旋轉式硬幣分離驗偽計數包裝多功能一體機設計說明書

1、旋轉式硬幣分離驗偽計數包裝多功能一體機設計說明書設計者：陳龍 臧凌玉 宋昆 姚永強（青島理工大學機械工程學院 ，青島 266520）作品內容簡介 為解決公交公司紙幣硬幣難分離；一元硬幣難驗偽、難計數、難包裝的問題。通過市場調查和實驗總結設計研究出一種新型的硬幣分離驗偽包裝計數多功能一體機。研發(fā)此產品目的是：在低成本的情況下能夠對大量紙幣、硬幣進行篩分，并對一元硬幣進行驗偽，且能夠保證一定的驗偽精度，并最后做到統(tǒng)計計數和環(huán)保簡易包裝，從而節(jié)約人力，解決消費者和中小企業(yè)創(chuàng)業(yè)者的煩惱。 圖一為旋轉式硬幣分離驗偽計數包裝多功能一體機裝置，設計的產品的裝置包括篩分裝置、驗偽計數裝置、包裝裝置。 篩分裝置

2、包括電動機、機架，硬幣紙幣分離室，抽風裝置，抽風擋板，斜面滑槽，L型導路管，旋轉式三層分篩機構，篩盤圓形擋板，錢幣收集槽，旋轉主軸等機構組成，其中旋轉式三層分篩機構是核心裝置。旋轉式三層分篩機構的第二層和第三層與旋轉主軸相連，第一層與圓形擋板相連，圓形擋板與機架相連，抽風機及抽風擋板固定在L型導路管上，L型導路管與機架相連，在L型導路管下方連接著錢幣收集槽，硬幣紙幣分離室及斜面滑槽均與機架相連。 驗偽計數裝置電動機、收集漏斗，硬幣分割機構，錐齒輪，進幣滑槽，傳送帶，壓力感應器，紅外線感應器，固定機架，電渦流感應器，電動機，出幣槽，紅外線計數器等組成。其中核心部分是分割機構和重量材質雙重驗偽分離

3、計數體系。硬幣分割機構固定在機架上，在分離機構的上方是固定在機架上的收集漏斗，進幣滑槽固定在分割機構下方。傳送帶通過軸承固定在機架上，紅外線感應器在二級傳送帶上方，在二級傳送帶下方還裝有重量感應器，電渦流感應器固定在二級傳送帶上方。傳送帶下方固定有真幣滑槽和假幣滑槽，電磁鐵固定在機架上，位于出幣滑槽一側，在電磁鐵與滑槽之間有一可移動導桿。紅外線計數器安裝在真幣滑槽出口一側。 包裝裝置包括由電動機、曲柄滑塊機構、滑塊1、滑塊2、齒條1、齒條2、齒輪摩擦盤、掛袋環(huán)、包裝袋和訂口器組成。曲柄滑塊機構與電動機連接固定在機架上，滑塊1位于曲柄滑塊上，同時齒條1位于滑塊下放，齒輪摩擦盤固定在機架上與齒條1

4、嚙合。齒條2和滑塊2與齒條1、滑塊1以齒輪摩擦盤為中心成左右對稱分布。訂口器位于上滑塊1、2上部左右相對的內部，相對布置。掛袋環(huán)位于滑塊上方。 具體實施過程：紙幣和硬幣通過進幣口進入硬幣紙幣分離室，在抽風機的作用下將紙幣吸入到L型導路管并最終讓紙幣進入到紙幣收集槽。這一步主要利用紙幣和硬幣的重量不同將紙幣和硬幣分離。硬幣經過分離室后進入到第一層分篩機構中，通過一層三角旋轉擋板將硬幣送到第二層小旋轉篩，在主軸的帶動下，小旋轉篩轉動，在二層固定分室擋板的作用下，硬幣進入第三層大旋轉篩，而比一元硬幣大的假幣則不會落下，并在分室擋板的作用下將假幣推到篩子的邊緣，在二層出幣固定擋板的作用下，假幣落到收集

