点钞机机械结构的兼容性设计研究

2020-11-28张成

中国新技术新产品 2020年1期

关键词：点钞钞票间隔

张成

（北京兆维电子（集团）有限责任公司，北京 100015）

0 引言

为了降低先进处理工作的难度以及工作量，点钞机的使用不可或缺。由于流通的钞票中包括伪钞、不同面额或版面的人民币，因此对点钞机展开兼容性设计具有极高的现实价值。

1 点钞机的工作原理分析

点钞机的工作原理极为简单，主要使用了光电计数器完成点钞。但是，相比于其他的光电计数器来说，其结构更为精巧、机械更加复杂。当待清点钞票放入点钞机的为喂钞口中时，点钞机能够自动运行；此时，捻钞结构将不同的钞票分开，并由加速结构拉大钞票之间的距离；在技术及检测对管、光电计数器等检测结构的支持下，结合信号转换处理完成点钞以及真伪的验证，并将点钞结果在显示器中显示[1]。

同时，点钞机还具备验钞功能。当前，第五版人民币为主要的流通货币，因此激光检测验钞更加常见，其原理如下：当特定波长的红外激光照射到第五版人民币上的荧光字时，荧光字会产生一定波长的激光，通过检测该产生的激光，即可完成钞票真假的辨别。

2 点钞机机械结构的兼容性设计机理

2.1 设计要求及预期功能

在该点钞机的兼容性设计中，总体的设计要求如下所示：喂钞口容量达到500 张、出钞口容量达到200 张；适应的纸币会规格长度在90 mm～203 mm 内、宽度在50 mm～110 mm、厚度在0.075 mm～0.15 mm。这样的设计主要是为了适应第五版人民币的制造工艺。

在设计该具备兼容性的点钞机时，需要达到的技术指标或是功能具体如下所述。1）点钞速度可以人工调节。在正常点钞状态下，点钞速度为1 000 张/min；在开机的状态下，点钞速度可达到1 500 张/min；在低速清点的状态下，点钞速度保持在500 张/min。2）能够兼容第五版人民币的所有的面值钞票。

2.2 结构选择

就当前市面上存在的点钞机来说，主要包括卧式点钞机以及立式点钞机2 种结构。其中，对于卧式点钞机来说，其体积与重量相对较大、传输距离更长、结构更为复杂，因此点钞速度的提升空间较低、难度也更大，但是其点钞的稳定性更好[2]。对于立式点钞机来说，其体积与重量相对较轻、结构更为紧凑、点钞速度更快（平均为1 500 张/min），所以该次设计中主要选择了立式点钞机。

2.3 总体机械结构设计

在进行点钞机中的传钞轮结构设计中，要重点考量钞票的最大及最小尺寸，并以此确定各个传送轮之间的间距。总体来说，必须要保证这些间距低于钞票的最小宽度，确保在实际的点钞环节中所有钞票可以持续传送。在确定各个传送轮直径大小的过程中，需要参考钞票的最大宽度，保证所有传送轮的周长大于钞票的最大宽度。

同时，各个传送轮的直径还影响着点钞中两相邻钞票之间的距离。一般来说，当传送轮的直径增大时，其周长也随之增大，促使钞票之间的间隔增加。在这样的条件下，点钞过程中出现连张问题的概率降低，反之则容易出现连张问题。需要注意的是，要避免出现传送轮直径过大的情况，此时，线速度也相对较大，对钞票施加的拉力、轮的磨损程度增加，造成点钞机外形尺寸、实际重量增大，也极易导致钞票损坏。

基于此，在该次点钞机兼容性设计中，使用了立式点钞机结构以及齿形带传动、阻力捻钞的机械结构。

2.4 具体结构设计

2.4.1 点钞轮

在该点钞机中，主要使用了喂钞轮、捻钞轮、压轮以及加速对转轮这些点钞轮结构。其中，喂钞轮主要实现了将待清点钞票中的最下面一张钞票传送至捻钞轮入口的位置，为点钞环节提供支持。同时，还能够通过捻钞轮，将钞票传送进点钞机内。捻钞轮在运行的过程中，主要将待检测钞票中最下面一张钞票传送至点钞机内，通常情况下，捻钞轮运行1 周即能够传送1 张钞票。压轮以及加速对转轮来说，主要与送钞轮以及加速轮形成对转的状态，为进钞、点钞环节的展开提供可靠性保证。

2.4.2 传送方式的选择及传送比

该点钞机中主要使用了直流电机提供动力，电机的转速为3 000 rpm。同时，使用了通用零件，且保证各个传动齿轮数具体如下：电机轴的传动齿轮数为20、加速轴的传动齿轮数为32、加速轮的传动齿轮数为43、捻钞轮的传动齿轮数为54、捻钞轴的传动齿轮数为20、喂钞轴的传动齿轮数为20。由此，能够确定出各级传动比为1.6（加速轴：电机轴）与1.256（捻钞轮：加速轮）；由于捻钞轮与加速轮之间的比例为1，所以总传动比为2.01。结合总传动比与电机转速，能够的得出喂钞轮的转速为1 493 rpm，可以说，这样的设计满足前文要求的最高点钞速度为1 500 张/min 的要求。

