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1、1 硬币自动分选计量机的组成 1.1 简述 本次设计题目为硬币自动分选计量机械设计，本项目属于应用于现代化的创新性设计。该设备主要用于多种硬币的分选、记数、包装，该设备实现了自动化操作，达到高效、可靠、生产效率提高、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中，硬币分选计量大多为人工操作，生产效率低，浪费劳动成本。所以说，此设备的研制可以改善这一状况，节约劳动力成本，提高劳动生产效率。1.2 硬币自动分选计量机械设计的系统组成硬币自动分选计量机的主要功能是实现硬币的自动分选、计数和包装。它主要由机械系统，控制系统两部分组成。机械系统可分为7个主要功能单元，各个功能单元具有一定的独立性
2、。（1）硬币的堆放和首次分选功能。（2）硬币的二次分选功能。（3）硬币的分选记数功能。（4）硬币的堆码、整理功能。（5）顶杆顶硬币堆码功能。（6）薄膜输送、包装功能。（7）机械手夹断，封边功能。 图1-1 硬币自动分选计量机械设计的原理图1、斗式电磁振动送料机 2、滑道3、槽式电磁振动送料机 4、滑道 5、包装机构 6、包装切断机械2 硬币自动分选机构2.1 硬币自动分选机构的工作原理电磁振动送料机工作时，将交流电经半波整流后，接通电磁铁的线圈，则在Ta 瞬间吸力最大，衔铁被吸向下，使料斗压着片簧向下振动，而在Tb瞬间吸力减小为零，片簧向上弹推，迫使料斗向上振动，这样，一吸一推，使料斗产生伴随
3、着扭动的上下振动。图22 电磁振动送料机工作原理图1-物料 2-送料槽体 3-弹簧 4-衔铁 5-线圈上图22（a）中物料放在由主振弹簧3支撑的供料槽体2上，衔铁4与主振弹簧联成一体，绕于铁心上的线圈5中流过的是经过半波整流后的单向脉动电流，电磁铁就产生了相应的脉冲电磁力。图22（b）表示在正半周期内线圈中有电流流过，铁心便产生一次脉冲电磁力吸引衔铁，使槽体向后运动，主振弹簧因此而变形，贮存了一定的势能；在负半周内线圈中无电流通过，电磁力消失，弹簧就恢复变形，带着槽体向前运动，在达到振幅位置之后又返回向后运动。由于电磁力是一个周期变化的强迫作用力，因此电振机是一个以电磁力为周期干扰力的强迫振动
4、系统。2.1.1 斗式硬币自动分选机构在斗式电磁振动送料机中，它的运动方式是做扭转运动，硬币在料斗中随着惯性向前运动，在料斗的侧面开出三个滑道，在料槽中有不同大小的椭圆形小孔，符合规格的硬币通过小孔直接落入滑道， 分选1毛硬币的滑道在最下面，分选5毛硬币的滑道在中间，1元硬币的滑道在最上面。斗式电磁振动送料机起到的是首次分选1元、5毛、1毛硬币的作用。2.1.2 槽式硬币自动分选机构和斗式电磁振动送料机的分选过程不同的地方就是他的工作表面是直线槽形的，并且槽式电磁振动送料机做的是直线往复运动，物料在里面的运动是水平的。物料经过滑道进入到槽式电磁振动送料机，在槽式振动送料机上有三层滑道，每一层有
5、三个滑道。第一层分选的是1元硬币，第二层是分选5毛的硬币，第三层是分选1毛的硬币。在每一层槽的底部开有椭圆行的槽，使不符合规格的硬币直接落入下面的滑道中，从而达到硬币的二次分选。图24 槽式电磁振动送料机1、振动料斗 2、滑道 3、衔铁 4、电磁铁 5、线圈 6、隔振座7、橡胶垫 8、底座以1元硬币的滑道为例，滑道的视图和具体尺寸如下所示： 图25 槽式电磁振动送料机的滑道2.2 硬币自动分选机构的主要设计参数2.2.1 振动送料机给料速度的估算振动送料机的给料速度，一般用于工件在料槽上运动的平均速度来估算。它不但取决于料槽的倾角、振动升角和工件的形状、尺寸及二者之间的摩擦系数，还同电磁铁的激
6、振频率f和料槽方向振幅Ax的大小有关。料斗结构确定之后，工件的平均速度为： 平均=maxk=fAxk(mm/s)式中 max-料槽的最大速度 (mm/s)； k-速度损失系数，它主要受料槽和工件结构因素的影响。由实验测得：若工件沿料槽滑移前进时，k=0.60.7；若工件作跳跃前进时k=0.80.82。 因此振动送料机给料速度可由下式估算： = =k式中f-电磁铁激振频率（1/s）l-工件长度(mm)-充满系数，即料槽全长上工件占有位置的百分数。形状简单而表面光滑的工件=0.70.9，复杂而又带毛刺的工件=0.40.5。为了检测方便可改写为：=式中Ay-在垂直料槽方向测得的振幅（mm）。一般送料
7、速度为100200件/min 。2.2.2 振动送料机料槽升角，振动升角及振动方向角的确定（1）料槽升角角由料斗升程及中径大小确定，料槽升角的大小影响上料速度，角太大会降低上料速度，甚至无法上料。角小些，则上料速度提高，但升程减小，一般取=13。对摩擦系数大的工件，如橡胶制品等，可取大些（45）。如前所述，工件向前滑移的条件为+1-1，在极端情况下，令+1=-1，可得许可的最大料槽升角max为： tgmax=f2tg式中 f-工件与料槽之间的摩擦系数。为了使工件有较大的上料速度，实际角应比max小些，即kmax式中 k可靠系数，一般取0.7 0.8。（2）振动送料机升角 一般来说，振动升角由主
