3 主要傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)輪線(xiàn)速度的計(jì)算

使用公式n2=n1/i即能完成主要傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算，其中，n1 代表前級(jí)轉(zhuǎn)速，單位為rpm；n2 代表著后級(jí)轉(zhuǎn)速，單位為rpm；i代表兩級(jí)之間的傳動(dòng)比。同時(shí)，使用公式v=π×D×n÷60÷1000 能夠完成轉(zhuǎn)輪線(xiàn)速度的計(jì)算，其中，v代表著待計(jì)算輪的線(xiàn)速度，單位為m/s；D代表著待計(jì)算輪的直徑，單位為mm；n代表著待計(jì)算輪的轉(zhuǎn)速，單位為rpm。

2.4.4 鈔票運(yùn)行間隔驗(yàn)算

該點(diǎn)鈔機(jī)的點(diǎn)鈔規(guī)律為：喂鈔輪或捻鈔輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，即有一張鈔票進(jìn)入點(diǎn)鈔機(jī)。同時(shí)，在經(jīng)過(guò)加速輪之前，鈔票的運(yùn)行間距可以使用以下公式完成計(jì)算，即：a=Lw-Lc=π×DIV-50 以及π×DIV-100。其中，a為鈔票運(yùn)行的間隔，單位為mm；Lw 為喂鈔輪的周長(zhǎng)，單位為mm；Lc 為鈔票的寬度，單位為mm；DIV 為喂鈔輪的直徑，單位為mm。由此能夠得出，鈔票運(yùn)行的間隔為75.66 mm ～15.66 mm。

當(dāng)鈔票達(dá)到加速輪之后，在加速度的作用下，鈔票之間的間隔明顯提升，此時(shí)增加的間隔可以使用以下公式完成計(jì)算，即Δa=（v2-v4）Lc-Lc，其中，Δa為鈔票間隔增大的數(shù)值，單位為mm；v2 為加速輪線(xiàn)速度，單位為m/s；v4 為喂鈔輪線(xiàn)速度，單位為m/s。由此能夠得出，增加的間隔為10.43 mm ～22.95 mm。

經(jīng)過(guò)加速輪后，當(dāng)前鈔票間隔可以使用以下公式完成計(jì)算，即b=a+Δa，其中，b為加速后的鈔票間隔，單位為mm。由此能夠得出，加速后的鈔票間隔為86.09 mm ～38.61 mm。

設(shè)定待測(cè)鈔票通過(guò)檢測(cè)對(duì)管的時(shí)間為tc，由于檢測(cè)對(duì)管設(shè)置在該驗(yàn)鈔機(jī)的加速輪與加速對(duì)轉(zhuǎn)輪的中心連線(xiàn)處，因此待測(cè)鈔票在此處的速度保持穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生滑移。

此時(shí)tc=Lc/v2。帶入數(shù)據(jù)可得，待測(cè)鈔票通過(guò)檢測(cè)對(duì)管的時(shí)間為13.175 ms ～28.99 ms。設(shè)定待測(cè)鈔票運(yùn)行的時(shí)間間隔為tb，則由公式tb=b/v2 得出，待測(cè)鈔票運(yùn)行的時(shí)間間隔為10.17 ms ～22.69 ms。可以說(shuō)，這樣的驗(yàn)鈔機(jī)兼容性設(shè)計(jì)滿(mǎn)足檢測(cè)對(duì)管的檢測(cè)時(shí)間要求，有著較高的使用價(jià)值。

3 點(diǎn)鈔機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性設(shè)計(jì)措施

3.1 優(yōu)化捻鈔部件

捻鈔部件的設(shè)計(jì)需要結(jié)合鈔票的具體寬度而確定，且周長(zhǎng)應(yīng)該大于鈔票寬度，使用橡皮膠圈作為主要材料。如果捻鈔輪發(fā)生磨損，則必然會(huì)影響機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性，因此應(yīng)該增加外徑，并運(yùn)用鋸齒形的方式完成設(shè)計(jì)，強(qiáng)化該部件的耐磨性。不僅如此，此種設(shè)計(jì)方式還可以強(qiáng)化鈔票、捻鈔輪之間的摩擦面積，進(jìn)而增強(qiáng)其附著力。另外，調(diào)節(jié)螺絲也是捻鈔輪中的關(guān)鍵部件之一。如果鈔票進(jìn)入到面板以下發(fā)生歪斜等現(xiàn)象，則會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)或者計(jì)數(shù)結(jié)果偏差等問(wèn)題，因此為了提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性，需要對(duì)其螺絲進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如果螺絲過(guò)緊，則會(huì)加速橡皮圈的磨損速度，過(guò)松則會(huì)發(fā)生分鈔不順、歪斜等現(xiàn)象，難以強(qiáng)化機(jī)械的兼容性，使用應(yīng)該對(duì)螺絲的緊實(shí)度予以合理控制。

