電氣自動(dòng)化畢業(yè)論文硬幣找零模塊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、硬幣找零模塊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要：根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外硬幣找零模塊在軌道交通afc設(shè)備及自動(dòng)售貨機(jī)等設(shè)備上運(yùn)用的詳細(xì)需求，確定硬幣找零模塊的功能和性能技術(shù)指標(biāo)，探討實(shí)現(xiàn)硬幣找零模塊功能的機(jī)械機(jī)構(gòu)原理和方法，比對(duì)各種機(jī)械原理對(duì)產(chǎn)品性能的影響，提出產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案和產(chǎn)品性能研究的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：硬幣找零模塊 功能 機(jī)構(gòu)原理 速度 引 言科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自助設(shè)備和自動(dòng)設(shè)備的需求日益增多，這些設(shè)備復(fù)雜性程度和先進(jìn)程度也在同步提高，產(chǎn)品推陳出新速度加快。然而，實(shí)現(xiàn)這些產(chǎn)品功能的核心模塊或核心技術(shù)模塊，顯得力不從心，跟不上整機(jī)設(shè)備發(fā)展的步伐。目前，各種面向大眾的智能自動(dòng)售貨終端設(shè)備日益遍布街頭巷尾，城市軌道的建

2、設(shè)突飛猛進(jìn)，這些智能化的自動(dòng)設(shè)備完全跟上了城市的現(xiàn)代化的發(fā)展節(jié)奏，同現(xiàn)代化的城市融為一體。而這些設(shè)備的必備功能就是能夠接收硬幣、并能找零硬幣。為此，作者在研究了多家硬幣找零模塊產(chǎn)品、并閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國(guó)內(nèi)外硬幣找零模塊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法和硬幣找零模塊的發(fā)展趨勢(shì)。正 文論文 畢業(yè)論文硬幣找零模塊主要是運(yùn)用在軌道交通afc設(shè)備的自動(dòng)售票機(jī)上和自動(dòng)售貨機(jī)上，主要完成整機(jī)設(shè)備對(duì)顧客投入硬幣的鑒別、拒收、接收、找零等外部基本功能，并能夠完成入幣分揀、暫存、緩存、循環(huán)找零、后備找零、原幣奉還、硬幣回收、卡幣排除、各錢箱盤空、機(jī)構(gòu)自檢、數(shù)據(jù)存貯等內(nèi)部功能。各構(gòu)成部件

3、單元采取模塊化設(shè)計(jì)，便于維護(hù)和維修。本文重點(diǎn)探計(jì)硬幣找零模塊的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),電子方面采用單片機(jī)方式控制，本文就不作研究。1 硬幣處理模塊的構(gòu)成硬幣處理模塊主要由硬幣識(shí)別器、循環(huán)找零器、備用找零箱、補(bǔ)幣箱、硬幣回收箱、暫存-分幣機(jī)構(gòu)、緩存給幣機(jī)構(gòu)、排幣機(jī)構(gòu)、補(bǔ)幣箱座、拖板機(jī)構(gòu)、電子id、主控單元、操作單元等組成，它是整個(gè)自動(dòng)售票/售貨機(jī)的核心模塊之一。2 硬幣找零模塊基本功能、基本性能需求 硬幣識(shí)別器可以接受16種面額或幣種，接收幣越多越好。 硬幣找零模塊至少需配置2種面額品種的循環(huán)找零器，每個(gè)循環(huán)找零器的容量一般要求大于80180枚，容量越大越好。 硬幣找零模塊至少需配置2個(gè)不同硬幣品種的備用

4、找零箱，每個(gè)找零箱的容量一般要求大于1000枚。容量越大越好。 找零時(shí)優(yōu)先從循環(huán)找零器找出，當(dāng)循環(huán)找零器中幣量不足時(shí)，從后備找零器（即后備找零箱）中找取。 能自動(dòng)將乘客投入的硬幣優(yōu)先導(dǎo)入到循環(huán)找零器循環(huán)找零，多余的硬幣又可自動(dòng)進(jìn)入硬幣回收箱。 硬幣找零模塊一次性能夠接收至少兩種各20枚硬幣。 在交易取消時(shí)，硬幣找零模塊具有原幣返還顧客所投入的硬幣的功能。 硬幣找零模塊中備用找零箱和循環(huán)找零器所存儲(chǔ)的硬幣能通過命令清空。清空命令可通過車站計(jì)算機(jī)下達(dá)，也可按規(guī)定在自動(dòng)售票機(jī)的維護(hù)單元上操作。 在自動(dòng)售票機(jī)暫停接收硬幣、暫停服務(wù)或關(guān)閉時(shí)，投幣口關(guān)閉不接收硬幣。 投幣口及退幣口還具有防水的措施，其邊緣

