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计数型硬币分离机研制

2017-04-06江伟马世涛章国勇张涛涛

中国科技纵横 2016年23期
关键词:清点硬币整理

江伟++马世涛++章国勇++张涛涛++龙跃成++王芝伟

【摘 要】依据硬币直径大小和硬币重量的异同可将不同直径的硬币加以分类,整理,再利用计数器对硬币进行清点。对计数型硬币分离机的自动分类、清点、整理系统的组成、工作原理及控制技术做了详细的分析。通过采用透明塑料板进行加工、试验,基本上定出该硬币自动分类器的关键尺寸,且能达到高效区分效率。通过对硬币自动分类的研制,实现了硬币自动分类、清点功能,且具有较高的区分效率和稳定性,达到了预期目标。

【关键词】硬币 分类 清点 整理

生活中硬币由人工分类、清点、包装是工作非常大的工作,且因效率低、速度慢,造成了人力资源的浪费。硬币伴随着人们的生活,在超市、公交车公司、火车站自动售票机等地方大量集中,因此用机械清点并包装硬币将提高硬币分类、清点、整理的效率,也能有效减轻人的工作量,有更多的时间可以分配。也会使硬币的处理更加的快速,充分地解决了现实生活中因硬币流通量逐步增大而带来的难分类、清点和整理的问题。与国内部分人研究的同类产品相比,这款硬币分类、清点、整理装置技术设计相对简单,分类整理效率高,价格低廉等优势,这款设计一定会方便那些大量使用硬币场合的用户。

1 工作流程

依据硬币直径大小和硬币重量的异同可将不同直径的硬币加以分类,整理,再利用计数器对硬币进行清点。其工作流程如图1所示。

将混合硬币放入分离筛,通过第一面分离筛,可实现将1元面值的硬币分离出来;通过第二面分离筛,可实现将0.5元和0.1元面值的硬币分离出来。至此三种硬币实现了分类。然后将分离出的硬币落在转动皮带上,利用计数器对硬币进行清点整理。

2 结构设计

2.1 第一面分离筛

硬币分离的基本原理是依据不同硬币的直径的大小的差异,实现对硬币的区分。这是大多数硬币分离机构研制的主要方法,我们也使用了这种易区分且高效的方法。目前,市面上流通的第五套人民币三种不同面值硬币的直径和重量如表1 所示。

经过多次试验我们发现分离筛的孔径的大小影响硬币分离的效率以及硬币区分的精度,所以分离区不同的孔径的大小要控制在一定的范围,来实现稍小于孔尺寸的硬币能够顺利落下,而直径大于孔径的硬币得以区分,达到自动区分的目的,分离机结构图如图2所示。

2.1.1 (1元)第一面分离筛

分离筛上分布着许多直径为22.0mm的孔,通过电动机带动分离筛振动来控制硬币下滑的速度,0.1元和0.5元硬币会直接通过分离筛上的圆孔落到第二面分离筛,实现对1元的区分。而0.5元和1.0元硬币则会在第二面分离筛进行分类。

2.1.2 (0.5元)第二面分离筛

从第一面分离筛落到第二面分离筛上的硬币包含0.5元和0.1元硬币。分离筛上错布着直径为19.4mm的孔,此时直径小于19.4mm的硬幣从孔落下,进入第三面分离筛。而直径大于19.4mm的0.5元硬币顺着分离筛进入清点整理区。

2.1.3 第三面分离筛

第三面分离筛是收集第二面分离筛落下的0.1元硬币,并对分离后的0.1元硬币进行清点整理。

2.2 清点区

清点区主要由传送带和计数器组成,下落的硬币落到高速转动的传送带上,经过电子计数器完成清点工作,分离机清点装置图如图3所示。

2.3 收集整理区

收集整理区是由传送带将清点好的硬币收集箱对硬币进行整理。

3 加工及试验

3.1 材料的选择

硬币依靠自身的重量滑落到收取区中,对硬币自动分离器的材料的平面度以及刚度要求也较高。

3.1.1 材料类型的选择

结合实现产品功能以及加工工艺等诸多方面考虑,选择透明塑料亚克力板作为分离器的材料,利用该材料既可以满足性能要求又给我们的加工带来便利。

3.1.2 材料厚度的选择

加工过程中,首先用透明塑料亚克力板的厚度为5mm,用胶粘结接后可以避免分离筛的弯曲变形,其平面度也好。但钻孔后透明塑料板会因为分离筛上孔太多而影响其刚度条件,会使试验效果受到影响。第二次加工把整体厚度提高到8mm,同时保证了工件的平面度与刚度,达到良好的试验效果。在经济性的前提下,提高透明塑料板的厚度可最大可能的提高其刚度,使其满足刚度条件。

