硬幣分類包裝裝置設(shè)計(jì)與實(shí)施

李鑫+劉漂+莊其鑫+冉亞煥

摘要：針對(duì)當(dāng)前銀行、商場(chǎng)、公交汽車公司等部門在清點(diǎn)硬幣存在需要花費(fèi)較大人力物力的問題，設(shè)計(jì)了一種通過硬幣直徑大小自動(dòng)分揀硬幣的分選裝置。該裝置集分類、整理、計(jì)數(shù)、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(gòu)成。本裝置在設(shè)計(jì)過程中充分利用了模塊化設(shè)計(jì)理念，能夠快速高效地將五角和一元硬幣進(jìn)行分類、整理。其優(yōu)點(diǎn)在于造型緊湊；尺寸適中；成本低廉；工作精準(zhǔn)高效；節(jié)省勞動(dòng)力，不同于現(xiàn)有大型相關(guān)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(guān)鍵詞：分類；包裝；整理；計(jì)數(shù)；模塊化設(shè)計(jì)

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

中圖分類號(hào)：TB482 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）22-0108-02

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)的小面值貨幣流通領(lǐng)域內(nèi)的硬幣分揀工作，大多是人工來完成，工作效率低，浪費(fèi)勞動(dòng)成本。因此，該設(shè)備的研制旨在改善這一狀況，有效地節(jié)約勞動(dòng)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。近年來，節(jié)能減排政意識(shí)深入人心，硬幣使用的場(chǎng)合隨之增加，例如，公交車、自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)等各種投幣機(jī)器。這些機(jī)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(zhàn)，不僅工作效率低，還需要耗費(fèi)大量的人力，物力和時(shí)間。所以本次的設(shè)計(jì)作品根據(jù)五角和一元硬幣直徑的不同以及滾筒導(dǎo)流原理，對(duì)一塊和五角硬幣進(jìn)行簡(jiǎn)單、高效地分類，代替了傳統(tǒng)的人工分幣方式，很大程度上節(jié)省了人力和時(shí)間，適用于中小型場(chǎng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

產(chǎn)品由動(dòng)力裝置，分類裝置，收集裝置和計(jì)數(shù)裝置組成。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)由功率為為12W的電動(dòng)機(jī)提供電能，利用開關(guān)以及減速裝置控制滾筒轉(zhuǎn)速，硬幣由進(jìn)幣口進(jìn)入至旋轉(zhuǎn)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(jìn)行分離，同時(shí)硬幣在分類導(dǎo)向漏斗的導(dǎo)向作用下，分別進(jìn)入硬幣收集整理管中，硬幣收納整理管采用每隔20個(gè)硬幣厚度為一個(gè)計(jì)數(shù)單位，從而達(dá)到計(jì)數(shù)目的。當(dāng)硬幣達(dá)到既定數(shù)量時(shí)可采用手動(dòng)關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用帶傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)，篩選原理簡(jiǎn)單，利用硬幣直徑不同進(jìn)行篩選分離，每秒可分離硬幣150枚，通過回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將硬幣分開。實(shí)際操作的可行性較高。

1.2 計(jì)數(shù)模塊

硬幣從篩選桶中分離進(jìn)入導(dǎo)向擋板，最終進(jìn)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(dǎo)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(gè)計(jì)數(shù)單位，當(dāng)硬幣到達(dá)頂部計(jì)數(shù)口時(shí)為收集完成。有以下優(yōu)點(diǎn)：材料為PVC管，物美價(jià)廉；能夠同時(shí)滿足計(jì)數(shù)包裝功能；多個(gè)計(jì)數(shù)管可以同時(shí)工作并且互不影響；開孔計(jì)數(shù)同時(shí)有利于觀察硬幣收集狀況。

1.3 收集模塊

當(dāng)硬幣從篩選桶中進(jìn)入到收集模塊，硬幣通過導(dǎo)向擋板作用進(jìn)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(dǎo)向擋板正下方。收集擋板如圖3所示，具有結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，容易加工成型；收集精度較高，不易出錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。

2 模型建立與強(qiáng)剛度校核

2.1 模型

該硬幣分類包裝裝置由分離、收集和計(jì)數(shù)三部分裝置構(gòu)成，并由三部分實(shí)現(xiàn)所需功能。分離裝置由六棱柱的篩選桶構(gòu)成；收集模塊由直徑不同的圓柱桶構(gòu)成；計(jì)數(shù)裝置由導(dǎo)向擋板和PVC管構(gòu)成的篩選桶構(gòu)成。

2.2 校核

由于本產(chǎn)品在強(qiáng)剛度方面，只有滾筒軸受力最為頻繁，故只對(duì)滾筒軸的強(qiáng)剛度進(jìn)行校核。

軸長(zhǎng)=530mm；軸徑=6mm。

①功用：軸的主要功能是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

②這次投幣系統(tǒng)我們采用直軸、光軸、實(shí)心軸。

此軸可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(jī)械性能以及熱處理性能高，成本低，對(duì)應(yīng)應(yīng)力集中，敏感性高。

④軸的結(jié)構(gòu)：軸向，周向定位。

1）彎曲剛度滿足撓度Ymax=■？燮[Y]

2）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度滿足扭轉(zhuǎn)角？準(zhǔn)=■？燮[？準(zhǔn)]

軸的支點(diǎn)在兩端，避免了應(yīng)力集中。

在扭矩作用時(shí)光軸的強(qiáng)度計(jì)算：

T=9.55×106■

τT=■=■=26.53MPa<[τT]

⑤危險(xiǎn)斷面的計(jì)算應(yīng)力：

Mca=■

σca=■=■=78.62MPa？燮[σ-1]

按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核：靜強(qiáng)度校核的目的是評(píng)定軸對(duì)塑性變形的抵抗能力。

按疲勞強(qiáng)度精確校核：

Sca=■》S=1.62>1.5

僅受法向應(yīng)力：

Sτ=■》S

僅受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：

Sτ=■》S

S=1.4（載荷確定，材質(zhì)性質(zhì)較均勻）

因?yàn)閮H受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，所以只需校核Sτ=1.72>1.4

故所選軸滿足要求。

3 總結(jié)

該裝置能夠?qū)σ辉臀褰怯矌胚M(jìn)行有效的分離和整理，操作方便，工作穩(wěn)定，提高了分幣工作效率。產(chǎn)品主體為不銹鋼制品，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，通過分離滾筒分離不同體積的硬幣，整個(gè)篩分過程不需過多人工作業(yè)，機(jī)械化自動(dòng)化程度高。此產(chǎn)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(chǎng)所。

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