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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目： 硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué) 院 ：
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求
開題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3. 開題報(bào)告不合格或沒有做開題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報(bào)告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?
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一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域
工程設(shè)計(jì)型-理工類
2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
目前世界范圍內(nèi)，硬幣以其流通次數(shù)多、成本低、易回收、耐磨損等無法替代
的優(yōu)勢占領(lǐng)錢幣小面額市場。我國第五版人民幣的發(fā)行，輔幣(10 元以下)硬幣化已經(jīng)成為一種趨勢，硬幣的投放量也將大幅度增加。隨著自動售貨機(jī)、無人售票的推廣， 硬幣流通量將大大增加，特別是金融部門、公交公司等每天要對大量硬幣進(jìn)行整理， 工作量非常大。
但是，近幾年來，硬幣的回收整理問題一直阻礙硬幣的流通，具體表現(xiàn)在：
(1)公交、超市等每天會收入大量的硬幣，如沒有辦法快速整理，導(dǎo)致硬幣流通性變差； (2)銀行、金融證券公司等各金融機(jī)構(gòu)對硬幣的整理，基本上都處于人工來操作，時間長效率低；
(3) 現(xiàn)在市場上有很多種硬幣整理機(jī)，但也存在體積大、價(jià)格過高，一次分離量小于價(jià)
等重要因素，不適用于中小型硬幣處理機(jī)構(gòu)，目前國內(nèi)一般采用人工分離的方式。由
于硬幣人工分類成本大，時間長，誤差多，因此，研究開發(fā)符合于我國使用與包卷規(guī)范、功能完善、性能穩(wěn)定、高速節(jié)能的自動硬幣整理分揀機(jī)，以滿足國內(nèi)人民的使用需求，有著非常實(shí)際意義，產(chǎn)品也有著廣泛應(yīng)用前景和良好經(jīng)濟(jì)前景。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
在國外一些金融業(yè)發(fā)達(dá)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(zhuǎn)和運(yùn)行管理的機(jī)具設(shè)備也很多 并且十分先進(jìn)，這些硬幣機(jī)具根據(jù)技術(shù)特征主要可分為六大類別：
(1). 計(jì)數(shù)類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具的主要技術(shù)特征是進(jìn)行單一幣種的計(jì)數(shù)，通過計(jì)數(shù)機(jī)的預(yù)置功能, 配上相應(yīng)的接管裝置 及包裝紙管或塑管, 該機(jī)還能完成同一幣種的半手工包裝。
(2). 清分類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具的主要技術(shù)特征是可實(shí)現(xiàn)多幣種的一次清分、計(jì)數(shù)、 計(jì)值和鑒偽。這類機(jī)具是硬幣機(jī)具中使用最為廣泛的機(jī)種。
(3). 包裝類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具的主要技術(shù)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(shè)定( 應(yīng)相應(yīng)調(diào)整卷紙寬度)。包裝類機(jī)具主要分臺式與立式兩種。近年來由于臺式包裝機(jī)故障維修率較高, 已趨淘汰。
(4). 清洗消毒類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具的主要技術(shù)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(jī)具屬大型設(shè)備, 在國外采取的是下單定做的辦法, 價(jià)格非常昂貴。
(5). 自助服務(wù)類的硬幣機(jī)具，這類機(jī)具產(chǎn)品很多, 如硬幣儲蓄的自動服務(wù)機(jī)、紀(jì)念幣的自動售貨機(jī)器等等[1]。
在這個領(lǐng)域，國際上很多的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)的生產(chǎn)各種銀行器具的公司，也是國際上公認(rèn)銀行器具做的最好的公司之一，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(chǎn)了 WR-400C 型硬幣點(diǎn)算包裝機(jī),LAUREL 公司生產(chǎn)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(shè)備。它們的分揀速度較快,機(jī)構(gòu)復(fù)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(chǎn)了 SC22 型等小型硬幣分揀設(shè)備,它們體積小巧,機(jī)構(gòu)較簡單,一次處理的硬幣數(shù)量不多,但應(yīng)用范圍可以更廣泛[8]。但是，中國的貨幣比較復(fù)雜，他們的系統(tǒng)應(yīng)用在中國尚有一系列問題。
