林思遠(yuǎn)+++王鴻朔+++劉亞勇+++高媛+++李思瀅+++馮偉志+++施繼紅

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)目前流通的三種硬幣的快速分揀、計(jì)數(shù)的目的，研制了一款硬幣分揀計(jì)數(shù)器。該機(jī)器利用電機(jī)帶動(dòng)各個(gè)部分運(yùn)轉(zhuǎn)，依據(jù)離心原理，使得硬幣有序、無重疊地通過特制的分揀滑道，實(shí)現(xiàn)硬幣的快速分離，利用光敏傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，整機(jī)工作穩(wěn)定、性能可靠、分揀速度可達(dá)300枚/分鐘。

關(guān)鍵詞：硬幣分揀；計(jì)數(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；離心式

在人們?nèi)粘Ｉ钪?，隨處都可見到硬幣，硬幣扮演著不可替代的角色。一方面使用硬幣確實(shí)給我們帶來不少方便；另一方面像超市、公交公司、銀行等地，清點(diǎn)硬幣又是一項(xiàng)繁瑣的工作。而市面上的硬幣清點(diǎn)裝置較少，且功能不健全[1]。在此基礎(chǔ)上，為了滿足市場(chǎng)需要，本文研究設(shè)計(jì)了用于解決上述問題的機(jī)器-離心式硬幣分揀計(jì)數(shù)器。

1 離心式硬幣分揀計(jì)數(shù)器的總體設(shè)計(jì)

1.1 應(yīng)滿足的性能要求

該分揀計(jì)數(shù)器是一種集硬幣分揀、計(jì)數(shù)、收集為一體化的機(jī)械裝置，它應(yīng)滿足的性能要求是將現(xiàn)行流通的三種面值硬幣進(jìn)行準(zhǔn)確快速的分離[2]。準(zhǔn)確性達(dá)到96%；計(jì)數(shù)快速正確并顯示信息，正確率94%及以上；分揀速度能達(dá)到300枚/min；操作簡(jiǎn)便，使用方便。

1.2 硬幣分揀計(jì)數(shù)器主要結(jié)構(gòu)及工作原理

由圖1可知，分揀計(jì)數(shù)器主要由進(jìn)給機(jī)構(gòu)（步進(jìn)電機(jī)3、上下分揀圓盤5和4）、分揀裝置（上下層分揀滑道7和9、兩個(gè)直流電機(jī)6和8）、計(jì)數(shù)裝置（圖1中未畫出）和收集裝置（1、10和11）組成。工作時(shí)定時(shí)定量（防止一次放入過多導(dǎo)致分揀圓盤負(fù)擔(dān)過大，引起堵塞和分揀不流暢）地將混雜的硬幣放入旋轉(zhuǎn)的上分揀圓盤5中，利用離心力原理，其被甩入盤邊緣出口，由于出口規(guī)格尺寸只允許單個(gè)硬幣通過，因而能使硬幣排隊(duì)無重疊地進(jìn)入水平分揀滑道7。根據(jù)直徑不同，一元硬幣能順利通過中間鏤空的滑道進(jìn)入收集計(jì)數(shù)裝置1，利用常開式光電傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)。而五角和一角的硬幣掉入下分揀圓盤4中，同樣原理進(jìn)行兩者分揀計(jì)數(shù)。

2 分揀計(jì)數(shù)器主要部件設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)確定

2.1 進(jìn)給機(jī)構(gòu)

這是分揀計(jì)數(shù)器的最主要部分，由步進(jìn)電機(jī)和分揀圓盤組成。

2.1.1 分揀圓盤

同軸的分揀圓盤有上下兩個(gè)，規(guī)格尺寸相同，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)物圖如圖1所示，結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。盤直徑為170mm，圓周有高為80mm的擋板，在擋板與水平滑道連接處開一個(gè)寬25mm、高3mm的通道，用來使混雜的硬幣排隊(duì)無重疊進(jìn)入水平滑道。下盤開同樣的通道，用來使五角、一角混雜硬幣進(jìn)入下一水平滑道[3]。兩個(gè)分揀圓盤采用PVC材料，3D打印制成，轉(zhuǎn)速設(shè)定為280r/min。

