新型硬幣分揀包裝機的設計

郝志偉 劉思聰 程亞亞 田時勇 尚豪華 馬志浩

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.068

摘 要：該文設計的新型硬幣分揀包裝機，可解決現有硬幣清分機存在的無法包裝、分揀效率低、易出錯、包裝計數不準確等問題。新型硬幣分揀包裝機基于不同面值的硬幣直徑及厚度不相同的特點，利用分揀機構、集幣機構、包裝機構，實現大量硬幣的高效分類、清點和包裝，可以一次性實現硬幣的分揀、計數、包裝多方面需求，實現硬幣分揀包裝自動化，降低人工成本。

關鍵詞：硬幣 計數 自動化 分揀包裝

中圖分類號：TH69 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0068-03

目前硬幣以其成本低、流通次數多、耐磨損、易回收等無可替代的優勢廣泛流通。日常生活中，越來越多的人在乘坐公交車時投放硬幣，在滿足人們方便的同時，大量硬幣的投放造成了公交公司清點難的難題。據調查，一家公交公司平均每天收進硬幣20余萬，而公交公司采用的是典型的手工分揀包裝方式，面對大量的硬幣，手工分揀、包裝明顯不能滿足要求，不僅勞動力成本高且效率低下。然而，現有的硬幣清分機是利用離心力將硬幣從轉盤分離出來，再通過集幣袋將硬幣收集。缺點是：需要二次投放硬幣來分揀出不同面值的硬幣，不僅沒有對硬幣進行定量的包裝，而且分揀效率不高、易出錯，不能對硬幣進行準確計數。故針對這一問題，筆者設計了這款集分揀、計數與包裝于一體的新型硬幣分揀包裝機。

1 整體分析

該新型硬幣分揀包裝機主要實現了不同面值硬幣的分類、計數和定量包裝。通過分揀機構—— 轉盤和分揀軌道，實現硬幣的初步分離，再利用集幣機構進行堆幣和計數，最后通過包裝機構完成包裝紙側面開口塑封以及下端開口的塑封和剪斷。此發明基于不同硬幣直徑大小不同的特點，巧妙利用離心原理和各種機構的特性，實現了大量硬幣的高效分類、清點和簡單包裝，不僅人工成本低，又一次性實現了硬幣的分揀、計數、包裝多方面需求，具有價格低、易操作、占地小、運輸便利等優勢。

硬幣分揀包裝機主要功能是實現硬幣的分類、計數、包裝。總體來看，可分為3層。第一層分揀機構，利用轉盤和分揀軌道將不同幣值分類，收集在3個集幣筒內；第二層集幣機構，用集幣筒接收來自上一層機構的硬幣，通過光電門進行計數，再利用槽輪機構將集幣筒內的幣一個個送至包裝機構；第三層包裝機構，利用正弦機構帶動包裝紙下移，利用凸輪機構對包裝紙進行塑封，從而完成硬幣處理的全部過程。

2 結構設計

2.1 分揀機構

分揀機構如圖2所示，包括轉盤和分揀軌道，主要功能是實現硬幣的分類。電機帶動轉盤勻速轉動，轉盤中待分揀的硬幣運動到擋環位置，由于受到阻力陸續掉入分揀軌道。分揀軌道由梯形擋板、分離板、擋塊和硬幣擋板組成。梯形分揀軌道上設有3個依次增大的分幣卡槽，利用不同面值硬幣之間的直徑差異，使得硬幣通過分離板的時候從相應的位置掉下到集幣筒中。

由于硬幣是在自身重力的作用下下落，所以傾斜軌道分離板傾斜角度對硬幣的下落影響最大。為了確定傾角的大小，假設硬幣與滑道之間為純滑動，則硬幣能夠下滑的條件為：

故

而硬幣與鋁件之間的摩擦系數

出于安全考慮，由于滑道與硬幣之間不止存在滑動摩擦，亦有滾動摩擦，而滾動摩擦的阻力小于滑動摩擦，則20°可以保證硬幣在滑道上下滑，同時具有一定初速度。

2.2 集幣機構

卡槽的下端接有3個圓筒用來堆幣（如圖3所示），在圓筒上方安裝有光電門對硬幣進行計數。接下來控制計數，當計數達到設定的幣數時，通過執行單片機編好的程序，槽輪機構帶動切幣盤間歇轉動，進行切幣，并為硬幣的定量包裝做準備。

集幣機構主要由槽輪機構及集幣筒等構成。槽輪機構是由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機構。它可以將主動件電機的連續轉動轉換成從動件輸幣盤的帶有停歇的單向周期性轉動。槽輪機構的結構簡單，外形尺寸小，機械效率高，并能較平穩地、間歇地進行轉位。用槽輪機構可以使輸幣盤實現間歇轉動。

2.3 包裝機構

包裝機構（如圖4所示）主要實現的功能有：（1）包裝紙的下移和側面開口塑封；（2）包裝紙下端塑封剪斷。

包裝紙的下移和側面開口塑封：首先將包裝紙包在包裝筒外，利用正弦機構（如圖5所示）帶動包裝紙下移，用推桿推動硬幣和包裝紙向下移動，運用機械原理課程中學到的凸輪機構，帶動加熱條和壓板相互作用，瞬時溫度達到132 ℃，完成包裝紙側面開口塑封。

包裝紙下端塑封剪斷：包裝紙下端的封口，還是通過凸輪機構（如圖6所示）帶動加熱條和壓板反向作用，對包裝紙下端進行塑封。在壓板上安裝刀片，進而在塑料紙下端塑封后對它進行剪斷。

3 新型硬幣分揀包裝機創新點

通過一個凸輪機構和彈簧的共同作用，實現壓條的雙向移動，進行包裝紙下端的塑封、剪斷。

用槽輪機構帶動切幣盤間歇轉動，為硬幣的定量包裝做準備。

通過轉盤和傾斜軌道實現了不同面值硬幣的一次性分離。

4 結語

該新型硬幣分揀包裝機根據直徑的大小對硬幣進行分類，可以實現不同幣值快速、準確的分類，還可以對其進行計數和簡單包裝，能處理現在市面上流行的1角、5角、1元3種面值的硬幣，包裝速度可達每分鐘15袋左右（30枚/袋）。隨著硬幣流通量的增加以及公交、銀行系統自動化程度要求愈來愈高，該機具有良好的市場前景。

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