硬币分类包装装置设计与实施

李鑫+刘漂+庄其鑫+冉亚焕

摘要：针对当前银行、商场、公交汽车公司等部门在清点硬币存在需要花费较大人力物力的问题，设计了一种通过硬币直径大小自动分拣硬币的分选装置。该装置集分类、整理、计数、包装于一体，主要由硬币分拣装置、收集装置、分类包装三部分构成。本装置在设计过程中充分利用了模块化设计理念，能够快速高效地将五角和一元硬币进行分类、整理。其优点在于造型紧凑；尺寸适中；成本低廉；工作精准高效；节省劳动力，不同于现有大型相关装置；适用范围更加广泛。

Abstract： In view of that the current bank， shopping malls， bus companies and other departments in counting coins will take more manpower， a sorting device for automatic sorting coins by the diameter of coins is designed. The device integrates classifying， arranging， counting， and packaging. The utility model is mainly composed of three parts， a coin sorting device， a collecting device， and a classifying and package device. In the design process， the modular design concept is fully utilized， and the fifty cents coin and one yuan coin can be sorted and arranged quickly and efficiently. The utility model has the advantages of compact modeling， moderate size， low cost， accurate and efficient work， labor saving， different from the existing large-scale correlation device， and wider application range.

关键词：分类；包装；整理；计数；模块化设计

Key words： classifying；packaging；arranging；counting；modular design

中图分类号：TB482 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）22-0108-02

0 引言

目前，国内的小面值货币流通领域内的硬币分拣工作，大多是人工来完成，工作效率低，浪费劳动成本。因此，该设备的研制旨在改善这一状况，有效地节约劳动成本，提高劳动生产率。近年来，节能减排政意识深入人心，硬币使用的场合随之增加，例如，公交车、自动售票机、自动售货机等各种投币机器。这些机器虽然给人们的生活带来了方便，但也给分币工作带来了很大的挑战，不仅工作效率低，还需要耗费大量的人力，物力和时间。所以本次的设计作品根据五角和一元硬币直径的不同以及滚筒导流原理，对一块和五角硬币进行简单、高效地分类，代替了传统的人工分币方式，很大程度上节省了人力和时间，适用于中小型场合，使用范围广泛，不同于大型硬币分类装置的局限性。

1 工作原理及結构设计

产品由动力装置，分类装置，收集装置和计数装置组成。当系统工作时，动力系统由功率为为12W的电动机提供电能，利用开关以及减速装置控制滚筒转速，硬币由进币口进入至旋转的六棱柱滚筒中。由于滚筒上开有直径为22mm的孔（介于五角和一元直径之间），可以将五角和一元硬币进行分离，同时硬币在分类导向漏斗的导向作用下，分别进入硬币收集整理管中，硬币收纳整理管采用每隔20个硬币厚度为一个计数单位，从而达到计数目的。当硬币达到既定数量时可采用手动关闭动力系统装置，抽出收纳管并取出硬币。

1.1 分离模块

在图1六棱柱筛选桶中，硬币通过电机转动，利用带传动在筛选桶中将一元五角硬币分离。

分离模块主要是通过为六棱柱筛选桶实现，筛选原理简单，利用硬币直径不同进行筛选分离，每秒可分离硬币150枚，通过回转运动将硬币分开。实际操作的可行性较高。

1.2 计数模块

硬币从筛选桶中分离进入导向挡板，最终进入硬币收集管。硬币收集管固定在可抽拉式挡板之上。利用导轨更加容易取出更换。

如图2所示，为一元硬币收集管，由于一元硬币的厚度为1.85mm，故以20枚硬币厚度为一个计数单位，当硬币到达顶部计数口时为收集完成。有以下优点：材料为PVC管，物美价廉；能够同时满足计数包装功能；多个计数管可以同时工作并且互不影响；开孔计数同时有利于观察硬币收集状况。

1.3 收集模块

当硬币从筛选桶中进入到收集模块，硬币通过导向挡板作用进入到收集桶。如图3所示，为收集挡板和收集桶，收集桶放在导向挡板正下方。收集挡板如图3所示，具有结构较为简单，容易加工成型；收集精度较高，不易出错的优点。

2 模型建立与强刚度校核

2.1 模型

该硬币分类包装装置由分离、收集和计数三部分装置构成，并由三部分实现所需功能。分离装置由六棱柱的筛选桶构成；收集模块由直径不同的圆柱桶构成；计数装置由导向挡板和PVC管构成的筛选桶构成。

2.2 校核

由于本产品在强刚度方面，只有滚筒轴受力最为频繁，故只对滚筒轴的强刚度进行校核。

轴长=530mm；轴径=6mm。

①功用：轴的主要功能是支承回转零件及传递运动和动力。

②这次投币系统我们采用直轴、光轴、实心轴。

此轴可以把回转运动灵活的传到不开畅的空间位置，即有效地把力传给六边形圆柱滚筒，使其在15度的倾斜度下将五角硬币筛出。

③此轴的材料采用304不锈合金钢，综合机械性能以及热处理性能高，成本低，对应应力集中，敏感性高。

④轴的结构：轴向，周向定位。

1）弯曲刚度满足挠度Ymax=■？燮[Y]

2）扭转强度满足扭转角？准=■？燮[？准]

轴的支点在两端，避免了应力集中。

在扭矩作用时光轴的强度计算：

T=9.55×106■

τT=■=■=26.53MPa<[τT]

⑤危险断面的计算应力：

Mca=■

σca=■=■=78.62MPa？燮[σ-1]

按静强度条件进行校核：静强度校核的目的是评定轴对塑性变形的抵抗能力。

按疲劳强度精确校核：

Sca=■》S=1.62>1.5

仅受法向应力：

Sτ=■》S

僅受扭转应力：

Sτ=■》S

S=1.4（载荷确定，材质性质较均匀）

因为仅受扭转切应力，所以只需校核Sτ=1.72>1.4

故所选轴满足要求。

3 总结

该装置能够对一元和五角硬币进行有效的分离和整理，操作方便，工作稳定，提高了分币工作效率。产品主体为不锈钢制品，整体结构简洁紧凑，通过分离滚筒分离不同体积的硬币，整个筛分过程不需过多人工作业，机械化自动化程度高。此产品分离的原理也可以推广至银行，地铁，公交等大量需要硬币分离的场所。

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