紙幣接收系統(tǒng)機(jī)械傳送部分的國產(chǎn)化改造

徐曉峰

(廣州市交通技師學(xué)院，廣東 廣州 510540)

1 紙幣接受功能及國內(nèi)使用情況

自動售票系統(tǒng)是地鐵交通現(xiàn)代化管理中，代表其科學(xué)性和先進(jìn)性。具有不可代替的貨幣管理工具，紙幣接收系統(tǒng)由于其具有識別紙幣的真?zhèn)?、驗證幣值，實時接收或退鈔等多項功能，用途非常廣泛。由于我國地鐵建設(shè)發(fā)展時間短，所以此類設(shè)備到現(xiàn)在為止仍依賴進(jìn)口，而且價格非常昂貴。據(jù)悉，進(jìn)口紙幣接收系統(tǒng)的價格為1萬多歐元/臺，大量購置進(jìn)口設(shè)備，會影響國家的外匯儲備損耗。除此之外，設(shè)備投入使用后的維修保養(yǎng)技術(shù)問題，設(shè)備易損件的供應(yīng)問題須依賴國外。這樣由于國際貿(mào)易郵資費(fèi)用高。因此，紙幣接收系統(tǒng)國產(chǎn)化研制成了當(dāng)前的必然性。

我國地鐵交通建設(shè)時間短，這類設(shè)備仍在仿造研制階段，隨著當(dāng)前國家地鐵發(fā)展的加快，自動售票設(shè)備使用大量增加。所以，進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化成了當(dāng)務(wù)之急，研制改造成了承接任務(wù)的迫切性。

1.1 任務(wù)來源及試制方案的主要缺陷

為了適應(yīng)當(dāng)前形勢的需要，快速填補(bǔ)我國對自動售票設(shè)備的制造技術(shù)水平，培養(yǎng)一批國內(nèi)的人員，學(xué)校與有關(guān)企業(yè)的聯(lián)系引進(jìn)其研發(fā)項目，推進(jìn)了校企的合作，組成了項目研究小組，我是這項目工作的主要負(fù)責(zé)人。

初步確定從仿制、研究吸收消化，改進(jìn)發(fā)展的分階段進(jìn)行的方案，最后達(dá)到國產(chǎn)化為目的。仿制初期階段的自動售票機(jī)設(shè)備，經(jīng)初步運(yùn)行、測試，達(dá)不到國外設(shè)備水平，運(yùn)行不正常。經(jīng)鑒定：影響運(yùn)行因素比較突出有兩點。

1.1.1 紙幣機(jī)械傳送不穩(wěn)定。紙幣機(jī)械傳送不穩(wěn)定，傳送皮帶跳動超差。驗鈔率達(dá)不到要求(按進(jìn)口設(shè)備測定失誤率在2%以內(nèi))。

1.1.2 轉(zhuǎn)軸噪音過大。轉(zhuǎn)軸噪音過大，設(shè)備負(fù)載過大，容易損壞電機(jī)。(樣機(jī)測定要求噪音在65dB/m 以內(nèi)，主電機(jī)負(fù)載在電壓24V。電流在1.8～2.4mA以內(nèi))參照對來樣機(jī)的分析，對自我制造的設(shè)備進(jìn)行研究并多次修改，制造研究，得出如下解決方案。

1.2 紙幣接收系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理及改造方案(圖1)

圖1

紙幣接收系統(tǒng)實自動售票設(shè)備中接收紙幣的首要系統(tǒng)，其運(yùn)行基本原理是由信息接受傳遞系統(tǒng)，紙幣識別機(jī)構(gòu)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)傳送機(jī)構(gòu)三個部分組成。

當(dāng)紙幣通過進(jìn)幣口的光電接收器后，把信息傳送給機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行對紙幣的傳送，通過識別機(jī)構(gòu)對紙幣的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別，再由電磁閥對各位置的控制，對紙幣進(jìn)行接收或退鈔處理。

