一种简洁硬币分拣机的设计与实现

雷永刚　韦沛东　侯文龙　韩世康（中原工学院，河南　郑州　451191）



一种简洁硬币分拣机的设计与实现

雷永刚韦沛东侯文龙韩世康
（中原工学院，河南郑州451191）

简洁硬币分拣机的主体结构由投料、分离、收集、整理等四部分构成，能实现一元、五角、一角等3种硬币的分离与整理，具有结构简单、成本低、分币准确率高、节省人工劳动等特点。

硬币；分拣机；投料；扇叶；减速板

1　研制背景及意义

自动售货机、无人售票机、公交站点自动投币进站机等机电一体化设备已经深入人们的日常生活当中，极大地方便了人们的生活。硬币在人们日常的现金消费中流通率逐渐增加，对于使用这些设备的公司来说，就带来了新的问题，如何对每天所营收的大量硬币进行分拣？如果单纯地依靠人工分拣，势必会增加公司的运营成本，而人工分拣不但工作量大、效率低，还会因分拣者的疲惫而容易造成分拣误差大［1］。所以，研制一种硬币分拣机来取代人工分拣是大势所趋。

在所研制的硬币分拣机中，很多都是针对企业需求研制的，而针对大众日常生活用的硬币分拣机少之又少，而有的分拣机设计结构又很复杂，势必出现成本高、设备性价比低，从而影响硬币分拣机在大众生活中的受欢迎程度［2-5］。基于这种情况，设计一种简洁硬币分拣机，该分拣机结构简洁，生产成本低，对于在生活中需要分拣大量硬币的人士具有一定的经济适用性。

2　工作原理及性能

该简洁硬币分拣机分离硬币的原理是：让硬币依靠自身重力，依次经过具有一定斜坡且打满不同孔径的两层分离板，根据各种硬币直径的不同，按照由大到小的顺序，硬币依次滑落至分离，从而实现对硬币的分离与收集。在投料装置处，采用了扇叶和减速板两个装置，这样既能控制硬币的下滑速度，又能保证硬币平稳地驶入分离机构，从而可以有效地提高分币的效率。

3　设计方案

该简洁硬币分拣机的主体结构由投料装置、分离装置、收集装置、整理装置等四部分装置构成。

3.1投料装置

设计之初，采用无外加动力模式让投料箱内的硬币靠自身重力下滑。但实验发现其弊端在于，无法保证硬币的平稳下滑，经常出现硬币卡死在箱底或者硬币的初速度过大直接飞出筛板，导致后续部分无法进行下去。在此实验基础上经过改进，使用2个装置来解决这些问题。一是由电机带动扇叶，扇叶拨动钱币均匀掉落；二是减速板的设计，在一个板上打直径为2.0mm的孔，孔内上有外径2.0mm的螺钉来起到减缓硬币下落的冲击速度，孔与孔的中心矩为30.0mm，这样可以保证硬币顺利通过。减速板与电机带动的扇叶共同作用，共同保证了硬币平稳均匀地进入分离装置。

3.2分离装置

分离装置是由三层带有轨道的筛板组成，示意图如图1所示。经过大量的硬币滑落实验，发现三层互相平行的板与水平面夹角为21.8°时最利于硬币的分离。第一层筛板上有7×9个直径为23.0mm的圆孔，由于一角硬币的直径19.0mm与五角硬币的直径20.5mm都小于23.0mm，且因重力的原因，一角和五角的硬币会掉落到下一层板，而一元的硬币会沿着轨道滑到底部，从而收集到了一元的硬币。五角硬币和一角硬币的分离与此相似，在第二层筛板上也打上了7列的孔，与第一层筛板不同，除了孔直径变为19.7mm外，第二层板上孔的行数有所增加，经过实验发现采用7×13个孔可以让分离的纯度达到97.6%，增加孔的行数是为了保证在第一层筛板的最后一行孔掉下的硬币在第2个板上得到分离。第三层板是一个未打孔的平板，其作用是让最后掉落下来的一角硬币滑落到固定的位置进行收集。