2.1.2 電機(jī)的選用

選用TB6600型步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為80r/min，用以驅(qū)動(dòng)同軸的兩個(gè)圓盤旋轉(zhuǎn)。

2.2 分揀裝置

分揀裝置由分揀滑道和步進(jìn)電機(jī)組成，分揀滑道的設(shè)計(jì)對(duì)硬幣分揀準(zhǔn)確性影響較大[4]。

2.2.1 分揀滑道

由圖1可知，分揀滑道有兩處，分為上下兩層，均為軌道滑道。上層分揀裝置由半徑為100mm的圓弧和長(zhǎng)為120mm的鏤空直軌道組成，直軌道外框?qū)挒?2mm，滑道寬度21mm。鏤空部分為長(zhǎng)度120mm，寬度為20.5mm的長(zhǎng)方形，如圖3所示。下層分揀裝置由半徑為100mm的圓弧和長(zhǎng)為120mm的鏤空直軌道組成，直軌道外框?qū)挒?2mm，滑道寬度20.5mm。鏤空部分為長(zhǎng)度120mm，寬度為19.75mm的長(zhǎng)方形[5]，如圖4所示。

2.2.2 電機(jī)的選用

由圖1可知需選用兩個(gè)直流電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)皮帶輪使硬幣在滑道中移動(dòng)，且因所受載荷較小，故選用FXD42BLDC-002C型電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 計(jì)數(shù)裝置

由三個(gè)光電傳感器組成，其組成為發(fā)射器、接收器、檢測(cè)電路和計(jì)數(shù)顯示器。其主要參數(shù)為：U：5VDC；I：100mA；Sn：3-50CM；直徑：18MM；傳感器長(zhǎng)度：65MM；引線長(zhǎng)度：150CM。

2.4 收集裝置

三個(gè)收集裝置安放在機(jī)架最底部，分別盛裝一元、五角和一角的硬幣。通過分揀計(jì)數(shù)后硬幣落入收集裝置內(nèi)，可以人工拿取再進(jìn)行包裝。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證離心式硬幣分揀計(jì)數(shù)器能否在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到設(shè)計(jì)要求，利用研制出的樣機(jī)進(jìn)行了硬幣分揀計(jì)數(shù)性能測(cè)試。

從表1中看出，在5次試驗(yàn)中，分揀效果最好的為第1次，最不理想的是第5次結(jié)果。其原因可能與機(jī)器的整體平穩(wěn)性等有一定關(guān)系，需要進(jìn)一步改進(jìn)機(jī)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但是5次試驗(yàn)的平均值還是滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的，分揀速度均值316枚/min、準(zhǔn)確率均值97.2%、計(jì)數(shù)正確率均值94.2%。

4 結(jié)束語

本文論述了離心式硬幣分揀計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理，并確定了主要部件技術(shù)參數(shù)（型號(hào)），利用研制出的樣機(jī)進(jìn)行了硬幣分揀計(jì)數(shù)性能測(cè)試。通過多次試驗(yàn)證明該裝置的實(shí)用與可靠性。其特點(diǎn)有準(zhǔn)確率高，分揀速度快和操作方便的特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：分揀計(jì)數(shù)器的分揀速度可達(dá)300枚/min、準(zhǔn)確率97%以上，符合設(shè)計(jì)要求，計(jì)數(shù)正確率94%以上，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[2]熊建昌，肖悅，楊毅，等.分層多滑道式硬幣分類清點(diǎn)裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].科技廣場(chǎng)，2016，9：185-188.

[3]楊可楨.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4]許恒.全自動(dòng)硬幣分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，18：11.

[5]宋寶玉.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京：高等教育出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：林思遠(yuǎn)，男，大學(xué)本科，主要研究方向：交通運(yùn)輸、零部件設(shè)計(jì)。

*通訊作者：施繼紅，主要研究方向：交通運(yùn)輸工程、機(jī)械設(shè)計(jì)。