一种纸币展开装置的制作方法

本发明涉及一种纸币展开装置，尤其涉及一种利用具有不同摩擦系数的上、下传输带将单张多层折叠纸币展开的装置。

背景技术：

大型商场超市、城市公共轨道交通公司和银行系统等机构每日会收取大量纸币，但纸币的整理和分拣工作仍主要依赖手工完成，耗时费力。造成纸币难以自动分类整理的一个主要原因是前述收取的纸币多为褶皱的，甚至呈多层折叠状态，给全自动机械化分拣和处理纸币带来了严重的挑战。现有自动售货（票）机、自助付款（费）机（如医院缴费机）等纸币自助交易装置，虽然实现了单张纸币在进入入钞口后的自动识别、自动计数和分类存储，但均要求使用者在放钞前手动整理好单张纸币，而对于未能按要求严格整理好的纸币（如存在小的折角，毛边或局部折叠等情况时），会被前述装置退回或无法被识别。可见，发明一种装置，以实现褶皱纸币，尤其是单张多层折叠纸币的自动展开是本领域设计人员目前急需解决的关键技术问题。

为了解决上述难题，一种纸币展开整理装置（cn105692267b）对纸币进行了润湿和刷平处理，以此达到纸币展开的目的，但所述湿润处理会使得纸币韧性下降，且展开时易造成纸币局部破损或毛边；此外，湿润纸币晒干后，会影响纸币质量和触感，同时降低了纸币使用寿命。一种纸币展开机（cn105752717a）利用毛刷物理地将纸币进行刷平处理，并在辊体外表面设有电击网，以产生高压强电场以吸附纸币，但考虑到所述纸币展开机需要额外配置放电、防漏电、防火阻燃等装置（或零部件），结构较复杂，且难以实际运用和实施。此外，从该发明的技术方案上来看，只能处理折叠程度较小或折痕方向单一的纸币，而无法将多层折叠的纸币展开。一种混合式强力纸币展开装置（cn205471788u）利用风力，将纸币褶皱吹开，但鉴于风向和风量的难以控制性，以及纸币折叠的随机性，其实际使用效果欠佳，而且强力风机会产生极大的噪声，影响了操作人员的身体健康。

技术实现要素：

为了有效且无损地展开褶皱纸币，尤其是展开单张多层折叠纸币，本发明提供了一种纸币展开装置。

一种纸币展开装置，包括箱体、纸币展开单元、入钞口、出钞口、导钞板和传送皮带组，其中：

所述纸币展开单元分层垂直地设置于所述箱体内，且纸币展开单元之间通过设置传送皮带组和导钞板以使所述纸币展开单元依次串联，并构成纸币多级展开机构；所述入钞口设置于所述箱体上，并与所述纸币多级展开机构中位于首级的所述纸币展开单元的开放端相连接；所述出钞口设置于所述箱体上，并与所述纸币多级展开机构中位于末级的所述纸币展开单元的开放端相连接；

作为优选，所述导钞板上部具有圆弧过渡段，下部具有缓降坡度，且外表面光滑。

所述纸币展开单元包括制动装置、限高挡板、限宽挡板、上带轮组、下带轮组，其中：

所述上带轮组包括上带轮组皮带、可动带轮支撑杆、弹性元件、固定带轮支撑架、上带轮组主驱动带轮、上带轮组辅助从动带轮，其中：所述固定带轮支撑架水平固定于箱体内，所述上带轮组主驱动带轮安装于所述固定带轮支撑架左右两侧；在所述上带轮组主驱动带轮之间，所述可动带轮支撑杆下部活动地垂直穿过所述固定带轮支撑架，而所述可动带轮支撑杆上部不能通过所述固定带轮支撑架；所述可动带轮支撑杆上、下部各安装有一组上带轮组辅助从动带轮；