國內(nèi)研究情況
國內(nèi)于九十年代中期開始從國外引進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品，后開始發(fā)展自主制造，最初由清華大學(xué)和昆明機(jī)床有限公司合作對日本進(jìn)口的機(jī)器進(jìn)行仿制,但不能完美的實(shí)現(xiàn)功能因此仍處研究的階段,之后國內(nèi)的多個高校和企業(yè)加入研究行列。到目前為止, 合肥工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等高校已經(jīng)研制出大型硬幣整理機(jī)的理論模型[。河北邯鄲商通電子有限公司己經(jīng)設(shè)計(jì)出了小型硬幣整理計(jì)數(shù)機(jī)器。
可以看出現(xiàn)在我國也在正在積極地研究發(fā)展硬幣整理機(jī)以實(shí)現(xiàn)解放人工整理硬幣的人員，實(shí)現(xiàn)高效的整理硬幣?，F(xiàn)在近幾年來包括沈陽化工大學(xué)等高校的姜海濤 劉鑫磊等人員在研究著這一課題。
在國外不管是大型的硬幣整理機(jī)還是中小型的硬幣整理機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，已經(jīng)可以投入市場，但是價(jià)格相對較高，不適合我國小型的企業(yè)，公交車，小型超市等等需要大量硬幣分離的部門，而我國的硬幣分離機(jī)技術(shù)還不是很成熟，我國現(xiàn)狀是雖然有很多的高校學(xué)者都在研究硬幣整理機(jī)，現(xiàn)階段我國的硬幣基本上有三種，一元、五角、一角。而通過查看相關(guān)的領(lǐng)域文獻(xiàn)可以看出我國硬幣整理機(jī)現(xiàn)在基本采用通過一元、五角、一角直徑不同來達(dá)到分離硬幣的工作。計(jì)數(shù)裝置基本上有紅外線、LCD 顯示模塊、顯示器等 但存在不少的問題，例如不能夠做到大量的分離硬幣、不能很好的整理等問題，現(xiàn)階段我國的硬幣分離機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，但功能也單一，基本不能實(shí)現(xiàn)分離、整理。計(jì)數(shù)功能的一體化。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題
分離不同種類的硬幣，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，整理等工作，做到結(jié)構(gòu)簡單。2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
（1） 對硬幣整理機(jī)的相關(guān)資料進(jìn)行調(diào)研，并挑選15篇參考文獻(xiàn)其中10篇中文文獻(xiàn)， 3篇英文文獻(xiàn)，然后以此寫成開題報(bào)告；
（2） 弄清楚各硬幣整理機(jī)的圖紙，明白各元件名稱與作用及系統(tǒng)的工作原理；
（3） 繪制出硬幣整理機(jī)的結(jié)構(gòu)圖、關(guān)鍵零部件圖；
（4） 學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的方法，并應(yīng)用其方法設(shè)計(jì)選用硬幣整理機(jī)中的各元件；
（5） 對硬幣整理機(jī)中的各元件參數(shù)進(jìn)行校核，驗(yàn)證其是否符合工作要求；
（6） 編寫設(shè)計(jì)說明書；
（7） 檢查與修改完善所有的設(shè)計(jì)內(nèi)容，復(fù)習(xí)所有的設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)行答辯。
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
（1） 確定出硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)方案，繪制出裝配圖、零部件圖、共 2 張零號圖紙；
（2） 編寫出設(shè)計(jì)說明書一份。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
（1） 調(diào)查法：對當(dāng)前硬幣整理機(jī)的研究背景、目前技術(shù)水平等情況進(jìn)行調(diào)研；
（2） 設(shè)計(jì)參數(shù)：根據(jù)硬幣的種類和分離的效率情況與性能要求，設(shè)計(jì)計(jì)算出硬幣分離機(jī)中各個元件的尺寸與參數(shù)，選擇相應(yīng)的元件；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：完成硬幣整理機(jī)調(diào)研
第 2 周：完成硬幣整理機(jī)資料查閱與翻譯工作
第 3 周：完成硬幣整理機(jī)文獻(xiàn)綜述工作
第 4 周：完成開題報(bào)告撰寫工作
第 5 周：提出幾個設(shè)計(jì)方案
第 6 周：對各方案進(jìn)行分析比較
第 7 周：確定設(shè)計(jì)方案，繪制設(shè)計(jì)總圖
第 8 周：設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)
第 9 周：設(shè)計(jì)篩選機(jī)構(gòu)
第 10 周：入料口的設(shè)計(jì)
第 11 周：出料口的設(shè)計(jì)
第 12 周：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
第 13 周：傳感器的選擇
第 14 周：繪制局部零件圖
第 15 周：完成論文撰寫工作
第 16 周：修改、補(bǔ)充圖紙與論文準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1] 姜海濤,劉潤華,劉鑫,磊江,松軒,馮穎. 便攜式硬幣自動分類計(jì)數(shù)裝置的研制[J].科技風(fēng) ,2016.28-29.
