一種簡潔硬幣分揀機的設(shè)計與實現(xiàn)

雷永剛　韋沛東　侯文龍　韓世康（中原工學(xué)院，河南　鄭州　451191）

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一種簡潔硬幣分揀機的設(shè)計與實現(xiàn)

雷永剛韋沛東侯文龍韓世康
（中原工學(xué)院，河南鄭州451191）

簡潔硬幣分揀機的主體結(jié)構(gòu)由投料、分離、收集、整理等四部分構(gòu)成，能實現(xiàn)一元、五角、一角等3種硬幣的分離與整理，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、分幣準確率高、節(jié)省人工勞動等特點。

硬幣；分揀機；投料；扇葉；減速板

1　研制背景及意義

自動售貨機、無人售票機、公交站點自動投幣進站機等機電一體化設(shè)備已經(jīng)深入人們的日常生活當中，極大地方便了人們的生活。硬幣在人們?nèi)粘５默F(xiàn)金消費中流通率逐漸增加，對于使用這些設(shè)備的公司來說，就帶來了新的問題，如何對每天所營收的大量硬幣進行分揀？如果單純地依靠人工分揀，勢必會增加公司的運營成本，而人工分揀不但工作量大、效率低，還會因分揀者的疲憊而容易造成分揀誤差大［1］。所以，研制一種硬幣分揀機來取代人工分揀是大勢所趨。

在所研制的硬幣分揀機中，很多都是針對企業(yè)需求研制的，而針對大眾日常生活用的硬幣分揀機少之又少，而有的分揀機設(shè)計結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜，勢必出現(xiàn)成本高、設(shè)備性價比低，從而影響硬幣分揀機在大眾生活中的受歡迎程度［2-5］。基于這種情況，設(shè)計一種簡潔硬幣分揀機，該分揀機結(jié)構(gòu)簡潔，生產(chǎn)成本低，對于在生活中需要分揀大量硬幣的人士具有一定的經(jīng)濟適用性。

2　工作原理及性能

該簡潔硬幣分揀機分離硬幣的原理是：讓硬幣依靠自身重力，依次經(jīng)過具有一定斜坡且打滿不同孔徑的兩層分離板，根據(jù)各種硬幣直徑的不同，按照由大到小的順序，硬幣依次滑落至分離，從而實現(xiàn)對硬幣的分離與收集。在投料裝置處，采用了扇葉和減速板兩個裝置，這樣既能控制硬幣的下滑速度，又能保證硬幣平穩(wěn)地駛?cè)敕蛛x機構(gòu)，從而可以有效地提高分幣的效率。

3　設(shè)計方案

該簡潔硬幣分揀機的主體結(jié)構(gòu)由投料裝置、分離裝置、收集裝置、整理裝置等四部分裝置構(gòu)成。

3.1投料裝置

設(shè)計之初，采用無外加動力模式讓投料箱內(nèi)的硬幣靠自身重力下滑。但實驗發(fā)現(xiàn)其弊端在于，無法保證硬幣的平穩(wěn)下滑，經(jīng)常出現(xiàn)硬幣卡死在箱底或者硬幣的初速度過大直接飛出篩板，導(dǎo)致后續(xù)部分無法進行下去。在此實驗基礎(chǔ)上經(jīng)過改進，使用2個裝置來解決這些問題。一是由電機帶動扇葉，扇葉撥動錢幣均勻掉落；二是減速板的設(shè)計，在一個板上打直徑為2.0mm的孔，孔內(nèi)上有外徑2.0mm的螺釘來起到減緩硬幣下落的沖擊速度，孔與孔的中心矩為30.0mm，這樣可以保證硬幣順利通過。減速板與電機帶動的扇葉共同作用，共同保證了硬幣平穩(wěn)均勻地進入分離裝置。

3.2分離裝置

分離裝置是由三層帶有軌道的篩板組成，示意圖如圖1所示。經(jīng)過大量的硬幣滑落實驗，發(fā)現(xiàn)三層互相平行的板與水平面夾角為21.8°時最利于硬幣的分離。第一層篩板上有7×9個直徑為23.0mm的圓孔，由于一角硬幣的直徑19.0mm與五角硬幣的直徑20.5mm都小于23.0mm，且因重力的原因，一角和五角的硬幣會掉落到下一層板，而一元的硬幣會沿著軌道滑到底部，從而收集到了一元的硬幣。五角硬幣和一角硬幣的分離與此相似，在第二層篩板上也打上了7列的孔，與第一層篩板不同，除了孔直徑變?yōu)?9.7mm外，第二層板上孔的行數(shù)有所增加，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)采用7×13個孔可以讓分離的純度達到97.6%，增加孔的行數(shù)是為了保證在第一層篩板的最后一行孔掉下的硬幣在第2個板上得到分離。第三層板是一個未打孔的平板，其作用是讓最后掉落下來的一角硬幣滑落到固定的位置進行收集。

