机械原理课程设计.docx

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机械原理课程设计

江西理工大学

机械原理课程设计

作品名称：

全自动式硬币清分包装机

团队成员：

余昌鑫、尚志军、曾仕平

机构设计：

尚志军

学院：

机电工程学院

专业：

机械电子工程

指导老师：

刘静

时间：

2015年7月9日

全自动式硬币清分包装机说明书

目录

第一节前言

1.1硬币清分机课题背景

1.2国内外硬币清分机发展现状

1.2.1国外硬币清分机发展现状

1.2.2国内硬币清分机发展现状

1.3硬币机现在的研究方向

第二节硬币清分机工作流程

第三节清洗、烘干装置

3.1清洗、烘干装置的组成零件

3.2清洗、烘干装置的工作原理

第四节分离装置

4.1分离装置的组成零件

4.2分离装置的工作原理

第五节包装装置

5.1包装装置的组成零件

5.2包装装置的工作原理

第六节系统硬件设计

6.1电机的选择

6.2计数原理

第七节总结

第一节前言

1.1、硬币清分机课题背景

银行等一些特殊部门要对大量的硬币进行高效的处理，如计数、分类、包装等以使其再流通，而且在目前在世界范围内，硬币以其成本低，流通次数多、耐磨损、易回收等无可替代的优势将占领小面额货币市场是大势所趋。

市场需要一种成熟可靠的硬币自动处理机具。

鉴于此需要，我们研制用于处理上述问题的机具。

硬币清分机是金融行业设备中的用于清点硬币的技术产品，它的主要功能是硬币的计数和硬币币种的清分。

目前主要适用于超市、公交、自动售货行业，零售业等行业。

硬币清分机外型简单大方，设备原理清晰。

操作简单易懂，价格适中，在超市，零售等行业颇受欢迎。

硬币清分机的最大优点在于它不仅可以清点硬币的数目，更能将各币种清分开来，并且面对不同的国家的硬币不需要调整软件，只需要调整机器的硬件设备就可以满足不同的国家的硬币清点需求。

因此不仅占据了很大的市场份额，而且对于生产成本也有所降低。

该设备主要用于多种硬币的分选、计数、包装，该设备实现了自动化操作，达到高效、可靠、生产率高、减轻劳动成本的目的。

在目前国内的小面值货币流通的领域，硬币分拣大多为人工操作，生产率低，浪费劳动成本。

所以，此设备的研制可以改善这一状况，节约劳动力成本，提高劳动生产率。

另外一些公司在封存硬币前会忽略掉硬币的清洗工作，而工作人员在硬币封存过程中必然会和硬币接触，由于硬币的流通性极大，硬币也就成了病毒和病菌传播的重要途径之一，所以，在收取、支付和分类硬币的前后，应该对硬币进行清理工作，从而对工作人员起到保护作用，但是，如果采用普通的浸泡清洗操作，并不能达到充分清洗的效果，另外，在进行硬币筛分时，往往因为硬币数量繁多而无从下手，大量硬币的筛分会造成劳动成本的提高和劳动效率的降低，特别的，不同面额硬币形状大小不一，硬币分类时大量硬币一起会造成硬币堆砌，分类人员还要进一步进行硬币分离，减缓了分类速度。

分类结束后还要进行手动包装，所以耗费大量劳动力。

目前，市场上尚没有一种能够在封存硬币前同时进行硬币清洗和硬币筛分以及硬币包装的装置，而硬币清洗和硬币筛分、硬币包装工作若分开进行，则会耗费大量时间精力，所以我们需要一种能够同时进行这三项工作的装置。

1.2国内外硬币清分机发展现状

1.2.1国外硬币清分机发展现状

硬币清分机至今已有30年的历史，发展到今天，硬币清分机已具有可靠的传动系统和先进的计数清分功能，其智能化的设计为解决硬币清点的困难提供了完美的选择。

国外著名厂家有日本的荣光瑞典的SCANCOINAB。

由于国外硬币清分机发展比较早，其技术也较为成熟。

硬币清分机的传动系统技术具有低噪声、传动平稳、、性能可靠等优点；计数功能采用光敏传感器，有功能齐全，操作更简便等优点；采用数字显示屏，进行可视化设计，全面显示硬币的数量等信息。

