纸币接收系统机械传送部分的国产化改造

徐晓峰

(广州市交通技师学院，广东 广州 510540)

1 纸币接受功能及国内使用情况

自动售票系统是地铁交通现代化管理中，代表其科学性和先进性。具有不可代替的货币管理工具，纸币接收系统由于其具有识别纸币的真伪、验证币值，实时接收或退钞等多项功能，用途非常广泛。由于我国地铁建设发展时间短，所以此类设备到现在为止仍依赖进口，而且价格非常昂贵。据悉，进口纸币接收系统的价格为1万多欧元/台，大量购置进口设备，会影响国家的外汇储备损耗。除此之外，设备投入使用后的维修保养技术问题，设备易损件的供应问题须依赖国外。这样由于国际贸易邮资费用高。因此，纸币接收系统国产化研制成了当前的必然性。

我国地铁交通建设时间短，这类设备仍在仿造研制阶段，随着当前国家地铁发展的加快，自动售票设备使用大量增加。所以，进口设备国产化成了当务之急，研制改造成了承接任务的迫切性。

1.1 任务来源及试制方案的主要缺陷

为了适应当前形势的需要，快速填补我国对自动售票设备的制造技术水平，培养一批国内的人员，学校与有关企业的联系引进其研发项目，推进了校企的合作，组成了项目研究小组，我是这项目工作的主要负责人。

初步确定从仿制、研究吸收消化，改进发展的分阶段进行的方案，最后达到国产化为目的。仿制初期阶段的自动售票机设备，经初步运行、测试，达不到国外设备水平，运行不正常。经鉴定：影响运行因素比较突出有两点。

1.1.1 纸币机械传送不稳定。纸币机械传送不稳定，传送皮带跳动超差。验钞率达不到要求(按进口设备测定失误率在2%以内)。

1.1.2 转轴噪音过大。转轴噪音过大，设备负载过大，容易损坏电机。(样机测定要求噪音在65dB/m 以内，主电机负载在电压24V。电流在1.8～2.4mA以内)参照对来样机的分析，对自我制造的设备进行研究并多次修改，制造研究，得出如下解决方案。

1.2 纸币接收系统运行的基本原理及改造方案(图1)

图1

纸币接收系统实自动售票设备中接收纸币的首要系统，其运行基本原理是由信息接受传递系统，纸币识别机构，机械运转传送机构三个部分组成。

当纸币通过进币口的光电接收器后，把信息传送给机械运转系统进行对纸币的传送，通过识别机构对纸币的真伪进行鉴别，再由电磁阀对各位置的控制，对纸币进行接收或退钞处理。

机械运传送部分的结构是由机架、传送轴组件、定位轴、进钞、退钞组件、暂存离合轴等组成，它是由转轴组件设定位置形成纸币信道，利用转轴与特定皮带的结合达到对纸币传送的目的。由于纸币的厚度在0.1mm范围内，所以要求轴、轴套等机械组件与信息系统、纸币识别系统等配合间隙相对较高，间隙的误差要求≤0.1mm范围内(根据样机实测)。否则；影响验钞器对纸币的识别灵敏度。因此；传送轴组件零件的加工到组装，所设计的位置精度到轴间的相互平行度等都需求准确无误。要求达到上述的要求，关键在于机架的制造。根据对样板机的制造工艺分析及现研制工艺的确定作比较，以达到在保证精度的情况下适合大批量生产，制造的成本降低，保证国内市场的需求的目的，下面就机架国产化制造作出修改方案：

1.2.1 保证上、下板外形加工后变形的平直度。按图2：上、下板的外形加工后的平直度要求高。通过对来样制造的分析，其工艺是用数控冲床来冲剪外形的。由于数控冲床的剪切方式是对工件分段进行剪切加工，故工件冲裁工序后产生平面局部的塑性变形和周边翘弯变形量达到0.3～0.5mm。需要对坯件作校平、校直的后工序处理。因此；制造工时较高，不含附带工时的估算单件矫正工时合计约10 分钟以上(投入矫正模具，增加制造成本。)，不适合大批量生产的要求。而且数控冲床的设备投入大(约40 万元一台)，相对制造成本增大。所以，经过分析后采用了整件落料冲裁工艺，主要对冲裁力的计算(公式F=K·L·t·τ)，通过模具的设计分析，设备投入是普通冲床100T(约8 万元一台)。模具2 套约3 万元。(模具自行设计、制造)大可降低了设备投入，生产上只用1 分钟/单件的时间，大大提高了生产效率，减少了校平、校直工序，生产成本降低50%以上。