8、振簧的安装角及料槽的升角确定。角大小直接影响着作用在工件上的惯性力在垂直和水平两个方向上分量的比例。因此角的选择应保证在其它条件相同的情况下，使工件沿料槽前进的速度最大。 一般当激振频率f=100HZ时，=1016；当激振频率f=50HZ时, =2025。（3） 振动方向角的选择振动方向角的选择应有两个原则，一是要尽量提高输送速度，二是要考虑物料性质的要求。在振动幅与振动次数确定的情况下（即K值一定）物料输送速度v是随着振动方向角的变化而变化的，对应于最大输送速度的角称为最佳振动方向角。当选择有抛掷运动工作状态时，槽体在不同倾角下对应于每一个机械指数K有一个最佳振动方向角。下图26就是在不同的
9、倾角下最佳振动方向角与机械指数K的关系曲线。26 最佳振动方向角与机械指数K的关系此外，振动方向角的选择还应考虑物料的性质和物料的相对密度、粒度、水分、黏性、易碎性和磨琢性等，对于粒度大、相对密度小、水分较强或黏性较大的物料适宜选用较大的振动方向角；对于易于粉碎的物料，为了防止抛掷时过于碎，适宜选用较小的振动方向角；而对于磨琢性较强的物料，为了减小工作面的磨损又应选较大的振动方向角。2.2.3 振动频率的确定为了说明振动送料机的运动特点，根据机械振动原理，可以用如图所示的力学模型表示。它是一个双自由双质量强迫振动系统，其中主要有：激振力Fsint，同时作用在m1和m2两个质量上，其大小相等而方
10、向相反；弹簧反力k1(y2-y1)，它是阻止位移的力，其方向与位移相反，若在平衡位置上，则两弹簧力均等于零；还有作用在质量m上的弹簧力k2y2等。按牛顿第二定律得质量m1及m2的运动微分方程为： （21）式中 m1振动系统的上质量（包括料斗、衔铁，工件等）； m2振动系统的下质量（包括铁芯、线圈、片弹性以及基座等）； y1 ,y2平衡位置算起的质量位移； k1,k2上、下弹簧刚度。设上列方程组的谐振动特解为： y1=A1sint y2=A2 sint （22） 图27对式（22）分别取阶和二阶导数，得速度及和加速度和，代入式（21）并令： （23）消除sint简化后，得： （24）当激振力消失
11、时，即q1=0及q2=0时，式（815）成为： 这个齐次联立代数 方程组的一个解是A1=A2=0，由此引出的y1=y2=0只能定出系统的平衡位置，而不说明振动性质，不是需求的振动解。要使A1及A2有非零解，其系数行列式必须等于零。将它展开后得频率方程为： 将式（23）代入上式，求解后得两个根。因K2K1，可取K2=0，则取其中一个根1=0，故得：令 式中m振动系统的折算质量。将m值代入上式后，得振动系统固有频率的基本公式为： 或 （25）由式（25）知：变动K与m的比值可以改变0值。当振动系统的结构、材料确定之后，即m和K值确定之后，不论初始条件及其振幅大小如何，系统的0值不变，这就是所谓振动
12、系统的固有频率。这样 ，就把一个双自由度双质量强迫振动系统，简化为一个单自由度单质量有阻尼的强迫振动系统，其力学模型如图27（b）所示。其中总阻力T与运动速度成正比，但方向相反，即：式中 h阻力系数 ，故单质量强迫振动的运动 微分方程为： 因并令，代入上式后得： （26）m振动系统的折算质量；k弹簧刚度；F激振力的幅值；y质量的相对位移；阻尼系数；系统的固有频率。2.2.4 调谐值z的确定根据机械振动原理可知，调谐值z=，是设计和调试振动送料机的重要依据。当激振频率选定后，0值即可确定。调谐值选择得当，振动上料器可以用较小功率消耗，获得较高的机械效率。动力放大系数（又称振幅比）；阻尼比；调谐值
13、。一般振动送料机工作时，料斗内工件数量是变化的，因而阻尼值也在变化。从幅频特性能曲线可知：当z=1时，其振幅最大而功率消耗最小，但难以使料斗在此点稳定工作。当z1，料斗将在公振区工作，加料后m增加将使阻尼值增大令振幅下降，而0降低，z值增加，振幅更加陡降，影响料斗工作的稳定性。因此，应把振动上料器的工作点，设计并调整在亚临界共振区，调谐值选z=0.850.95。振动上料器的固有频率f0与激振频率f之间应保持如下关系：f0=(1.051010)f (2-7)2.2.5 料斗料盘的结构尺寸及各个料斗的控制时间的确定料斗料盘基本尺寸计算：(1) 螺旋槽间距t t=1.6hp+s=1.62+5=8.2mm(2) 料斗中径D中 D中=t/tg3=100mm(3) 料斗外径D外 D外= D中+B+2e=100+27+8=135mm(4) 料斗宽度B B=25+23=25+2 =27mm(5) 料斗内径D内
