硬幣分類分揀機設計開題報告.docx

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西安工業(yè)大學北方信息工程學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目: 硬幣分類分揀機設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 金屬材料工程 班 級 B120207 姓 名 劉志恒 學 號 B12021212 導 師 萬宏強 2015年12月20日 1. 設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況） 1.1 題目背景和意義 目前在世界范圍內，硬幣以其成本低，流通次數(shù)多、耐磨損、易回收等無可替代的優(yōu)勢將占領小面額貨幣市場是大勢所趨。我國第五版人民幣的發(fā)行，輔幣(10元以下)硬幣化已經成為一種趨勢，硬幣的投放量還將大幅度增加。隨著無人售票、自動售貨機的推廣，硬幣流通量大大增加，特別是公交公司、金融部門等每天要對大量硬幣進行分類，工作量巨大。 然而，近年來，硬幣的回籠問題一直阻礙著硬幣的流通，具體表現(xiàn)在： 1.公交、超市等硬幣集中使用部門對于大量回收來的硬幣，很難及時清點與處理； 2.銀行、證劵公司等各金融機構對硬幣的清分和包卷工作，大都處于人工操作階段； 3.市場上出現(xiàn)的各類偽幣，若不能進行高速、有效地檢偽，將會進一步提高硬幣的回收和周轉成本； 4.雖然市場上已經有各種硬幣分類機，但其體積大、價格高，但由于價格昂貴，一次分離量少等原因，不適用于中小型硬幣處理機構，目前國內仍普遍采用人工處理的方式。由于硬幣手工分類分揀成本大，利潤小，且誤差多，因此，研究與開發(fā)符合我國使用標準與包卷規(guī)范、性能穩(wěn)定、功能完善、高速節(jié)能的全自動硬幣分分類分揀機，以滿足國內大眾的使用需求，有著非常大的實際意義的，產品也有著廣闊的應用前景和良好的經濟前景。 1.2國內外相關研究情況 1.2.1國外研究情況 在國外一些金融業(yè)發(fā)達的國家, 硬幣的種類和流通量都非常大, 而那里為配合硬幣流轉和運行管理的機具設備也很多 并且十分先進，這些硬幣機具根據(jù)技術特征主要可分為六大類別： 1.計數(shù)類硬幣機具，這類機具的主要技術特征是進行單一幣種的計數(shù)，通過計數(shù)機的預置功能, 配上相應的接管裝置 及包裝紙管或塑管, 該機還能完成同一幣種的半手工包裝。 2.清分類硬幣機具，這類機具的主要技術特征是可實現(xiàn)多幣種的一次清分、 計數(shù)、 計值和鑒偽。這類機具是硬幣機具中使用最為廣泛的機種。 3.包裝類硬幣機具，這類機具的主要技術特征是完成硬幣的成卷紙包裝。成卷硬幣總高度≤1 1 0 毫米;每卷硬幣枚數(shù)可根據(jù)需要設定( 應相應調整卷紙寬度)。包裝類機具主要分臺式與立式兩種。近年來由于臺式包裝機故障維修率較高, 已趨淘汰。 4.清洗消毒類硬幣機具，這類機具的主要技術特征是完成入庫硬幣再投放前的清洗、 除垢、 檢破損、 消毒等功能。此類機具屬大型設備, 在國 外采取下單定做的辦法, 價格十分昂貴。 5.兌換類硬幣機具，此類機具的主要功能是完成紙幣兌換硬幣。產品分硬幣散幣兌換機與成卷包裝幣兌換機兩種。散幣兌換機一般設置在 自助服務設施較集中的地方便利于民眾;成卷兌換機一般設置在無人銀行實行收費兌換。 6.自助服務類硬幣機具，這類機具中產品很多, 如硬幣儲蓄自動服務機、 紀念幣自動售貨機等等[1]。 在這個領域，國際上很多銀行器具公司也做了大量工作。如瑞典 Scan Coin AB 公司，它是一家專業(yè)生產各種銀行器具的公司，也是國際上公認的銀行器具做的最好的公司，成系列地研制了針對不同貨幣體制下的清分系統(tǒng)。