[2] 熊建昌,肖悅,楊毅,黃鴻. 分層多滑道式硬幣分類清點(diǎn)裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]. 科技廣場， 2016.185-188.
[3] 林毅聰,林志凱,蘭夢月．公交車錢幣分離器[J]．南方農(nóng)機(jī)，2016.92-93.
[4] 尹金龍,劉奇元,何煒豪,陽志金．基于圓弧分離軌道的硬幣清分裝置的研制[J]．科技展望， 2016. 136-137.
[5] 宋艷麗．簡單硬幣分離裝置的設(shè)計(jì)[J]．設(shè)計(jì)與研究,2016.65-67.
[6] 蔣小盼, 馬愛兵, 馬麗． 篩動式硬幣分類裝置及其仿真運(yùn)動的設(shè)計(jì)[J]． 學(xué)術(shù)平臺， 2016.138-140.
[7] 韋沛東,侯文龍,韓世康．一種簡潔硬幣分揀機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．工業(yè)技術(shù)．2016.61-62.
[8] 雷永剛,馬富強(qiáng),寇應(yīng)歡,張果. 一種微型硬幣分離器的研制[J]. 現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化,2016.47-50.
[9] 劉倩倩,趙一鳴,申展瑜,李 敏．硬幣分離兌換設(shè)計(jì)[J]．探索與觀察，2016.40.
[10] 王博 ,陳震 ,魚自強(qiáng) ,張亞軍 ,溫懷玉．紙硬幣分離裝置的設(shè)計(jì)及推廣[J]．山東工業(yè)技術(shù)，
2016.240.
[11] Roger K.Coin-queueing head for high-speed coin-sorting and counting apparatus [P].United States:4564037, Jan. 14,1986.
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[13] Floyd k. High speed, high volume coin sorter[P].United States:6739965,May.25,2004.
