硬幣分類包裝裝置設計與實施

李鑫+劉漂+莊其鑫+冉亞煥

摘要：針對當前銀行、商場、公交汽車公司等部門在清點硬幣存在需要花費較大人力物力的問題，設計了一種通過硬幣直徑大小自動分揀硬幣的分選裝置。該裝置集分類、整理、計數、包裝于一體，主要由硬幣分揀裝置、收集裝置、分類包裝三部分構成。本裝置在設計過程中充分利用了模塊化設計理念，能夠快速高效地將五角和一元硬幣進行分類、整理。其優點在于造型緊湊；尺寸適中；成本低廉；工作精準高效；節省勞動力，不同于現有大型相關裝置；適用范圍更加廣泛。

Abstract： In view of that the current bank， shopping malls， bus companies and other departments in counting coins will take more manpower， a sorting device for automatic sorting coins by the diameter of coins is designed. The device integrates classifying， arranging， counting， and packaging. The utility model is mainly composed of three parts， a coin sorting device， a collecting device， and a classifying and package device. In the design process， the modular design concept is fully utilized， and the fifty cents coin and one yuan coin can be sorted and arranged quickly and efficiently. The utility model has the advantages of compact modeling， moderate size， low cost， accurate and efficient work， labor saving， different from the existing large-scale correlation device， and wider application range.

關鍵詞：分類；包裝；整理；計數；模塊化設計

Key words： classifying；packaging；arranging；counting；modular design

中圖分類號：TB482 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0108-02

0 引言

目前，國內的小面值貨幣流通領域內的硬幣分揀工作，大多是人工來完成，工作效率低，浪費勞動成本。因此，該設備的研制旨在改善這一狀況，有效地節約勞動成本，提高勞動生產率。近年來，節能減排政意識深入人心，硬幣使用的場合隨之增加，例如，公交車、自動售票機、自動售貨機等各種投幣機器。這些機器雖然給人們的生活帶來了方便，但也給分幣工作帶來了很大的挑戰，不僅工作效率低，還需要耗費大量的人力，物力和時間。所以本次的設計作品根據五角和一元硬幣直徑的不同以及滾筒導流原理，對一塊和五角硬幣進行簡單、高效地分類，代替了傳統的人工分幣方式，很大程度上節省了人力和時間，適用于中小型場合，使用范圍廣泛，不同于大型硬幣分類裝置的局限性。

1 工作原理及結構設計

產品由動力裝置，分類裝置，收集裝置和計數裝置組成。當系統工作時，動力系統由功率為為12W的電動機提供電能，利用開關以及減速裝置控制滾筒轉速，硬幣由進幣口進入至旋轉的六棱柱滾筒中。由于滾筒上開有直徑為22mm的孔（介于五角和一元直徑之間），可以將五角和一元硬幣進行分離，同時硬幣在分類導向漏斗的導向作用下，分別進入硬幣收集整理管中，硬幣收納整理管采用每隔20個硬幣厚度為一個計數單位，從而達到計數目的。當硬幣達到既定數量時可采用手動關閉動力系統裝置，抽出收納管并取出硬幣。

1.1 分離模塊

在圖1六棱柱篩選桶中，硬幣通過電機轉動，利用帶傳動在篩選桶中將一元五角硬幣分離。

分離模塊主要是通過為六棱柱篩選桶實現，篩選原理簡單，利用硬幣直徑不同進行篩選分離，每秒可分離硬幣150枚，通過回轉運動將硬幣分開。實際操作的可行性較高。

1.2 計數模塊

硬幣從篩選桶中分離進入導向擋板，最終進入硬幣收集管。硬幣收集管固定在可抽拉式擋板之上。利用導軌更加容易取出更換。

如圖2所示，為一元硬幣收集管，由于一元硬幣的厚度為1.85mm，故以20枚硬幣厚度為一個計數單位，當硬幣到達頂部計數口時為收集完成。有以下優點：材料為PVC管，物美價廉；能夠同時滿足計數包裝功能；多個計數管可以同時工作并且互不影響；開孔計數同時有利于觀察硬幣收集狀況。

1.3 收集模塊

當硬幣從篩選桶中進入到收集模塊，硬幣通過導向擋板作用進入到收集桶。如圖3所示，為收集擋板和收集桶，收集桶放在導向擋板正下方。收集擋板如圖3所示，具有結構較為簡單，容易加工成型；收集精度較高，不易出錯的優點。

2 模型建立與強剛度校核

2.1 模型

該硬幣分類包裝裝置由分離、收集和計數三部分裝置構成，并由三部分實現所需功能。分離裝置由六棱柱的篩選桶構成；收集模塊由直徑不同的圓柱桶構成；計數裝置由導向擋板和PVC管構成的篩選桶構成。

2.2 校核

由于本產品在強剛度方面，只有滾筒軸受力最為頻繁，故只對滾筒軸的強剛度進行校核。

軸長=530mm；軸徑=6mm。

①功用：軸的主要功能是支承回轉零件及傳遞運動和動力。

②這次投幣系統我們采用直軸、光軸、實心軸。

此軸可以把回轉運動靈活的傳到不開暢的空間位置，即有效地把力傳給六邊形圓柱滾筒，使其在15度的傾斜度下將五角硬幣篩出。

③此軸的材料采用304不銹合金鋼，綜合機械性能以及熱處理性能高，成本低，對應應力集中，敏感性高。

④軸的結構：軸向，周向定位。

1）彎曲剛度滿足撓度Ymax=■？燮[Y]

2）扭轉強度滿足扭轉角？準=■？燮[？準]

軸的支點在兩端，避免了應力集中。

在扭矩作用時光軸的強度計算：

T=9.55×106■

τT=■=■=26.53MPa<[τT]

⑤危險斷面的計算應力：

Mca=■

σca=■=■=78.62MPa？燮[σ-1]

按靜強度條件進行校核：靜強度校核的目的是評定軸對塑性變形的抵抗能力。

按疲勞強度精確校核：

Sca=■》S=1.62>1.5

僅受法向應力：

Sτ=■》S

僅受扭轉應力：

Sτ=■》S

S=1.4（載荷確定，材質性質較均勻）

因為僅受扭轉切應力，所以只需校核Sτ=1.72>1.4

故所選軸滿足要求。

3 總結

該裝置能夠對一元和五角硬幣進行有效的分離和整理，操作方便，工作穩定，提高了分幣工作效率。產品主體為不銹鋼制品，整體結構簡潔緊湊，通過分離滾筒分離不同體積的硬幣，整個篩分過程不需過多人工作業，機械化自動化程度高。此產品分離的原理也可以推廣至銀行，地鐵，公交等大量需要硬幣分離的場所。

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