筛板型硬币分类整理机的设计

2018-05-10陈新,张俊，周锐

机械研究与应用 2018年2期

陈新, 张俊，周锐

(湖北文理学院机械与汽车工程学院，湖北襄阳 441000)

0 引言

创新源于生活而更好的服务于生活。根据市场调查发现，目前全国各大交通公司、大型商场、银行等企业在整理硬币时，基本是通过人工手动分拣来分类计数，耗时耗力，效率低，出错率高。为此，设计了一种筛板型硬币分类整理机，可用于各种需要对硬币分类计数的场所，旨在改善工作环境，提高工人效率，为社会创造更多实在性的价值。该分类整理机主体结构由震动筛板、连杆机构组成，依据各种硬币的直径区别，筛选出不同种硬币，然后进入各自滑道进行整理计数，方便快捷。

1 总体结构的设计

1.1 结构组成

筛板型硬币分类整理机结构部件简单，由筛板箱体、曲柄连杆机构、传动装置及固定底座组成[1]，其三维模型如图1所示。固定在底座下方的电动机带动皮带轮转动，从而间接驱动曲柄连杆结构运动，使筛板箱体在固定底座的卡槽内来回运动并产生振动分离硬币。

1.2 工作原理

本设计主要是利用各种硬币直径不同进行分离。目前我国市面上的人民币有四种圆形硬币，其直径和厚度参数如表1所列。

图1 筛板型硬币分类整理机结构示意图1.筛板箱体 2.筛板 3.底座 4.滑槽 5.电动机 6.曲柄 7.轴 8.皮带轮 9.皮带 10.连杆 11.连杆销 12.连接块

名称一元五角旧版一角新版一角直径25.020.522.519.0厚度1.851.652.401.67

首先设计一种长方体的机体，该机体上顶有一个进币口，使各种钱币从进币口进入，然后下面是五层板结构如图2所示，其中四层为筛板，上面布满圆孔，孔大小分别为：

筛板一：上面的孔直径为30 mm，主要是让所有硬币掉入下一层，而纸币留在筛板上，从而让硬币纸币分离。而在筛板一上面的箱体的侧面安装有小风扇，其目的只要是依据硬币和纸币的重量不同，将纸币吹到箱体的另一侧，硬币则可以都掉入下一层筛板。

筛板二：上面的孔直径为23.5 mm，主要是让老版一毛，五毛，新版一毛的硬币掉入下一层，一元硬币留在筛板二上。

筛板三：上面的孔直径为21.5 mm，主要是让五毛，新版一毛硬币掉入下一层，而老版一毛留在筛板三上。

筛板四：上面的孔直径为19.5 mm，主要是分离新版一毛和五毛硬币，依据直径，五毛硬币将留在筛板四上，新版一毛的将掉入最后一层。

进入箱体的硬币从第一层筛板到第四层筛板层层筛选，最终不同直径的硬币将下落到不同孔径的筛板上。

图2 箱体结构示意图

硬币计数部分的设计借助滑筛和滑道装置[2]实现，使得分类后的硬币沿着各自的滑到下滑，最后通过传感器进行计数，圆筒进行整理，滑筛上依旧布满圆孔，目的是防止筛板上极少数没有分离开的混币进入计数部分，使其在滑筛上再分离一次。然后使每种硬币进入装有传感器的滑道进行计数，并滑入圆筒整理，随后包装。滑筛一上孔直径为23.5 mm，滑筛二上孔直径为21.5 mm，滑筛三上孔直径为19.5 mm，滑筛四上无孔，每种滑筛都倾斜一角度，与水平线成30°，便于硬币滑下。在滑筛的末端都开有小槽，按照硬币厚度不同，每次只能单个硬币通过。因为不管哪种硬币，两个硬币加起来的厚度都超过3 mm，所以每个滑筛后面所开槽的厚度都为3 mm。

1.3 选材

材料决定着机器的使用寿命和使用价值。筛板型硬币分类整理机的筛板和箱体采用亚克力板材料[3]，机体座采用铝合金[4]制作。铝合金是现代工业、建筑业等领域应用广泛的金属原材料，便于加工成型，质量轻便、抗腐蚀性好、强度高等优点。方形铝型材其侧面上的滑槽，可以作为箱体上滚轮往复运动的轨道，简化了加工工业。亚克力板是聚甲基丙烯酸(PMMA)板材，由甲基丙烯酸甲酯聚合而成，俗名有机玻璃。亚克力板质量轻便、可塑性强，易于激光切割和钻孔，是做筛板钻孔材料最优质的选择。

2 振动机构的设计[5]

振动机构的原理可以简化为曲柄滑块机构，其结构由圆形偏心轮、连杆及滑块机构组成，如图3所示。电机带动机架做旋转运动，圆形偏心轮绕机架的旋转中心运动，由于偏心轮底部离圆中心偏离的弧度，在转动偏心轮的时候，卡在弧度中的连杆会沿着弧度慢慢靠近偏心轮底部中心，从而拉紧滑块与偏心轮之间的距离[6]。偏心轮可以改变偏心距，通过改变圆形偏心轮的几何中心与回转中心的距离，可以改变振幅的强弱，以适应不同负荷下的工作条件，达到最佳振动效果。

图3 偏心轮机构简图

连杆的一端与箱体连接，另一段通过螺栓固定在偏心轮上。在连杆中部开一段键槽，不断的调节螺栓的位置可以改变箱体往复运动的行程[7]，如图4所示。在本设计中一方面通过改变偏心轮的偏心距大小来调整振幅强弱，另一方面做成调距连杆，改变箱体往复运动速度，以适应不同工况。

图4 调距连杆

3 机体座的设计[8]

机体座的设计是用来驱动偏心轮转动，使筛板产生振动，主要由电动机、大小带轮、传送带、空心铝型材、偏心轮组成，如图5所示。电动机固定在机体座上，防止在工作过程中产生的剧烈振动，使得传动带的传动比不稳定。采用带传动的方式，电动机将动力直接传递给主动小带轮，然后驱动大带轮转动。利用铝型材自带滑道的优点和偏心轮可以改变偏心距的特点，从而使装有四个滚轮的箱体能够在上面来回运动，产生振动和筛选分离硬币[9]。