5、光滑不會(huì)傷害乘客。 硬幣投入、補(bǔ)充、找零通道光滑、暢通、無阻擋。 各構(gòu)成單元按模塊化設(shè)計(jì)，各部件按免現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方式設(shè)計(jì)。 硬幣找零模塊充分按最小外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大限度地減少投幣口和出幣口之間的高度，方便售票機(jī)投幣高度和接幣高度,便于售票（貨）機(jī)按人體工程學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)壽命5,000,000次，可靠性mcbf100，000次。 整機(jī)噪音50db。3 kcm-3000硬幣處理模塊原理框圖3.1 常見的四循環(huán)兩后備找零機(jī)構(gòu)原理圖 圖1所示的找零機(jī)構(gòu)因外形尺寸的限制，最多只能接收/找出4種硬幣，補(bǔ)充2種硬幣。原理圖如下：圖1：四循環(huán)兩后備找零機(jī)構(gòu)原理圖圖2所示的找零機(jī)構(gòu)因外形尺寸的限制，能接收16種

6、硬幣，但只能找出2種硬幣，補(bǔ)充2種硬幣。原理圖如下：圖2：兩循環(huán)兩后備找零機(jī)構(gòu)原理圖4 構(gòu)成部件的基本功能描述和設(shè)計(jì)要求4.1 硬幣識(shí)別器 硬幣識(shí)別速度：2枚/s。 一般能夠接受至少16種不同硬幣參數(shù)設(shè)置，并能根據(jù)硬幣的直徑、材質(zhì)及厚度等參數(shù)指標(biāo)辨別硬幣的真假。硬幣檢測(cè)準(zhǔn)確率大于99.9 。對(duì)無法識(shí)別的硬幣給予退幣處理。 一般具備1個(gè)入幣口、1個(gè)退幣口和至少4個(gè)分揀出口，呈一定排開或矩陣排列，便于將分出的幣種接入緩存機(jī)構(gòu)。 入幣口具備排幣裝置，硬幣識(shí)別器能夠接受命令將入幣口卡滯的硬幣排入退幣口。 硬幣識(shí)別器可通過參數(shù)設(shè)置增加新硬幣種類，而不需進(jìn)行任何軟件及硬件的更改。 硬幣識(shí)別器一般選用coi

7、n controll和德國(guó)的nri的硬幣識(shí)別器，全球范圍內(nèi)它們廣泛應(yīng)用于對(duì)安全和識(shí)別要求十分嚴(yán)格的自動(dòng)售貨設(shè)備和自動(dòng)售票設(shè)備中。4.2 排幣機(jī)構(gòu)4.2.1 功能描述 當(dāng)硬幣識(shí)別器入幣通道卡幣時(shí)，排幣機(jī)構(gòu)完成一次下壓一定行程的動(dòng)作，將識(shí)別器排幣側(cè)門壓開，實(shí)施排除卡幣功能。4.2.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 排幣動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，可采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一套偏心輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，也可采用螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。前者是偏心凸輪機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)；后者是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過螺桿轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，將識(shí)別器排幣杠桿壓下。 需要設(shè)計(jì)上、下兩個(gè)動(dòng)作限位傳感器，以及機(jī)構(gòu)越程保護(hù)開關(guān)。 緩存-分幣機(jī)構(gòu)完成任一功能動(dòng)作的速度

8、要不大于2s。 為便于電氣控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流減速電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，dc24v以下。 該機(jī)構(gòu)應(yīng)靈活可靠，運(yùn)動(dòng)精確，功耗低。 充分考慮各構(gòu)成件的可維護(hù)性和檢測(cè)傳感器的可調(diào)整性。4.3 暫存分幣機(jī)構(gòu)4.3.1 功能描述 通過特定的機(jī)械裝置將硬幣識(shí)別器接收的硬幣導(dǎo)入暫存-分幣機(jī)構(gòu)暫存。 在afc設(shè)備上，一般硬幣找零模塊要求暫存-分幣機(jī)構(gòu)的容量為2種各20枚硬幣，并可擴(kuò)展為4種各20枚。暫存-分幣機(jī)構(gòu)的容量越大越好。 暫存-分幣機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)將暫存的硬幣導(dǎo)入循環(huán)找零箱、緩存箱以及回收箱三個(gè)位置的功能，并在三個(gè)相應(yīng)的位置設(shè)置位置檢測(cè)傳感器。功能如下： 顧客投入的硬幣優(yōu)先進(jìn)入循環(huán)箱循環(huán)利用，大大減少人工往硬幣找

