基于負壓吸附的紙幣整理機的設計與實現

張通 閆川 李華明

摘 要：本裝置利用電機產生低氣壓吸附紙幣并設計了旋轉式紙幣毛刷實現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生，采用陶瓷燈和紫外線燈組合實現高效殺毒殺菌，利用杠桿原理設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，經過可控進鈔口，控制紙幣處理量，最后使用凸輪、滑槽擋板，四連桿等機構實現紙幣橫縱兩個方向的整理。

關鍵詞：負壓吸附；錢幣整理；消毒

現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、細菌不能去除。基于以上因素，我們設計了一種基于負壓吸附的紙幣整理機。

1 負壓式錢幣整理機結構組成和工作原理

總體設計方案：該負壓式錢幣整理機可分為以下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，裝置使用超聲波產生水霧對紙幣進行微打濕，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 可控進鈔口

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

1.3 旋轉式紙幣毛刷

旋轉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，旋轉時通過毛刷來回刷動紙幣使紙幣展開。以交流電機為動力，通過皮帶傳動，利用皮帶輪帶動毛刷主軸旋轉，實現紙幣毛刷的旋轉。

使用連桿滑塊機構實現紙幣毛刷的展開與收縮，當毛刷軸旋轉時，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，將內軸與外軸連接固定，使滑槽（與內軸連接）與滑塊（與外軸連接）相對靜止，維持毛刷展開的狀態。毛刷開始加速旋轉，將紙幣展開。使用正反轉的方式提高紙幣的展開效率。

當展開完畢之后，毛刷減速，電動推桿收起，連桿收縮，滑塊向內運動，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 風道設計與控制

為實現旋轉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壁上。通過負壓吸附方式實現內壁對紙幣的有效吸附。風速設計利用伯努利方程經過計算可得，只要出風口風速在0.48m/s以上就可保證紙幣可由于壓強差而吸附在桶內壁，因為紙幣還需克服刷子對它的作用力，因此實際風速將大于臨界風速，擬將風速設定為臨界風速的2倍，即0.96m/s以保證紙幣可被吸附。為了驗證結論，以出風口風速為0.96m/s為參數，使用ANSYS軟件進行計算機模擬仿真，結果如圖5所示：

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

1.5 殺菌干燥模塊

為了使紙幣干凈衛生，該裝置在內筒安裝紫外線燈對紙幣進行殺菌處理，利用高溫陶瓷燈對紙幣進行干燥處理。利用單片機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構實現擋板往復運動。電機帶動曲柄轉動，曲柄拉動連桿，從而使四連桿機構沿滑槽運動，整理鈔票的4個擋板分別固定在4個連桿上，實現擋板在兩個方向的擋板交叉往復運動，將展平且烘干的紙幣聚攏整理成匝，實現對已展平紙幣方向的整理。設計參數及模型如圖7，8

1.7 出鈔機構設計

在公交公司進行紙幣處理的時候經常會出現非錢幣類異物，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壓吸附作為對異物的判斷標準。在進鈔口打開后，鈔票會被負壓吸附，而異物會落下，掉入整理擋板空間，按壓出鈔口，根據杠桿原理，底盤繞軸轉動一定角度，整個底盤傾斜，利用重力將異物倒出，取出之后，底盤通過復位扭簧復位。取出鈔票的步驟與取異物相同。

2 結語

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

參考文獻

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

[2]陳秀寧，施高義.機械設計課程設計[M].浙江大學出版社，2010.

[3]石中玉.紫外線光源及其應用[M].北京：輕工業出版社，1984.

（作者單位：武漢理工大學 機電工程學院）