王云亮，王曉磊，李曉丹

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

新型全自動硬幣分揀計數(shù)包裝機研制

王云亮，王曉磊，李曉丹

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

目前，市場上流通的大量硬幣主要依靠人工分揀、計數(shù)、包裝，這種方式費時費力、效率低，本文針對該問題提出了一種利用離心力、篩孔、傾斜角的組合分離方式和一種利用三棍子夾緊、配合旋轉(zhuǎn)、鉤子卷邊的包裝方式，實現(xiàn)了硬幣的高效分離、快速包裝，并研制成功了一款能同時對四種硬幣進(jìn)行分揀、計數(shù)、包裝的機器。該機器主要由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。實驗證明該機器能高效準(zhǔn)確的對硬幣進(jìn)行分揀、計數(shù)、包裝，大大提高了工作效率。

硬幣分揀; 計數(shù); 包裝; 單片機

硬幣具有不易磨損，有利于節(jié)約自然資源，發(fā)行成本低等優(yōu)點，在世界范圍內(nèi)被廣泛使用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，貨幣流通越來越快，硬幣在流通中主要用來找零，乘坐公交車、地鐵等。每天都會有大量的硬幣在市場中流通，但大量硬幣的清分工作卻是難題。特別是公交系統(tǒng)和銀行工作人員需要對很多硬幣進(jìn)行清點計數(shù)，處理一大堆硬幣是非常困難的工作，因為面對巨額的、雜亂無章的硬幣，需要很多工作人員經(jīng)過長時間的清點，才可能完成，不僅費時費力、效率低，而且準(zhǔn)確率得不到保障。目前，國內(nèi)外硬幣清理分類裝置，要么設(shè)計原理簡單，清理分類效果差，要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴、缺少實用價值。傳統(tǒng)的硬幣分揀裝置往往以旋轉(zhuǎn)式單次單一幣種的硬幣計數(shù)分類方式為主，經(jīng)常出現(xiàn)卡幣現(xiàn)象，效率低。為此，研制了一款新型全自動分揀計數(shù)包裝機。該產(chǎn)品可以實現(xiàn)同時對四種硬幣的分揀、計數(shù)、包裝，大大降低了清點人員的勞動強度，提高了工作效率。

1 機械系統(tǒng)設(shè)計

總體方案圖如圖1所示，全自動硬幣分揀計數(shù)包裝機的機械系統(tǒng)主要由進(jìn)料機構(gòu)1、分揀機構(gòu)2、存幣機構(gòu)3、送紙機構(gòu)4、包裝機構(gòu)5部分組成。

（1）進(jìn)料機構(gòu)，如圖2所示，主要包括進(jìn)幣料斗1、同步帶2。進(jìn)幣料斗固定在進(jìn)料機構(gòu)的側(cè)板上，電機通過聯(lián)軸器與傳送帶相連。硬幣通過進(jìn)幣料斗由傳送帶將硬幣傳送到分揀機構(gòu)中。通過調(diào)節(jié)傳送帶的速度來調(diào)節(jié)硬幣落入分揀機構(gòu)的數(shù)量。

（2）分揀機構(gòu)，如圖3所示，主要包括限位盤1、撥盤2、分幣3、分幣盤4、內(nèi)限位筒、外限位筒。電機帶動撥盤2轉(zhuǎn)動，限位板1保證硬幣單層持續(xù)不斷的4進(jìn)行分幣。硬幣經(jīng)由分幣盤下落進(jìn)入下面的接幣漏斗3以實現(xiàn)硬幣的分揀。

（3）存幣機構(gòu)，如圖4所示，主要包括存幣打包機構(gòu)如圖5所示，硬幣經(jīng)分揀機構(gòu)由滑道落入存幣5桶中。檢測計數(shù)光電傳感器安裝在分幣桶上方，當(dāng)硬幣通過時光電傳感器時被檢測到并將信號送給單片機，并將數(shù)量顯示在液晶屏上，從而實現(xiàn)計數(shù)功能。當(dāng)達(dá)到打包數(shù)額時，步進(jìn)電機4轉(zhuǎn)動90°，與運輸機械手3運送方向一致，推桿氣缸2帶動運輸機械手3夾緊硬幣，送入到打包機構(gòu)1中。進(jìn)入撥盤2外邊緣的撥爪，撥爪帶動硬幣沿著外限位桶6內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)，根據(jù)硬幣尺寸的不同通過撥盤下的分幣盤

圖1 總體方案圖

圖2 進(jìn)料機構(gòu)

圖3 分揀機構(gòu)

圖4 存幣機構(gòu)

圖5 進(jìn)紙機構(gòu)

圖6 包裝機構(gòu)

