挤压式硬币滑动清分包装机的设计与实现
【摘要】硬币的分拣和包装是银行、公交等行业经常遇到的难题，与人们的日常经济生活息息相关。目前硬币的分拣和包装工作大多依靠人工进行，造成时间和人力的极大浪费。已研究出的硬币分拣和包装机器基本只能实现单一的清分或包装功能，且体积庞大、机构复杂，整体较为笨重，严重阻碍了硬币分拣和包装工作效率的提高和劳动成本的降低。本文采用的硬币清分包装机整体设计方案是：利用转盘挤压机构实现硬币的分拣，使单个硬币依次在倾斜滑轨上自动下滑，再通过分装机构实现不同面值硬币的自动分类和定量包装。机械设计部分包括清分系统和包装系统的设计。清分系统主要由储物盘、挤压盘、推力球轴承、联轴器、电机等零件组成，其中刮条和挡板的高度以及它们的间隙、刮条和挡板之间的角度和清分轨道与水平面之间的角度是尺寸设计的关键。清分系统主要实现硬币的自动快速清分功能。包装系统主要由漏斗、包装桶、转盘、推力球轴承、联轴器、电机等零件组成，主要实现硬币的自动包装功能。电控电路设计部分包括旋转电机、传感器、可编程控制器的选择和连接，主要实现控制机械零部件转动储币筒中的硬币和自动更换硬币包装筒的功能。最后，针对实物样机在调试过程中出现的问题，给出相应的解决方案。本文设计制作的硬币清分包装机可以高效、自动、有序地分拣和包装硬币，同时体积小巧，方便携带。硬币清分包装机的推广应用可以显著提高硬币的分拣效率，有利于促进社会的经济发展[3]。
目 录
第一章 绪 论 5
1.1硬币分拣的社会需求 5
1.2国内外硬币清分机的研究现状 5
1.3硬币清分包装机设计制作涉及的相关技术 7
1.4选题意义与研究内容 8
第二章 硬币清分包装机的设计方案 10
2.1硬币清分的设计选定 10
2.2硬币包装的设计 12
2.3硬币清分包装的基本工作过程分析 13
2.3.1清分功能单元的工作流程分析 13
2.3.2包装单元的工作流程分析 14
2.3.3自动计量的工作流程分析 14
2.4硬币清分包装机的电路设计 14
第三章 硬币清分包装的机械结构设计 17
3.1清分系统的详细设计 17
3.2清分系统的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
关键尺寸设计 18
3.3包装系统的详细设计 19
第四章 零件加工工艺 21
4.1非标零件的加工 21
4.1.1典型零件的加工工艺 24
4.1.2料盘的加工工艺分析 24
4.1.3料盘的加工工艺路线 24
4.1.4连接杆接头的加工工艺分析 25
4.2加工非标零件出现的难点 26
第五章 实物样机与运行调试出现的问题与解决方案 27
5.1实物样机 27
5.2调试装配中出现的问题与解决方案 27
第六章 总结与展望 29
6.1总结 29
6.2机器存在的不足 29
6.3展望 29
参考文献 30
在学期间申报的专利 31
致谢 32 第一章 绪 论
1.1硬币分拣的社会需求
硬币广泛应用于超市、公交和银行等行业，具有成本低、材质硬、耐磨损和流通广的优势，因而牢固占领小面额货币市场。为方便硬币的记账和再流通，上述行业需要对大量的硬币进行高效的处理，如计数、分类和包装等。但是目前，硬币分拣过程大多依靠人工进行，由于硬币的数量多且尺寸不一，经常杂乱的混合在一起，导致硬币分拣过程的劳动强度大、分类效率低，从而给硬币的流通和使用带来不便。因此为满足大量的社会应用需求，如何设计制造出一款实现自动快速分拣和包装硬币的机器，是一个迫切需要解决的研究课题。
1.2国内外硬币清分机的研究现状
硬币是国际上流通量最大的货币之一，它的分拣工作一直是令人棘手的问题。针对这一问题，人们设计和制造了各种硬币清分设备，试图将人们从繁琐的硬币分拣工作中解放出来。清分硬币设备的研制最先起源于欧美国家和日本，现在世界上制作此设备比较完善的国家是美国、日本、俄罗斯和德国。但是这4个国家生产的设备主要面对欧美市场，且设备价格普遍较高。近年来，国外公司开始关注我国的硬币清分市场，并且研制出适合我国硬币特点的清分设备。日本的GLORY公司和LAUREL公司都设计和生产出针对我国硬币特点的清分机，如WR400C型（图1）、LAC16型和劳雷尔LPC25型（图2）等型号的硬币清分机。上述硬币清分机都是较为先进的大型设备。
我国近年来也开始了硬币清分机的设计和生产，例如苏州的少士电子科技有限公司制造出一款名为少士YBJ600的全自动硬币清分包装机（图3），但是其核心技术还是德国的。此外，南京造币厂也设计生产出一款中钞长城CCKB型硬币包装机（图4）。
图1 WR400C型硬币清分机 图2 LPC25型硬币清分机