9、零模塊中補(bǔ)幣的工作量。 當(dāng)顧客投幣后取消購(gòu)票（購(gòu)物時(shí)），可將所投入的硬幣原幣歸還給顧客，這樣能夠杜絕不法分子在購(gòu)票（購(gòu)物）機(jī)上進(jìn)行洗錢的行為。 當(dāng)循環(huán)找零箱滿時(shí)，可將所投入的硬幣導(dǎo)入回收箱進(jìn)行回收。4.3.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 暫存單元箱容量同循環(huán)幣種的數(shù)量要求相一致，要進(jìn)入不同循環(huán)箱的硬幣要分離暫存。 暫存單元箱運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，可采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一套翻斗式機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，也可采用平移式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以來實(shí)現(xiàn)。前者是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給翻斗式機(jī)構(gòu)，將暫存單元箱內(nèi)的硬幣直接倒入不同的通道，如導(dǎo)入循環(huán)找零箱的通道、導(dǎo)入緩存箱的通道和導(dǎo)入回收箱的通道；后者是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，將暫存單元箱內(nèi)的硬幣倒到不

10、同的通道。該機(jī)構(gòu)最好不要采取將暫存單元箱內(nèi)的硬幣先倒到循環(huán)箱，再?gòu)难h(huán)箱排入回收箱的機(jī)構(gòu)方式，這種方式會(huì)額外增加循環(huán)箱的工作負(fù)荷量，大大降低循環(huán)箱的壽命。 緩存-分幣機(jī)構(gòu)不充許有硬幣滯留現(xiàn)象。 暫存-分幣機(jī)構(gòu)完成任一功能動(dòng)作的速度要不大于0.5s。 為便于電氣控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流減速電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，電壓不超過dc24v。 該機(jī)構(gòu)應(yīng)靈活可靠，運(yùn)動(dòng)精確，功耗低。 充分考慮各構(gòu)成件的可維護(hù)性和檢測(cè)傳感器的可調(diào)整性。4.4 循環(huán)找零箱4.4.1 功能描述 循環(huán)找零箱數(shù)量至少2個(gè)，至少找2種以上的幣種或面值的硬幣，并可同時(shí)找零。 容量80180枚，出幣速度68枚/s。 優(yōu)先從循環(huán)找零箱找零。4.4.2

11、設(shè)計(jì)要求 注意外接導(dǎo)幣管道的接口結(jié)構(gòu)的合理性，不能有卡幣等缺陷。 充分考慮各構(gòu)成件的可維護(hù)性和檢測(cè)傳感器的可調(diào)整性。 設(shè)計(jì)必要的保護(hù)結(jié)構(gòu)，防止維護(hù)人員接觸到錢幣。4.5 緩存給幣機(jī)構(gòu)4.5.1 功能描述 把循環(huán)箱和后備箱中找出的硬幣暫時(shí)緩存在緩存給幣機(jī)構(gòu)中，等待上位發(fā)出的動(dòng)作命令。 緩存給幣機(jī)構(gòu)可以按上位命令把找出的硬幣導(dǎo)向找零口給顧客，或?qū)蚧厥湛诨厥铡?在機(jī)構(gòu)自檢時(shí)，可分別進(jìn)行找零口和回收口的倒幣動(dòng)作，清除機(jī)構(gòu)內(nèi)部的殘留硬幣。應(yīng)按先回收、后找零的動(dòng)作順序進(jìn)行。4.5.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 保證緩存器的容量符合充許接收的最多硬幣數(shù)量。 具備接收找出的硬幣、把找出的硬幣導(dǎo)入找零口和回收找出的硬幣三

12、個(gè)動(dòng)作功能，并在三個(gè)相應(yīng)的倒幣位置設(shè)置位置檢測(cè)傳感器。 緩存單元箱運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，可采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一套翻斗式機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，也可采用平移式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以來實(shí)現(xiàn)。前者是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給翻斗式機(jī)構(gòu)，將暫存單元箱內(nèi)的硬幣導(dǎo)入不同的通道，如導(dǎo)入找零通道、導(dǎo)入回收箱的通道；后者是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，將暫存單元箱內(nèi)的硬幣導(dǎo)入不同的通道。該機(jī)構(gòu)最好不要采用皮帶傳輸硬幣的方式，采用皮帶傳輸硬幣的方式有以下缺點(diǎn)：皮帶壽命短、傳輸不可靠、易漏幣、卡幣、給幣時(shí)間長(zhǎng)等。 緩存分幣機(jī)構(gòu)不充許有硬幣滯留現(xiàn)象。 緩存分幣機(jī)構(gòu)完成任一功能動(dòng)作的速度要不大于0.5s。 為便于電氣控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流減速電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，

