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(jì)了旋轉(zhuǎn)式紙幣毛刷實(shí)現(xiàn)高效率展開(kāi)褶皺紙幣，便于之后的清點(diǎn)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(shí)現(xiàn)高效殺毒殺菌，利用杠桿原理設(shè)計(jì)出可彈出隔離板以收集無(wú)法處理的異物。紙幣吸附消毒后，經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)紙幣橫縱兩個(gè)方向的整理。

關(guān)鍵詞：負(fù)壓吸附；錢(qián)幣整理；消毒

現(xiàn)今公交點(diǎn)鈔中心都是人工清點(diǎn)，需要清點(diǎn)的紙幣量大，人工清點(diǎn)效率低，且對(duì)人的身體傷害大，紙幣的污損、細(xì)菌不能去除?；谝陨弦蛩兀覀?cè)O(shè)計(jì)了一種基于負(fù)壓吸附的紙幣整理機(jī)。

1 負(fù)壓式錢(qián)幣整理機(jī)結(jié)構(gòu)組成和工作原理

總體設(shè)計(jì)方案：該負(fù)壓式錢(qián)幣整理機(jī)可分為以下6個(gè)模塊

1.1 超聲波濕潤(rùn)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(duì)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(kāi)。主要用超聲波起霧器對(duì)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(guò)控制進(jìn)鈔口開(kāi)啟的時(shí)間與次數(shù)大致控制進(jìn)鈔數(shù)量，避免進(jìn)鈔數(shù)量過(guò)多而導(dǎo)致無(wú)法有效展開(kāi)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(shí)，電磁鐵推桿帶動(dòng)連桿，進(jìn)鈔擋板（擺桿）繞軸順時(shí)針擺動(dòng)，使進(jìn)鈔口張開(kāi)。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(guò)來(lái)回刷動(dòng)將紙幣展平，毛刷展開(kāi)后對(duì)紙幣有一定的正壓力，旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)毛刷來(lái)回刷動(dòng)紙幣使紙幣展開(kāi)。以交流電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)皮帶傳動(dòng)，利用皮帶輪帶動(dòng)毛刷主軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)紙幣毛刷的旋轉(zhuǎn)。

使用連桿滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)紙幣毛刷的展開(kāi)與收縮，當(dāng)毛刷軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿撐開(kāi)，滑塊沿著滑槽向外運(yùn)動(dòng)，將毛刷撐開(kāi)，與紙幣接觸。之后電動(dòng)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(duì)靜止，維持毛刷展開(kāi)的狀態(tài)。毛刷開(kāi)始加速旋轉(zhuǎn)，將紙幣展開(kāi)。使用正反轉(zhuǎn)的方式提高紙幣的展開(kāi)效率。

當(dāng)展開(kāi)完畢之后，毛刷減速，電動(dòng)推桿收起，連桿收縮，滑塊向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使毛刷收攏，與紙幣分離，完成紙幣展開(kāi)過(guò)程。如圖3所示

1.4 風(fēng)道設(shè)計(jì)與控制

為實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)式紙幣毛刷將紙幣展開(kāi)，裝置需要將紙幣有效地吸附固定在內(nèi)壁上。通過(guò)負(fù)壓吸附方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)壁對(duì)紙幣的有效吸附。風(fēng)速設(shè)計(jì)利用伯努利方程經(jīng)過(guò)計(jì)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(qiáng)差而吸附在桶內(nèi)壁，因?yàn)榧垘胚€需克服刷子對(duì)它的作用力，因此實(shí)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(yàn)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(jì)算機(jī)模擬仿真，結(jié)果如圖5所示：

管內(nèi)與管外壓強(qiáng)差越大，得到的風(fēng)速就越快。由圖可知大部分開(kāi)口處滿足較密的等高線，能滿足設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)管道設(shè)計(jì)經(jīng)MATLAB建模分析并制作后，實(shí)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(duì)紙幣進(jìn)行殺菌處理，利用高溫陶瓷燈對(duì)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(shí)現(xiàn)擋板往復(fù)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄拉動(dòng)連桿，從而使四連桿機(jī)構(gòu)沿滑槽運(yùn)動(dòng)，整理鈔票的4個(gè)擋板分別固定在4個(gè)連桿上，實(shí)現(xiàn)擋板在兩個(gè)方向的擋板交叉往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將展平且烘干的紙幣聚攏整理成匝，實(shí)現(xiàn)對(duì)已展平紙幣方向的整理。設(shè)計(jì)參數(shù)及模型如圖7，8

1.7 出鈔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在公交公司進(jìn)行紙幣處理的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)非錢(qián)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(guò)是否可以被負(fù)壓吸附作為對(duì)異物的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)鈔口打開(kāi)后，鈔票會(huì)被負(fù)壓吸附，而異物會(huì)落下，掉入整理?yè)醢蹇臻g，按壓出鈔口，根據(jù)杠桿原理，底盤(pán)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，整個(gè)底盤(pán)傾斜，利用重力將異物倒出，取出之后，底盤(pán)通過(guò)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(yǔ)

本文研制的負(fù)壓式錢(qián)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(shí)現(xiàn)了高效展開(kāi)紙幣；利用壓強(qiáng)差對(duì)不同狀態(tài)的紙幣產(chǎn)生不同大小 、吸力，以實(shí)現(xiàn)良好的展開(kāi)效果；同時(shí)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(duì)于錢(qián)幣整理的要求，具有推廣使用的價(jià)值

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（作者單位：武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院）