Fig. 1 WR400C coin sorting machine Fig. 2 LPC25 coin sorting machine
图3 YBJ600型硬币清分机 图4 CCKB型硬币清分机
Fig. 3 YBJ600 coin sorting machine Fig. 4 CCKB coin sorting machine
虽然现在针对我国的硬币市场，国内外都已经开始研究，但是生产出的硬币清分机的体积都比较大，而且价格在40万元左右，较为昂贵。目前这些硬币清分机主要应用于国家银行、造币厂以及少部分的省级银行，但是由于设备体积庞大且较为笨重，明显不适合于一些私人小银行、娱乐场所、公交公司、超市、购物中心等小用户。硬币的流通与人们的日常生活关系逐渐紧密，因此小型硬币清分机已经成为市场迫切需求的产品。
然而，目前市面上研制出的小型清分机（如图5）基本只能实现单一的硬币分拣功能，而包装则需要依靠另外的包装机或者人工完成。分拣装置的结构主要有筛检盘式和拦截弹片式等，但存在机械设计复杂、装置易磨损和分拣效率低的缺点。因此，自动化、多元化和小型化是硬币清分机未来的发展方向[5]。
图5 小型硬币清分机
Fig. 5 Small coin sorting machine
1.3硬币清分包装机设计制作涉及的相关技术
硬币清分包装机的研制需要运用机械传动技术、传感器检测技术和PLC编程控制技术。
机械传动是硬币清分机的工作基础也是关键，机械零件能否毫无干涉的传动是保证设备正常运行的核心。机械传动分为摩擦转动和啮合传动。摩擦传动是一种依靠设备两个或两个以上的部件之间相互运动产生的摩擦力传递动力，大多以绳传动、摩擦轮传动和带传动为主。无极变速一般都是摩擦传动，适合轴间距较大的传动场合，在遇到过载打滑的时候可以起到缓冲作用，从而保护传动装置，但是这种传动一般只能用于小功率的场合。啮合传动依靠主动件和从动件两者之间的啮合或者依靠两者之间的传动件啮合传递动力，主要有链传动、螺旋传动和齿轮传动等。本文设计的硬币清分包装机采用啮合传动。
传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。目前，传感器技术与计算机技术和通信技术共同构成信息技术的三大类支柱，是我们获取信息的重要手段。传感器的作用是利用物理效应、化学效应和生物效应把被测的物理量、化学量和生物量等转换成符合需要的电量。其中，光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，可把光信号(红外、可见及紫外镭射光)转变成为电信号。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、精度高、性能可靠等特点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。本文设计的硬币清分包装机采用的是光电感应器。
目 录
第一章 绪 论 5
1.1硬币分拣的社会需求 5
1.2国内外硬币清分机的研究现状 5
1.3硬币清分包装机设计制作涉及的相关技术 7
1.4选题意义与研究内容 8
第二章 硬币清分包装机的设计方案 10
2.1硬币清分的设计选定 10
2.2硬币包装的设计 12
2.3硬币清分包装的基本工作过程分析 13
2.3.1清分功能单元的工作流程分析 13
2.3.2包装单元的工作流程分析 14
2.3.3自动计量的工作流程分析 14
2.4硬币清分包装机的电路设计 14
第三章 硬币清分包装的机械结构设计 17
3.1清分系统的详细设计 17
3.2清分系统的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
关键尺寸设计 18
3.3包装系统的详细设计 19
第四章 零件加工工艺 21
4.1非标零件的加工 21
4.1.1典型零件的加工工艺 24
4.1.2料盘的加工工艺分析 24
4.1.3料盘的加工工艺路线 24
4.1.4连接杆接头的加工工艺分析 25
4.2加工非标零件出现的难点 26
第五章 实物样机与运行调试出现的问题与解决方案 27
5.1实物样机 27
5.2调试装配中出现的问题与解决方案 27
第六章 总结与展望 29
6.1总结 29
6.2机器存在的不足 29
6.3展望 29
参考文献 30
在学期间申报的专利 31
致谢 32 第一章 绪 论
1.1硬币分拣的社会需求