日本GLORY公司生產了WR-400C型硬幣點算包裝機,LAUREL公司生產了LAC-16、勞雷爾LPS-25等包括硬幣分揀和包裝的大型-體式處理設備[2-7]。它們的分揀速度較快,機構復雜,可以處理的硬幣數(shù)量極多,并都包括了紙卷包裝系統(tǒng)。瑞士SCANCOIN公司生產了SC22型等小型硬幣分揀設備,它們體積小巧,機構較簡單,一次處理的硬幣數(shù)量不多,但應用范圍可以更廣泛[8]。但是，中國的貨幣比較復雜，他們的系統(tǒng)應用在中國尚有一系列問題。 1.2.2國內研究情況 國內于九十年代中期開始從國外引進相關產品，后開始發(fā)展自主制造，最初由清華大學和昆明機床有限公司合作對日本的機器進行仿制,卻不能完美實現(xiàn)功能而仍處于研究階段,之后國內多個大學和企業(yè)加入了研究行列。到目前為止,南京航空航天大學、合肥工業(yè)大學等學校已經研制出了大型硬幣處理機的理論模型[9-11]。河北邯鄲商通電子有限公司也己經設計生產出了小型的硬幣清分計數(shù)機器。 對于國外硬幣處理機來說,無論是大型還是小型的都有一定的水平,技術較成熟,但是價格昂貴,而且不能適應國內的硬幣系統(tǒng)。國內的大型處理機除了進口之外,雖然進行過一些仿制,但由于技術問題未能批量生產,而且大型處理機適應的場合有限,一般銀行等小型企業(yè)不會購置,無法普及。國內的小型硬幣處理機雖然可以實現(xiàn)清分功能,但是缺乏鑒偽環(huán)節(jié),因此研究一種小型的桌面硬幣清分、鑒偽儀器是有意義的。國內的一些知名大學：清華大學、北京科技大學、上海交通大學、杭州電子科技大學、蘇州大學、福州大學等多家單位均對如何進行正確的對硬幣真?zhèn)巫R別做過研究[12-21]，并且取得了一些成就，現(xiàn)在最可靠的技術是渦流檢測。渦流檢測硬幣真?zhèn)沃饕鶕?jù)其材質及表面圖案的特征,為此硬幣真?zhèn)螜z測器可依據(jù)渦流檢測原理進行設計。傳感器電路采用電容三點式LC振蕩電路,其中L為硬幣檢測線圈。電路工作時,檢測線圈周圍將產生一個與LC振蕩電路頻率相同的交變磁場。當有硬幣進入線圈時,硬幣表面因渦流效應而感生出渦流,此渦流繼而產生新的磁場,其方向與原磁場方向相反。兩者產生的磁場相互作用,將使電路中振蕩電流的頻率發(fā)生改變。產生渦流的大小與硬幣線圈距離、材質及表面圖案等因素有關,為此只要檢測電路中振蕩頻率的改變量,就可獲得硬幣的相關信息，進而辨別硬幣的真?zhèn)巍? 現(xiàn)在市場上有少量國產機器，但是此類機器結構簡單，功能不夠完善，總體性能水平與國外產品有一定的差距，還需要長足的發(fā)展。并且在銀行等和硬幣有密切接觸的地方，硬幣分類分揀機的普及程度十分低，歸根結底是因為國外的機器過于昂貴，國內的機器功能單一不可靠。 2.課題研究 2.1主要內容 國內流通的硬幣，包括各類游戲幣，分揀速度>100枚/min 吞吐量10000枚 2.2硬幣分類分揀機的分選方案 方案一：篩選式 圖2.1 篩選式 將硬幣由機器上方批量投入機器內部，然后啟動機器，電機帶動機器內部的篩分盤轉動，篩分盤上有孔洞，每層篩分盤的孔洞大小和不同種類的硬幣直徑相匹配，由上至下每層的孔直徑逐漸減小，篩分盤旁邊有滑軌，篩選的硬幣由滑軌滑入儲幣盒內，從而達到篩分不同種類硬幣的用途。 方案二：斜軌式 圖2.2斜軌式 斜軌式原理是由電機帶動轉盤，轉盤邊緣有硬幣槽，轉盤轉動時每個硬幣槽一次可帶動一枚硬幣，轉盤邊緣有略大于轉盤的格擋環(huán)，當硬幣槽轉動至上方時候正好格擋環(huán)有一缺口，因為轉速很快，在離心作用下硬幣將脫離轉盤滑向一軌道，軌道傾斜放置，軌道一側有空隙，每隔一定距離有一擋板，擋板的距離根據(jù)硬幣直徑確定，當硬幣從左側進入，較小的硬幣在第一個格子就掉出滾道，而較大的硬幣要到后面才掉出滾道，軌道外面放著對應的收集盒，硬幣掉出來就落進盒子內。 方案三：差孔篩選式 圖2.3差孔篩選式 此方案的原理與方案一原理相似，但是不同的是此方案只有兩個篩選盤，上面的篩盤與下方電機連接，由電機驅動轉動，下方的篩選盤固定，不能轉動。