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錢幣分離、清點(diǎn)、整理一體機(jī)設(shè)計(jì)方案總結(jié)及新型方案的提出

2017-09-13 21:14陳飛翔
山東工業(yè)技術(shù) 2017年17期
關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化

摘 要:錢幣分離、清點(diǎn)、整理一體機(jī)可解決相應(yīng)社會(huì)問題,符合當(dāng)今發(fā)展趨勢(shì)。通過分析現(xiàn)有設(shè)計(jì)并結(jié)合參加機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽經(jīng)歷,提出一種較為新穎且實(shí)用性強(qiáng)的方案。該方案采用振動(dòng)圓柱收集筒與底部開槽的方式分離,并結(jié)合單片機(jī)等控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)清點(diǎn)與整理功能。最后,對(duì)該方案做出總結(jié)與延伸,并對(duì)包裝功能提出有關(guān)意見。

關(guān)鍵詞:錢幣分離;錢幣清點(diǎn);錢幣整理;機(jī)電一體化

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.255

1 背景分析

超市、公交站等多場(chǎng)合匯集大量錢幣,對(duì)錢幣清點(diǎn)、整理、包裝需大量人力。而點(diǎn)幣員常處被監(jiān)視狀態(tài),且常工作至手指抽筋,過大的精神壓力與工作強(qiáng)度使該崗位大量空缺。第七屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽便提出對(duì)錢幣分類、清點(diǎn)、整理機(jī)器進(jìn)行設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)一臺(tái)一體化多功能錢幣處理機(jī)不僅符合工業(yè)4.0自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì),也響應(yīng)中國(guó)制造2025創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的方針。

2 現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案的討論

(1)錢幣分離系統(tǒng)。此處針對(duì)1元、5角、新1角的分離。從分離原理,分幾何分離與受力分離;從錢幣狀態(tài),分橫向分離與縱向分離;從分離結(jié)果,分“留大棄小”型分離與“留小棄大”型分離。

幾何分離中,縱向分離有:①收集板制成瓦楞形,錢幣放入后只可豎立,底部開槽振動(dòng)分離;②錢幣逐個(gè)豎直在斜軌中滾動(dòng),底部開槽或軌道壁開槽分離。橫向分離有:③開口圓分離,有圓柱分層套筒斜坡型與平面分層攪拌型;④錢幣逐個(gè)橫向在斜軌上移動(dòng),底部開槽分離。受力分離中,縱向分離有:⑤錢幣逐個(gè)豎直在軌道中移動(dòng),依重心位置不同,通過軌道壁高變化,使重心高者落下分離。橫向分離有:⑥不同尺寸錢幣在特定軌道拐角碰撞受力作用點(diǎn)不同,運(yùn)動(dòng)方向不同分離。

幾何分離均為分層分揀,重復(fù)機(jī)構(gòu)多。此處可設(shè)轉(zhuǎn)換系統(tǒng),如先分離1元,調(diào)節(jié)開口大小,再分5角、1角亂幣。①中大于槽的錢幣雖無法掉出,但會(huì)堵住槽口,需振動(dòng)解決。②中需電機(jī)驅(qū)動(dòng)軌道,控制錢幣移動(dòng)速度,靠斜坡重力加速,易因速度過大而沖過分離區(qū)。③中無法知何時(shí)分離完畢,且平面分離難以取出錢幣,而圓筒分離,錢幣不易進(jìn)入槽口,應(yīng)改成多邊形套筒分離。受力分離可一次性將三種錢幣逐個(gè)分離出,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精度要求高。⑤中仍需控速,以免沖過分離區(qū)。⑥中軌道易因磨損而降低精度。

總體上,需解決“堆幣”、“卡幣”、“控量”、“單獨(dú)化”、“控速”五個(gè)問題。在入口設(shè)滾輪傳送帶裝置,傳送帶滾輪間留小間隙,僅可一個(gè)錢幣通過,以此解決“堆幣”及“控量”問題。通過攪拌或振動(dòng),解決“卡幣”問題。“單獨(dú)化”可使入口寬度縮至僅一個(gè)錢幣通過大小,錢幣用離心甩入或傳送帶直線送入?!翱厮佟敝恍枋闺姍C(jī)帶動(dòng)軌道底部,軌道底部再將動(dòng)力傳給錢幣,但較耗能。另外,重復(fù)分離單元,使同時(shí)工作,可提高效率;振動(dòng)頻率與噪音需通過計(jì)算及實(shí)驗(yàn)相權(quán)衡。

