旋转式振动钱币分选装置的设计与研究

叶远坚

（南宁职业技术学院，广西南宁，530007）

0 前言

钱币在中国使用的历史源远流长，殷商时代就出现了钱币。现代的钱币不仅有金属钱币，还有纸钱币和电子钱币。本文设计的设备分选对象是金属钱币。

金属钱币具有的特点：

一是铸造的钱币耐磨损，故使用年限远超于纸币。通过当前工艺水平制造的1枚硬币，可以流通数万次，使用时间长，而1张纸质货币只能流通数百次左右，纸质货币寿命只达到铸造钱币形式的货币寿命1/100.同为一元面额的铸造钱币形式的货币和纸质形式的货币10年投入运营的成本比较为1∶15.

二是铸造钱币形式的货币（硬币）比纸质形式的货币（纸币）更易于识别使用，硬币多在公交车售票机、地铁售票机，汽车停车场智能缴费机、公用电话和自动售货机等设备大量应用。

三是硬币多是金属材质，而纸币是纸质材质，硬币的面积比纸币面积小。容易净化流通环节，减少细菌传播。不少病菌可以通过纸币作为媒介来传播的，硬币就比纸币好很多。硬币可以使用设备来对其进行检查残缺、清洗消毒等，然后再次投入市场，纸质货币则很难进行清洗。

四是硬币流通时间长，利于节省自然资源。硬币完成流通后还可回收重铸，其价值损失不大。

基于金属钱币（硬币）的以上特点，本文利用旋转分离原理和振动原理制作了一款硬币分选装置，分选简单快捷、方便使用。

1 硬币分选机的发展概况

在国内外现有研究中，硬币分选所使用的清分方法上主要有两大类,一类是根据物理技术进行清分,另一类是根据性能指标进行清分[1]。根据现有方法，目前国内外研制的硬币清分机产品大致包括三类：低档清分机（清分速度1 000枚/min以下）、中档清分机（清分速度1 000～1 500枚/min左右）、高档清分机（清分速度1 500枚/min以上）。

本文设计的旋转式振动钱币分选装置（下文简称本装置）是通过物理技术进行清分的，利用不同硬币尺寸不同、厚度不同的物理性质进行设计。

2 旋转式振动钱币分选机设计

2.1 分选原理

本装置主要针对我国国内现在流通最多的三种硬币进行清分。三种不同币值的钱币进行测量后如表1所示:

表1 我国现行流通的硬币的重量和直径参数表

通过上表比较得知，一元硬币重量在6 g左右，直径大约在24.32 mm，厚度比其它币值的硬币厚一点，不同年份的钱币稍有不同；五角钱币的重量为3.8 g左右，直径大约20.35 mm；一角硬币的质量在3.20 g左右，直径大约是 19.00 mm.本文设计的装置是根据以上三种硬币直径及厚度的不同来进行清分。

2.2 结构设计

本装置由内分离盘、外振动盘、清分轨道、底座等部分组成。首先将各种混合的硬币倒入内分离盘，通过内径旋转电机旋转，使不同厚度的硬币从内分离盘依次甩出至外振动盘，外径振动电机产生振动，将硬币振向清分轨道。清分轨道开有三种硬币直径大小的孔，当不同直径的硬币通过清分轨道后，就会掉入相应孔径的槽内，从而达到清分收集的目的。由于有重量、旋转速度和振动频率等限制，一次不能加入过多的硬币，容易引起本装置的堵塞。此处的改进措施是：在前部加入漏斗，通过控制进币速度，防止一次性进币太多而导致内分离盘负担过大而引起的分离不流畅、振动盘过重导致振动不足等问题。进币速度可以自由设计，本装置设置低速、中速、高度三个档位的进币速度。

图1 旋转式振动钱币分选装置

2.3 分选流程

这里用一角钱币来进行举例，说明硬币的分选流程。本装置设计的一角钱币的孔径是20 mm，当设备启动时，通过内径旋转电机使一角钱币从对应的孔内被甩出，然后利用外径振动电机进行振动，使其掉入清分轨道相应的卡槽内，通过卡槽时利用光电开关传感器对其进行计数，并通过数码管显示相应的钱数。其他两种钱币的分选流程与一角钱币一样,这里不作重复介绍。具体分选流程如图2所示。

图2 旋转式振动钱币分选系统流程图

2.4 清分轨道的设计

本装置分选一角钱币时，设计的分离孔径尺寸为20 mm，比一角钱币直径略大1 mm，比其它币值的钱币直径都要小。依次类推，五角钱币的孔径设计尺寸为21 mm，一元钱币的孔径设计尺寸为26 mm.清分轨道按照一角、五角、一元三种钱币的设计尺寸进行开孔，当混合的硬币通过振动落入清分轨道时，就对落入相应孔径的槽内，从而进行分选。

2.5 硬币的计数

本装置是利用光电开关传感器对硬币进行计数。计数装置是用光电开关作为检测元件。将检测到的信号反馈到可编程控制器上，通过计算后再在数码管上显示出来。

3 控制核心选用

为了满足上述系统的正常工作,本文采用西门子可编程控制器进行控制。

由于结构简单，控制设备少，采用可编程控制器稳定性好，但是价格相对采用单片机进行设计开发要贵一些，因此，后期可以进行基于单片机的旋转振动钱币分选机的设计与研究。

4 控制方案简介

本装置控制方案设计如下：首先启动电源，按下复位按钮，对系统进行复位（如果没有按下复位键，数码管上还会显示上次的数量，将在此基础上继续进行累加），按下开始按钮，首先是内分离盘旋转电机启动，接着是外分离盘振动电机启动，倒入硬币后，开始分选，硬币通过光电开关传感器开始计数,如果中途按下暂停按钮,则内分离盘旋转电机和外分离盘振动电机停止工作。按下继续按钮,则系统继续运行,直到所有的硬币完成清分，当按下停止按钮，整个系统运行结束。

5 结论

本机利用旋转离心力把钱币从内分离盘旋转到外分离盘，然后在外径和导轨利用振动原理，把钱币分选出来。实践证明，单独利用离心力进行清分很容易出现卡机的现象，结合外分离盘及清分轨道的振动，可以有效的防止卡机现象的出现。本装置根据钱币直径的大小不同对硬币进行分选，可以实现对国内现行钱币快速准确按币值进行分选，结构设计简便、分选结果准确、使用简单可靠、维护简便快捷。