3.2 分离筛倾斜角度的确定

利用以上数据,加工出成品进行试验。具体试验方法如下:

取90个硬币(每种币值各30个),将加工好的分离筛以一定的角度倾斜放置,并固定好。然后将混合好的硬币从入币口放入第一面分离筛,观察其分离效果,并记录其倾斜角度。结果发现,在8-14°左右,硬币分离效果达到分离要求。

3.3 分离筛上孔径的确定

各分离区孔径的大小将直接影响分离器分离效果,对于孔径的设计必须进行严格的实验。

以1.0元分离区上的孔为例,项目组在试验板上钻出一系列孔径不一且呈递增趋势的孔,孔径分别为:21mm、21.5mm、21.8mm、22mm、23mm。通过多次实验,发现孔径在22mm 的时候硬币区分效率最高,能高效地将壹元硬币与其它两种硬币区分开来。用同样的方法确定出0.5元分离区孔径为19.4mm。

3.4 电动机的确定

由于电动机要带动分离筛振动以及计数区的三个带传动机构,所需转矩较大,转速也比较快,因此选用较大型号交流电动机,经查阅相关资料,项目组最终选择电动机型号为YS7124系列三相异步电动机(370W)。

3.5 计数器的确定

采用光电感应计数器,用红外点光源,计数器部分由接收电路、电压放大整形电路、光电耦合器、CD4518等组成,经过译码器的译码,最后通过显示器显示计数结果。其电路简单、可靠,可以实现0—99的计数显示。

光电计数器采用红外感应器件,或者光电对射器件,其计数范围发散,不适合体积大的固件计数。该计数器成本低,价格便宜,性能可靠,稳定性高,抗干扰能力强,计数方向明确,也可对大体积固件计数,能够满足现代生产和生活的需要。

光电计数器系统的结构组成系统电路主要由接收电路、信号放大电路、波形整形电路、计数器、译码器、显示器、控制电路等组成。

3.6 加工方式的选择

由于该硬币自动分类器中孔数比较多,而且在滑槽处直要求精确0.1mm,为保证加工精度采用激光切割,使误差控制在允许范围之内。

3.7 方案的创新点

3.7.1 分离筛

采用一元分离筛、五角分离筛、一角收集筛、曲柄、连杆、皮带、电动机。电动机带动皮带进而带动曲柄摇杆机构中的连杆使分离筛上下摆动,硬币随分离筛不同的直径能得到充分的分离;分离好的硬币随分离筛滑到右边,由传送带传送到电子计数器处清点、整理。

3.7.2 区分孔径效率高

分离筛中设置了许多不同孔径的高精度孔,以实现稍小于孔尺寸的硬币由孔落下,而大于孔径的硬币得到区分。孔的大小控制在一定范围内,孔的大小影响硬币的区分精度和区分效率。

3.7.3 清点计数装置

清点区主要由传送带和光电计数器组成,下落的硬币落到转动的传送带上,实用性强;经过计数器完成清点工作,精准度高。

3.8 试验小结

通过采用透明塑料板进行加工、试验,基本上定出该硬币自动分类器的关键尺寸,且能达到高效区分效率。为了提高硬币分离机的使用寿命,项目组下一步将选用刚性好,摩擦系数较小的不锈钢材料作为硬币分离机构的滑道材料,分离机整体装配效果图如图4所示。

4 结语

通过对硬币自动分类的研制,实现了硬币自动分类、清点功能,且具有较高的區分效率和稳定性,达到了预期目标。但由于研制时间有限,使得该硬币自动分类器在造型和功能上还存在不足。今后,项目组将对产品结构进行优化,缩小产品体积。此外,还将增加包装等功能,使其能应用于公交车公司、超市、火车站等更多场合。以减轻人工分类、清点、整理各类硬币的劳动强度,解决生活中因硬币流通量逐步增大而带来的难清点和整理的问题。

参考文献:

[1]濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计(第九版)[M].北京:高等教育出版社,2012.

[2]唐建成,葛金印.机械制图及CAD基础 [M].北京:北京理工大学出版社,2013.

[3]肖丽英.YB50全自动硬币计数、包卷机的研制[J].包装工程,2003.3.

[4]黄敏,朱晓林,沈颖,童俊炜,吴海东.硬币自动分类器的研制[J].机电产品开发与创新,2013.11.

[5]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2001.

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