1.2.2国内硬币清分机发展现状

1、硬币清分机在我国的市场前景：

随着我国国民经济持续稳定地增长，2008年北京申奥成功和WTO的加入。

从本世纪开始，我国进入了全面建设小康社会的新阶段，创造美好生活环境是金融行业发展的巨大推动力。

我国第五版人民币的发行，辅币（10元以下）硬币化已经成为一种趋势，硬币的投放量还将大幅度增加[1]。

由于硬币手工清分成本大，利润小，一般不复点且误差多，因此硬币流通自动化成为迫切的社会需求，所以硬币清分机将会成为国内金融市场的一个主流机器。

2、硬币清分机国内生产：

在国内，清华大学、北京科技大学、上海交通大学、杭州电子科技大学、苏州大学、福州大学等多家单位均对如何进行正确的硬币识别做过深入研究，在机理上普遍采用电涡流法。

这些单位的研究在可能涉及的硬币范围内取得了较好的效果，但对硬币的鉴别都局限于项目本身，存在不系统、不完整，对伪币效果识别不好等问题。

3、硬币清分机是对高速通过的硬币进行识别、计数，同时对伪币、残币进行剔除的系统。

它是分类机、计数机、包装机、销毁机等众多硬币处理器具的基础。

由于国情和货币体系不同，研制各国统一的硬币清分系统不现实，因此，需要针对不同的货币体系研制相应的清分系统。

在这个领域里，国外较早的开展了研究，并且做了大量的工作。

开发的产品大致也分为三个档次，低档、中档和高档。

低档清分速度在1000枚/min以下，中档为1000～1500枚/min左右，高档则在1500枚/min以上。

所使用的清分方法上主要有两大类，一类是根据物理技术进行清分，另一类是根据性能指标进行清分。

高速清分基本上都是采用性能指标来进行清分。

综观来看，当今国内外硬币清分装置，或者设计原理简单，抗振动、抗电磁干扰能力差，识别伪币能力差；要么制造复杂、价格昂贵、缺少实用价值。

1.3硬币机现状的研究方向

现今，硬币清分再也不是大问题了，取而代之的是清分机的制造成本和功能。

便携式、全能式的硬币分检器不断地被研制出来。

以下就是一个很好的例子；

CN-800型电脑控制硬币清分机是光、机、电一体化的产品，它可将现行流通的七种硬币及各种圆形外币（欧元、美元等）一次清分出来，并统计清分结果，速度快、准确率高，大大提高了工作效率及办公自动化程度，真正适合金融系统桌面办公的需要。

其功能特点为

（1）自动清分：

准确地将现流通的七种硬币清分于各自的储币盒内；

（2）汇总计数：

采用光电技术自动计数，将总金额及各单一硬币数量分别进行统计，准确率高;

（3）微电打印：

快速、准确地将清分机计数结果打印输出；

（4）汉字输出：

用户可自行设定15个汉字用于打印输出，且断电保持；

（5）大屏幕显示：

液晶中文大屏幕显示，一屏显示所有七种硬币个数，并能显示日期、时间及计数结果。

显示清晰；

（6）智能检伪：

清分时可动态识别假币；

（7）分批功能：

可预置清点每组50枚或100枚硬币；

（8）包装计数：

可将清分好的单一币种通过右侧出口直接落入接币筒中，然后把接币筒移至包装机即可完成硬币的成卷包装

（9）币满提示：

若所分硬币已放满储币盒，机器自动停机，同时大屏幕右下角出现闪烁的图标，等待倒币处理；

（10）故障报警：

出现异常现象，机器自动停机，同时屏幕上显示故障点，等待处理；

（11）外型美观：

本机采用电脑辅助优化设计，内部结构紧凑，外型小巧美观，是目前国内外现有硬币清分机中体积最小的光、机、电一体化设备，真正适用于金融系统桌面办公。

第二节硬币清分机工作流程

包装

全自动硬币清分机的主要功能是实现硬币的清洗、烘干、分离、包装。

它主要由机械系统和控制系统两部分组成。

从空间上来看，硬币清分机可分为三层：

上层是清洗装置，用于硬币的清洗，由于硬币的流通性极大，并且硬币表面有大量细菌，所以清洗时必须的。

清洗装置是通过清洗剂和毛刷进行清洗，使硬币更加清洁、无菌。

中层是烘干和分离装置，用于硬币的烘干和分离，烘干装置是通过加热铁丝和小风扇进行烘干硬币，分离装置是通过不同面值硬币的直径差异实现自动清分，在硬币下落过程中通过光敏传感器进行计数。

当硬币达到10个时，储币筒底部会自动打开，再关闭，使硬币进入包装装置，下层是包装装置，包装装置主要由三个包装辊（两个固定，一个可动）和一个可动支承杆组成，当硬币落入三个包装辊所夹的空间时，随着可动支承杆转动，同时可动包装辊绕其转动，当硬币达到一定数量时，包装膜被裁断，硬币便被包装好。

第三节清洗、烘干装置

3.1清洗、烘干装置的组成零件

旋转清洗装置由动力电机、动力轴、动力轴承、进水管、传动轴、旋转板、动力清洗筒、出水管、主体支撑架、动力腔、旋转套筒、进币口和出币口组成；烘干装置由电热丝、小风扇组成。