作为优选，在所述上带轮组主驱动带轮之间等间距地布置两组及以上的可动带轮支撑杆；

作为优选，安装于所述可动带轮支撑杆上部的一组上带轮组辅助从动带轮与安装于所述可动带轮支撑杆下部的一组上带轮组辅助从动带轮关于所述上带轮组主驱动带轮轴线的水平面呈对称布置；所述上带轮组辅助从动带轮的轴线与所述上带轮组主驱动带轮的轴线平行；

所述上带轮组皮带张紧地套在所述上带轮组主驱动带轮和所述上带轮组辅助从动带轮上；所述弹性元件相应活动地穿过所述可动带轮支撑杆下部，且所述弹性元件安装于所述固定带轮支撑架下方和所述上带轮组辅助从动带轮上方之间；

作为优选，所述上带轮组的弹性元件的初始压缩量相同，并使得所述上带轮组皮带在张紧时对上带轮组辅助从动带轮产生的初始正压力与所述弹性元件对所述上带轮组辅助从动带轮的弹性张力相平衡；

所述下带轮组包括下带轮组皮带、下带轮组主驱动带轮、下带轮组辅助从动带轮，其中：所述下带轮组主驱动带轮和下带轮组辅助从动带轮均固接于箱体内，且所述下带轮组辅助从动带轮布置于所述下带轮组主驱动带轮之间，以对下皮带起张紧和加强作用；所述下带轮组皮带张紧地套在所述下带轮组主驱动带轮和所述下带轮组辅助从动带轮上；

所述制动装置包括制动板、弹性件、弹性件支撑架，其中：所述弹性支撑架与箱体固定；所述制动板通过所述弹性件与所述弹性支撑架相连接，可使得所述制动板在受到上带轮组皮带挤压时可垂直向上移动；

所述上带轮组垂直地设置于所述下带轮组上方，而所述上带轮组正上方设置有制动装置；

作为优选，初始状态下，所述上带轮组皮带和所述下带轮组皮带之间最小垂直距离等于或略大于所述纸币展开装置所展开纸币的单张厚度，所述制动板与所述上带轮组皮带之间的最小垂直距离等于或略微大于所述纸币的单张厚度；工作状态下，所述制动板受到挤压后的垂直极限位移等于（n-1）倍单张纸币厚度；

作为优选，所述上带轮组的水平传送距离小于所述下带轮组，且所述上带轮组皮带水平段长度不小于纸币长度，所述皮带水平段宽度不小于两倍纸币长度；

在所述上带轮组两侧设置限宽挡板，并在所述限宽挡板正上方相应地设置有限高挡板；

作为优选，所述限宽挡板与所述下带轮组皮带的垂直间隙小于所述纸币的单张厚度，所述限高挡板与限宽挡板相接触；

作为优选，所述限宽挡板和限高挡板沿纸币输送方向与所述下带轮组皮带共同围成了一条纸币传送流动通道，其通道空间的宽度尺寸沿纸币输送方向逐渐减少，及至等于或略大于所述纸币的宽度，其通道空间的高度尺寸不大于所述上带轮组高度的一半；