附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)1、背景和意義
在中國現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)人口已經(jīng)達(dá)到14億人口，中國自古以來就是一個大人口國家，隨著當(dāng)代社會的不斷發(fā)展，在這樣的人口和社會的不斷發(fā)展下的背景下硬幣在日常的生活中扮演者非常重要的角色，在現(xiàn)代人口隨著時間的不斷增長和社會文明的不斷提高，硬幣在人們生活中的地位和需求量也在不斷地增加，硬幣的使用也帶給了人們許許多多的方便之處，但是如此大的的硬幣用量隨之也帶來了很多麻煩和問題。從硬幣生產(chǎn)到應(yīng)用在當(dāng)代社會中，一些硬幣用量比較大的企業(yè)部門和機(jī)器，如投幣電話、地鐵、自動售賣機(jī)、公交車、超市…等等都對硬幣的使用需求量很大的部門對硬幣都需要進(jìn)行分類、整理、計(jì)數(shù)、包裝等。
但現(xiàn)在硬幣的分類、整理、計(jì)數(shù)、包裝等工作使用的方式還大多停留在靠人工來點(diǎn)理，對此人工整理硬幣工作量非常的大，非常耗時、耗力、人工整理的效率也不是很高，對于這些問題的解決，硬幣自動分離的及其就應(yīng)運(yùn)而生了。
目前了解國外進(jìn)口硬幣整理設(shè)備價(jià)格非常昂貴，技術(shù)比較復(fù)雜等，而對于我國的硬幣適用性能比較差，國內(nèi)所研究的此種類的產(chǎn)品也因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性比較差、技術(shù)比較復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)等等原因而不能夠得到廣泛推廣和應(yīng)用，為了更好的解決這個難題， 本文所針對當(dāng)前市面流通比較多的第五版的硬幣，設(shè)計(jì)出了一種便攜式的硬幣自動整理裝置，該裝置具有機(jī)構(gòu)簡單，成本比較低等特點(diǎn)。為了適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，解決大量的硬幣無法有更好的解決整理問題，硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)還不是很成熟等等一系列問題，在這種國情的背景下我們要努力的解決這個問題。
隨著社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步硬幣在人們的生活中扮演著越來越重要的角色。對于日常硬幣主要集中地例如超市、貿(mào)易市場、銀行、金融證券公司、自動販賣機(jī)、公交車、地鐵等等。每天都會有大量的硬幣需要分類、計(jì)數(shù)、整理，現(xiàn)階段的硬幣整理機(jī)國外的產(chǎn)品價(jià)格昂貴對于一些小的企業(yè)購買不太經(jīng)濟(jì)合理今兒不能做到有效的推廣使用而國內(nèi)的硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)還不是非常成熟運(yùn)用在社會中也有一定的困難因此現(xiàn)階段社會的硬幣整理這些繁雜而勞累的工作現(xiàn)在還基本上停留在人工整理的階段， 這樣的情況下浪費(fèi)了大量的時間和人力，為了更好地解決這一系列問題，我們就要更好的設(shè)計(jì)出適合社會實(shí)地應(yīng)用的硬幣整理機(jī)器。用機(jī)器來代替人工來整理如此大量的硬幣工作，進(jìn)而解放勞動力，提高工作效率，以滿足社會的需求。
2 國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀
2.1 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1.1 便攜式硬幣自動分類計(jì)數(shù)裝置的研制
根據(jù)沈陽化工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院劉潤華 江松軒 馮 穎等研究的“便攜式硬幣自動分類計(jì)數(shù)裝置的研制”指出目前市面上所流通較多第五版硬幣。這種裝置是主要利用不同種類硬幣的直徑有所區(qū)別，工作的時候?qū)⒂矌磐度脒M(jìn)給區(qū)中，通過分離區(qū)來實(shí)現(xiàn)硬幣的分散、 平鋪以及逐一排隊(duì)實(shí)現(xiàn)分離，從分離區(qū)的出口排隊(duì)出來的硬幣具有一定運(yùn)動速度，然后進(jìn)入分離區(qū)的滑道，在分離區(qū)內(nèi)，面值不同的硬幣因?yàn)橹睆降牟煌謩e落入 一角、五角、一元的滑道內(nèi)，然后沿光滑的表面下滑，進(jìn)入到滑道盡頭的硬幣收納裝置；在收納的裝置處安裝一個紅外線計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)硬幣計(jì)數(shù)功能。