3.2 優(yōu)化出鈔部件

驗(yàn)鈔機(jī)的出鈔部件主要是由齒輪塑料輪、對(duì)轉(zhuǎn)輪、壓鈔輪、內(nèi)部傳輸組件等構(gòu)成的。其中，傳輸擋板是不同行業(yè)中重要的構(gòu)成部分，包括紫外識(shí)別、紅外識(shí)別、磁性傳感器、技術(shù)傳感器、磁頭和磁鋼等。因此，每張鈔票經(jīng)過(guò)擋板時(shí)，其中冠字號(hào)、真?zhèn)魏兔嬷档?，均?huì)被擋板識(shí)別，確保最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，為了能夠提高驗(yàn)鈔機(jī)結(jié)構(gòu)的兼容性，需要重點(diǎn)優(yōu)化傳輸檔案。例如在新發(fā)行的2019 版第五套人民幣后，相關(guān)部門(mén)便必須對(duì)驗(yàn)鈔機(jī)的內(nèi)部傳輸檔案進(jìn)行升級(jí)，否則無(wú)法識(shí)別全新鈔票的信息，進(jìn)而降低最終結(jié)果的精準(zhǔn)度。如此一來(lái)，可以提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性，使其滿(mǎn)足金融行業(yè)、商業(yè)等相關(guān)使用需求。

3.3 優(yōu)化接鈔部件

驗(yàn)鈔機(jī)的接鈔部件主要包括擋鈔板、托鈔板、鈔抓輪等結(jié)構(gòu)。在使用驗(yàn)鈔機(jī)的過(guò)程中，鈔票經(jīng)過(guò)內(nèi)部擋板后便會(huì)進(jìn)入到接鈔部件中，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。為了能夠提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性，需要對(duì)這部分的機(jī)械部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免在使用期間發(fā)生撕鈔等現(xiàn)象。具體而言，在設(shè)計(jì)接鈔部件的過(guò)程中，需要將以下方式應(yīng)用在其中。1）確保接鈔的葉輪中心位置與鈔軸的距離合理，便于紙幣可以盡快進(jìn)入到葉爪中，防止出現(xiàn)飛鈔等問(wèn)題。2）在設(shè)計(jì)葉爪形狀的過(guò)程中，還應(yīng)該優(yōu)化其彎曲的形態(tài)。其中，彎曲程度越大，越能夠防止飛鈔的問(wèn)題出現(xiàn)。3）調(diào)整葉輪的旋轉(zhuǎn)速度，不能過(guò)快或者過(guò)慢，否則會(huì)影響機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性能。

3.4 優(yōu)化齒輪傳動(dòng)帶

驗(yàn)鈔機(jī)屬于1 種十分經(jīng)典的齒輪傳動(dòng)帶，其依靠小電機(jī)、大電機(jī)完成運(yùn)行。因此，要想從根本上提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性，必須對(duì)其齒輪傳動(dòng)帶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其可以協(xié)調(diào)內(nèi)部各個(gè)部件的關(guān)系，逐步、逐次地發(fā)揮自身作用。因此，在調(diào)整驗(yàn)鈔機(jī)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，可以運(yùn)用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)的目的，為獲得準(zhǔn)確的驗(yàn)鈔機(jī)效果提供保證。除此之外，還需要對(duì)電流的形式進(jìn)行合理的選擇，使其可以提高機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性，進(jìn)而增強(qiáng)整體的兼容性，彰顯齒輪傳動(dòng)帶的重要作用，為相關(guān)工作提供有價(jià)值的幫助。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文主要使用了立式點(diǎn)鈔機(jī)結(jié)構(gòu)以及齒形帶傳動(dòng)、阻力捻鈔的機(jī)械結(jié)構(gòu)完成了點(diǎn)鈔機(jī)兼容性設(shè)計(jì)。驗(yàn)算結(jié)果顯示，該設(shè)計(jì)滿(mǎn)足最高點(diǎn)鈔速度為1 500 張/min 的要求；達(dá)到了檢測(cè)對(duì)管的檢測(cè)時(shí)間要求，有著較高的使用價(jià)值。