離心篩網式電動硬幣區分器

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

摘 要：為了實現目前流通的三種硬幣的快速分揀、計數的目的，研制了一款硬幣分揀計數器。該機器利用電機帶動各個部分運轉，依據離心原理，使得硬幣有序、無重疊地通過特制的分揀滑道，實現硬幣的快速分離，利用光敏傳感器進行計數。經實驗表明，整機工作穩定、性能可靠、分揀速度可達300枚/分鐘。

關鍵詞：硬幣分揀；計數；結構設計；離心式

在人們日常生活中，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，清點硬幣又是一項繁瑣的工作。而市面上的硬幣清點裝置較少，且功能不健全[1]。在此基礎上，為了滿足市場需要，本文研究設計了用于解決上述問題的機器-離心式硬幣分揀計數器。

1 離心式硬幣分揀計數器的總體設計

1.1 應滿足的性能要求

該分揀計數器是一種集硬幣分揀、計數、收集為一體化的機械裝置，它應滿足的性能要求是將現行流通的三種面值硬幣進行準確快速的分離[2]。準確性達到96%；計數快速正確并顯示信息，正確率94%及以上；分揀速度能達到300枚/min；操作簡便，使用方便。

1.2 硬幣分揀計數器主要結構及工作原理

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

2 分揀計數器主要部件設計及技術參數確定

2.1 進給機構

這是分揀計數器的最主要部分，由步進電機和分揀圓盤組成。

2.1.1 分揀圓盤

同軸的分揀圓盤有上下兩個，規格尺寸相同，由步進電機驅動，實物圖如圖1所示，結構組成如圖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寬25mm、高3mm的通道，用來使混雜的硬幣排隊無重疊進入水平滑道。下盤開同樣的通道，用來使五角、一角混雜硬幣進入下一水平滑道[3]。兩個分揀圓盤采用PVC材料，3D打印制成，轉速設定為280r/min。

2.1.2 電機的選用

選用TB6600型步進電機，轉速設定為80r/min，用以驅動同軸的兩個圓盤旋轉。

2.2 分揀裝置

分揀裝置由分揀滑道和步進電機組成，分揀滑道的設計對硬幣分揀準確性影響較大[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的圓弧和長為120mm的鏤空直軌道組成，直軌道外框寬為22mm，滑道寬度21mm。鏤空部分為長度120mm，寬度為20.5mm的長方形，如圖3所示。下層分揀裝置由半徑為100mm的圓弧和長為120mm的鏤空直軌道組成，直軌道外框寬為22mm，滑道寬度20.5mm。鏤空部分為長度120mm，寬度為19.75mm的長方形[5]，如圖4所示。

2.2.2 電機的選用

由圖1可知需選用兩個直流電機分別驅動兩個皮帶輪使硬幣在滑道中移動，且因所受載荷較小，故選用FXD42BLDC-002C型電動機，完全滿足設計要求。

2.3 計數裝置

由三個光電傳感器組成，其組成為發射器、接收器、檢測電路和計數顯示器。其主要參數為：U：5VDC；I：100mA；Sn：3-50CM；直徑：18MM；傳感器長度：65MM；引線長度：150CM。

2.4 收集裝置

三個收集裝置安放在機架最底部，分別盛裝一元、五角和一角的硬幣。通過分揀計數后硬幣落入收集裝置內，可以人工拿取再進行包裝。

3 試驗結果及分析

為了驗證離心式硬幣分揀計數器能否在實際應用中達到設計要求，利用研制出的樣機進行了硬幣分揀計數性能測試。

從表1中看出，在5次試驗中，分揀效果最好的為第1次，最不理想的是第5次結果。其原因可能與機器的整體平穩性等有一定關系，需要進一步改進機件結構設計。但是5次試驗的平均值還是滿足設計目標要求的，分揀速度均值316枚/min、準確率均值97.2%、計數正確率均值94.2%。

4 結束語

本文論述了離心式硬幣分揀計數器的結構及工作原理，并確定了主要部件技術參數（型號），利用研制出的樣機進行了硬幣分揀計數性能測試。通過多次試驗證明該裝置的實用與可靠性。其特點有準確率高，分揀速度快和操作方便的特點。試驗結果表明：分揀計數器的分揀速度可達300枚/min、準確率97%以上，符合設計要求，計數正確率94%以上，達到了設計目標。

參考文獻

[1]林洪貴.基于分離盤的硬幣清分機實例介紹[J].現代商貿工業，2007，19（9）：280-281.

[2]熊建昌，肖悅，楊毅，等.分層多滑道式硬幣分類清點裝置的設計與開發[J].科技廣場，2016，9：185-188.

[3]楊可楨.機械設計基礎（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4]許恒.全自動硬幣分揀機構設計[J].科技創新導報，2011，18：11.

[5]宋寶玉.機械設計課程設計指導書[M].北京：高等教育出版社，2011.

作者簡介：林思遠，男，大學本科，主要研究方向：交通運輸、零部件設計。

*通訊作者：施繼紅，主要研究方向：交通運輸工程、機械設計。