河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 李慧琴 丁麗 王佩云 吳亞文 劉勇敢

硬幣分揀機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 李慧琴 丁麗 王佩云 吳亞文 劉勇敢

近年來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)器人大量應(yīng)用于人們的日常生活，人民生活水平不斷提高，各類自動(dòng)販賣(mài)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，硬幣的發(fā)行量和流通量隨之大大增加。但是，硬幣分揀是一項(xiàng)很復(fù)雜且很繁瑣的工作，效率慢、速度低，造成巨大的人員浪費(fèi)。如何大量地、短時(shí)間地分類大量硬幣的問(wèn)題隨之出現(xiàn)。每天數(shù)以億計(jì)的硬幣需要分揀，迫切需要適用于不同場(chǎng)所的各類硬幣分揀機(jī)。對(duì)于硬幣分揀機(jī)這類非工業(yè)用途的機(jī)械設(shè)備，其意義不僅僅是它們自身所帶的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且大大地解放了人力，使更多的人力可以做一些更加有經(jīng)濟(jì)效益的工作。

一、硬幣分揀機(jī)的發(fā)展

隨著科技的飛速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備也進(jìn)入高速發(fā)展期，日常生活中，機(jī)械的影子也隨處可見(jiàn)。簡(jiǎn)單的比如電梯，利用定滑輪及拉伸機(jī)構(gòu)；復(fù)雜的比如起重機(jī)、鍛造機(jī)等復(fù)雜機(jī)械。硬幣的發(fā)行量每年都在增加，如何高效率、低成本、高精度地分揀多種硬幣，促成了硬幣分揀機(jī)的發(fā)展從最簡(jiǎn)單的非機(jī)械的僅僅利用硬幣的直徑不同，通過(guò)一個(gè)傾斜面來(lái)分揀硬幣，再到利用硬幣的厚度，把較多的硬幣放入溝槽之中，從而得出硬幣的數(shù)量，以及隨后出現(xiàn)的機(jī)械類的硬幣分揀機(jī)、離心硬幣分離機(jī)、電磁振動(dòng)硬幣分離機(jī)，硬幣分揀機(jī)的發(fā)展是多種多樣的。

二、國(guó)內(nèi)硬幣分揀機(jī)的發(fā)展

國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始從國(guó)外引進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品，后開(kāi)始發(fā)展自主制造，最初由清華大學(xué)和昆明機(jī)床有限公司合作對(duì)日本的機(jī)器進(jìn)行仿制，卻不能完美實(shí)現(xiàn)功能而仍處于研究階段，之后國(guó)內(nèi)多個(gè)大學(xué)和企業(yè)加入了研究行列。到目前為至，南京航空航天大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等學(xué)校已經(jīng)研制出了大型硬幣處理機(jī)的理論模型。河北邯鄲商通電子有限公司也已經(jīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了小型的硬幣清分計(jì)數(shù)機(jī)器。

對(duì)于國(guó)外硬幣分揀機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是大型還是小型的雖然都有一定的水平，且技術(shù)較成熟，但是價(jià)格昂貴，而且不能適應(yīng)國(guó)內(nèi)的硬幣系統(tǒng)。所以，國(guó)內(nèi)的大型處理機(jī)除了進(jìn)口之外，雖然進(jìn)行過(guò)一些仿制，但由于技術(shù)問(wèn)題未能批量生產(chǎn)，而且大型處理機(jī)適應(yīng)的場(chǎng)合有限，一般銀行等小型企業(yè)不會(huì)購(gòu)置，無(wú)法普及。國(guó)內(nèi)的小型硬幣處理機(jī)雖然可以實(shí)現(xiàn)清分功能，但是缺乏鑒偽環(huán)節(jié)，因此研究一種小型的硬幣分揀、清理裝置是有意義的。

硬幣分揀級(jí)數(shù)技術(shù)的出現(xiàn)不只運(yùn)用在公交車(chē)投幣系統(tǒng)中，也應(yīng)用到了自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)投幣飲水機(jī)、投幣游戲機(jī)等設(shè)備中。硬幣識(shí)別器的種類也是多種多樣，發(fā)展也是越來(lái)越先進(jìn)。硬幣識(shí)別器的技術(shù)已經(jīng)成熟，采用傳感器技術(shù)與光電子技術(shù)和電磁技術(shù)對(duì)硬幣的幾何參數(shù)和材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)使得識(shí)別器達(dá)到了很高的精度。

在我國(guó)，與硬幣識(shí)別配套使用的儀器和設(shè)備數(shù)量龐大且種類繁多。然而，硬幣識(shí)別器的種類并不多，硬幣識(shí)別器主要還是以其所檢測(cè)硬幣的特性進(jìn)行分類的。最常見(jiàn)的硬幣識(shí)別器有單一式硬幣識(shí)別器。單一式硬幣識(shí)別器可分為幾何參數(shù)識(shí)別器和材質(zhì)識(shí)別器。幾何參數(shù)識(shí)別器主要是檢測(cè)硬幣的直徑與厚度，在此類硬幣識(shí)別器的發(fā)展過(guò)程中直徑的檢測(cè)方法有了新的改進(jìn)，老式的識(shí)別器裝置用光電管隊(duì)列來(lái)識(shí)別直徑，如果排列組合得當(dāng)?shù)脑?，識(shí)別精度也不低于0.5 mm。現(xiàn)在改進(jìn)后的識(shí)別器都用偏心或異形線圈來(lái)測(cè)量，依據(jù)是直徑小的硬幣與線圈的重合部分也小，由此帶來(lái)頻率變化的不同。

三、總體方案的設(shè)計(jì)

（一）各種方案的比較

目前，硬幣分揀裝置的原理共有三種，非機(jī)械、電磁振動(dòng)、離心分離，將三種硬幣分揀裝置的原理來(lái)進(jìn)行比較，如表1所示。

表1 不同種類的硬幣詳情

（二）整體方案的確定

因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)主要針對(duì)公交公司、個(gè)體商戶等中等用幣量的場(chǎng)所，所以采用離心分離原理，優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

表2 不同種類硬幣分揀裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

（三）總體設(shè)計(jì)

硬幣分揀機(jī)通常包括三部分，分揀裝置、計(jì)數(shù)裝置、整理裝置。本次設(shè)計(jì)利用離心分離，使硬幣在分離盤(pán)中旋轉(zhuǎn)，通過(guò)圓筒壁上高度與直徑可調(diào)節(jié)的孔出來(lái)，再經(jīng)過(guò)滑道進(jìn)一步選取，最后落入分揀盤(pán)中。整個(gè)裝置的裝配圖如圖所示。

硬幣分揀器總體設(shè)計(jì)圖

四、結(jié)論

硬幣分揀裝置是采用機(jī)械化的手段針對(duì)大量待整理硬幣所設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械化裝置，它的主要功能是將不同種類的硬幣通過(guò)離心分離裝置分揀出來(lái)，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)簡(jiǎn)單的光電觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得知硬幣的數(shù)量。硬幣分揀裝置的實(shí)用性和使用性都是極高的，不僅僅提高了分類的效率，提升了分類的精度，更大大降低了人工成本，可以使更多的人力投入到其他必要性的工作中去。硬幣分揀裝置的設(shè)計(jì)主要針對(duì)公交公司、個(gè)體商販等貨幣流通量較大的群體及單位。