所述制动板、下带轮组皮带和上带轮组皮带的相对摩擦系数均大于所述纸币的相对摩擦系数，且所述制动板、下带轮组皮带和上带轮组皮带的相对摩擦系数应依次降低。

本发明的优点为对纸币伤害较小，结构简单，且能够可靠地展开单张多层折叠纸币，从而解决纸币难以自动分类整理的难题。

附图说明

图1为本发明纸币展开装置具体实施例的总体结构示意图。

图2为图1中纸币展开单元的结构示意图。

图3为图2中上带轮组的局部结构放大图。

图4为图2中下带轮组的局部结构放大图。

图5为图2中制动装置的局部结构放大图。

图6为图3中仅一侧装配有可动带轮支撑杆的固定带轮支撑架局部结构放大图。

图7为折叠纸币进入纸币展开单元中的重叠区域后在图2中c处的局部放大图。

图8为可动带轮支撑杆的结构示意图。

图9为限宽挡板的结构示意图。

图10为折叠纸币垂直进入纸币展开单元这一极端状态的示意图。

图11为图10所示情况下的受力分析图。

图中：1、箱体；2、纸币展开单元；2-1、制动装置；2-1-1、制动板；2-1-2、弹性件；2-1-3、弹性件支撑架；2-2、限高挡板；2-3、限宽挡板；2-4、上带轮组；2-4-1、上带轮组皮带；2-4-2、可动带轮支撑杆；2-4-3、弹性元件；2-4-4、固定带轮支撑架；2-4-5、上带轮组主驱动带轮；2-4-6、上带轮组辅助从动带轮；2-5、下带轮组；2-5-1、下带轮组皮带；2-5-2、下带轮组辅助从动带轮；2-5-3、下带轮组主驱动带轮；3、导钞板；4、出钞口；5、入钞口；6、传送皮带组；7、纸币。

具体实施方式

为了更好地描述本发明的技术方案和优点，现结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。

具体实施例一。

可参考下表1所示的第五套人民币纸币的参数值，针对所需展开的任意一种面额的纸币，如10元纸币，确定该种纸币包括单张厚度、长度和宽度在内的参数。假定所需展开的10元纸币均为正常流通状态下使用不到半年的较新纸币，且纸币光洁度和粗糙度较小且波动值范围较小，实验测得纸币之间的相对摩擦系数为μ1~μ2，设定纸币最大许可折叠层数n为6层，则本例中纸币极限许可折叠厚度为0.6mm。

表1中华人民共和国第五套人民币纸币参数表

如图1至图9所示为本发明纸币展开装置的一则具体实施例。如图1所示，该纸币展开装置包括箱体（1）、纸币展开单元(2)、入钞口（5）、出钞口（4）、导钞板（3）和传送皮带组（6），其中：三个相同结构的纸币展开单元(2)分上中下三层垂直地设置于箱体（1）内，且三个纸币展开单元(2)之间通过设置传送皮带组（6）和导钞板（3）使得前述三个纸币展开单元(2)依次串联，并构成纸币三级展开机构（未标号），可对纸币（7）进行多重有效展开；入钞口（5）设置于箱体（1）上，并与所述纸币三级展开机构中位于首级的纸币展开单元(2)（位于图中上层，以下称之为首级纸币展开单元(2)）的开放端相连接；出钞口（4）设置于箱体（1）上，并与所述纸币三级展开机构中位于末级的纸币展开单元(2)（位于最下层，以下称之为末级纸币展开单元(2)）的开放端相连接。此外，为了便于导钞，导钞板（3）固接于箱体（1）上；导钞板（3）上部具有圆弧过渡段，下部具有缓降坡度，且外表面光滑。

如图2所示，纸币展开单元(2)包括制动装置（2-1）、限高挡板（2-2）、限宽挡板（2-3）、上带轮组（2-4）、下带轮组（2-5），其中：

如图3所示，上带轮组（2-4）包括上带轮组皮带（2-4-1）、可动带轮支撑杆（2-4-2）、弹性元件（2-4-3）、固定带轮支撑架（2-4-4）、上带轮组主驱动带轮（2-4-5）、上带轮组辅助从动带轮（2-4-6），其中：固定带轮支撑架（2-4-4）水平固定于箱体（1）内，上带轮组主驱动带轮（2-4-5）对称地安装于固定带轮支撑架（2-4-4）左右两侧；如图6所示，本例中，在固定带轮支撑架（2-4-4）前后边缘处且位于上带轮组主驱动带轮（2-4-5）之间等间距地各开有5个小装配孔，可动带轮支撑杆（2-4-2）上部直径大于下部直径，所述装配孔的孔径大于可动带轮支撑杆（2-4-2）下部直径，且小于其上部直径；这样一来，5组(共10根)可动带轮支撑杆（2-4-2）下部活动地垂直穿过固定带轮支撑架（2-4-4），而可动带轮支撑杆（2-4-2）上部不能通过固定带轮支撑架（2-4-4）。可动带轮支撑杆（2-4-2）上、下部各通过一根转轴安装有一个上带轮组辅助从动带轮（2-4-6）。本例中，为了受力更加均匀，安装于可动带轮支撑杆（2-4-2）上部的一组上带轮组辅助从动带轮（2-4-6）与安装于可动带轮支撑杆（2-4-2）下部的一组上带轮组辅助从动带轮（2-4-6）关于上带轮组主驱动带轮（2-4-5）轴线的水平面呈对称布置，上带轮组辅助从动带轮（2-4-6）的轴线与上带轮组主驱动带轮（2-4-5）的轴线平行。