5、槽中。硬幣落到第三層大旋轉篩后，通過主軸帶動大旋轉篩轉動，并在三層固定分室擋板的作用下，比一元小的硬幣落入斜面滑槽，通過斜面滑槽在落入到硬幣收集槽中。一元硬幣在固定分室擋板的作用下被推到大篩的邊緣，在三層出幣擋板的作用下落入硬幣收集漏斗。 硬幣經過與收集漏斗相連的空心收集圓柱后，硬幣便會疊在一起。在空心圓柱下方便是分割機構，分割機構與空心圓柱之間的距離剛好是一個硬幣的厚度，在電機的帶動下，分割機構中的凸輪帶動分割片將硬幣推到硬幣進幣滑槽，硬幣經過進幣滑槽到達一級緩沖傳送帶，傳送帶在電機帶動下將硬幣送到二級驗偽傳送帶，到達二級驗偽傳送帶后，在壓力感應器的作用下先對硬幣進行重量驗偽，之后再由電渦流

6、傳感器進行材質驗偽，驗偽過程由PLC控制。驗偽后再將假幣和真幣分開，在PLC控制下，通過電磁鐵吸合移動導桿，如果是真幣，電磁鐵不通電，移動導桿不移動，移動導桿的滑槽正好與出幣滑槽和真幣出口滑槽位于一條直線，真幣落入真幣出口滑槽，紅外線計數器并對真幣進行計數；如果是假幣，則電磁鐵吸合移動導桿，使出幣滑槽與假幣滑槽位于一條直線，假幣落入假幣收集槽。 包裝袋掛在掛袋環(huán)上，硬幣通過驗偽計數機構以后，落入包裝袋。達到一定數量后，啟動電動機帶動曲柄滑塊機構運動，滑塊1向前移動，同時滑塊1上的齒條1帶動齒輪摩擦盤，齒輪摩擦盤同時推動齒輪2和滑塊2移動，做到滑塊1、2同時向中間聚攏，摩擦盤利用摩擦將裝有一定重

7、量的包裝袋袋口扭緊。最后滑塊1、2聚攏到一起，包裝袋口擰緊，由訂口器將袋口訂上，完成包裝。其主要創(chuàng)新特點是：本機器采用風力分離將紙幣硬幣分離，硬幣通過三層帶不同孔徑的旋轉盤將比一元硬幣大和小的硬幣剔除，通過漏斗收集，空心收集圓柱與凸輪帶動分割片的間歇式運動對硬幣進行逐個分割，兩個傳送帶首先消除慣性，通過第二傳送帶的紅外線感應、壓力感應、電渦流感應對硬幣進行驗偽，紅外線計數器進行計數，單片機控制出幣滑槽將假幣剔除，曲柄搖桿帶動齒條齒輪摩擦盤配合完成簡易包裝?？梢詫⒂矌偶垘欧蛛x，機電結合將一元硬幣有效的分離、驗偽、計數、包裝，因而可以適應于大型百貨商場、大型超市、公交公司、中小企業(yè)，解決一元硬幣的

8、困擾尤其是針對公交公司。縮短勞動時間及節(jié)約勞動力，降低成本，較好地解決了紙幣硬幣難分離，硬幣難分離、難驗偽、難計數難包裝的問題，使計數速度、精度、效率有很大的提高，實現(xiàn)高效、低耗、低成本、做到和諧生產、和諧制造。聯(lián)系人：陳龍 聯(lián)系電話Email：6094627211研制背景及意義 圖1.1 圖1.2目前硬幣紙幣混合流通，每天公交公司每天都有硬幣紙幣還有各種幣種的混合入賬，各種硬幣難分離、難清點、混有各種假幣、游戲幣等的新聞隨處可見（圖1.1）。公交公司硬幣紙幣的分離，硬幣的分離、驗偽、計數、包裝完全靠人工來完成（如圖1.2）在各種幣混合的條件下進行高強度、高精度的工作