2.4.3 主要传动轴转速及转轮线速度的计算

使用公式n2=n1/i即能完成主要传动轴转速的计算，其中，n1 代表前级转速，单位为rpm；n2 代表着后级转速，单位为rpm；i代表两级之间的传动比。同时，使用公式v=π×D×n÷60÷1000 能够完成转轮线速度的计算，其中，v代表着待计算轮的线速度，单位为m/s；D代表着待计算轮的直径，单位为mm；n代表着待计算轮的转速，单位为rpm。

2.4.4 钞票运行间隔验算

该点钞机的点钞规律为：喂钞轮或捻钞轮转动一周，即有一张钞票进入点钞机。同时，在经过加速轮之前，钞票的运行间距可以使用以下公式完成计算，即：a=Lw-Lc=π×DIV-50 以及π×DIV-100。其中，a为钞票运行的间隔，单位为mm；Lw 为喂钞轮的周长，单位为mm；Lc 为钞票的宽度，单位为mm；DIV 为喂钞轮的直径，单位为mm。由此能够得出，钞票运行的间隔为75.66 mm ～15.66 mm。

当钞票达到加速轮之后，在加速度的作用下，钞票之间的间隔明显提升，此时增加的间隔可以使用以下公式完成计算，即Δa=（v2-v4）Lc-Lc，其中，Δa为钞票间隔增大的数值，单位为mm；v2 为加速轮线速度，单位为m/s；v4 为喂钞轮线速度，单位为m/s。由此能够得出，增加的间隔为10.43 mm ～22.95 mm。

经过加速轮后，当前钞票间隔可以使用以下公式完成计算，即b=a+Δa，其中，b为加速后的钞票间隔，单位为mm。由此能够得出，加速后的钞票间隔为86.09 mm ～38.61 mm。

设定待测钞票通过检测对管的时间为tc，由于检测对管设置在该验钞机的加速轮与加速对转轮的中心连线处，因此待测钞票在此处的速度保持稳定，不会发生滑移。

此时tc=Lc/v2。带入数据可得，待测钞票通过检测对管的时间为13.175 ms ～28.99 ms。设定待测钞票运行的时间间隔为tb，则由公式tb=b/v2 得出，待测钞票运行的时间间隔为10.17 ms ～22.69 ms。可以说，这样的验钞机兼容性设计满足检测对管的检测时间要求，有着较高的使用价值。

3 点钞机机械结构的兼容性设计措施

3.1 优化捻钞部件

捻钞部件的设计需要结合钞票的具体宽度而确定，且周长应该大于钞票宽度，使用橡皮胶圈作为主要材料。如果捻钞轮发生磨损，则必然会影响机械结构的兼容性，因此应该增加外径，并运用锯齿形的方式完成设计，强化该部件的耐磨性。不仅如此，此种设计方式还可以强化钞票、捻钞轮之间的摩擦面积，进而增强其附着力。另外，调节螺丝也是捻钞轮中的关键部件之一。如果钞票进入到面板以下发生歪斜等现象，则会出现误报或者计数结果偏差等问题，因此为了提高机械结构的兼容性，需要对其螺丝进行适当的调整。如果螺丝过紧，则会加速橡皮圈的磨损速度，过松则会发生分钞不顺、歪斜等现象，难以强化机械的兼容性，使用应该对螺丝的紧实度予以合理控制。

3.2 优化出钞部件

验钞机的出钞部件主要是由齿轮塑料轮、对转轮、压钞轮、内部传输组件等构成的。其中，传输挡板是不同行业中重要的构成部分，包括紫外识别、红外识别、磁性传感器、技术传感器、磁头和磁钢等。因此，每张钞票经过挡板时，其中冠字号、真伪和面值等，均会被挡板识别，确保最终结果的准确性。因此，为了能够提高验钞机结构的兼容性，需要重点优化传输档案。例如在新发行的2019 版第五套人民币后，相关部门便必须对验钞机的内部传输档案进行升级，否则无法识别全新钞票的信息，进而降低最终结果的精准度。如此一来，可以提高机械结构的兼容性，使其满足金融行业、商业等相关使用需求。

3.3 优化接钞部件

验钞机的接钞部件主要包括挡钞板、托钞板、钞抓轮等结构。在使用验钞机的过程中，钞票经过内部挡板后便会进入到接钞部件中，实现对数量的统计。为了能够提高机械结构的兼容性，需要对这部分的机械部件进行优化设计，避免在使用期间发生撕钞等现象。具体而言，在设计接钞部件的过程中，需要将以下方式应用在其中。1）确保接钞的叶轮中心位置与钞轴的距离合理，便于纸币可以尽快进入到叶爪中，防止出现飞钞等问题。2）在设计叶爪形状的过程中，还应该优化其弯曲的形态。其中，弯曲程度越大，越能够防止飞钞的问题出现。3）调整叶轮的旋转速度，不能过快或者过慢，否则会影响机械结构的兼容性能。

3.4 优化齿轮传动带

验钞机属于1 种十分经典的齿轮传动带，其依靠小电机、大电机完成运行。因此，要想从根本上提高机械结构的兼容性，必须对其齿轮传动带进行优化设计，使其可以协调内部各个部件的关系，逐步、逐次地发挥自身作用。因此，在调整验钞机结构的过程中，可以运用双电机驱动装置，从而实现预置数的目的，为获得准确的验钞机效果提供保证。除此之外，还需要对电流的形式进行合理的选择，使其可以提高机械结构运行的稳定性，进而增强整体的兼容性，彰显齿轮传动带的重要作用，为相关工作提供有价值的帮助。