一種撥片漏盤式硬幣清分機(jī)的研究

王志鋼,陳 斌,王 飛

（寧波工程學(xué)院,浙江 寧波 315211）

一種撥片漏盤式硬幣清分機(jī)的研究

王志鋼,陳 斌,王 飛

（寧波工程學(xué)院,浙江 寧波 315211）

隨著硬幣取代小額紙幣的趨勢(shì)日益明顯，主流市場(chǎng)上的硬幣清分機(jī)又存在價(jià)格高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、一次分離量少的問題，因此研制一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多樣、高效可靠的新型硬幣清分機(jī)十分必要。本文依據(jù)硬幣直徑的不同，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)和創(chuàng)新，成功設(shè)計(jì)出一分鐘至少能分離三百枚硬幣的新型硬幣清分機(jī)。對(duì)硬幣高效的分離、清點(diǎn)、收集、整理，使其具有一定的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)推廣前景。

撥片；漏盤；硬幣清分機(jī)

1 作品簡(jiǎn)介

作品主體如圖1所示，長(zhǎng)52cm，寬52cm，高96cm。整個(gè)作品主要分為四大部分：漏斗裝置、分離裝置、接收裝置、電控裝置。其分離原理是根據(jù)硬幣直徑的不同，硬幣在撥片旋轉(zhuǎn)的過程中下落到不同孔徑的圓形漏盤上，從而實(shí)現(xiàn)分離工作。該作品不僅具有制作成本低、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作效率高的特點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)硬幣的清點(diǎn)和整理。

工作過程：首先將硬幣倒入漏斗，打開漏幣電磁開關(guān)，使硬幣下落。再打開減速電機(jī)開關(guān)，使電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，彈性撥片將1元硬幣從圓筒開口處（開口大小為被掃出硬幣直徑1.5倍）掃出，5角和1角硬幣則落入下層漏盤，從而實(shí)現(xiàn)分離。5角和1角硬幣的分離與此相同。硬幣被掃出后將進(jìn)入圓桶兩側(cè)的不銹鋼軌道，不銹鋼軌道采用氬弧焊拼接，然后再進(jìn)入不銹鋼管，通過不銹鋼管時(shí)，兩側(cè)的光電計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)（光電感應(yīng)位置應(yīng)位于不銹鋼管最低處），最后落入亞克力收集管。收集管安裝在由槽輪裝置帶動(dòng)的六工位收集盤上，當(dāng)計(jì)數(shù)器每記滿50枚硬幣時(shí)，PLC發(fā)出指令，控制槽輪機(jī)構(gòu)使收集盤旋轉(zhuǎn)60o，此時(shí)下一個(gè)收集管與不銹鋼管對(duì)齊，繼續(xù)接收硬幣，如此循環(huán)。

圖1 主體

2 設(shè)計(jì)方案

（1）漏斗裝置。漏斗裝置由搖桿滑塊機(jī)構(gòu)、電磁鐵、撥叉、漏斗、軌道等組成。漏斗的使用有效的增加了硬幣的儲(chǔ)存量，避免頻繁的人工倒幣，提高了工作效率。搖桿滑塊的材料為鋁合金，是作品的主要機(jī)械機(jī)構(gòu)之一。搖桿一端連接電磁鐵，另一端連接漏斗底部的撥叉。通過電磁鐵的吸合來帶動(dòng)搖桿控制漏斗漏口的大小，從而間接控制硬幣下落的數(shù)量，有利于機(jī)器平穩(wěn)高效的工作。

（2）分離裝置。分離裝置由減速電機(jī)、有機(jī)玻璃外殼、主軸、不同規(guī)格的漏盤、彈性撥片等組成。電機(jī)的型號(hào)為51K60GN-CF,電壓為220V,功率為60W，轉(zhuǎn)速為1350rmp。主軸的材料為鋁合金，一端通過聯(lián)軸器與電機(jī)相連接，另一端安裝在底部的推力球軸承上。彈性撥片的材料為橡膠，與主軸的連接方式為鍵連接，發(fā)揮著像“手”一樣的作用，是硬幣分離的主要零件之一。其弧形設(shè)計(jì)，不僅有利于硬幣較為均勻的分布在漏盤上，以加快硬幣分離的速度，還有利于將分離好的硬幣根據(jù)弧線導(dǎo)入軌道。漏盤的材料是鋁合金，是硬幣分離的另一個(gè)主要零件。根據(jù)不同硬幣直徑不同這一分離原理和使用需求（孔盡可能多）對(duì)漏盤進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)?？椎牟贾眯问綖榫?。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)主要有三點(diǎn)：1）硬幣分離效率高；2）在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，有效的減少裝置負(fù)荷；3）外觀美觀大方。

