紙幣接收系統機械傳送部分的國產化改造

徐曉峰

(廣州市交通技師學院，廣東 廣州 510540)

1 紙幣接受功能及國內使用情況

自動售票系統是地鐵交通現代化管理中，代表其科學性和先進性。具有不可代替的貨幣管理工具，紙幣接收系統由于其具有識別紙幣的真偽、驗證幣值，實時接收或退鈔等多項功能，用途非常廣泛。由于我國地鐵建設發展時間短，所以此類設備到現在為止仍依賴進口，而且價格非常昂貴。據悉，進口紙幣接收系統的價格為1萬多歐元/臺，大量購置進口設備，會影響國家的外匯儲備損耗。除此之外，設備投入使用后的維修保養技術問題，設備易損件的供應問題須依賴國外。這樣由于國際貿易郵資費用高。因此，紙幣接收系統國產化研制成了當前的必然性。

我國地鐵交通建設時間短，這類設備仍在仿造研制階段，隨著當前國家地鐵發展的加快，自動售票設備使用大量增加。所以，進口設備國產化成了當務之急，研制改造成了承接任務的迫切性。

1.1 任務來源及試制方案的主要缺陷

為了適應當前形勢的需要，快速填補我國對自動售票設備的制造技術水平，培養一批國內的人員，學校與有關企業的聯系引進其研發項目，推進了校企的合作，組成了項目研究小組，我是這項目工作的主要負責人。

初步確定從仿制、研究吸收消化，改進發展的分階段進行的方案，最后達到國產化為目的。仿制初期階段的自動售票機設備，經初步運行、測試，達不到國外設備水平，運行不正常。經鑒定：影響運行因素比較突出有兩點。

1.1.1 紙幣機械傳送不穩定。紙幣機械傳送不穩定，傳送皮帶跳動超差。驗鈔率達不到要求(按進口設備測定失誤率在2%以內)。

1.1.2 轉軸噪音過大。轉軸噪音過大，設備負載過大，容易損壞電機。(樣機測定要求噪音在65dB/m 以內，主電機負載在電壓24V。電流在1.8～2.4mA以內)參照對來樣機的分析，對自我制造的設備進行研究并多次修改，制造研究，得出如下解決方案。

1.2 紙幣接收系統運行的基本原理及改造方案(圖1)

圖1

紙幣接收系統實自動售票設備中接收紙幣的首要系統，其運行基本原理是由信息接受傳遞系統，紙幣識別機構，機械運轉傳送機構三個部分組成。

當紙幣通過進幣口的光電接收器后，把信息傳送給機械運轉系統進行對紙幣的傳送，通過識別機構對紙幣的真偽進行鑒別，再由電磁閥對各位置的控制，對紙幣進行接收或退鈔處理。

機械運傳送部分的結構是由機架、傳送軸組件、定位軸、進鈔、退鈔組件、暫存離合軸等組成，它是由轉軸組件設定位置形成紙幣信道，利用轉軸與特定皮帶的結合達到對紙幣傳送的目的。由于紙幣的厚度在0.1mm范圍內，所以要求軸、軸套等機械組件與信息系統、紙幣識別系統等配合間隙相對較高，間隙的誤差要求≤0.1mm范圍內(根據樣機實測)。否則；影響驗鈔器對紙幣的識別靈敏度。因此；傳送軸組件零件的加工到組裝，所設計的位置精度到軸間的相互平行度等都需求準確無誤。要求達到上述的要求，關鍵在于機架的制造。根據對樣板機的制造工藝分析及現研制工藝的確定作比較，以達到在保證精度的情況下適合大批量生產，制造的成本降低，保證國內市場的需求的目的，下面就機架國產化制造作出修改方案：

1.2.1 保證上、下板外形加工后變形的平直度。按圖2：上、下板的外形加工后的平直度要求高。通過對來樣制造的分析，其工藝是用數控沖床來沖剪外形的。由于數控沖床的剪切方式是對工件分段進行剪切加工，故工件沖裁工序后產生平面局部的塑性變形和周邊翹彎變形量達到0.3～0.5mm。需要對坯件作校平、校直的后工序處理。因此；制造工時較高，不含附帶工時的估算單件矯正工時合計約10 分鐘以上(投入矯正模具，增加制造成本。)，不適合大批量生產的要求。而且數控沖床的設備投入大(約40 萬元一臺)，相對制造成本增大。所以，經過分析后采用了整件落料沖裁工藝，主要對沖裁力的計算(公式F=K·L·t·τ)，通過模具的設計分析，設備投入是普通沖床100T(約8 萬元一臺)。模具2 套約3 萬元。(模具自行設計、制造)大可降低了設備投入，生產上只用1 分鐘/單件的時間，大大提高了生產效率，減少了校平、校直工序，生產成本降低50%以上。

