基于负压吸附的纸币整理机的设计与实现

张通 闫川 李华明

摘 要：本装置利用电机产生低气压吸附纸币并设计了旋转式纸币毛刷实现高效率展开褶皱纸币，便于之后的清点处理。为了使收集的纸币清洁卫生，采用陶瓷灯和紫外线灯组合实现高效杀毒杀菌，利用杠杆原理设计出可弹出隔离板以收集无法处理的异物。纸币吸附消毒后，经过可控进钞口，控制纸币处理量，最后使用凸轮、滑槽挡板，四连杆等机构实现纸币横纵两个方向的整理。

关键词：负压吸附；钱币整理；消毒

现今公交点鈔中心都是人工清点，需要清点的纸币量大，人工清点效率低，且对人的身体伤害大，纸币的污损、细菌不能去除。基于以上因素，我们设计了一种基于负压吸附的纸币整理机。

1 负压式钱币整理机结构组成和工作原理

总体设计方案：该负压式钱币整理机可分为以下6个模块

1.1 超声波湿润模块

为了更好地将纸币展平与清洁，装置使用超声波产生水雾对纸币进行微打湿，一方面可以减少灰尘，另一方面可以增加纸币柔软度，方便展开。主要用超声波起雾器对水箱起雾，将纸币打湿。

1.2 可控进钞口

可控进钞口主要通过控制进钞口开启的时间与次数大致控制进钞数量，避免进钞数量过多而导致无法有效展开纸币。该部分主要由连杆滑块机构，电磁铁和弹簧组成。当电磁铁通电时，电磁铁推杆带动连杆，进钞挡板（摆杆）绕轴顺时针摆动，使进钞口张开。电磁铁断电后，推杆在弹簧作用下回归原位，进钞口闭合，原理如图2所示。

1.3 旋转式纸币毛刷

旋转式纸币毛刷通过来回刷动将纸币展平，毛刷展开后对纸币有一定的正压力，旋转时通过毛刷来回刷动纸币使纸币展开。以交流电机为动力，通过皮带传动，利用皮带轮带动毛刷主轴旋转，实现纸币毛刷的旋转。

使用连杆滑块机构实现纸币毛刷的展开与收缩，当毛刷轴旋转时，连杆撑开，滑块沿着滑槽向外运动，将毛刷撑开，与纸币接触。之后电动推杆弹出，将内轴与外轴连接固定，使滑槽（与内轴连接）与滑块（与外轴连接）相对静止，维持毛刷展开的状态。毛刷开始加速旋转，将纸币展开。使用正反转的方式提高纸币的展开效率。

当展开完毕之后，毛刷减速，电动推杆收起，连杆收缩，滑块向内运动，使毛刷收拢，与纸币分离，完成纸币展开过程。如图3所示

1.4 风道设计与控制

为实现旋转式纸币毛刷将纸币展开，装置需要将纸币有效地吸附固定在内壁上。通过负压吸附方式实现内壁对纸币的有效吸附。风速设计利用伯努利方程经过计算可得，只要出风口风速在0.48m/s以上就可保证纸币可由于压强差而吸附在桶内壁，因为纸币还需克服刷子对它的作用力，因此实际风速将大于临界风速，拟将风速设定为临界风速的2倍，即0.96m/s以保证纸币可被吸附。为了验证结论，以出风口风速为0.96m/s为参数，使用ANSYS软件进行计算机模拟仿真，结果如图5所示：

管内与管外压强差越大，得到的风速就越快。由图可知大部分开口处满足较密的等高线，能满足设计要求。本装置采用改变断面面积，出风口大小不变的形式来实现均匀送风管道设计经MATLAB建模分析并制作后，实物图如图6。

1.5 杀菌干燥模块

为了使纸币干净卫生，该装置在内筒安装紫外线灯对纸币进行杀菌处理，利用高温陶瓷灯对纸币进行干燥处理。利用单片机控制紫外线和陶瓷灯工作，保证纸币清洁干净。

1.6 纸币整理模块

装置使用曲柄连杆与四连杆滑槽的组合机构实现挡板往复运动。电机带动曲柄转动，曲柄拉动连杆，从而使四连杆机构沿滑槽运动，整理钞票的4个挡板分别固定在4个连杆上，实现挡板在两个方向的挡板交叉往复运动，将展平且烘干的纸币聚拢整理成匝，实现对已展平纸币方向的整理。设计参数及模型如图7，8

1.7 出钞机构设计

在公交公司进行纸币处理的时候经常会出现非钱币类异物，如果不事先将其处理出去将十分影响整理效率。该装置通过是否可以被负压吸附作为对异物的判断标准。在进钞口打开后，钞票会被负压吸附，而异物会落下，掉入整理挡板空间，按压出钞口，根据杠杆原理，底盘绕轴转动一定角度，整个底盘倾斜，利用重力将异物倒出，取出之后，底盘通过复位扭簧复位。取出钞票的步骤与取异物相同。

2 结语

本文研制的负压式钱币整理装置利用负压吸附的原理将纸币吸附在滚筒内壁上，利用旋转纸币毛刷的正反转与滚筒产生转速差，实现了高效展开纸币；利用压强差对不同状态的纸币产生不同大小 、吸力，以实现良好的展开效果；同时使用紫外线杀菌，热风干燥，卫生，安全。 该装置充分满足当下对于钱币整理的要求，具有推广使用的价值

参考文献

[1]黄华梁，彭文生.机械设计基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]陈秀宁，施高义.机械设计课程设计[M].浙江大学出版社，2010.

[3]石中玉.紫外线光源及其应用[M].北京：轻工业出版社，1984.

（作者单位：武汉理工大学 机电工程学院）