（3）接收裝置。接收裝置由電機(jī)、槽輪機(jī)構(gòu)、收集盤、收集管、光電傳感器、計(jì)數(shù)器等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬幣的清點(diǎn)和收集。電機(jī)的型號(hào)為GW180-26，電壓為24V,功率為7.2W。收集盤采用六工位設(shè)計(jì)，即收集盤上安裝六個(gè)收集管，其內(nèi)徑略大于硬幣直徑。如一元的收集管內(nèi)徑為28mm，管高度約為50個(gè)硬幣疊加高度即92.5mm。收集盤可對(duì)硬幣進(jìn)行收集和整理，配合光電門實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。而槽輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸小、機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位[1]等特點(diǎn)，是作品的另一主要機(jī)械機(jī)構(gòu)。槽輪機(jī)構(gòu)與收集盤結(jié)合，增加了硬幣收集整理的數(shù)量，避免了收集管過高，還能使硬幣準(zhǔn)確落入收集管內(nèi)。

（4）電控裝置。電控裝置主要由PLC、配電箱、24V電源、電線、開關(guān)等組成。PLC是該作品的“大腦”，從光電傳感器和計(jì)數(shù)器接收信號(hào)，再輸出信號(hào)顯示各硬幣的分離數(shù)量和總金額并控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證了機(jī)器的正常運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。配電箱的使用不僅避免了線路的雜亂，防止電源短路，提高了安全性，還在外觀上體現(xiàn)出整潔美觀，提高用戶的認(rèn)可度，體現(xiàn)了產(chǎn)品化設(shè)計(jì)。

3 總結(jié)

（1）創(chuàng)新點(diǎn)。1）采用了彈性撥片，與剛性撥片相比較，彈性撥片避免了剛性碰撞產(chǎn)生的死點(diǎn)問題，并且提高了撥片及漏盤核心零件的使用壽命，從而提高整個(gè)裝置的使用期限。2）采用了多孔漏盤。根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硬幣剛下落時(shí)，近一半的硬幣已經(jīng)直接通過漏孔下落到下一層漏盤，從而高效地提高了硬幣的分離速度。3）硬幣收集盤與槽輪機(jī)構(gòu)的組合設(shè)計(jì)，能使電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤以每次60o間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)六工位的設(shè)計(jì)要求，既保證硬幣能準(zhǔn)確落入收集管內(nèi)，又增加了硬幣的收集數(shù)量。4）漏斗裝置中采用搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)是可以調(diào)節(jié)下落錢幣的數(shù)量，減少人工倒落硬幣的次數(shù)，有效提高工作效率，為使用者提供便利的人性化服務(wù)。5）采用配電箱，注重用電安全，并且在電路布局上整齊嚴(yán)謹(jǐn)，開關(guān)集中在特定區(qū)域，極大地方便了用戶的使用。6）機(jī)電一體化和人機(jī)交互數(shù)字化設(shè)計(jì)。

（2）性能與推廣。在大量連續(xù)的硬幣分離測(cè)試中，本作品一分鐘至少能分離出三百枚硬幣，且沒有發(fā)生任何故障，體現(xiàn)出設(shè)計(jì)以及制作的合理性。由于設(shè)計(jì)制作過程時(shí)間倉促，其美觀程度稍有欠缺，但其出色的工作能力是最大的亮點(diǎn)，也從側(cè)面反映出設(shè)計(jì)中創(chuàng)新改進(jìn)獲得了成功。總而言之，本作品完成了高效可靠、制作成本低、操作簡(jiǎn)便、功能多樣的設(shè)計(jì)要求，是可以在超市、銀行、公交公司等硬幣頻繁使用的場(chǎng)所進(jìn)行推廣應(yīng)用。

[1]孫桓等.機(jī)械原理.8版[M].北京:高等教育出版社,2013:264.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.042

浙江省科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2017R424010）