圖2 機架組裝示意圖

圖3 落料沖裁模具組裝圖

1.2.2 保證上、下板制造過程保證軸孔距、孔徑的精度。按產品的設計要求，上、下板的各類孔有50 多個之多，其位置尺寸精度要求和孔徑尺寸精度要求均在0.05mm之內。而且，上、下板鉚合后上下孔之間的同軸度要求較高。由于機架的上下板材料使用Q235外，其它輔件：壓母螺絲、鉚柱、軸套等材料均用鋁或不銹鋼等。按設計要求，機架需要作防銹處理，而鋁材是不能用鍍鋅工藝處理的。因此；機架上、下板只能帶待分開加工完畢所有孔后，再進行鍍鋅處理后再作鉚合。這樣，增加了加工工藝上的難度。經過對外來樣板的分析，要達到以上的制造精度，用一次沖壓或加工要達到要求是不可能的，結合我校的設備情況及條件，得出了以下的工藝制造路線：

工件的孔較多及孔徑小，P 總沖裁力過大、而且存在不穩定因數、模具容易損壞；所以采取了分粗加工和精加工兩個工序進行。粗加工先將所有孔分為2 類。以不需要精加工的、較大的、用于裝配工藝的異形孔為一類。需要作精加工的轉軸孔、定位軸孔、主件的裝配孔為一類。

(1)粗加工。首先，工件的多個異形孔可用多工位的沖孔模作一次沖(圖4)，通過公式F=K·L·t·τ 計算，其沖裁力在70T 左右，所以可以通過。制造模具來完成(圖4)。其余的轉軸孔，定位軸孔，主件裝配孔等可采用以大小再分類，用特定的定位夾具進行單孔或多孔的沖孔(注意需留0.2mm的孔精加工余量，為保證孔的位置、形狀精度)。這樣，既可降低模具的制造難度、提高模具壽命，并達到降低制造成本、提高生產效率的效果。

圖4 粗加工異形孔模具組裝圖

(2)精加工。精加工- 粗加工后經清除毛刺的工件(上板或下板)，采用多件裝夾后(5～10 件)。采用數控設備進行精鉸孔，這樣既可保證孔的位置尺寸及孔徑尺寸的精度，而且提高上下板之間孔的同軸度，達到產品設計要求。(數控銑床、NCN設備已具備不用再作投入)

(3)定位鉚合。經過精鉸孔后的上下板，去毛刺清除后作鍍鋅處理，然后安裝好壓母螺絲，軸承座等輔件，最后用特定設計的固定夾具進行組裝鉚合。這樣，機架的生產工藝基本完成。現已試制出多臺機架，經檢驗，已達到安裝精度和設備運行的要求。

根據自我設備狀況及生產環境，采用國產系列設備制造紙幣接收機的底板，能符合裝配精度要求，為實現國產化制造邁出可喜的一步。

2 保證紙幣傳送軸的裝配精度，消除噪音達標及運轉精度

紙幣傳送軸于整機使用數量多。位置稠密，所以運轉過程控噪音超標存在一定的難度(65dB/m內標準)。為了解上述問題經分析作出了以下解決方案：

(1)選擇軸套、軸承、軸的精度配合。經多次反復試驗，軸承與軸套之間的配合選定為H7/f6 的配合。由于軸承較小(1680H)，變形造成噪音過大的主要原因，所以裝配過程中的靜壓入裝配，其保證裝配時的平衡度及壓入力度，(壓力于0.5Kg/cm2較適合)防止軸承的變形。

(2)控制軸向間隙的裝配，因為軸向間隙大，轉軸竄動量大，皮帶不穩定，影響驗鈔確認率。軸向間隙小會造成噪音增大，負載過重。參考來樣要求是用0.2mm厚的波紋墊圈來保證的。

由于此類零件在材料選擇上有嚴格的要求，用量小、沖壓難度大，而且價格低廉，市場難以供應。為解決此問題，最終選擇自己制造紋墊圈沖裁模，經多次試驗，已達到使用要求。

經過以上的試制修定以及制造工藝改進，該系統取得了研發、制造技術上的突破：

(1)機架通過模具整體落料，對轉軸孔的加工工藝修正，經裝配測檢，機架上下表面變形量小于0.1mm，軸的平衡度、位置的尺寸精度等均在0.05～0.1mm之間。保證了系統內與紙幣識別機構，信息接收傳遞系統之間的間隙配合，保證了驗鈔識別率。

(2)轉軸經裝配后效果顯著，經整個系統裝配完畢后自檢測定結果：

驗鈔識別率誤差達到2%以下；

噪音測試達到65dB/m以下，整機運轉正常。

3 結論

通過與進口樣機的比較，雖然部分零件的外觀、整機的整潔等仍有待提高和修整的問題和差距，但功能運轉上基本達到進口機的標準。今年初已送2 臺到地鐵下線進行運行測試，運行了半年多，到目前為止，暫無故障維修信息反饋。

隨著我國各地區的經濟發展需要，地鐵交通的建設速度突飛猛進，自動售票系統的需求市場量大。因此，自動售票設備如果仍需依賴進口是不符合我國國情。而且在市場經濟的大環境下，進口產品價格昂貴是必然的，自動售票系統價格高達100 多萬/臺，就紙幣接收系統美元就高達10000 多美元/臺。而今次通過研制過程初核算的制造價格約在人民幣10000 元/臺左右，因此相差甚遠。