王志鋼,陳 斌,王 飛

（寧波工程學院,浙江 寧波 315211）

一種撥片漏盤式硬幣清分機的研究

王志鋼,陳 斌,王 飛

（寧波工程學院,浙江 寧波 315211）

隨著硬幣取代小額紙幣的趨勢日益明顯，主流市場上的硬幣清分機又存在價格高昂、結構復雜、一次分離量少的問題，因此研制一款結構簡單、功能多樣、高效可靠的新型硬幣清分機十分必要。本文依據(jù)硬幣直徑的不同，通過結構設計上的改進和創(chuàng)新，成功設計出一分鐘至少能分離三百枚硬幣的新型硬幣清分機。對硬幣高效的分離、清點、收集、整理，使其具有一定的實用價值和市場推廣前景。

撥片；漏盤；硬幣清分機

1 作品簡介

作品主體如圖1所示，長52cm，寬52cm，高96cm。整個作品主要分為四大部分：漏斗裝置、分離裝置、接收裝置、電控裝置。其分離原理是根據(jù)硬幣直徑的不同，硬幣在撥片旋轉的過程中下落到不同孔徑的圓形漏盤上，從而實現(xiàn)分離工作。該作品不僅具有制作成本低、機構簡單、工作效率高的特點，還可實現(xiàn)對硬幣的清點和整理。

工作過程：首先將硬幣倒入漏斗，打開漏幣電磁開關，使硬幣下落。再打開減速電機開關，使電機帶動主軸旋轉，彈性撥片將1元硬幣從圓筒開口處（開口大小為被掃出硬幣直徑1.5倍）掃出，5角和1角硬幣則落入下層漏盤，從而實現(xiàn)分離。5角和1角硬幣的分離與此相同。硬幣被掃出后將進入圓桶兩側的不銹鋼軌道，不銹鋼軌道采用氬弧焊拼接，然后再進入不銹鋼管，通過不銹鋼管時，兩側的光電計數(shù)器進行計數(shù)（光電感應位置應位于不銹鋼管最低處），最后落入亞克力收集管。收集管安裝在由槽輪裝置帶動的六工位收集盤上，當計數(shù)器每記滿50枚硬幣時，PLC發(fā)出指令，控制槽輪機構使收集盤旋轉60o，此時下一個收集管與不銹鋼管對齊，繼續(xù)接收硬幣，如此循環(huán)。

圖1 主體

2 設計方案

（1）漏斗裝置。漏斗裝置由搖桿滑塊機構、電磁鐵、撥叉、漏斗、軌道等組成。漏斗的使用有效的增加了硬幣的儲存量，避免頻繁的人工倒幣，提高了工作效率。搖桿滑塊的材料為鋁合金，是作品的主要機械機構之一。搖桿一端連接電磁鐵，另一端連接漏斗底部的撥叉。通過電磁鐵的吸合來帶動搖桿控制漏斗漏口的大小，從而間接控制硬幣下落的數(shù)量，有利于機器平穩(wěn)高效的工作。

（2）分離裝置。分離裝置由減速電機、有機玻璃外殼、主軸、不同規(guī)格的漏盤、彈性撥片等組成。電機的型號為51K60GN-CF,電壓為220V,功率為60W，轉速為1350rmp。主軸的材料為鋁合金，一端通過聯(lián)軸器與電機相連接，另一端安裝在底部的推力球軸承上。彈性撥片的材料為橡膠，與主軸的連接方式為鍵連接，發(fā)揮著像“手”一樣的作用，是硬幣分離的主要零件之一。其弧形設計，不僅有利于硬幣較為均勻的分布在漏盤上，以加快硬幣分離的速度，還有利于將分離好的硬幣根據(jù)弧線導入軌道。漏盤的材料是鋁合金，是硬幣分離的另一個主要零件。根據(jù)不同硬幣直徑不同這一分離原理和使用需求（孔盡可能多）對漏盤進行了相應的設計。孔的布置形式為均布。這樣設計的優(yōu)勢主要有三點：1）硬幣分離效率高；2）在保證結構強度的情況下，有效的減少裝置負荷；3）外觀美觀大方。

（3）接收裝置。接收裝置由電機、槽輪機構、收集盤、收集管、光電傳感器、計數(shù)器等組成，實現(xiàn)對硬幣的清點和收集。電機的型號為GW180-26，電壓為24V,功率為7.2W。收集盤采用六工位設計，即收集盤上安裝六個收集管，其內徑略大于硬幣直徑。如一元的收集管內徑為28mm，管高度約為50個硬幣疊加高度即92.5mm。收集盤可對硬幣進行收集和整理，配合光電門實現(xiàn)計數(shù)功能。而槽輪機構具有結構簡單、外形尺寸小、機械效率高，并能較平穩(wěn)地、間歇地進行轉位[1]等特點，是作品的另一主要機械機構。槽輪機構與收集盤結合，增加了硬幣收集整理的數(shù)量，避免了收集管過高，還能使硬幣準確落入收集管內。

（4）電控裝置。電控裝置主要由PLC、配電箱、24V電源、電線、開關等組成。PLC是該作品的“大腦”，從光電傳感器和計數(shù)器接收信號，再輸出信號顯示各硬幣的分離數(shù)量和總金額并控制電機轉動，保證了機器的正常運作，實現(xiàn)了機電一體化設計。配電箱的使用不僅避免了線路的雜亂，防止電源短路，提高了安全性，還在外觀上體現(xiàn)出整潔美觀，提高用戶的認可度，體現(xiàn)了產(chǎn)品化設計。

3 總結

（1）創(chuàng)新點。1）采用了彈性撥片，與剛性撥片相比較，彈性撥片避免了剛性碰撞產(chǎn)生的死點問題，并且提高了撥片及漏盤核心零件的使用壽命，從而提高整個裝置的使用期限。2）采用了多孔漏盤。根據(jù)試驗發(fā)現(xiàn)，當硬幣剛下落時，近一半的硬幣已經(jīng)直接通過漏孔下落到下一層漏盤，從而高效地提高了硬幣的分離速度。3）硬幣收集盤與槽輪機構的組合設計，能使電機帶動轉盤以每次60o間歇轉動，實現(xiàn)六工位的設計要求，既保證硬幣能準確落入收集管內，又增加了硬幣的收集數(shù)量。4）漏斗裝置中采用搖桿滑塊機構，其優(yōu)勢是可以調節(jié)下落錢幣的數(shù)量，減少人工倒落硬幣的次數(shù)，有效提高工作效率，為使用者提供便利的人性化服務。5）采用配電箱，注重用電安全，并且在電路布局上整齊嚴謹，開關集中在特定區(qū)域，極大地方便了用戶的使用。6）機電一體化和人機交互數(shù)字化設計。

（2）性能與推廣。在大量連續(xù)的硬幣分離測試中，本作品一分鐘至少能分離出三百枚硬幣，且沒有發(fā)生任何故障，體現(xiàn)出設計以及制作的合理性。由于設計制作過程時間倉促，其美觀程度稍有欠缺，但其出色的工作能力是最大的亮點，也從側面反映出設計中創(chuàng)新改進獲得了成功?？偠灾咀髌吠瓿闪烁咝Э煽?、制作成本低、操作簡便、功能多樣的設計要求，是可以在超市、銀行、公交公司等硬幣頻繁使用的場所進行推廣應用。

[1]孫桓等.機械原理.8版[M].北京:高等教育出版社,2013:264.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.042

浙江省科技創(chuàng)新活動計劃資助項目（2017R424010）