图1　分离装置示意图

3.3收集装置

收集装置是由3个固定在支架上的漏斗组成，漏斗的形状是一个天圆地方。最初采用方口式的漏斗，但是这样很容易让硬币偏离下落方向，导致硬币无法集中。在此借用天圆地方的模型，设计了一个漏斗，可以保证硬币在给定的位置下落，以达到收集整理的目的。

3.4整理装置

整理装置是由3种内径不同的圆筒与各自的底座构成。根据一元、五角、一角3种硬币直径与厚度不同，设计了3种“外径×内径×高依”依次为30.0mm×23.0mm× 83.5mm；30.0mm×23.0mm×82.5mm；30.0mm×28.0mm× 92.5mm的3种圆筒，依次用于盛装一角、五角、一元的3种硬币，且每种圆筒可盛装50个硬币。圆筒用来对接收集装置的圆口，当硬币落满圆筒时，通过其他控制装置带动下一个圆筒来盛装硬币。该方法能够有效地实现对各种不同硬币的整理收集，为下一步的添加包装和计数装置打下了一定的基础。该分离机整体结构如图2所示。

4　理论设计计算

4.1扇叶一次转动拨下硬币数目计算

扇叶内径12mm，外径49mm，宽度为27mm，长度294mm，硬币最大直径为25mm，最大厚度1.85mm，最小直径19mm，最小厚度1.67mm，扇叶数目为3，扇叶夹角120°。

2个扇叶间的体积：［π×（49×49-27×27）］×294/3。

硬币的平均体积：［（π×12.5×12.5）×1.85+（π×9.5× 9.5）×1.67］/2。

扇叶间可容纳硬币数目：两扇叶间的体积/硬币平均体积。

最终得出数目为每转可掉落：889个。

扇叶所用的驱动电机为直流减速，工作电压12V，转速30rpm。

图2　简洁硬币分拣机

4.2收集圆筒高度计算

一角硬币收集筒高度：50×1.67=83.5mm。

五角硬币收集筒高度：50×1.65=82.5mm。

一元硬币收集筒高度：50×1.85=92.5mm。

4.3支架高度计算

收集筒高度+漏斗高度+分离板的纵向高度=490mm。

4.4支架长度计算

筛板横向距离：550×cos22°=540mm。

5　结语

该硬币分拣机能够实现能实现一元、五角、一角等3种硬币的分离与整理，具有结构简单、成本低、分币准确率高、操作方便且节省人工劳动等特点，但是该分拣机功能相对单一，缺少包装、计数等功能，在后续的研制中将重点解决如何包装、计数，从而完善该分拣机的功能，扩大该分拣机的应用范围，更好地满足大众的需求。

［1］郎家峰.硬币检测清分系统研究［D］.南京：南京航空航天大学，2005.

［2］安子军.机械原理［M］.北京：国防工业出版社，2015.

［3］李兵，吴国兴，曾亮华.金工实习［M］.武汉：华中科技大学出版社，2015.

［4］沈景凤.高等机械设计课程实践与创新设计［M］.北京：化学工业出版社，2016.

［5］陈永楠.机械工程材料［M］.北京：科学出版社，2015.

Design and Implementation of a Concise Coin Sorting Machine

Lei YonggangWei PeidongHou WenlongHan Shikang
（Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou Henan 451191）

The main structure of the concise coin sorting machine consists of feeding，separation，collection，arrangement.It can achieve to separate and arrange a Yuan RMB，0.5 Yuan RMB，0.1 Yuan RMB of three kinds of coins.It has the characteristics of simple structure，low cost，a high accuracy，saving labor etc.

coin；sorting machine；cast material；fan blade；reduction plate

TH693.5

A

1003-5168（2016）04-0061-02

2016-03-06

雷永刚（1983-），男，硕士，助理实验师，研究方向：机电一体化测控技术。