上带轮组皮带（2-4-1）张紧地套在上带轮组主驱动带轮（2-4-5）和上带轮组辅助从动带轮（2-4-6）上；弹性元件（2-4-3）选用为弹簧，所述弹簧相应活动地穿过可动带轮支撑杆（2-4-2）下部，且弹性元件（2-4-3）均以相同的初始（纸币未进入纸币展开单元(2)时）压缩量限定安装于2-4-4）下方和上带轮组辅助从动带轮（2-4-6）上方之间，使得上带轮组皮带（2-4-1）在张紧时对上带轮组辅助从动带轮（2-4-6）产生的初始（纸币未进入纸币展开单元(2)时，以下称为所述展开装置的初始状态）正压力与弹性元件（2-4-3）对上带轮组辅助从动带轮（2-4-6）的弹性张力相平衡。

如图4所示，下带轮组（2-5）包括下带轮组皮带（2-5-1）、下带轮组主驱动带轮（2-5-3）、下带轮组辅助从动带轮（2-5-2），其中：下带轮组主驱动带轮（2-5-3）和下带轮组辅助从动带轮（2-5-2）均固接于箱体（1）内，且5组下带轮组辅助从动带轮（2-5-2）布置于下带轮组主驱动带轮（2-5-3）之间，以对下皮带起张紧和加强作用；下带轮组皮带（2-5-1）张紧地套在下带轮组主驱动带轮（2-5-3）和下带轮组辅助从动带轮（2-5-2）上。

如图5所示,制动装置（2-1）包括制动板（2-1-1）、弹性件（2-1-2）、弹性件支撑架（2-1-3），其中：弹性件支撑架（2-1-3）与箱体（1）固定；制动板（2-1-1）通过弹性件（2-1-2）（本例中为弹簧）与弹性件支撑架（2-1-3）相连接，可使得制动板（2-1-1）在受到上带轮组皮带（2-4-1）挤压时可垂直向上移动。本例中，初始状态下，上带轮组皮带（2-4-1）和下带轮组皮带（2-5-1）之间最小垂直距离等于或略大于所述纸币展开装置所展开纸币的单张厚度，可取值为0.1~0.12mm；制动板（2-1-1）与上带轮组皮带（2-4-1）之间的最小垂直距离等于或略大于所述纸币的单张厚度，可取值为0.1~0.13mm；工作状态下，制动板（2-1-1）受到挤压后的垂直极限位移等于（n-1）倍单张厚度，本例中取0.5mm。这样一来，一旦当进入纸币展开单元(2)的纸币折叠过厚时（超过本例中纸币极限许可折叠厚度0.6mm），因弹性件（2-1-2）的限制作用，使得制动板（2-1-1）无法相对弹性件支撑架（2-1-3）而发生更大的位移，导致制动板（2-1-1）摩擦力剧增，从而使得纸币展开单元(2)因过载而停止工作，进而防止除首级纸币展开单元(2)之外的纸币展开单元(2)堵死。

