浅谈点钞机机械结构的兼容性设计

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引言

点钞机是自动清点钞票张数和鉴别钞票真伪的仪器，是金融、商业界的一种很重要的仪器，它的性能好坏直接影响到金融系统中工作效率的提高，甚至关系到整个金融秩序，因此要求计数必须准确，同时还需具有可靠的鉴别伪钞的能力。目前，流通钞票中不但混有伪钞而且由于各版人民币的使用又存在面额和版面的不同，因此要求点钞机必须能够兼容不同面额和不同版面。

一、应达到的技术指标及功能

1.点钞速度可调：正常速度为1000张/分钟，赛机状态为1500张/分钟，低速清点时为500张/分钟；

2.能够完全兼容第四版和第五版所有面额的钞票。

二、总体结构方案设计确定与选择

1.点钞机工作原理

将一叠钞票放入喂钞台中，点钞机开始启动运转，由捻钞机构将钞票一张张分开，再由加速机构将分开的钞票距离拉大后通过计数及检测对管、磁传感器、光传感器等检测机构，各种信号经处理后，经显示器显示出钞票张数、是否为伪异钞票等。

2.设计计算及解决的关键技术问题

2.1 总体要求

喂钞口容量：500张。出钞口容量：200张。适应纸币规格：长（90mm ～203mm）、宽（50 mm～110 mm）、厚（0.075mm～0.15 mm）

2.2结构选择

点钞机分为立式结构和卧式结构两种。卧式点钞机输送距离长，因此体积大，结构也较复杂，重量较大，点钞速度不易提高，但点钞较平稳。立式点钞机结构紧凑，体积小，重量轻，造型美观，点钞速度可达1500张/分，适合于柜员制工作方式，因此选用立式结构。

点钞机中传钞轮的布置应充分考虑钞票宽度的最大和最小尺寸，各输送轮之间间距大小与钞票宽度的最小尺寸有关，其间距应小于钞票的最小宽度，这样才能保证钞票的连续输送。各输送轮的直径大小与钞票宽度的最大尺寸有关，其轮的周长必须大于钞票的最大宽度。其次，各输送轮的直径还决定了点钞过程中相邻钞票的间隔距离，直径越大，周长越长，钞票的间距越大，不易造成连张。反之轮直径越小，钞票的间距越小，易造成连张。但如输送轮直径过大，线速度亦越大，对钞票的扯拉力亦大，对轮的摩损亦大，同时对机器的整体结构布局不利，使外形尺寸增大，重量增大。因此必须综合考虑各轴的中心距，各轮直径的大小，结构及各种利弊关系。综合以上因素确定为立式结构，并采用阻力捻钞、齿形带传动的机械结构

2.3 点钞过程及各点钞轮的作用

喂钞轮：该轮每转一周将喂钞台上叠加的钞票最下面一张送到捻钞轮入口位置上，为点钞提前做好准备，并协助捻钞轮将纸币送进点钞机。

捻钞轮：该轮在转动过程中，使叠加钞票最下面一张送入机内进行点钞及 检测处理，该轮每转一周送进一张纸币。

压轮，加速对转轮：此二轮与送钞轮和加速轮形成对转，保证钞票可靠的送进，点钞。

2.4 传送方式的选择及传送比

点钞电机选用直流电机，体积小，功率大，控制灵活。传动比的分配与所选择电机输出转速及点钞速度有关。初选电机转速为3000 rpm。

通过同类型产品类比设计计算，并选取同类产品通用零件，确定各传动轮齿数如下：

ZⅠ（电机轴）=20；ZⅡ（加速轴）=32；ZⅡ（加速轮）=43；ZⅢ（捻钞轮）=54 ；ZⅢ（捻钞轴）=20；ZⅣ（喂钞轴）=20

则各级传动比为：iⅠ-Ⅱ=ZⅡ/ZⅠ=32/20=1.6，iⅡ-Ⅲ=ZⅢ/ZⅡ=54/43=1.256

该比例满足捻钞轮与加速轮间的关系。iⅢ-Ⅳ=ZⅣ/ZⅢ=20/20=1

总传送比 i =iⅠ-Ⅱ×iⅡ-Ⅲ×iⅢ-Ⅳ=1.6×1.256×1=2.01

喂钞轮转速为：n= n1÷i=3000÷2.01=1493 rpm

基本满足最高点钞速度1500张/分的要求。

2.5主要传动轴转速及转轮线速度的计算

转速计算公式：n2= n1/i

注：n1（为前级转速rpm）；n2（为后级转速rpm）；i（为两级间传动比）

线速度计算公式为：v = π×D×n ÷60÷1000

注：v（计算轮的线速度m/s）；n（计算轮的转速rpm）；D（计算轮的直径mm）

计算结果如下

2.6钞票运行间隔验算：

钞票运行间隔分为加速之前间隔和加速之后的间隔（示意图见图1）。根据点钞规律：喂钞轮（捻钞轮）每转一周送进一张钞票，在经过加速轮之前钞票的运行间距为：喂钞轮的周长减钞票的宽度，用关系式表示为：

a=L喂-L钞=π×DⅣ-（50～100）

注：L喂（喂钞轮周长mm）；L钞（钞票宽度mm）；DⅣ（喂钞轮直径mm）；a（钞票运行间隔mm）；vⅣ/vⅢ（喂钞轮/或捻钞轮线速度）；vⅡ（加速轮线速度）；b（加速后钞票间隔）

a=π×40-（50～110）=75.66～15.66（mm）

钞票达到加速轮后，由于加速作用钞票的间隔增大了a（mm），其间隔为b。

a =（vⅡ/vⅣ）L钞-L钞=（3.795/3.14-1）（50～110）=10.43～22.95（mm）

加大后的钞票间隔为：

b=a+a=（75.66～15.66）+（10.43～22.95）=86.09～38.61mm

图1钞票运行图

钞票通过检测对管时间t钞（见示意图1）：

检测对管安装在加速对转轮与加速轮的中心连线上。钞票在该处速度稳定可靠，没有滑移。

t钞=L钞/vⅡ=（50～110）÷3.795=13.175～28.99（ms）

钞票运行间隔时间tb

tb=b/vⅡ=（86.09-38.61）÷3.795=22.69～10.17（ms）

满足检测对管的检测时间要求

三、结论

通过上述的理论计算及分析，此套机构能够满足对检测纸币的兼容性要求，并能达到计数准确，检伪可靠，使用、维护方便等要求。另外因选取了同类产品的通用零部件，大大降低了生产及维护成本，同时缩短开发周期，从而使产品能优质、低价、快速投放市场，提高产品竞争力并带来相应经济效益。（作者单位：沈阳中钞信达金融设备有限公司）

参考文献：

[1]机械设计 陈铁鸣等主编 哈尔滨工业大学出版社 2006

[2]机械设计课程设计 王连明，宋宝玉主编，哈尔滨工业大学出版社2005

[3]GB16999—2010《人民币鉴别仪通用技术条件》