唐晶，張乃，袁暢，袁培龍，顏疆灣，牛浩，張磊，趙南生

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紙硬幣快速分離裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)＊

唐晶1，張乃1，袁暢3，袁培龍1，顏疆灣1，牛浩1，張磊1，趙南生2

（1.南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 2260192；2.南通大學(xué)工程訓(xùn)練中心，江蘇 南通 226019； 3.南通大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南通 226019）

針對(duì)傳統(tǒng)紙硬幣分離速度較慢或成功率難以保證的問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種紙硬幣快速分離裝置。該裝置采用篩網(wǎng)式清分結(jié)構(gòu)，篩網(wǎng)整體呈傾斜狀態(tài)，并采用前端上下振動(dòng)的方式。為了防止紙幣卡在篩孔中，設(shè)計(jì)了吹風(fēng)機(jī)構(gòu)。為防止硬幣下滑速度過快，進(jìn)而隨紙幣一起滑出篩網(wǎng)，在篩網(wǎng)的前端設(shè)計(jì)了擋條。分離后的紙幣在篩網(wǎng)的抖動(dòng)以及吹風(fēng)的雙重作用下滑出篩網(wǎng)，而硬幣則從篩孔掉落。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置分離速度快、成功率高、可靠性高。

錢幣處理；電子貨幣；紙幣；硬幣

雖然電子貨幣較為流行，但銀行、公交系統(tǒng)等單位仍然存在大量人工處理錢幣的情況，紙硬幣分離的速度仍然較慢或成功率難以保證。

武漢理工大學(xué)的張雨萍設(shè)計(jì)的一種在公交車上分離混雜錢幣的裝置[1]是依靠毛刷來判斷紙硬幣的分離，該場合下的分離成功性難以保證；西安石油大學(xué)王博等人設(shè)計(jì)的紙硬幣分離裝置[2]對(duì)紙硬幣進(jìn)行分離后，紙幣仍然殘留在裝置上，需操作人工二次分揀；華東理工大學(xué)研發(fā)的裝置[3]依靠特制的傾斜滾筒對(duì)混合紙硬幣進(jìn)行分離，筒表面錯(cuò)落布置孔洞，使得硬幣從孔洞漏出，紙幣下滑，而為了使紙幣快速下滑，增加傾斜度，這將導(dǎo)致硬幣隨紙幣一起滑出；武漢理工大學(xué)針對(duì)公交公司的錢幣分類整理裝置[4]在其裝置的側(cè)面，利用風(fēng)扇將紙幣吹出，但該裝置僅針對(duì)于紙幣數(shù)量較少的情況，一旦大批量傾倒紙硬幣，依舊會(huì)發(fā)生堆積；蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)的錢幣分離裝置[5]對(duì)裝置的連續(xù)運(yùn)作也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，但所述的篩孔為圓形只稍大于一元硬幣，硬幣掉落慢。基于以上問題，本文從紙硬幣分離的效率、裝置的可靠性和連續(xù)運(yùn)作等多方面進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)并制作了一種混合紙硬幣快速分離裝置。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)與分離原理

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

能根據(jù)紙幣和硬幣在形狀、材質(zhì)、質(zhì)量上的區(qū)別，對(duì)2種貨幣進(jìn)行快速分離，從而避免出現(xiàn)當(dāng)前紙硬幣分離普遍較慢或分離不徹底的問題。

1.2 分離原理

硬幣小而重，均為圓餅形；紙幣大而輕。常見的混合紙硬幣分離為篩網(wǎng)式分離，但靠篩網(wǎng)本身紙幣仍易殘留在篩網(wǎng)上。本文的設(shè)計(jì)通過適當(dāng)?shù)卣駝?dòng)外加吹風(fēng)，可避免紙幣堆積以及紙硬幣纏在一起，使硬幣快速從篩孔中掉落，紙幣從左側(cè)（前端）排出，如圖1所示。

圖1 篩網(wǎng)分離原理示意圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 上下振動(dòng)機(jī)構(gòu)

上下振動(dòng)由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，利用曲柄搖桿中搖桿的來回?cái)[動(dòng)，實(shí)現(xiàn)本裝置前端在豎直面的上下振動(dòng)，提高了紙硬幣的分離速度，加快排出紙幣。

2.2 擋條的設(shè)計(jì)

傾斜的篩孔板雖加快了紙幣滑出的速度，但也增加了硬幣隨紙幣滑出的可能性，降低了紙硬幣分離的可靠性。因此，在篩分網(wǎng)的前端設(shè)計(jì)了擋條，進(jìn)一步提高了紙硬幣分離的準(zhǔn)確性與可靠性。設(shè)計(jì)過高的擋條可能會(huì)降低紙幣的排出速度，因此，結(jié)合實(shí)驗(yàn)選取擋條高度為10 mm。

2.3 篩孔的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)裝置篩孔較多為圓形，硬幣掉落慢的問題如圖2（a）所示，往往需要借助多次振動(dòng)才能掉落。本文設(shè)計(jì)的篩孔為矩形，如圖6（b）所示，掉落孔的面積占總面積的比例增加，提高了硬幣掉落的概率與速度。

圖2 傳統(tǒng)篩孔與本裝置的矩形篩孔對(duì)比示意圖

2.4 裝置整體三維設(shè)計(jì)

綜上所述，整體裝置三維設(shè)計(jì)和相關(guān)實(shí)物運(yùn)行的分離效果如圖3所示。

圖3 本文裝置的三維設(shè)計(jì)圖

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中，對(duì)本文裝置連續(xù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)選取15張紙幣和50枚硬幣。相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻截圖如圖4所示。本裝置的紙硬幣成功率基本上為100%.經(jīng)對(duì)比，本文所述裝置分離速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)人工，裝置能連續(xù)運(yùn)作，提高了實(shí)用性。

表1 紙硬幣分離時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)方法試驗(yàn)1試驗(yàn)2試驗(yàn)3 本文樣機(jī)分離時(shí)間/s1.71.92 手工分離時(shí)間/s5

4 總結(jié)

針對(duì)傳統(tǒng)紙硬幣分離速度較慢或成功率難以保證的問題，本文設(shè)計(jì)并制作了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、分離速度快、效果好的混合紙硬幣分離裝置，具有較好的市場推廣價(jià)值與前景。

［1］張雨萍.應(yīng)用于公交車的錢幣清分投幣機(jī)［J］.科技與創(chuàng)新，2016（15）：81.

［2］王博，陳震，魚自強(qiáng)，等.紙硬幣分離裝置的設(shè)計(jì)及推廣［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2016（16）：240.

［3］嚴(yán)武林，賀明明，周錦煜，等.智能化紙幣硬幣聯(lián)合分揀裝置［J］.輕工機(jī)械，2016，34（06）：73-76.

［4］鄧志豪.針對(duì)公交公司的錢幣分類整理裝置［J］.科技與創(chuàng)新，2016（15）：80.

［5］葉素娣，劉玉婷，賈冕茜，等.錢幣分離裝置：中國，CN201621422478.4［P］.2016-12-23.

南通大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”校內(nèi)培育項(xiàng)目（編號(hào)：28）；南通市應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：GY12016003）；2018年國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目紙硬幣快速分離裝置的設(shè)計(jì)（編號(hào)：201810304018Z）

2095－6835（2018）21－0047－02

TP391.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.047

趙南生（1967—），男，研究方向?yàn)闄C(jī)械裝備設(shè)計(jì)與制造。

〔編輯：張思楠〕