9、效率得不到保證的同時，工人的身體狀況也令人擔憂。第七屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的三個主題之一便是錢幣的分類、清點、整理機械裝置?？梢婂X幣的分類、清點、驗偽、包裝是一個亟待解決的問題，我們對青島真情巴士公交公司進行了深入調研，了解其主要情況時公司向我們表達了對研制這種機器的強烈需求。針對上述問題我們研制了新型硬幣分離、驗偽、計數、包裝多功能一體機：提供一種自動化水平高，能實現(xiàn)紙幣硬幣分離，一元硬幣與其他硬幣分離，一元硬幣的驗偽、計數、包裝的功能，使效率、精度大幅度提升的裝置。目前市面上對硬幣分離機器很多但驗偽包裝的機器幾乎沒有，像我們這種分離、驗偽、計數、包裝一體機市面上更是沒有。公交公司、實

10、現(xiàn)縮短勞動時間及節(jié)約勞動力，降低成本的要求，還起到精簡部門的作用。2主要功能和性能指標主要功能：1） 抽風裝置利用風力將紙幣與硬幣分離便于后面裝置的進行。2） 硬幣篩分裝置采用3層不同孔徑的轉盤對不同尺寸的硬幣進行分離，在保證高精度的硬幣不同種類的分離。 3） 硬幣分割裝置能夠通過凸輪帶動帶孔分割片將漏斗收集機構收集到空心圓柱管內一元硬幣一個一個的分割開為重量驗偽、電渦流驗偽以及紅外線計數提供條件，精度高，可控性強。4） 驗偽計數裝置擁有兩條不同用途的傳送帶，第一條用于抵消慣性提高計數驗偽精度，第二條依次裝有紅外線傳感器、壓力傳感器、電渦流傳感器，重量、材質雙重驗偽，提高驗偽精度。由信號由單片

11、機判斷并作用到真?zhèn)螏欧蛛x槽，控制真?zhèn)螏诺牧飨蜃詣踊潭雀?、精度高、可控性強，落入真幣槽的硬幣經過紅外線計數器計數，計數準確。5） 包裝裝置由曲柄滑塊帶動齒條、齒輪摩擦盤運動，實現(xiàn)包裝口擰緊的同時滑塊包裝口的夾緊最后實現(xiàn)訂口裝置將包裝口訂緊。性能指標：實現(xiàn)100個硬幣/每分鐘驗偽計數包裝的速度，精確率達到99%的性能要求。3各機構的設計3.1篩分裝置的設計3.1.1紙幣分離機構的設計 由于公交車的大面值最多為10、5元，我們對目前市面上流通最多的第五套人民幣做了調研，調研結果如表3-1 我們設計L型 種硬幣、游藝幣的大小的材質 經過調查發(fā)現(xiàn)各種硬幣的尺寸、材質是不同，一元硬幣與其他硬幣及游藝幣的

12、大小至少相差2.5mm。各個盤之間通過孔的大小完全能夠實現(xiàn)分離的目的。 經過我們設計決定：圓盤1的直徑180mm，孔的直徑30mm，圓柱環(huán)的直徑182mm，三高度50mm角擋板的尺寸；圓盤2的直徑240mm，孔的直徑26mm，圓柱環(huán)的直徑242mm，高度50mm，大幣出幣擋板的尺寸長70mm，高7mm角度75度；圓盤3的直徑260mm，孔的直徑23mm，圓柱環(huán)的直徑262高度50mm，圓盤處開口槽長30mm，寬30mm，高30mm一元硬幣出幣槽的尺寸高30mm，寬30mm，長30mm，斜槽的角度30度。 3.1.3材料的選擇：L型導路管的材料，強度要求不高所以我們采用強度要求不高，輕質且不生銹