图2 机架组装示意图

图3 落料冲裁模具组装图

1.2.2 保证上、下板制造过程保证轴孔距、孔径的精度。按产品的设计要求，上、下板的各类孔有50 多个之多，其位置尺寸精度要求和孔径尺寸精度要求均在0.05mm之内。而且，上、下板铆合后上下孔之间的同轴度要求较高。由于机架的上下板材料使用Q235外，其它辅件：压母螺丝、铆柱、轴套等材料均用铝或不锈钢等。按设计要求，机架需要作防锈处理，而铝材是不能用镀锌工艺处理的。因此；机架上、下板只能带待分开加工完毕所有孔后，再进行镀锌处理后再作铆合。这样，增加了加工工艺上的难度。经过对外来样板的分析，要达到以上的制造精度，用一次冲压或加工要达到要求是不可能的，结合我校的设备情况及条件，得出了以下的工艺制造路线：

工件的孔较多及孔径小，P 总冲裁力过大、而且存在不稳定因数、模具容易损坏；所以采取了分粗加工和精加工两个工序进行。粗加工先将所有孔分为2 类。以不需要精加工的、较大的、用于装配工艺的异形孔为一类。需要作精加工的转轴孔、定位轴孔、主件的装配孔为一类。

(1)粗加工。首先，工件的多个异形孔可用多工位的冲孔模作一次冲(图4)，通过公式F=K·L·t·τ 计算，其冲裁力在70T 左右，所以可以通过。制造模具来完成(图4)。其余的转轴孔，定位轴孔，主件装配孔等可采用以大小再分类，用特定的定位夹具进行单孔或多孔的冲孔(注意需留0.2mm的孔精加工余量，为保证孔的位置、形状精度)。这样，既可降低模具的制造难度、提高模具寿命，并达到降低制造成本、提高生产效率的效果。

图4 粗加工异形孔模具组装图

(2)精加工。精加工- 粗加工后经清除毛刺的工件(上板或下板)，采用多件装夹后(5～10 件)。采用数控设备进行精铰孔，这样既可保证孔的位置尺寸及孔径尺寸的精度，而且提高上下板之间孔的同轴度，达到产品设计要求。(数控铣床、NCN设备已具备不用再作投入)

(3)定位铆合。经过精铰孔后的上下板，去毛刺清除后作镀锌处理，然后安装好压母螺丝，轴承座等辅件，最后用特定设计的固定夹具进行组装铆合。这样，机架的生产工艺基本完成。现已试制出多台机架，经检验，已达到安装精度和设备运行的要求。

根据自我设备状况及生产环境，采用国产系列设备制造纸币接收机的底板，能符合装配精度要求，为实现国产化制造迈出可喜的一步。

2 保证纸币传送轴的装配精度，消除噪音达标及运转精度

纸币传送轴于整机使用数量多。位置稠密，所以运转过程控噪音超标存在一定的难度(65dB/m内标准)。为了解上述问题经分析作出了以下解决方案：

(1)选择轴套、轴承、轴的精度配合。经多次反复试验，轴承与轴套之间的配合选定为H7/f6 的配合。由于轴承较小(1680H)，变形造成噪音过大的主要原因，所以装配过程中的静压入装配，其保证装配时的平衡度及压入力度，(压力于0.5Kg/cm2较适合)防止轴承的变形。

(2)控制轴向间隙的装配，因为轴向间隙大，转轴窜动量大，皮带不稳定，影响验钞确认率。轴向间隙小会造成噪音增大，负载过重。参考来样要求是用0.2mm厚的波纹垫圈来保证的。

由于此类零件在材料选择上有严格的要求，用量小、冲压难度大，而且价格低廉，市场难以供应。为解决此问题，最终选择自己制造纹垫圈冲裁模，经多次试验，已达到使用要求。

经过以上的试制修定以及制造工艺改进，该系统取得了研发、制造技术上的突破：

(1)机架通过模具整体落料，对转轴孔的加工工艺修正，经装配测检，机架上下表面变形量小于0.1mm，轴的平衡度、位置的尺寸精度等均在0.05～0.1mm之间。保证了系统内与纸币识别机构，信息接收传递系统之间的间隙配合，保证了验钞识别率。

(2)转轴经装配后效果显著，经整个系统装配完毕后自检测定结果：

验钞识别率误差达到2%以下；

噪音测试达到65dB/m以下，整机运转正常。

3 结论

通过与进口样机的比较，虽然部分零件的外观、整机的整洁等仍有待提高和修整的问题和差距，但功能运转上基本达到进口机的标准。今年初已送2 台到地铁下线进行运行测试，运行了半年多，到目前为止，暂无故障维修信息反馈。

随着我国各地区的经济发展需要，地铁交通的建设速度突飞猛进，自动售票系统的需求市场量大。因此，自动售票设备如果仍需依赖进口是不符合我国国情。而且在市场经济的大环境下，进口产品价格昂贵是必然的，自动售票系统价格高达100 多万/台，就纸币接收系统美元就高达10000 多美元/台。而今次通过研制过程初核算的制造价格约在人民币10000 元/台左右，因此相差甚远。