如图2所示，上带轮组（2-4）垂直地设置于下带轮组（2-5）上方，且初始状态下(纸币未进入纸币展开单元(2)时)上带轮组皮带（2-4-1）和下带轮组皮带（2-5-1）之间最小垂直距离等于所述纸币展开装置所展开纸币的单张厚度；上带轮组（2-4）正上方设置有制动装置（2-1），且制动板（2-1-1）与上带轮组皮带（2-4-1）之间的最小垂直距离略大于所述纸币的单张厚度。为了装配制造方便，上带轮组（2-4）、下带轮组（2-5）和制动装置（2-1）关于几何中心平面对称。此外，为了使得所述展开装置结构紧凑，并使得展开过程可靠，作为优选，上带轮组（2-4）水平传送距离小于下带轮组（2-5），且上带轮组皮带（2-4-1）水平段（图中未标号）长度不小于纸币长度，所述皮带水平段宽度不小于两倍纸币长度。本例中，所述长度可取1.5*140mm=210mm，所述宽度可取2.5*140mm=350mm。

如图2所示，为了防止待展开纸币进入下带轮组皮带（2-5-1）与上带轮组皮带（2-4-1）相对应的水平重叠间隙区域时（图7中水平段，以下简称重叠区域）时，为了初步规整纸币，在上带轮组（2-4）左右两侧各对称地设置一组限宽挡板（2-3），并在限宽挡板（2-3）正上方相应地设置有限高挡板（2-2）。更为具体地，作为优选，限宽挡板（2-3）与下带轮组皮带（2-5-1）的垂直间隙小于所述纸币的单张厚度（本例中可取0.04~0.08mm），限高挡板（2-2）与限宽挡板（2-3）相接触；此外，本例中采用如图9所示的限宽挡板（2-3），其工作面由光滑曲面和平面构成；采用如图2所示的限高挡板（2-2），其工作面为水平面。可见，一组对称布置的限宽挡板（2-3）共同构成的工作表面，其特征为沿纸币输送方向逐渐收缩变窄的过渡弧面及等间距的垂直平面。由图2可知，本例中限宽挡板（2-3）和限高挡板（2-2）沿纸币输送方向与下带轮组皮带（2-5-1）共同围成了一条纸币传送流动通道，其通道空间的宽度尺寸沿纸币输送方向逐渐减少，及至减少至等于或略大于所述纸币的宽度（如1.1*70=77mm），以便防止所述纸币进入重叠区域时纸币错动倾斜（如在一定程度上预防纸币进入时其纸币折叠边与纸币传送方向垂直）；此外，前述通道空间的高度尺寸固定，其值不大于上带轮组（2-4）高度的一半，以便防止纸币边缘过度翘起而卷入上皮带轮组（2-4）的上半部分。

通过合理选择材质、粗糙部和表面光洁度，使得制动板（2-1-1）、下带轮组皮带（2-5-1）和上带轮组皮带（2-4-1）的相对摩擦系数（即相对于各自对应的工作表面的摩擦系数，例如制动板（2-1-1）的相对摩擦系数为制动板（2-1-1）与上带轮组皮带（2-4-1）之间的摩擦系数，而上带轮组皮带（2-4-1）的相对摩擦系数为上带轮组皮带（2-4-1）与所述纸币之间的摩擦系数）均大于所述纸币的相对摩擦系数μ1~μ2，且制动板（2-1-1）、下带轮组皮带（2-5-1）和上带轮组皮带（2-4-1）的相对摩擦系数应依次降低。

本实施例一的纸币展开过程和展开原理简要介绍如下：

初始状态（未放入待展开纸币）下启动纸币展开装置，使得下带轮组主驱动带轮（2-5-3）逆时针转动，上带轮组主驱动带轮（2-4-5）顺时针转动，同时传送皮带组（6）工作。

从入钞口（5）放入单张待展开纸币，所述纸币经由传送皮带组（6）进入首级纸币展开单元(2)。此时，在下带轮组皮带（2-5-1）持续输送作用下，所述纸币经由前述纸币流动通道，并受到限宽挡板（2-3）和限高挡板（2-2）的综合限定作用，使得所述纸币较为整齐有序地进入到所述重叠区域。此后，根据前述纸币的折叠程度分为如下几种工作情况：