13、、價格便宜的鋁材料。旋轉圓盤、圓柱環(huán)擋板、三角擋板、刀型擋板、出幣擋板我們選擇有一定強度且耐腐蝕的不銹鋼材料，旋轉軸我們選用剛度高，可加工性強的45鋼。3.2驗偽、計數機構的設計：3.2.1分割機構 一元硬幣經篩分機構落入漏斗收集槽，漏斗收集槽下接空心收集管收集管的直徑比一元硬幣的直徑大一點，分割片與空心管下方緊密相連，分割片的厚度與一元硬幣的厚度相同分割片上有圓孔的直徑比一元硬幣的直徑略大，分割片由凸輪帶動做間歇運動，將一元硬幣一個一個推入滑槽中。 經我們設計研究決定：漏斗收集機構漏斗的高度，上部直徑 140mm，下部直徑28mm，空心收集管直徑 28mm，空心收集管的高度80mm，分割片的

14、厚度2mm，分割片上圓孔的直徑28mm，凸輪的行程25，滑槽的坡度30度，厚度1mm設計。3.2.2驗偽計數機構設計硬幣由斜槽落入第一級傳送帶，消除慣性，然后滾入第二級傳送帶，二級傳送帶上首先裝有紅外線感應儀，感言到信號依次啟動，壓力傳感器、電渦流傳感器用于驗偽，信號傳入單片機，單片機控制出幣滑槽不動還是移動到假幣槽位置，落入真幣滑槽的硬幣經過紅外線計數器計數。經過各種計算我們確定帶輪的寬度40mm，長度170mm，紅外線感應裝置的安裝位置距第二級頭傳感器30mm，壓力傳感器的安裝位置距第二級傳感器頭50mm，電渦流傳感器安裝位置距第二傳感器70mm，出幣滑槽的角度30，紅外線計數裝置安裝位置

15、距滑槽110mm。 電渦流傳感器的選擇本原理主要利用電渦流傳感技術來分辨假幣的不同材質。如圖所示，在線圈L下方X處放置一金屬板，對線圈通以正弦高頻電磁場并作用于金屬板表面。金屬板的表面感應后產生渦流i，其產生的電磁場又反作用于線圈L，改變線圈電感的大小。其變化的程度取決與線圈L的外形尺寸、線圈L至金屬板之間的距離x，金屬板材料的電阻率和導磁率（和均與材質及溫度有關），以及is的頻率等。而后兩者則因金屬板材質的不同而變化。利用此原理的電渦流傳感器一般被用作此種原理的基礎元件。由于造假工藝的局限性，假幣的材質以及表面的鍍層與真幣有著鮮明的差別，再加上目前的電渦流傳感器分辨率相對較高，響應速度快，因

16、此來與真幣不同的幣種加以分辨。 型號 S2200 探頭直徑 8mm 頻率響應（DC） 10kHz 輸出波紋 5mv 線性范圍 0.40-2.40 靈敏度 8V/mm 線性度 +-1.0% 靈敏精度 +-4.0% 線性度溫漂 +-3.0% 靈敏度溫漂 +-0.10%/度 感應傳感器的選擇： 電感式傳感器工作原理電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開關電路及放大輸出電路。振蕩器產生一個交變磁場。當金屬目標接近這一磁場，并達到感應距離時，在金屬目標內產生渦流，從而導致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。A傳感器圖

17、 b傳感器參數紅外線計數器的選擇 紅外線計數器分為對射式和反射式2種電路，對射是一個發(fā)射頭和一個接收頭在中間如有物件通過就遮擋一下光線，就輸出一個脈沖信號觸發(fā)一下計數電路，反射式紅外線是把發(fā)射頭和接收頭做在一塊成為一個紅外探頭，當探頭前有一個物件出現(xiàn)就把發(fā)射頭的紅外線反射給接收頭，探頭輸出一個脈沖給計數器計數。探測器檢測距離：800mm內，計數位數：四位或者八位，可以設置下排顯示輸出值，或者設置成上下兩排都是當前計數值，比如下排設置9，上排實際數量走到9報警聲光報警，也可以外接其他設備控制設備停機或啟動。尺寸：儀表尺寸48mm×48mm計數范圍：0-9999或者0-99999工作電壓

