郝志偉 劉思聰 程亞亞 田時勇 尚豪華 馬志浩

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.068

摘 要：該文設(shè)計的新型硬幣分揀包裝機(jī)，可解決現(xiàn)有硬幣清分機(jī)存在的無法包裝、分揀效率低、易出錯、包裝計數(shù)不準(zhǔn)確等問題。新型硬幣分揀包裝機(jī)基于不同面值的硬幣直徑及厚度不相同的特點，利用分揀機(jī)構(gòu)、集幣機(jī)構(gòu)、包裝機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)大量硬幣的高效分類、清點和包裝，可以一次性實現(xiàn)硬幣的分揀、計數(shù)、包裝多方面需求，實現(xiàn)硬幣分揀包裝自動化，降低人工成本。

關(guān)鍵詞：硬幣 計數(shù) 自動化 分揀包裝

中圖分類號：TH69 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0068-03

目前硬幣以其成本低、流通次數(shù)多、耐磨損、易回收等無可替代的優(yōu)勢廣泛流通。日常生活中，越來越多的人在乘坐公交車時投放硬幣，在滿足人們方便的同時，大量硬幣的投放造成了公交公司清點難的難題。據(jù)調(diào)查，一家公交公司平均每天收進(jìn)硬幣20余萬，而公交公司采用的是典型的手工分揀包裝方式，面對大量的硬幣，手工分揀、包裝明顯不能滿足要求，不僅勞動力成本高且效率低下。然而，現(xiàn)有的硬幣清分機(jī)是利用離心力將硬幣從轉(zhuǎn)盤分離出來，再通過集幣袋將硬幣收集。缺點是：需要二次投放硬幣來分揀出不同面值的硬幣，不僅沒有對硬幣進(jìn)行定量的包裝，而且分揀效率不高、易出錯，不能對硬幣進(jìn)行準(zhǔn)確計數(shù)。故針對這一問題，筆者設(shè)計了這款集分揀、計數(shù)與包裝于一體的新型硬幣分揀包裝機(jī)。

1 整體分析

該新型硬幣分揀包裝機(jī)主要實現(xiàn)了不同面值硬幣的分類、計數(shù)和定量包裝。通過分揀機(jī)構(gòu)—— 轉(zhuǎn)盤和分揀軌道，實現(xiàn)硬幣的初步分離，再利用集幣機(jī)構(gòu)進(jìn)行堆幣和計數(shù)，最后通過包裝機(jī)構(gòu)完成包裝紙側(cè)面開口塑封以及下端開口的塑封和剪斷。此發(fā)明基于不同硬幣直徑大小不同的特點，巧妙利用離心原理和各種機(jī)構(gòu)的特性，實現(xiàn)了大量硬幣的高效分類、清點和簡單包裝，不僅人工成本低，又一次性實現(xiàn)了硬幣的分揀、計數(shù)、包裝多方面需求，具有價格低、易操作、占地小、運輸便利等優(yōu)勢。

硬幣分揀包裝機(jī)主要功能是實現(xiàn)硬幣的分類、計數(shù)、包裝。總體來看，可分為3層。第一層分揀機(jī)構(gòu)，利用轉(zhuǎn)盤和分揀軌道將不同幣值分類，收集在3個集幣筒內(nèi)；第二層集幣機(jī)構(gòu)，用集幣筒接收來自上一層機(jī)構(gòu)的硬幣，通過光電門進(jìn)行計數(shù)，再利用槽輪機(jī)構(gòu)將集幣筒內(nèi)的幣一個個送至包裝機(jī)構(gòu)；第三層包裝機(jī)構(gòu)，利用正弦機(jī)構(gòu)帶動包裝紙下移，利用凸輪機(jī)構(gòu)對包裝紙進(jìn)行塑封，從而完成硬幣處理的全部過程。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 分揀機(jī)構(gòu)

分揀機(jī)構(gòu)如圖2所示，包括轉(zhuǎn)盤和分揀軌道，主要功能是實現(xiàn)硬幣的分類。電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤中待分揀的硬幣運動到擋環(huán)位置，由于受到阻力陸續(xù)掉入分揀軌道。分揀軌道由梯形擋板、分離板、擋塊和硬幣擋板組成。梯形分揀軌道上設(shè)有3個依次增大的分幣卡槽，利用不同面值硬幣之間的直徑差異，使得硬幣通過分離板的時候從相應(yīng)的位置掉下到集幣筒中。