機(jī)械運(yùn)傳送部分的結(jié)構(gòu)是由機(jī)架、傳送軸組件、定位軸、進(jìn)鈔、退鈔組件、暫存離合軸等組成，它是由轉(zhuǎn)軸組件設(shè)定位置形成紙幣信道，利用轉(zhuǎn)軸與特定皮帶的結(jié)合達(dá)到對紙幣傳送的目的。由于紙幣的厚度在0.1mm范圍內(nèi)，所以要求軸、軸套等機(jī)械組件與信息系統(tǒng)、紙幣識別系統(tǒng)等配合間隙相對較高，間隙的誤差要求≤0.1mm范圍內(nèi)(根據(jù)樣機(jī)實測)。否則；影響驗鈔器對紙幣的識別靈敏度。因此；傳送軸組件零件的加工到組裝，所設(shè)計的位置精度到軸間的相互平行度等都需求準(zhǔn)確無誤。要求達(dá)到上述的要求，關(guān)鍵在于機(jī)架的制造。根據(jù)對樣板機(jī)的制造工藝分析及現(xiàn)研制工藝的確定作比較，以達(dá)到在保證精度的情況下適合大批量生產(chǎn)，制造的成本降低，保證國內(nèi)市場的需求的目的，下面就機(jī)架國產(chǎn)化制造作出修改方案：

1.2.1 保證上、下板外形加工后變形的平直度。按圖2：上、下板的外形加工后的平直度要求高。通過對來樣制造的分析，其工藝是用數(shù)控沖床來沖剪外形的。由于數(shù)控沖床的剪切方式是對工件分段進(jìn)行剪切加工，故工件沖裁工序后產(chǎn)生平面局部的塑性變形和周邊翹彎變形量達(dá)到0.3～0.5mm。需要對坯件作校平、校直的后工序處理。因此；制造工時較高，不含附帶工時的估算單件矯正工時合計約10 分鐘以上(投入矯正模具，增加制造成本。)，不適合大批量生產(chǎn)的要求。而且數(shù)控沖床的設(shè)備投入大(約40 萬元一臺)，相對制造成本增大。所以，經(jīng)過分析后采用了整件落料沖裁工藝，主要對沖裁力的計算(公式F=K·L·t·τ)，通過模具的設(shè)計分析，設(shè)備投入是普通沖床100T(約8 萬元一臺)。模具2 套約3 萬元。(模具自行設(shè)計、制造)大可降低了設(shè)備投入，生產(chǎn)上只用1 分鐘/單件的時間，大大提高了生產(chǎn)效率，減少了校平、校直工序，生產(chǎn)成本降低50%以上。

圖2 機(jī)架組裝示意圖

圖3 落料沖裁模具組裝圖

1.2.2 保證上、下板制造過程保證軸孔距、孔徑的精度。按產(chǎn)品的設(shè)計要求，上、下板的各類孔有50 多個之多，其位置尺寸精度要求和孔徑尺寸精度要求均在0.05mm之內(nèi)。而且，上、下板鉚合后上下孔之間的同軸度要求較高。由于機(jī)架的上下板材料使用Q235外，其它輔件：壓母螺絲、鉚柱、軸套等材料均用鋁或不銹鋼等。按設(shè)計要求，機(jī)架需要作防銹處理，而鋁材是不能用鍍鋅工藝處理的。因此；機(jī)架上、下板只能帶待分開加工完畢所有孔后，再進(jìn)行鍍鋅處理后再作鉚合。這樣，增加了加工工藝上的難度。經(jīng)過對外來樣板的分析，要達(dá)到以上的制造精度，用一次沖壓或加工要達(dá)到要求是不可能的，結(jié)合我校的設(shè)備情況及條件，得出了以下的工藝制造路線：

工件的孔較多及孔徑小，P 總沖裁力過大、而且存在不穩(wěn)定因數(shù)、模具容易損壞；所以采取了分粗加工和精加工兩個工序進(jìn)行。粗加工先將所有孔分為2 類。以不需要精加工的、較大的、用于裝配工藝的異形孔為一類。需要作精加工的轉(zhuǎn)軸孔、定位軸孔、主件的裝配孔為一類。

(1)粗加工。首先，工件的多個異形孔可用多工位的沖孔模作一次沖(圖4)，通過公式F=K·L·t·τ 計算，其沖裁力在70T 左右，所以可以通過。制造模具來完成(圖4)。其余的轉(zhuǎn)軸孔，定位軸孔，主件裝配孔等可采用以大小再分類，用特定的定位夾具進(jìn)行單孔或多孔的沖孔(注意需留0.2mm的孔精加工余量，為保證孔的位置、形狀精度)。這樣，既可降低模具的制造難度、提高模具壽命，并達(dá)到降低制造成本、提高生產(chǎn)效率的效果。