上方的盤厚度只有一個硬幣厚，盤上有數(shù)個孔洞，孔的大小根據(jù)硬幣直徑確定，孔大小按順序排列，所以每次轉動時候孔內只能容納一枚硬幣。下方的篩選盤孔的排列順序和上方的順序正好相反，當上方的篩選盤轉動時，每次只會有一個孔與下盤相匹配，當上下匹配時候硬幣將會掉入下方。 2.3確定最優(yōu)方案 方案一結構簡單，工作效率高，所以整體造價低，但是體積龐大，工作噪音大，并且因為結構原因在加裝硬幣真?zhèn)巫R別裝置時需要加裝多套識別裝置，并不符合設計原則，而且此方案因為工作噪音的原因不利于銀行等單位工作使用。方案二與方案一相比來說，雖然方案二的工作效率不如方案一，但是工作時候聲音小，不會有噪音產生，對銀行、超市等單位使用單位來說很合適，并且方案二的整體結構較方案一比體積較小，利于存放和搬運。方案三的設計結構最為緊湊，體積小，工作安靜無噪音，最適合搬運和存放，所以適合小型單位使用。但是方案三的工作效率最低，分類分揀的速度比不上前面的方案，所以，綜上所述，最終方案選擇方案二最為合適。 2.4最優(yōu)方案的詳細設計及分析 該設備的研究主要由儲幣及計數(shù)系統(tǒng)、真?zhèn)伪鎰e系統(tǒng)、盛幣斗、動力系統(tǒng)、等組成。結構下圖2.4所示： 圖2.4 詳細設計圖 1.盛幣斗；2.真?zhèn)伪鎰e系統(tǒng)；3.滑軌；4.儲幣及計數(shù)系統(tǒng)；5.假幣儲幣倉；6.臨時盛幣倉；7.轉盤系統(tǒng) 儲幣及計數(shù)系統(tǒng) 儲幣及計數(shù)系統(tǒng)包括各類硬幣的儲幣倉和硬幣計數(shù)系統(tǒng)，計數(shù)系統(tǒng)采用光電傳感器，每個儲幣倉入口有一傳感器，每當硬幣掉入儲幣倉內時候計數(shù)器計數(shù)一次，并且將計數(shù)結果在屏幕顯示出來。 真?zhèn)伪鎰e系統(tǒng) 真?zhèn)伪鎰e系統(tǒng)采用現(xiàn)有成熟的渦流真?zhèn)伪鎰e技術[22]，當有硬幣通過軌道時候系統(tǒng)將辨別真?zhèn)?，當檢查出有假幣時候系統(tǒng)會自動將假幣推入假幣儲存?zhèn)}內，并且在屏幕上顯示出來結果。 盛幣斗 盛幣斗可以放入大量硬幣，根據(jù)設計要求可容納10000枚硬幣，目前世面流通的硬幣最重的為6.05g，10000枚硬幣最重60.5kg，硬幣材質鋼芯鍍鎳，理論上60.5kg硬幣大約能占體積為7707 cm，考慮到間隙，按照10000 cm計算，所以盛幣斗容量設計為10000 cm.動力系統(tǒng) 動力系統(tǒng)由可調速的單相電機構成，電機將帶動轉盤工作。 2.5課題研究方法 本課題主要通過CAD繪圖、理論校核、發(fā)表論文進行完成。 3本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 3.1課題重點問題及難點： a.硬幣的真?zhèn)伪鎰e， b.分類分揀功能的設計。 c.不同種類的硬幣怎么整理成相同運動方式。 3.2前期已開展的工作、初選設計方案： （1） 查閱相關資料，積累基礎知識； （2） 初步了解國內外現(xiàn)有的設計及組裝 （3） 選用設計方案 （4） 運用CAD繪圖軟件進行制圖 4、完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 1-3周 調研、收集資料完成開題報告 4-6周 外文翻譯、設計計算 7-8周 結構設計 9周 中期檢查 10-11周 繪制總裝圖和零件圖 12-14周 撰寫設計說明書、整理設計資料、準備答辯 15周 答辯 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1]吳時欣.國外的硬幣機具[J].金融時報.2000年11月21日第6版 [2] Sidney M. 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