由于硬幣是在自身重力的作用下下落，所以傾斜軌道分離板傾斜角度對硬幣的下落影響最大。為了確定傾角的大小，假設(shè)硬幣與滑道之間為純滑動，則硬幣能夠下滑的條件為：

故

而硬幣與鋁件之間的摩擦系數(shù)

出于安全考慮，由于滑道與硬幣之間不止存在滑動摩擦，亦有滾動摩擦，而滾動摩擦的阻力小于滑動摩擦，則20°可以保證硬幣在滑道上下滑，同時具有一定初速度。

2.2 集幣機(jī)構(gòu)

卡槽的下端接有3個圓筒用來堆幣（如圖3所示），在圓筒上方安裝有光電門對硬幣進(jìn)行計數(shù)。接下來控制計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達(dá)到設(shè)定的幣數(shù)時，通過執(zhí)行單片機(jī)編好的程序，槽輪機(jī)構(gòu)帶動切幣盤間歇轉(zhuǎn)動，進(jìn)行切幣，并為硬幣的定量包裝做準(zhǔn)備。

集幣機(jī)構(gòu)主要由槽輪機(jī)構(gòu)及集幣筒等構(gòu)成。槽輪機(jī)構(gòu)是由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機(jī)構(gòu)。它可以將主動件電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件輸幣盤的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。用槽輪機(jī)構(gòu)可以使輸幣盤實現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動。

2.3 包裝機(jī)構(gòu)

包裝機(jī)構(gòu)（如圖4所示）主要實現(xiàn)的功能有：（1）包裝紙的下移和側(cè)面開口塑封；（2）包裝紙下端塑封剪斷。

包裝紙的下移和側(cè)面開口塑封：首先將包裝紙包在包裝筒外，利用正弦機(jī)構(gòu)（如圖5所示）帶動包裝紙下移，用推桿推動硬幣和包裝紙向下移動，運用機(jī)械原理課程中學(xué)到的凸輪機(jī)構(gòu)，帶動加熱條和壓板相互作用，瞬時溫度達(dá)到132 ℃，完成包裝紙側(cè)面開口塑封。

包裝紙下端塑封剪斷：包裝紙下端的封口，還是通過凸輪機(jī)構(gòu)（如圖6所示）帶動加熱條和壓板反向作用，對包裝紙下端進(jìn)行塑封。在壓板上安裝刀片，進(jìn)而在塑料紙下端塑封后對它進(jìn)行剪斷。

3 新型硬幣分揀包裝機(jī)創(chuàng)新點

通過一個凸輪機(jī)構(gòu)和彈簧的共同作用，實現(xiàn)壓條的雙向移動，進(jìn)行包裝紙下端的塑封、剪斷。

用槽輪機(jī)構(gòu)帶動切幣盤間歇轉(zhuǎn)動，為硬幣的定量包裝做準(zhǔn)備。

通過轉(zhuǎn)盤和傾斜軌道實現(xiàn)了不同面值硬幣的一次性分離。

4 結(jié)語

該新型硬幣分揀包裝機(jī)根據(jù)直徑的大小對硬幣進(jìn)行分類，可以實現(xiàn)不同幣值快速、準(zhǔn)確的分類，還可以對其進(jìn)行計數(shù)和簡單包裝，能處理現(xiàn)在市面上流行的1角、5角、1元3種面值的硬幣，包裝速度可達(dá)每分鐘15袋左右（30枚/袋）。隨著硬幣流通量的增加以及公交、銀行系統(tǒng)自動化程度要求愈來愈高，該機(jī)具有良好的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 濮良玉，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2] 朱龍根.簡明機(jī)械零件設(shè)計手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3] 陳寧.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].浙江大學(xué)出版社，2006.

[4] 趙明巖.大學(xué)生機(jī)械設(shè)計競賽指導(dǎo)[M].浙江大學(xué)出版社，2008.

[5] 葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].人民交通出版社，2001.

[6] 肖麗英.YB50全自動硬幣計數(shù)、包卷機(jī)的研制[J].包裝工程，2003（3）：28-29.

[7] 康思聞，荊學(xué)東，魏鼎.基于PLC的硬幣包卷機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2013（5）：167-169.

[8] 林洪貴.基于分離盤的硬幣清分機(jī)實例介紹[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2007（9）：280-281.