圖4 粗加工異形孔模具組裝圖

(2)精加工。精加工- 粗加工后經(jīng)清除毛刺的工件(上板或下板)，采用多件裝夾后(5～10 件)。采用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行精鉸孔，這樣既可保證孔的位置尺寸及孔徑尺寸的精度，而且提高上下板之間孔的同軸度，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計要求。(數(shù)控銑床、NCN設(shè)備已具備不用再作投入)

(3)定位鉚合。經(jīng)過精鉸孔后的上下板，去毛刺清除后作鍍鋅處理，然后安裝好壓母螺絲，軸承座等輔件，最后用特定設(shè)計的固定夾具進(jìn)行組裝鉚合。這樣，機(jī)架的生產(chǎn)工藝基本完成。現(xiàn)已試制出多臺機(jī)架，經(jīng)檢驗，已達(dá)到安裝精度和設(shè)備運(yùn)行的要求。

根據(jù)自我設(shè)備狀況及生產(chǎn)環(huán)境，采用國產(chǎn)系列設(shè)備制造紙幣接收機(jī)的底板，能符合裝配精度要求，為實現(xiàn)國產(chǎn)化制造邁出可喜的一步。

2 保證紙幣傳送軸的裝配精度，消除噪音達(dá)標(biāo)及運(yùn)轉(zhuǎn)精度

紙幣傳送軸于整機(jī)使用數(shù)量多。位置稠密，所以運(yùn)轉(zhuǎn)過程控噪音超標(biāo)存在一定的難度(65dB/m內(nèi)標(biāo)準(zhǔn))。為了解上述問題經(jīng)分析作出了以下解決方案：

(1)選擇軸套、軸承、軸的精度配合。經(jīng)多次反復(fù)試驗，軸承與軸套之間的配合選定為H7/f6 的配合。由于軸承較小(1680H)，變形造成噪音過大的主要原因，所以裝配過程中的靜壓入裝配，其保證裝配時的平衡度及壓入力度，(壓力于0.5Kg/cm2較適合)防止軸承的變形。

(2)控制軸向間隙的裝配，因為軸向間隙大，轉(zhuǎn)軸竄動量大，皮帶不穩(wěn)定，影響驗鈔確認(rèn)率。軸向間隙小會造成噪音增大，負(fù)載過重。參考來樣要求是用0.2mm厚的波紋墊圈來保證的。

由于此類零件在材料選擇上有嚴(yán)格的要求，用量小、沖壓難度大，而且價格低廉，市場難以供應(yīng)。為解決此問題，最終選擇自己制造紋墊圈沖裁模，經(jīng)多次試驗，已達(dá)到使用要求。

經(jīng)過以上的試制修定以及制造工藝改進(jìn)，該系統(tǒng)取得了研發(fā)、制造技術(shù)上的突破：

(1)機(jī)架通過模具整體落料，對轉(zhuǎn)軸孔的加工工藝修正，經(jīng)裝配測檢，機(jī)架上下表面變形量小于0.1mm，軸的平衡度、位置的尺寸精度等均在0.05～0.1mm之間。保證了系統(tǒng)內(nèi)與紙幣識別機(jī)構(gòu)，信息接收傳遞系統(tǒng)之間的間隙配合，保證了驗鈔識別率。

(2)轉(zhuǎn)軸經(jīng)裝配后效果顯著，經(jīng)整個系統(tǒng)裝配完畢后自檢測定結(jié)果：

驗鈔識別率誤差達(dá)到2%以下；

噪音測試達(dá)到65dB/m以下，整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3 結(jié)論

通過與進(jìn)口樣機(jī)的比較，雖然部分零件的外觀、整機(jī)的整潔等仍有待提高和修整的問題和差距，但功能運(yùn)轉(zhuǎn)上基本達(dá)到進(jìn)口機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。今年初已送2 臺到地鐵下線進(jìn)行運(yùn)行測試，運(yùn)行了半年多，到目前為止，暫無故障維修信息反饋。

隨著我國各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，地鐵交通的建設(shè)速度突飛猛進(jìn)，自動售票系統(tǒng)的需求市場量大。因此，自動售票設(shè)備如果仍需依賴進(jìn)口是不符合我國國情。而且在市場經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境下，進(jìn)口產(chǎn)品價格昂貴是必然的，自動售票系統(tǒng)價格高達(dá)100 多萬/臺，就紙幣接收系統(tǒng)美元就高達(dá)10000 多美元/臺。而今次通過研制過程初核算的制造價格約在人民幣10000 元/臺左右，因此相差甚遠(yuǎn)。