圖1　分離裝置示意圖

3.3收集裝置

收集裝置是由3個固定在支架上的漏斗組成，漏斗的形狀是一個天圓地方。最初采用方口式的漏斗，但是這樣很容易讓硬幣偏離下落方向，導(dǎo)致硬幣無法集中。在此借用天圓地方的模型，設(shè)計了一個漏斗，可以保證硬幣在給定的位置下落，以達到收集整理的目的。

3.4整理裝置

整理裝置是由3種內(nèi)徑不同的圓筒與各自的底座構(gòu)成。根據(jù)一元、五角、一角3種硬幣直徑與厚度不同，設(shè)計了3種“外徑×內(nèi)徑×高依”依次為30.0mm×23.0mm× 83.5mm；30.0mm×23.0mm×82.5mm；30.0mm×28.0mm× 92.5mm的3種圓筒，依次用于盛裝一角、五角、一元的3種硬幣，且每種圓筒可盛裝50個硬幣。圓筒用來對接收集裝置的圓口，當硬幣落滿圓筒時，通過其他控制裝置帶動下一個圓筒來盛裝硬幣。該方法能夠有效地實現(xiàn)對各種不同硬幣的整理收集，為下一步的添加包裝和計數(shù)裝置打下了一定的基礎(chǔ)。該分離機整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4　理論設(shè)計計算

4.1扇葉一次轉(zhuǎn)動撥下硬幣數(shù)目計算

扇葉內(nèi)徑12mm，外徑49mm，寬度為27mm，長度294mm，硬幣最大直徑為25mm，最大厚度1.85mm，最小直徑19mm，最小厚度1.67mm，扇葉數(shù)目為3，扇葉夾角120°。

2個扇葉間的體積：［π×（49×49-27×27）］×294/3。

硬幣的平均體積：［（π×12.5×12.5）×1.85+（π×9.5× 9.5）×1.67］/2。

扇葉間可容納硬幣數(shù)目：兩扇葉間的體積/硬幣平均體積。

最終得出數(shù)目為每轉(zhuǎn)可掉落：889個。

扇葉所用的驅(qū)動電機為直流減速，工作電壓12V，轉(zhuǎn)速30rpm。

圖2　簡潔硬幣分揀機

4.2收集圓筒高度計算

一角硬幣收集筒高度：50×1.67=83.5mm。

五角硬幣收集筒高度：50×1.65=82.5mm。

一元硬幣收集筒高度：50×1.85=92.5mm。

4.3支架高度計算

收集筒高度+漏斗高度+分離板的縱向高度=490mm。

4.4支架長度計算

篩板橫向距離：550×cos22°=540mm。

5　結(jié)語

該硬幣分揀機能夠?qū)崿F(xiàn)能實現(xiàn)一元、五角、一角等3種硬幣的分離與整理，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、分幣準確率高、操作方便且節(jié)省人工勞動等特點，但是該分揀機功能相對單一，缺少包裝、計數(shù)等功能，在后續(xù)的研制中將重點解決如何包裝、計數(shù)，從而完善該分揀機的功能，擴大該分揀機的應(yīng)用范圍，更好地滿足大眾的需求。

［1］郎家峰.硬幣檢測清分系統(tǒng)研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2005.

［2］安子軍.機械原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2015.

［3］李兵，吳國興，曾亮華.金工實習(xí)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015.

［4］沈景鳳.高等機械設(shè)計課程實踐與創(chuàng)新設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

［5］陳永楠.機械工程材料［M］.北京：科學(xué)出版社，2015.

Design and Implementation of a Concise Coin Sorting Machine

Lei YonggangWei PeidongHou WenlongHan Shikang
（Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou Henan 451191）

The main structure of the concise coin sorting machine consists of feeding，separation，collection，arrangement.It can achieve to separate and arrange a Yuan RMB，0.5 Yuan RMB，0.1 Yuan RMB of three kinds of coins.It has the characteristics of simple structure，low cost，a high accuracy，saving labor etc.

coin；sorting machine；cast material；fan blade；reduction plate

TH693.5

A

1003-5168（2016）04-0061-02

2016-03-06

雷永剛（1983-），男，碩士，助理實驗師，研究方向：機電一體化測控技術(shù)。