（4）進(jìn)紙機構(gòu)，送紙機構(gòu)如圖5所示。步進(jìn)電機3帶動輥子1轉(zhuǎn)動，使包裝紙進(jìn)入亞克力板2的夾縫中，步進(jìn)電機3轉(zhuǎn)動指定步數(shù)氣缸5伸縮切刀4切斷包裝紙，從而完成精確送紙。

（5）包裝機構(gòu)，包裝機構(gòu)如圖6所示，運輸機械手將夾緊的硬幣送到位后，三個輥子夾緊，運輸機械手3松開，進(jìn)紙機構(gòu)開始進(jìn)紙，直流電機6轉(zhuǎn)動，通過同步帶帶動，使其中兩個輥子轉(zhuǎn)動，第三個輥子從動，開始將硬幣包卷。延時2s后，帶動卷邊鉤子絲杠的步進(jìn)電機4轉(zhuǎn)動，正反旋向的絲杠3開始轉(zhuǎn)動帶動卷邊爪進(jìn)行上下運動從而實現(xiàn)卷邊。卷邊結(jié)束后直流電機6停止轉(zhuǎn)動，卷邊鉤子回到原來位置為下一次卷邊做準(zhǔn)備，三個輥子松開，硬幣落入收集箱中，硬幣打包結(jié)束。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

總體控制方案框圖和控制流程如圖7和圖8所示。采用單片機作為控制器，通過直流電機驅(qū)動器控制直流電機轉(zhuǎn)速，四個傳感器進(jìn)行計數(shù)并判斷，液晶屏顯示硬幣種類及個數(shù)，單片機通過小型繼電器控制驅(qū)動氣缸動作的電磁閥，單片機通過步進(jìn)驅(qū)動器控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動位置。

圖7 控制方案圖圖

圖8 控制流程圖

3 樣機測試及效果（圖9～12）

經(jīng)過多次技術(shù)攻關(guān)，終于研制出了本設(shè)計方案的樣機。經(jīng)過多次測試，該樣機能夠?qū)崿F(xiàn)新版一角、舊版一角、五角、一元四種硬幣的一次性同時分揀、計數(shù)、包裝的功能，克服了傳統(tǒng)分幣裝置每次只能實現(xiàn)一種硬幣分揀計數(shù)的困難，極大的提高工作效率。

圖9 進(jìn)料分揀機構(gòu)實物圖

圖10 包裝存幣機構(gòu)實物圖

圖11 進(jìn)紙機構(gòu)實物圖

圖12 總體實物圖

4 創(chuàng)新點

（1）巧妙的采用離心力+篩孔+傾斜式的組合分離方式，解決了傳統(tǒng)方式單次只能實現(xiàn)一種硬幣分揀計數(shù)的難題，實現(xiàn)硬幣的高效分離，使得硬幣分離過程中不會出現(xiàn)卡幣、分離不凈的狀況。

（2）巧妙的采用了三棍子加緊、配合旋轉(zhuǎn)、鉤子卷邊的包裝方式，解決了包裝過程中硬幣脫離、包不緊、卷邊粗糙等技術(shù)難題，使得硬幣的包裝成品緊湊、美觀。

（3）整機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，有效的利用了空間，平均高度0.8米，高度適中，易于操作。

（4）采用單片機作為控制器，優(yōu)點是性能穩(wěn)定，性價比高。

5 結(jié)語

本產(chǎn)品是一款新型高效的硬幣分揀計數(shù)包裝機，在清理分類硬幣的時候不用停機便可以對硬幣進(jìn)行計數(shù)包裝，保證了整個過程的連續(xù)性，極大地提高了工作效率。操作人員僅需將硬幣倒入進(jìn)料機構(gòu)中，機器便可包裝出以50個為一摞的各種硬幣。該產(chǎn)品適用于銀行、公交系統(tǒng)等需要整理大量硬幣的場所。本產(chǎn)品的應(yīng)用，將大大降低這些場所工作人員的勞動強度，提高其工作效率。

[1]郭星, 陳亦仁,商云男，等. WBH1314型紙袋式硬幣清分包裝一體機的設(shè)計研發(fā)[J]. 包裝工程，2013(34):155-157.

[2]孫志禮，馬星國，黃秋波，閆玉濤.機械設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[3]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊[S] .北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[4]王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[5]劉鴻文.材料力學(xué)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[6]朱輝等.畫法幾何與機械制圖（第六版）[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版，2007.

[7]張志義.機電傳動控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.10.

[8]張偉社.機械原理教程[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2013.8.

[9]韓志軍.單片機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.1.

[10]陳黎敏.傳感器技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2015.11.

[11]尹志強等.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書[M] .北京：機械工業(yè)出版社，2011.7.

TH16,TP24

A

1671-0711（2017）06（下）-0114-03

遼寧省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項目（JL201615402）,遼寧省教育廳項目（L2015241）。