紙硬幣快速分離裝置的設計與開發＊

唐晶，張乃，袁暢，袁培龍，顏疆灣，牛浩，張磊，趙南生

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紙硬幣快速分離裝置的設計與開發＊

唐晶1，張乃1，袁暢3，袁培龍1，顏疆灣1，牛浩1，張磊1，趙南生2

（1.南通大學機械工程學院，江蘇 南通 2260192；2.南通大學工程訓練中心，江蘇 南通 226019； 3.南通大學電氣工程學院，江蘇 南通 226019）

針對傳統紙硬幣分離速度較慢或成功率難以保證的問題，設計開發了一種紙硬幣快速分離裝置。該裝置采用篩網式清分結構，篩網整體呈傾斜狀態，并采用前端上下振動的方式。為了防止紙幣卡在篩孔中，設計了吹風機構。為防止硬幣下滑速度過快，進而隨紙幣一起滑出篩網，在篩網的前端設計了擋條。分離后的紙幣在篩網的抖動以及吹風的雙重作用下滑出篩網，而硬幣則從篩孔掉落。實驗結果表明，該裝置分離速度快、成功率高、可靠性高。

錢幣處理；電子貨幣；紙幣；硬幣

雖然電子貨幣較為流行，但銀行、公交系統等單位仍然存在大量人工處理錢幣的情況，紙硬幣分離的速度仍然較慢或成功率難以保證。

武漢理工大學的張雨萍設計的一種在公交車上分離混雜錢幣的裝置[1]是依靠毛刷來判斷紙硬幣的分離，該場合下的分離成功性難以保證；西安石油大學王博等人設計的紙硬幣分離裝置[2]對紙硬幣進行分離后，紙幣仍然殘留在裝置上，需操作人工二次分揀；華東理工大學研發的裝置[3]依靠特制的傾斜滾筒對混合紙硬幣進行分離，筒表面錯落布置孔洞，使得硬幣從孔洞漏出，紙幣下滑，而為了使紙幣快速下滑，增加傾斜度，這將導致硬幣隨紙幣一起滑出；武漢理工大學針對公交公司的錢幣分類整理裝置[4]在其裝置的側面，利用風扇將紙幣吹出，但該裝置僅針對于紙幣數量較少的情況，一旦大批量傾倒紙硬幣，依舊會發生堆積；蕪湖職業技術學院設計的錢幣分離裝置[5]對裝置的連續運作也進行了相應的改進，但所述的篩孔為圓形只稍大于一元硬幣，硬幣掉落慢。基于以上問題，本文從紙硬幣分離的效率、裝置的可靠性和連續運作等多方面進行改進，設計并制作了一種混合紙硬幣快速分離裝置。

1 設計目標與分離原理

1.1 設計目標

能根據紙幣和硬幣在形狀、材質、質量上的區別，對2種貨幣進行快速分離，從而避免出現當前紙硬幣分離普遍較慢或分離不徹底的問題。

1.2 分離原理

硬幣小而重，均為圓餅形；紙幣大而輕。常見的混合紙硬幣分離為篩網式分離，但靠篩網本身紙幣仍易殘留在篩網上。本文的設計通過適當地振動外加吹風，可避免紙幣堆積以及紙硬幣纏在一起，使硬幣快速從篩孔中掉落，紙幣從左側（前端）排出，如圖1所示。

圖1 篩網分離原理示意圖

2 結構設計

2.1 上下振動機構

上下振動由曲柄搖桿機構實現，利用曲柄搖桿中搖桿的來回擺動，實現本裝置前端在豎直面的上下振動，提高了紙硬幣的分離速度，加快排出紙幣。

2.2 擋條的設計

傾斜的篩孔板雖加快了紙幣滑出的速度，但也增加了硬幣隨紙幣滑出的可能性，降低了紙硬幣分離的可靠性。因此，在篩分網的前端設計了擋條，進一步提高了紙硬幣分離的準確性與可靠性。設計過高的擋條可能會降低紙幣的排出速度，因此，結合實驗選取擋條高度為10 mm。

2.3 篩孔的設計

傳統裝置篩孔較多為圓形，硬幣掉落慢的問題如圖2（a）所示，往往需要借助多次振動才能掉落。本文設計的篩孔為矩形，如圖6（b）所示，掉落孔的面積占總面積的比例增加，提高了硬幣掉落的概率與速度。

圖2 傳統篩孔與本裝置的矩形篩孔對比示意圖

2.4 裝置整體三維設計

綜上所述，整體裝置三維設計和相關實物運行的分離效果如圖3所示。

圖3 本文裝置的三維設計圖

3 實驗與結果

實驗中，對本文裝置連續進行3次試驗，每次試驗選取15張紙幣和50枚硬幣。相關試驗數據如表1所示。相關實驗視頻截圖如圖4所示。本裝置的紙硬幣成功率基本上為100%.經對比，本文所述裝置分離速度遠遠快于傳統人工，裝置能連續運作，提高了實用性。

表1 紙硬幣分離時間實驗結果

實驗方法試驗1試驗2試驗3 本文樣機分離時間/s1.71.92 手工分離時間/s5

4 總結

針對傳統紙硬幣分離速度較慢或成功率難以保證的問題，本文設計并制作了一種結構簡單、成本低廉、分離速度快、效果好的混合紙硬幣分離裝置，具有較好的市場推廣價值與前景。

［1］張雨萍.應用于公交車的錢幣清分投幣機［J］.科技與創新，2016（15）：81.

［2］王博，陳震，魚自強，等.紙硬幣分離裝置的設計及推廣［J］.山東工業技術，2016（16）：240.

［3］嚴武林，賀明明，周錦煜，等.智能化紙幣硬幣聯合分揀裝置［J］.輕工機械，2016，34（06）：73-76.

［4］鄧志豪.針對公交公司的錢幣分類整理裝置［J］.科技與創新，2016（15）：80.

［5］葉素娣，劉玉婷，賈冕茜，等.錢幣分離裝置：中國，CN201621422478.4［P］.2016-12-23.

南通大學“挑戰杯”校內培育項目（編號：28）；南通市應用研究計劃項目（編號：GY12016003）；2018年國家級大學生創新訓練項目紙硬幣快速分離裝置的設計（編號：201810304018Z）

2095－6835（2018）21－0047－02

TP391.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.047

趙南生（1967—），男，研究方向為機械裝備設計與制造。

〔編輯：張思楠〕