(2)清點(diǎn)系統(tǒng)與整理系統(tǒng)。若已實(shí)現(xiàn)單獨(dú)化,則可直接用紅外線光電計(jì)數(shù);否則,需另設(shè)單獨(dú)化裝置,幣量小可直接用擋板窄道結(jié)構(gòu)。或是采用透明材料,用特殊刻度表錢幣數(shù)。整理系統(tǒng)有蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu),帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤,實(shí)現(xiàn)放入收集筒、放幣、壓蓋、取出收集筒流水線操作,但需多個(gè)機(jī)械手。而其他方案均對(duì)錢幣放入狀態(tài)要求較高。

3 新型設(shè)想——搖擺魔術(shù)盒模型

本設(shè)計(jì)方案由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械支撐系統(tǒng)以及單片機(jī)、PLC控制系統(tǒng)組成。采用分步分離,先得1元,并清點(diǎn)整理;再分離5角、1角,依次清點(diǎn)整理。由于功能實(shí)現(xiàn)過程類似,此處僅對(duì)1元錢幣的分離、清點(diǎn)、整理過程進(jìn)行介紹。

分離、清點(diǎn)部分:通過人機(jī)交互界面,選擇1元分離。此時(shí),電機(jī)及連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將分離箱沿弧形槽移至相應(yīng)工位,箱體呈傾斜狀。箱中擋塊由電機(jī)及齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)移動(dòng),使一元分離腔容積增大。由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)漏斗容量,規(guī)定一次分離錢幣數(shù)最多放滿一漏斗。倒入待分離錢幣,控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),并結(jié)合凸輪機(jī)構(gòu)使分離箱在不同階段進(jìn)行頻率及振幅不同的振動(dòng)。振動(dòng)中,分離腔容積逐漸減小。由于腔內(nèi)含分離筒,其與擋塊對(duì)應(yīng)側(cè)可正好組成一元柱形孔洞,通過容積減少及振動(dòng)可使亂幣整齊斜向放置。振動(dòng)結(jié)束,分離筒底塊移開,使5角、1角從底部落至收集室。由于各槽上下裝有低頻透射式渦流傳感器,可計(jì)算出錢幣數(shù)。當(dāng)各槽錢幣數(shù)不變時(shí),屏幕上顯示總1元錢幣數(shù)。分離箱、擋塊另一側(cè)組成1角、5角柱形孔洞,分離1角、5角時(shí),只需側(cè)到另一邊即可。

整理部分:分離箱移至相應(yīng)工位,通過絲桿螺母機(jī)構(gòu),使收集小車與分離箱底塊配合移動(dòng),將錢幣定量地移至對(duì)應(yīng)收集槽。由于小車孔洞深度一定,結(jié)合分離槽錢幣數(shù),單片機(jī)可計(jì)算并判定小車孔洞是否已滿及分離槽是否為空,從而執(zhí)行不同動(dòng)作。當(dāng)小車全部裝滿或分離箱已空時(shí),小車移出至外軌,其孔內(nèi)錢幣落至外軌孔洞內(nèi),使小車清空,準(zhǔn)備下次收集。因5角、1角直徑、厚度接近,此處將兩者清點(diǎn)、整理合一。通過小車頂部與分離箱底部間隙大小,補(bǔ)償兩者厚度差異,以免干涉。收集完畢,外軌可整體移出,從而將錢幣取出。或事先在外軌孔洞放收集筒,后整體壓蓋,內(nèi)設(shè)彈簧彈出。

控制系統(tǒng):?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)連接傳感器,計(jì)各槽錢幣數(shù);顯示屏顯示;控制振動(dòng)電機(jī);計(jì)算小車、外軌錢幣數(shù);控制指示燈及蜂鳴器等功能。PLC實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、急停等開關(guān)量控制;單片機(jī)通斷電;電機(jī)起保停等功能。為保證各步精度,各動(dòng)作相應(yīng)位置設(shè)限位開關(guān),以配合控制系統(tǒng)控制。

4 方案總結(jié)

方案實(shí)現(xiàn)控量、分離、計(jì)數(shù)、收集的方式新穎,且機(jī)電一體化,結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn),可靠性、準(zhǔn)確性高,經(jīng)濟(jì)效益好。在延伸擴(kuò)展上,可依相同原理對(duì)不同大小的幣種進(jìn)行分離,如舊1角、外幣、游戲幣等,也可在直徑上分離假幣。同時(shí),可與自動(dòng)售貨機(jī)及公交投幣系統(tǒng)等相結(jié)合。又可依場(chǎng)合擴(kuò)大分離箱,使可分離錢幣數(shù)增加。而方案未實(shí)現(xiàn)包裝功能,此處建議參照山楂片、藥片包裝機(jī)器設(shè)計(jì),或仿照礦泉水流水線包裝。

參考文獻(xiàn):

[1]孫恒,陳作模,葛文杰等. 機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2013.

[2]廖常初等.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2007.

作者簡(jiǎn)介:陳飛翔(1996-),男,浙江溫州人,本科在讀,研究方向:機(jī)械自動(dòng)化。

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