13、電壓不超過dc24v。 該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)應(yīng)靈活可靠，運(yùn)動(dòng)精確，功耗低。 充分考慮各構(gòu)成件的可維護(hù)性和檢測(cè)傳感器的可調(diào)整性。4.6 補(bǔ)幣箱 用于往后備箱中補(bǔ)充硬幣，容量不少于1000枚（1元）。 具備同后備箱聯(lián)鎖開/閉功能，操作人員不能正常用鑰匙在設(shè)備外開啟補(bǔ)幣箱而接觸到錢幣。4.7 硬幣回收箱 用于盛放硬幣回收機(jī)構(gòu)接收的多余的硬幣，容量不少于3000枚（多幣種混裝）。 具備同設(shè)備聯(lián)鎖開/閉功能，操作人員不能正常用鑰匙在設(shè)備外開啟硬幣回收箱而接觸到錢幣。4.8 拖板機(jī)構(gòu) 硬幣回收機(jī)構(gòu)同其底架之間安裝有重型三組長(zhǎng)導(dǎo)軌，在設(shè)備中可將整個(gè)機(jī)構(gòu)拉出設(shè)備外進(jìn)行維護(hù)。 重型導(dǎo)軌的選型要求：長(zhǎng)度能夠?qū)C(jī)構(gòu)完全拉出設(shè)

14、備機(jī)柜；承重強(qiáng)度至少不小于120kg/根。5 硬幣找零模塊常用的成熟部件的技術(shù)規(guī)格項(xiàng)目 型號(hào)或技術(shù)參數(shù) 功能說明硬幣識(shí)別器 coin controll的c435德國(guó)nri的g-40mei公司的cashflow 9524等 二者都能接受16種不同硬幣參數(shù)設(shè)置，通過檢測(cè)硬幣的直徑、材質(zhì)及厚度等參數(shù)來辨別硬幣的真?zhèn)?。?duì)于不能通過檢測(cè)的硬幣將退還給乘客,硬幣檢測(cè)準(zhǔn)確率大于99.9。c435可通過終端接口，由用戶自行增加新硬幣種類?？山邮沼矌欧N數(shù) 16種硬幣硬幣尺寸 直徑15毫米30毫米厚度1毫米3.3毫米硬幣檢測(cè)準(zhǔn)確率 大于99.9一次性接收率 正常情況下超過95%處理速度 3枚硬幣/秒硬幣暫存及原幣

15、返還 暫存至少20枚2硬幣 如果乘客取消操作或出票不成功，設(shè)備會(huì)自動(dòng)將原幣返還給乘客緩存找零器 money controls compact hoppertvm配備2個(gè)緩存找零器，每個(gè)可容納不少于180枚硬幣出幣速度：大于6-8枚/秒 硬幣找零優(yōu)先從緩存找零器中找?guī)?。乘客投入的硬幣?yōu)先進(jìn)入緩存找零器，如果緩存找零箱滿時(shí)，則回收到硬幣回收箱。備用硬幣找零 money controls hopper mk4。配備2個(gè)hoppermk4。硬幣容量：大于1000枚2出幣速度：大于2.5枚/秒 當(dāng)緩存找零箱內(nèi)硬幣存量不足時(shí)，設(shè)備能自動(dòng)從備用硬幣箱中直接找零。緩存找零器盤點(diǎn) 出幣速度：大于6-8枚/秒 將

16、緩存找零箱中的硬幣清點(diǎn)并排到硬幣回收箱。備用硬幣找零盤點(diǎn) 出幣速度：大于3枚/秒 將備用硬幣箱中的硬幣清點(diǎn)并導(dǎo)入硬幣回收箱。mcbf 100，000h 6 硬幣找零模塊的速度指標(biāo)序號(hào) 部件名稱功能項(xiàng)目名稱 動(dòng)作描述 速度指標(biāo)1. 硬幣識(shí)別 處理速度 2枚硬幣/秒2. 排幣 完成一次排幣動(dòng)作（壓桿下上一次） 2s3. 原幣奉還 將暫存盒中的幣退至找零口 1.5s4. 全部循環(huán)找零 全部、直接從循環(huán)箱中找零 (找2種幣) 23枚：1s 27枚：1.5s 27枚：2s 213枚：2.5s 220枚：3s5. 全部后備找零 全部、直接從后備箱中找零(找2種幣) 23枚：1.5s 27枚：3s 210枚：4s 215枚：5s 220枚：7s6. 循環(huán)箱盤點(diǎn) 將2個(gè)循環(huán)箱內(nèi)的硬幣全部排入回收箱(2180枚) 40s7. 后備箱盤點(diǎn)