1）当初始进入所述重叠区域的纸币厚度为单张纸币厚度时（如图7a所示de段），制动板（2-1-1）与上带轮组皮带（2-4-1）不接触，故未对上带轮组（2-4）产生制动作用，因此上带轮组皮带（2-4-1）和下带轮组皮带（2-5-1）共同带动该部分纸币向前运动。

2）当进入所述重叠区域的局部纸币厚度超过单张厚度时（如图7b和图7c所示），该部分纸币会对上带轮组皮带（2-4-1）施加一定的挤压力，同时驱使可动带轮支撑杆（2-4-2）相对于固定带轮支撑架（2-4-4）垂直向上移动一定距离（等于局部纸币厚度），从而使得上带轮组皮带（2-4-1）垂直向上移动，导致上带轮组皮带（2-4-1）上部顶住制动装置（2-1）的制动板（2-1-1）。由于制动板（2-1-1）、下带轮组皮带（2-5-1）、上带轮组皮带（2-4-1）和纸币的摩擦系数的差异性设置，在上带轮组皮带（2-4-1）有效制动后，尚处于所述重叠区域内且厚度仅为单张纸币厚度的局部纸币可在下带轮组皮带（2-5-1）的作用下继续向前运动，此时该局部纸币上表面处于动摩擦，下表面处于静摩擦；而对于尚处于所述重叠区域内且厚度超过单张厚度时的局部纸币，该局部纸币处最上层纸币与上带轮组皮带（2-4-1）之间的摩擦大于纸币与纸币之间的摩擦，故上层纸币仍然静止不动，而最下层纸币与下带轮组皮带（2-5-1）之间摩擦大于纸币与纸币之间的摩擦，故最下层纸币向前运动，直至展开成一张纸币。

当纸币完全通过首级纸币展开单元(2)的重叠区域之后，会再次进入设置在首级纸币展开单元(2)的上带轮组（2-4）的另一侧的由限宽挡板（2-3）和限高挡板（2-2）构成的纸币流动通道。随后，经过整理后的纸币经由传送皮带组（6）和导钞板（3），进入下一级纸币展开单元。

综上来看，经过如图1所示的三级纸币展开单元(2)的逐一展开，可可靠保证纸币的展开效果。最后，完全展开的纸币从出钞口（4）排出。

值得说明的是，尽管限宽挡板（2-3）和限高挡板（2-2）对放入入钞口（5）的单张待展开纸币产生了综合限定作用，但为了充分明晰本发明所涉及的纸币展开装置的有益之处，在此仍假定有可能会产生一种小概率情况（或者人为故意造成这一情况），即所述折叠纸币以如图10所示的状态（纸币的折线方向与带轮运动方向一致的状态）进入首级纸币展开单元(2)。图中，aobdeca为所述纸币的区域轮廓端点，v为纸币传送速度方向，纸币折叠形成的折线oe与v所示方向平行。

为了便于分析，对图10所示的极端状态进行受力分析，如图11所示。图中，由于所述纸币处于折叠状态，因此在如前制动板（2-1-1）的作用下，上层纸币（oace区域）的上表面与上皮带轮组皮带保持相对静止，且在其接触区内受摩擦力qo；类似地，下层纸币（obde区域）的下表面与下皮带轮组皮带保持相对静止，且在其接触区内产生了摩擦力qu；fp为上、下层纸币之间的摩擦力。类似地，由于摩擦系数的不同，上述摩擦力呈特定的梯度分布。通过简单的力系等效平衡分析可知，所述下层纸币所受摩擦力对折线oe产生了一个逆时针的合力矩，从而驱使下层纸币相对于折线oe上的某点逆时针转动，直至转成水平。由此可见，本发明所涉及的纸币展开装置也能展开如图10所示的垂直进入的折叠纸币。

上面的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。