硬币广泛应用于超市、公交和银行等行业，具有成本低、材质硬、耐磨损和流通广的优势，因而牢固占领小面额货币市场。为方便硬币的记账和再流通，上述行业需要对大量的硬币进行高效的处理，如计数、分类和包装等。但是目前，硬币分拣过程大多依靠人工进行，由于硬币的数量多且尺寸不一，经常杂乱的混合在一起，导致硬币分拣过程的劳动强度大、分类效率低，从而给硬币的流通和使用带来不便。因此为满足大量的社会应用需求，如何设计制造出一款实现自动快速分拣和包装硬币的机器，是一个迫切需要解决的研究课题。
1.2国内外硬币清分机的研究现状
硬币是国际上流通量最大的货币之一，它的分拣工作一直是令人棘手的问题。针对这一问题，人们设计和制造了各种硬币清分设备，试图将人们从繁琐的硬币分拣工作中解放出来。清分硬币设备的研制最先起源于欧美国家和日本，现在世界上制作此设备比较完善的国家是美国、日本、俄罗斯和德国。但是这4个国家生产的设备主要面对欧美市场，且设备价格普遍较高。近年来，国外公司开始关注我国的硬币清分市场，并且研制出适合我国硬币特点的清分设备。日本的GLORY公司和LAUREL公司都设计和生产出针对我国硬币特点的清分机，如WR400C型（图1）、LAC16型和劳雷尔LPC25型（图2）等型号的硬币清分机。上述硬币清分机都是较为先进的大型设备。
我国近年来也开始了硬币清分机的设计和生产，例如苏州的少士电子科技有限公司制造出一款名为少士YBJ600的全自动硬币清分包装机（图3），但是其核心技术还是德国的。此外，南京造币厂也设计生产出一款中钞长城CCKB型硬币包装机（图4）。
图1 WR400C型硬币清分机 图2 LPC25型硬币清分机
Fig. 1 WR400C coin sorting machine Fig. 2 LPC25 coin sorting machine
图3 YBJ600型硬币清分机 图4 CCKB型硬币清分机
Fig. 3 YBJ600 coin sorting machine Fig. 4 CCKB coin sorting machine
虽然现在针对我国的硬币市场，国内外都已经开始研究，但是生产出的硬币清分机的体积都比较大，而且价格在40万元左右，较为昂贵。目前这些硬币清分机主要应用于国家银行、造币厂以及少部分的省级银行，但是由于设备体积庞大且较为笨重，明显不适合于一些私人小银行、娱乐场所、公交公司、超市、购物中心等小用户。硬币的流通与人们的日常生活关系逐渐紧密，因此小型硬币清分机已经成为市场迫切需求的产品。
然而，目前市面上研制出的小型清分机（如图5）基本只能实现单一的硬币分拣功能，而包装则需要依靠另外的包装机或者人工完成。分拣装置的结构主要有筛检盘式和拦截弹片式等，但存在机械设计复杂、装置易磨损和分拣效率低的缺点。因此，自动化、多元化和小型化是硬币清分机未来的发展方向[5]。
图5 小型硬币清分机
Fig. 5 Small coin sorting machine
1.3硬币清分包装机设计制作涉及的相关技术
硬币清分包装机的研制需要运用机械传动技术、传感器检测技术和PLC编程控制技术。
机械传动是硬币清分机的工作基础也是关键，机械零件能否毫无干涉的传动是保证设备正常运行的核心。机械传动分为摩擦转动和啮合传动。摩擦传动是一种依靠设备两个或两个以上的部件之间相互运动产生的摩擦力传递动力，大多以绳传动、摩擦轮传动和带传动为主。无极变速一般都是摩擦传动，适合轴间距较大的传动场合，在遇到过载打滑的时候可以起到缓冲作用，从而保护传动装置，但是这种传动一般只能用于小功率的场合。啮合传动依靠主动件和从动件两者之间的啮合或者依靠两者之间的传动件啮合传递动力，主要有链传动、螺旋传动和齿轮传动等。本文设计的硬币清分包装机采用啮合传动。
传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。目前，传感器技术与计算机技术和通信技术共同构成信息技术的三大类支柱，是我们获取信息的重要手段。传感器的作用是利用物理效应、化学效应和生物效应把被测的物理量、化学量和生物量等转换成符合需要的电量。其中，光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，可把光信号(红外、可见及紫外镭射光)转变成为电信号。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、精度高、性能可靠等特点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。本文设计的硬币清分包装机采用的是光电感应器。
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