旋轉式振動錢幣分選裝置的設計與研究

葉遠堅

（南寧職業技術學院，廣西南寧，530007）

0 前言

錢幣在中國使用的歷史源遠流長，殷商時代就出現了錢幣。現代的錢幣不僅有金屬錢幣，還有紙錢幣和電子錢幣。本文設計的設備分選對象是金屬錢幣。

金屬錢幣具有的特點：

一是鑄造的錢幣耐磨損，故使用年限遠超于紙幣。通過當前工藝水平制造的1枚硬幣，可以流通數萬次，使用時間長，而1張紙質貨幣只能流通數百次左右，紙質貨幣壽命只達到鑄造錢幣形式的貨幣壽命1/100.同為一元面額的鑄造錢幣形式的貨幣和紙質形式的貨幣10年投入運營的成本比較為1∶15.

二是鑄造錢幣形式的貨幣（硬幣）比紙質形式的貨幣（紙幣）更易于識別使用，硬幣多在公交車售票機、地鐵售票機，汽車停車場智能繳費機、公用電話和自動售貨機等設備大量應用。

三是硬幣多是金屬材質，而紙幣是紙質材質，硬幣的面積比紙幣面積小。容易凈化流通環節，減少細菌傳播。不少病菌可以通過紙幣作為媒介來傳播的，硬幣就比紙幣好很多。硬幣可以使用設備來對其進行檢查殘缺、清洗消毒等，然后再次投入市場，紙質貨幣則很難進行清洗。

四是硬幣流通時間長，利于節省自然資源。硬幣完成流通后還可回收重鑄，其價值損失不大。

基于金屬錢幣（硬幣）的以上特點，本文利用旋轉分離原理和振動原理制作了一款硬幣分選裝置，分選簡單快捷、方便使用。

1 硬幣分選機的發展概況

在國內外現有研究中，硬幣分選所使用的清分方法上主要有兩大類,一類是根據物理技術進行清分,另一類是根據性能指標進行清分[1]。根據現有方法，目前國內外研制的硬幣清分機產品大致包括三類：低檔清分機（清分速度1 000枚/min以下）、中檔清分機（清分速度1 000～1 500枚/min左右）、高檔清分機（清分速度1 500枚/min以上）。

本文設計的旋轉式振動錢幣分選裝置（下文簡稱本裝置）是通過物理技術進行清分的，利用不同硬幣尺寸不同、厚度不同的物理性質進行設計。

2 旋轉式振動錢幣分選機設計

2.1 分選原理

本裝置主要針對我國國內現在流通最多的三種硬幣進行清分。三種不同幣值的錢幣進行測量后如表1所示:

表1 我國現行流通的硬幣的重量和直徑參數表

通過上表比較得知，一元硬幣重量在6 g左右，直徑大約在24.32 mm，厚度比其它幣值的硬幣厚一點，不同年份的錢幣稍有不同；五角錢幣的重量為3.8 g左右，直徑大約20.35 mm；一角硬幣的質量在3.20 g左右，直徑大約是 19.00 mm.本文設計的裝置是根據以上三種硬幣直徑及厚度的不同來進行清分。

2.2 結構設計

本裝置由內分離盤、外振動盤、清分軌道、底座等部分組成。首先將各種混合的硬幣倒入內分離盤，通過內徑旋轉電機旋轉，使不同厚度的硬幣從內分離盤依次甩出至外振動盤，外徑振動電機產生振動，將硬幣振向清分軌道。清分軌道開有三種硬幣直徑大小的孔，當不同直徑的硬幣通過清分軌道后，就會掉入相應孔徑的槽內，從而達到清分收集的目的。由于有重量、旋轉速度和振動頻率等限制，一次不能加入過多的硬幣，容易引起本裝置的堵塞。此處的改進措施是：在前部加入漏斗，通過控制進幣速度，防止一次性進幣太多而導致內分離盤負擔過大而引起的分離不流暢、振動盤過重導致振動不足等問題。進幣速度可以自由設計，本裝置設置低速、中速、高度三個檔位的進幣速度。

圖1 旋轉式振動錢幣分選裝置

2.3 分選流程

這里用一角錢幣來進行舉例，說明硬幣的分選流程。本裝置設計的一角錢幣的孔徑是20 mm，當設備啟動時，通過內徑旋轉電機使一角錢幣從對應的孔內被甩出，然后利用外徑振動電機進行振動，使其掉入清分軌道相應的卡槽內，通過卡槽時利用光電開關傳感器對其進行計數，并通過數碼管顯示相應的錢數。其他兩種錢幣的分選流程與一角錢幣一樣,這里不作重復介紹。具體分選流程如圖2所示。

圖2 旋轉式振動錢幣分選系統流程圖

2.4 清分軌道的設計

本裝置分選一角錢幣時，設計的分離孔徑尺寸為20 mm，比一角錢幣直徑略大1 mm，比其它幣值的錢幣直徑都要小。依次類推，五角錢幣的孔徑設計尺寸為21 mm，一元錢幣的孔徑設計尺寸為26 mm.清分軌道按照一角、五角、一元三種錢幣的設計尺寸進行開孔，當混合的硬幣通過振動落入清分軌道時，就對落入相應孔徑的槽內，從而進行分選。

2.5 硬幣的計數

本裝置是利用光電開關傳感器對硬幣進行計數。計數裝置是用光電開關作為檢測元件。將檢測到的信號反饋到可編程控制器上，通過計算后再在數碼管上顯示出來。

3 控制核心選用

為了滿足上述系統的正常工作,本文采用西門子可編程控制器進行控制。

由于結構簡單，控制設備少，采用可編程控制器穩定性好，但是價格相對采用單片機進行設計開發要貴一些，因此，后期可以進行基于單片機的旋轉振動錢幣分選機的設計與研究。

4 控制方案簡介

本裝置控制方案設計如下：首先啟動電源，按下復位按鈕，對系統進行復位（如果沒有按下復位鍵，數碼管上還會顯示上次的數量，將在此基礎上繼續進行累加），按下開始按鈕，首先是內分離盤旋轉電機啟動，接著是外分離盤振動電機啟動，倒入硬幣后，開始分選，硬幣通過光電開關傳感器開始計數,如果中途按下暫停按鈕,則內分離盤旋轉電機和外分離盤振動電機停止工作。按下繼續按鈕,則系統繼續運行,直到所有的硬幣完成清分，當按下停止按鈕，整個系統運行結束。

5 結論

本機利用旋轉離心力把錢幣從內分離盤旋轉到外分離盤，然后在外徑和導軌利用振動原理，把錢幣分選出來。實踐證明，單獨利用離心力進行清分很容易出現卡機的現象，結合外分離盤及清分軌道的振動，可以有效的防止卡機現象的出現。本裝置根據錢幣直徑的大小不同對硬幣進行分選，可以實現對國內現行錢幣快速準確按幣值進行分選，結構設計簡便、分選結果準確、使用簡單可靠、維護簡便快捷。