新型硬币清分机设计

摘 要：硬币在经济生活中的使用与流通，给我们的生活带来了一定的方便，但是在使用中也产生了一些问题，突出的问题就是不同面值硬币的分类与收集。针对该问题，我们利用离心力，巧妙地设计了一种硬币清分机，本文从硬币清分机的设计理念、原则，以及硬币分类结构的原理、尺寸参数等方面进行了较为详细的设计说明。最后总结了该硬币清分机的使用优点。

关键词：硬币清分;曲型拨叉;硬币收集

硬币代替小面额纸币流通给人们带来许多方便，同时也带来了一些问题，银行等一些特殊部门要对大量的硬币进行高效的处理，如清分、计数、包装等，这样要消耗很大的人力物力。随着硬币的广泛流通，硬币的清分、计数、包装成为一个急需解决的问题。现在北京、上海、深圳等一线大城市的地铁、公交车公司连续发生营运收取的大量硬币难以入缴银行的现象，致使部分公司的硬币大量积压。目前由于社会上使用的清分机有的结构复杂，不利于推广，有的靠人工清点、分辨硬币费时耗工，成本太高。怎么来弥补现有清分机的不足，从而设计出一种结构简单的硬币清分机成为现实之需。

1 硬币清分机的设计原则

基于现有的各种硬币清分包装机存在的不足，我们研发了此型结构简单、能够弥补现有硬币清分包装机不足的装置。机械结构的设计主要是根据市场需求与实际需要，对产品的功能、原理、技术参数进行规划决策并以一定的形式表达出来的过程。本硬币清分机的设计思路主要有以下几点：

（1）利用其物理特征对其进行分类、计数与包装，减少复杂技术，尤其是复杂的电子技术，以降低成本，减小操作难度。

（2）结构简单，体积小，工作稳定，不受环境影响。

（3）便于拆卸，轻便，易于移动。

（4）能按照意愿完成硬币清分、计数、包装的其一或全部功能。

2 清分机结构的设计

该硬币清分机结构设计本着简单、易懂、易使用的原则，主要结构有分类装置、收集计数装置等。整个装置机械原理简单、零部件简洁，并且易于拆装，在硬币卡壳或需要清洁时可方便将其拆开，易于修理与保养，且没有运用复杂的电子技术，使得操作非常简便，成本低廉，同时本装置体积小，轻便易于移动。主要结构包括旋转拨叉、硬币分类孔盘、硬币收集与计数装置等，整体结构图如图1所示：

2.1 旋转曲形拨叉设计

曲形拨叉的物理参数。旋转拨叉的功用主要是把倒进桶里的混合硬币进行搅动，使硬币运动起来，在旋转过程中，硬币能够充分、有序地通过圆孔进入筛选计数装置。因此，对该拨叉的大小、厚度以及倒角等参数有一定要求，具体要求如下：

（1）总厚度为15mm，倒角高度为10mm，角度为45°，横截面积为200mm2。

（2）拨叉的材料为PAL。

（3）PLA的抗拉强度为33～40Mpa;弯曲强度为67Mpa;弯曲模量为23～29J/CM;弹性模量为2370～2650Mpa。

2.2 分类装置设计

分类装置主要是用来在旋转的过程中把放在盛币盒内的各种硬币进行分类，根据曲杆拨叉、带有斜槽的圆盘筛、带有T型槽口的圆柱形外、收集筒、插销等。

2.2.1 分类装置尺寸的设定

硬币的分类装置部分由曲杆拨叉，带有斜槽的圆盘筛，带有T型槽口的圆柱形外筒、收集筒、插销构成。1元圆盘的孔直径24mm，5角圆盘的孔直径为20mm，由于1角硬币不用再分类，只需要收集，所以1角圆盘没有钻孔。

2.2.2 分类装置的工作原理

旋转曲杆拨叉在电机的带动下工作，拨叉逆时针拨动硬币，在硬币被拨叉搅动时，一部分直径小于圆孔的硬币就会落到下一层，并且还会有一部分硬币会T从型槽落入收集筒中，当落入收集筒中的硬币直径小于收集筒的侧面开口弦长时，硬币会从收集筒中滑出;当落入其中的硬幣直径大于收集筒的侧面开口弦长时，硬币会卡在收集筒中。利用硬币直径大小的不同，就达到了将硬币分类的目的。

2.3 收集与计数装置

2.3.1 工作原理

倒入第一层外筒中的5角和1角硬币会在拨叉的旋转下从圆盘的孔中下落到第二层（1元硬币因直径大于第一层圆盘筛孔的直径而不会下落），同时三种硬币也会从出币口流出（因为拨叉旋转时给硬币的离心力），硬币收集筒的下部会插入一个45°角的插销，因硬币收集筒的开口弦长小于1元硬币直径而大于5角和1角硬币直径，所以1元硬币会卡在收集筒中，而5角和1角的硬币会从开口处滑出，从而收集筒中会收满1元硬币（下面两层同理依次收集5角和1角的硬币），待硬币收集筒中1元硬币集满，在上插销口中插入插销，阻止圆盘里的硬币落入收集筒，取下下面的插销，同时用小袋子在收集筒下部收集下落出来的硬币，再将袋子放入包装机封口即可，收集筒中两个插销的高度是固定的，所以每筒中收集的硬币数是固定的，因而可计数。

2.3.2 结构设计

新型收集筒、插销，采用圆柱形半切口形状，圆柱直径为其所收集的相应硬币的直径，这样就保证了直径大的硬币进不来，直径小的硬币会从下面排出。

2.3.3 装置尺寸的设定

（1）1元收集筒：收集筒内径为28mm，筒壁厚5mm，开口宽度为21mm，高度为75mm，斜槽圆弧宽度为20mm，斜槽高度为2mm。

（2）5角收集筒：收集筒内径为24mm，筒壁厚5mm，开口宽度为20mm，高度为75mm，斜槽圆弧宽度为20mm，高度为2mm。

（3）1角收集筒：收集筒内径为22mm，筒壁厚5mm，开口宽度为15mm，高度为75mm，斜槽圆弧宽度为20mm，高度为2mm。

3 结语

作为一种新型的硬币分离机，在设计之初就本着结构简单、功能完善的理念，在制作完成后的试验过程中也较好地达到了预期的效果。本清分机具有以下几方面优点：

（1）不需要电子元件支撑就能够由上往下依次隔离并收集1元、5角以及1角硬币，工作稳定，没有环境限制，成本低。

（2）电机安装在底部，增加了稳定性，可以防止摇晃，在圆盘的中心安装拨叉，由电机带动，能够将圆盘上的硬币更快地拨至硬币收集槽中，加快了分类速度，提高分类的效率。

（3）将拨叉设置为弧形且凸起方向与拨叉的运动方向一致，降低了拨叉在转动过程中受到的扭剪强度，防止拨叉断裂。

（4）在三个硬币收集筒的上部设置活动插销，当硬币收集筒装满硬币时，将活动插销插入以阻止硬币继续掉入收集筒中，完成定量收集。

（5）三个硬币收集筒的底部在闭合时呈45°角，使得不符合盛放要求的硬币滑落至筒体的下一层区间，提高了硬币分类的准确度。

（6）对三个硬币收集筒的高度进行限定，使一个收集筒可以固定收集15枚硬币，同时将硬币束型，使之叠成圆柱形，便于包装。

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作者简介：郭伟（1984— ），男，汉族，硕士，实验师，研究方向：机械设计、机电控制。