纸币柔性展平整理装置设计

王文鹏 张 乙 王衍圣 杨玉伟 徐铭浩

目前，纸币仍然具有很大的市场流通量，但对杂乱皱褶纸币的整理主要以人工为主。例如，公交公司每天需要人工清点大量杂乱皱褶的纸币，这项工作单一枯燥，劳动繁重。研究前，笔者前往徐州市公交有限责任公司结算中心进行了实际调研。调研表明，徐州市平均每天约有50万公交乘车人次，其中刷卡支付和现金支付的人数比约为1:1，在一元票价季节，纸币日收入约10万；两元票价季节，纸币日收入约15万。这些纸币需要12个人来清分，平均每人每小时需要清点1000元左右的纸币，效率低且劳动繁重。同时，纸币在流通过程中携带大量的灰尘、污渍、细菌等，人工清点存在安全卫生隐患。

因此，开发一种可将折叠、褶皱的杂乱纸币整理成沓的机器，配合现有的纸币识别、清分、打捆等功能，将可实现杂乱褶皱纸币整理的完全自动化。该机器将大大降低纸币整理人员的劳动强度，提高纸币整理效率，消除安全卫生隐患，拥有比较广阔的市场前景。

1 纸币整理装置研究现状

现有产品大多数是围绕整理平整的成沓纸币进行的设计，如纸币输送、纸币面值清分、纸币打捆等功能。近年来，国内也逐渐出现一些围绕展平折叠或褶皱纸币的设计研究。

国内与纸币展平有关的研究围绕单张和成堆纸币的展有进行。专利“一种公交车用钱币整理装置”[1]在入钞口投入单张平整的纸币，展平纸币表面褶皱；文章《纸币分离整理装置设计》[2]提供了一种简单的负压吸附整理纸币的方案；文章《一种纸币展平整理装置的设计》[3]采用一种复杂的摩擦轮机构来展平纸币。

国外在纸币整理方面也进行了大量研究，研究对象主要为整齐的成沓纸币。如日本光荣工业株式会社，该公司在纸币整理方面申请多项专利[4]，产品流畅实现了成沓纸币的自动逐张取币、鉴别面值、输送、打捆等工作。再如，韩国、美国在纸币整理方面都有类似的专利与产品。这些研究中的纸币输送和清分技术在使用中收到了很好的效果，但起始放入的纸币均要求为整齐的成沓纸币。

2 装置设计和工作过程

经过对公交车纸币状况的分析，大多数纸币状态为无折叠或只有一次折叠，只有少部分纸币为多次折叠，纸币多存在褶皱现象。结合现有研究，提出如图1所示的纸币柔性展平整理装置的设计方案：杂乱纸币先经由一次粗略处理，使多次折叠的纸币展开以进行后续的处理；然后进行纸币打散处理，实现纸币的逐张输送，并辅以消毒液加湿来让纸币软化并进行消毒；之后进入精细处理，通过负压吸附装置[5-6]进行纸币输送，在风力抚平、负压吸附、毛刷展平等展平作用下使纸币变得无折叠，少褶皱；之后进入加热辊[7]中熨平褶皱并在加热和碾压的作用下定形；最后经过螺旋渐窄滑道实现纸币的姿态矫正，纸币整齐进入收纳盒。

处理流程如图1所示，机构总图如图2所示。

图2 机构总图

2.1 粗展平处理

粗展平装置以纸币打散箱作为主体，同时配有风机、差速毛刷打散辊组、滑道等辅助装置，如图3所示。具体工作流程为：纸币打散箱中有多层橡胶棒和风机，在风力所导致的碰撞过程中折叠程度较高的纸币会被胶棒梳理开；随着打散箱风机的周期性停转，在侧面电机驱动的推送毛刷推送下，纸币将进入差速毛刷打散辊组，打散的纸币随后进入到下部分的一级传送带上。在差速毛刷打散辊组的作用下纸币呈一定间隔输送到下一机构，避免纸币在精展平阶段出现多张纸币的重叠。

2.2 加湿消毒处理

加湿消毒处理装置包括加湿喷头和一级传送带，如图3所示，其工作过程为：在一级传送带上方通过喷头进行消毒液水雾加湿，将纸币软化便于后续精展平处理，同时对纸币进行消毒。

2.3 精展平处理

精展平处理装置由二级传送带、吹风机构、展平毛刷组成，如图4所示，工作流程为：由二级传送带的底部吸附纸币，在重力作用下折叠纸币下垂。首先经过吹风抚平，然后进行横向和纵向的毛刷展平，各个方向的风力和毛刷使纸币没有被吸附的地方吸附到传送带上，从而完成纸币的展平处理。

图3 粗展平与加湿消毒装置图

图4 精展平装置图

2.4 加热熨平处理

加热熨平装置主要由加热辊组构成，如图5所示，纸币经过加热辊组后被烘干，表面褶皱被熨平，同时加热和碾压也使纸币定形。

2.5 纸币收纳

纸币收纳装置由一螺旋渐窄滑道和收纳盒组成，如图5所示，其工作过程为：由上一部分输入的纸币在螺旋渐窄滑道上与侧板发生碰撞与摩擦直至滑道变窄至纸币宽度，此时，所有纸币保持同一方向进入纸币收纳盒，纸币被整齐收纳成沓。

图5 加热熨平与纸币收纳装置图

3 结语

本文提出的纸币柔性展平整理装置的优势在于采用柔性方式包括风力打散、风力抚平、负压吸附、毛刷展平等方式展平纸币，降低机器对纸币的破坏，结构更加简单，效率得到提高；粗展平机构与精展平机构使用打散辊组辊衔接，实现纸币的不连续输送，避免出现纸币重叠、阻塞的情况。但对于折叠次数过多或褶皱十分严重的纸币仍然难以较好处理。

经实验验证，本文提出的纸币柔性展平整理装置工作较为有效，与现有的纸币清分机结合使用，可大大降低纸币清点的劳动强度。

[1]张黎骅，王锐，李冉，等.一种公交车用钱币整理装置：CN105303684A[P]. 2016-02-03.

[2]郭旭.纸币分离整理装置设计[C].北京力学会第二十三届学术年会会议论文集，2017：2.

[3]余小清，黄超，王宣懿，等.一种纸币展平整理装置的设计[J].机电产品开发与创新，2017，30（3）：40-41，49.

[4]黑田晓人，服部宪一，广泽健治.币整理机：CN101923744A[P].2010-12-22.

[5]王惠霄，张秀敏，M.R.Horgan.真空吸附技术[J].轻工机械，1998，（4）：41-43.

[6]吴雄喜，刘健，朱洪军，等.压吸附式展纸机：CN103359534A[P].2013-10-23.

[7]东裕一郎，滨田泰英.纸币熨平装置：CN3378.8[P].1998-05-20