18、：220V完全滿足我們計數需求。壓力傳感器的選擇 金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：式中：金屬導體的電阻率（。cm2/m ） S 導體的截面積（cm2 ） L 導體的長度（m ） 我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金

19、屬絲的應變情況。 此款量程為300g，靈敏度為1.0MV/V。尺寸規(guī)格為：長47mm，寬10mm，厚6mm。傳送帶傳動系統(tǒng)的設計 我們采用鏈輪傳動，傳動平穩(wěn)性高，且沒有很強的裝配精度。鏈輪的外直徑50，齒數10，鏈的長度78mm。傳動如圖： 3.2.3材料的選擇 漏斗槽我們采用碳纖維，有強度保證的同時 ，有韌性的保證；空心圓柱管、分割片我們采用硬塑料，不易變形且價格低；凸輪、斜面滑槽、出幣滑槽我們均采用強度高不易生銹的不銹鋼，兩級傳送帶我們采用尼龍布，柔韌性高，傳動摩擦能夠得到保證；鏈輪我們采用淬火、回火處理后的45Mn，傳動平穩(wěn)，且耐磨。3.3包裝機構設計 電動機帶動曲柄滑塊1由旋轉運動轉換

20、成直線運動，齒條1固定在滑塊1下方，齒條1與齒輪摩擦盤嚙合，齒條2與滑塊2與齒條1滑塊1與齒輪摩擦盤關于齒輪摩擦盤左右對稱，齒輪摩擦盤上面附有摩擦硅膠提供摩擦力，訂口機位于兩滑塊向對位置，掛袋環(huán)位于滑塊機構上面。 齒輪齒條的具體參數：齒輪的直徑65，模數1，齒條的長度28，曲柄滑塊機構的各桿的長度 8mm、10mm，掛袋環(huán)的直徑200mm，滑塊釘口機處距齒條的距離180mm，導軌的長度45mm。 齒輪、齒條、曲柄滑塊結構的桿我們采用鑄鐵材料，因為鑄鐵抗膠合、和抗點蝕能力強、我們工作較平穩(wěn)，功率不大低速尺寸較復雜且能在缺油的情況下工作。齒輪摩擦盤的摩擦力我們由高摩擦硅膠提供，滑塊我們采用硬塑料，

21、可塑性性強，強度可以保證。掛袋環(huán)我們采用有一定強度的高分子樹脂材料。3.4工作控制流程圖 開始 主軸電動機旋轉、凸輪處電動機旋轉、傳送帶處電動機旋轉 放入硬幣 硬幣經過篩分盤篩分（只剩一元硬幣） 硬幣敬漏斗收集槽、空心圓柱管落入分割機構 分割完成經滑槽進入兩級傳送帶 一級緩沖，經過紅外線感應，包裝機構電動機動作，經過電渦流傳感器，經過壓力傳感器 信號傳人單片機，單片機經過信號比對確定是否控制電磁滑槽 硬幣經滑槽落下，同時紅外計數器計數 硬幣落入包裝機構 計數達到一定數目包裝機構電動機啟動完成包裝 結束 4.理論設計計算 4.1電動機的設計我們的裝置需要用到用到四臺電動機：一臺是應用到篩分機構的