3.2清洗、烘干装置的工作原理

动力清洗筒置于主体支撑架上，动力腔置于动力清洗筒内，进币口置于动力清洗筒上，且和动力腔相连通，进水管置于动力清洗筒上，且和动力腔相连通，出水管置于主体支撑架上，且一端和动力清洗筒底部相连接，动力轴承置于动力清洗筒上，动力电机置于动力清洗筒上，动力轴一端置于动力电机上，另一端穿过动力轴承置于动力腔内，和传动轴一端相连接，传动轴另一端上置有旋转板，旋转套筒套于传动轴和旋转板外侧，出币口置于动力清洗筒底部上。

将硬币投入清洗筒内，电机将带动毛刷转动，对硬币进行清洗，当清洗结束后，硬币置于烘干装置的传送带上，通过传送带上面的挡板使硬币不能堆叠，增加烘干面积，在传送带上面空间有电热丝和小风扇，可以对硬币进行烘干。

第四节分离装置

4.1分离装置的组成零件

我们采用的是通过滑道进行清分，其装置包括：

传送带、挡板、螺旋轨道。

4.2分离装置的工作原理

硬币在传送带上通过挡板1使硬币不能堆叠，再通过挡板2使硬币一个一个通过。

之后硬币进入螺旋轨道，轨道向内侧倾斜，使硬币沿轨道内侧滑动，在自身重力的作用下，硬币一面倾斜在轨道上沿滑轨斜向下滚动，滑轨上按硬币直径尺寸由小到大顺次开有圆形孔，对应直径尺寸的硬币滚到圆形孔时，掉入接币盒，完成清分。

第五节包装装置

5.1包装装置的组成零件

本包装机构由三个包装辊（两个固定，一个可动），一个可动支承杆以及安装在可动包装辊上的包装膜和光码计数器组成。

（如下图）

5.2包装装置的工作原理

光码计数器对落下的硬币计数，每10个一包装。

借助三个包装辊保持包装的硬币，转动被包装辊保持的叠放的硬币同时由一支承杆支承，围绕叠放的硬币缠绕包装膜，在叠放的硬币的上、下方留出卷边的部分，通过彼此相向地移动一对垂向间隔开来设置的上部卷边爪和下部卷边爪而叠放的硬币上、下方的包装膜的卷边部分卷边，从而形成一个包装好的硬币卷。

第六节硬件系统设计

6.1电机的选择

考虑到设计的硬币清分机机适用对象为零售业、银行和个体商户户,故电动机电压应选用220V.再考虑到所受的载荷不大,所需动力不是很大,选用小功率的电动机.综合各方面因素,选用YL系列电动机.YL系列电动机是新型高效节能产品,具有体积小、容量大,起动及运转性能优越等特点,符合国际标准IEC的有关规定,并实现同一机座号单、三相异步电动机等级相同,提高了单、三相电动机的互换性和通用性,被广泛应用于冷冻机、泵、风机、,小型机床以及农副业和家用电器等方面。

电动机的主要参数：

型号:

YL801-4

电压:

220V

功率:

0.55KW

同步转速:

1500r/min

频率:

50HZ

效率:

68%

功率因数:

0.92

外形尺寸:

295mm165mm200mm

6.2计数原理

光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。

而光电元件的工作原理都基于不同形式的光电效应；不同频率的光子轰击某一物体，光子的能量传递给电子，电子得到光子传递的能量后其状态发生变化，从而使光照射的物体产生相应的电效应。

光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。

图中a1是光源发出的光信号，a2是光电器件接受的的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或者光学通路的变化，从而影响传感器输出的光信号I。

本装置采取是利用光敏传感器作为基本传感器进行硬币的计数。

计数装置是光电三极管作为检测元件。

其原理图如图所示。

图中黑色为待计数的硬币,Vi为24V电源电压,Vo为输出电压,R1和R2为限流电阻器,A和B分别是发光二极管的发射端和接收端。

当硬币陆续通过图示位置时,接收端会收到光信号,通过一个就会收到一个光信号,通过N个就会收到N个光信号,同时在其输出端输出N个电脉冲信号。

采用一单片机对输出的电脉冲信号的下降沿进行计数,并且通过LED数码显示管将计数结果显示出来。

第六节总结

本机采用根据硬币直径的大小对币值进行清分的方法,虽然不具备辩伪功能,但可以对中国现行硬币快速准确按币值进行清分。

主要特色是设计简便、清分准确、使用可靠、维护简便、价格低廉等。

而且系统具备扩展的潜能,可以满足将来硬币清分机发展的需求。

笔者与河北汇金科技有限公司共同开发,应用此技术生产的硬币清分计数机。

已成功地在银行、公交公司等部门使用,大大提高了他们的工作效率,降低了成本费用。

因此此产品具备较高的推广应用价值,其发展前景相当广阔。