22、主軸的旋轉，一臺應用推動分割機構的驅動凸輪轉動，一臺應用于驗偽計數機構的傳送帶旋轉，最后一臺應用于曲柄滑塊機構推動齒輪齒條副運動。第一臺電動機用于主軸旋轉，考慮到我國家庭用電的實際電壓為220V，因此選擇額定電壓為220V的電動機，選擇轉速為120r/min。估計所設計的電動機最大負載約為160N，旋轉半徑為0.01m。根據公式得 從以上各因素考慮，宜采用交流微型電機60YCJ10/4-30。主要性能參數為： 功率：16W 電源：220V 轉速：120r/min 安裝結構型式：立式同理我們需要的電動機一般負載要求，轉速100r/min左右，滿足第一臺各種參數的電動機均符合要求，而且負載轉速要求

23、更低所以10W左右的電動機便能滿足其需求。所以其他電動機也選擇交流微型電機60YCJ10/4-30，即可。4.2螺紋的設計及校核 結合本裝置的實際運用，電動機開始動作，考慮到一定的安全系數和加工時還有物料的進入，通過傳感器測得載荷為F=100N.1)在拉力F的作用下，各個螺栓分擔的載荷拉力 2)對于一些有密封要求的連接要有一定的預緊力，預緊力： （本設計取1.8） 3)則每個螺栓的總拉力F2： 求得 4)計算拉伸強度： 故強度要求滿足。4.3凸輪的設計及行程 凸輪基圓半徑r0=25mm，偏距e=10mm，壓力角25°，小于極限壓力角，滾子的直徑rr0，推程h=26，推程角90

24、6;，回程角90°，工作過程如圖。4.4曲柄搖桿的設計及行程條件 滑塊的行程H=12mm 機構的極為夾角為15° 機構的行程速比系數K=180°+/180°-=1.18。 機構一個工作周期T=10 機構行程經歷的時間T1=KT/K+1=6.43s 空回程經歷的時間為T2=T-T1=3.57。 4.5鏈輪的設計 我們無劇烈沖擊震動，要求耐磨損的，所以我們選用淬火、回火之后的45Mn，強度為40-50HRC,單排鏈，完全符合我們設計壽命需求。4.5齒輪齒條的設計及強度校核 齒輪齒條的具體參數：齒輪的直徑65，模數1，齒條的長度28，曲柄滑塊機構的各桿的長度8

25、mm、10mm ，掛袋環(huán)的直徑200mm，滑塊釘口機處距齒條的距離180mm，導軌的長度45mm。 計算齒輪強度用的載荷系數K，包括使用系數KA、動載系數KV、齒間載荷分配系數K及齒向載荷分配系數K，即 K=KAKVKK使用系數KA 是考慮齒輪嚙合時外部因素引起的附加載荷影響的系數。該齒輪傳動的載荷狀態(tài)為輕微沖擊，工作機型為小型機器，所以使用系數KA取1.35.動載系數KV 齒輪不可避免的會有制造及裝配誤差，齒輪受載后還要產生彈性形變，齒輪在嚙合的過程中，由于嚙合齒對的剛度變化，也要引起動載荷。為了計算動載系數KV，如圖由于速度很小，根據上圖查的KV取1.0。齒間載荷分配系數K 一對相互嚙合的

26、斜齒圓柱或直齒，有兩對或多對齒同時工作時則載荷應分配在這兩對或多對齒上。對于直齒，取K=1齒向載荷分配系數K 當軸承相對于齒輪做不對稱配置時，受載前，軸無彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個節(jié)圓柱恰好相切；受載后，軸產生彎曲變形，軸上的齒輪也隨之偏斜，就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。 計算齒輪強度時，為了計及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象，通常系數K來表征齒面上載荷分布不均勻的程度對齒輪強度的影響。查表得K=1.37綜上所述： K=KAKVKK=1.35×1×1×1.37=1.8我們選用的齒輪齒條完全滿足要求。4.6滑角的設計 本機構的滑槽的滑角一律設計為30度，如圖所示，在傾角斜面上，硬幣的受力，即為當Gx大于大于f時硬幣可以順利滑下，小時硬幣發(fā)生自鎖，無法滑下。 由圖可知最大的摩擦因子為0.3故可以順利滑下。制作完成后我們的實物圖如下