計(jì)數(shù)裝置：紅外線
動力裝置：電機(jī)、 轉(zhuǎn)軸、聯(lián)軸器、 銷釘、 緊固螺母等組成
根據(jù)該文獻(xiàn)可以看出該設(shè)計(jì)是一種便攜式硬幣分類和計(jì)數(shù)的裝置，具有成本較
低、機(jī)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，但因?yàn)槲墨I(xiàn)中提出一次鋪排來達(dá)到分離功使得該設(shè)計(jì)效率不高。原理圖圖一：
圖一 總體結(jié)構(gòu)圖
2.1.2 分層多滑道式硬幣分類清點(diǎn)裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)
根據(jù)南昌工程學(xué)院：肖 悅 、熊建昌等人研究的“分層多滑道式硬幣分類清點(diǎn)裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)”介紹該裝置是通過傳送輸送硬幣，根據(jù)不同種類硬幣直徑的大小不同， 設(shè)計(jì)出多條分層篩選不同種類硬幣的斜坡分類滑道，在末端通過光電計(jì)數(shù)傳感器對不同面值的硬幣進(jìn)行清點(diǎn)計(jì)數(shù)，最后數(shù)碼管分別顯示出各種面值的硬幣數(shù)量和總額。
計(jì)數(shù)裝置：計(jì)數(shù)裝置由光電計(jì)數(shù)傳感器、 STM32F103VC T6 單片機(jī)[5]、、 驅(qū)動板、數(shù)碼管組成。
動力裝置：電機(jī)、滾軸、 聯(lián)軸器、、 同步帶輪、同步帶等組成。
根據(jù)該文獻(xiàn)可以看出這種設(shè)計(jì)是通過一元、五角、一角硬幣的直徑不同來分離不同種類的硬幣，通過設(shè)計(jì)的多條分層斜坡滑到分類，最后采用光電計(jì)數(shù)傳感器來現(xiàn)實(shí)各種面值硬幣的數(shù)量及總額，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有實(shí)際應(yīng)用和廣泛推廣的價(jià)值。
相關(guān)圖二、三：
圖二 分層多滑道式硬幣分類清點(diǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖
2.1.3 公交車錢幣分離器
根據(jù)福建農(nóng)林大學(xué)林毅聰 ，林志凱等人研究的“公交車錢幣分離器” 介紹該裝置通過不同種類的硬幣的直徑分離，通過分離板來分離一元、五角、一角的硬幣，因?yàn)樵撗b置是在公交車上使用，因此當(dāng)公民投幣時硬幣是一個一個落入分離裝置中的， 首先分離板上根據(jù)硬幣種類的直徑開出孔洞，當(dāng)硬幣通過第一個孔洞時一角的硬幣首先進(jìn)入，隨后第二個空洞用來收集五角的硬幣，第三個孔洞用來收集直徑做大的一元的直徑最后用 LCD 顯示模塊來現(xiàn)實(shí)數(shù)量。
計(jì)數(shù)裝置：LCD 顯示模塊動力裝置：手動
根據(jù)該文獻(xiàn)介紹可以看出，該裝置對于公交車的硬幣收集及處理還是非常方便的，此裝置也可以 推廣在自動販賣機(jī)上，但是它也有一定的局限性，該裝置只能分離一個一個進(jìn)入的硬幣，而當(dāng)代社會中許多場合的硬幣量很大，這種分離硬幣的效率不高，不適合一些大量硬幣需要整理的部門。
相關(guān)圖：
2.1.4 基于圓弧分離軌道的硬幣清分裝置的研制
根據(jù)湖南文理學(xué)院尹金龍 劉奇元 何煒豪等人研究的“基于圓弧分離軌道的硬幣清分裝置的研制”該裝置是利用電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤，將硬幣放入轉(zhuǎn)盤中，硬幣從轉(zhuǎn)盤中一個一個的從分離盤中甩出并獲得一定的速度，甩出的硬幣落在傳送帶上，傳送帶將這些硬幣以一樣的速度進(jìn)入圓弧分離軌道，圓弧形分離軌道根據(jù)不同硬幣的直徑來設(shè)計(jì)空心槽，不同種類的應(yīng)不落入到不同的分離槽中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了硬幣的分離工作，軌道的末端聯(lián)有傳感器用來計(jì)數(shù)。
動力裝置：220V 電壓的直流減速電機(jī)。計(jì)數(shù)裝置：傳感器
通過該文獻(xiàn)我們了解到，該裝置的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地分離出不同種類的硬幣，缺點(diǎn)是存在不能大量分離硬幣效率低。
相關(guān)圖：
圖三 圓弧分離軌道的硬幣清分裝置實(shí)體模型圖
2.1.5 篩動式硬幣分類裝置及其仿真運(yùn)動的設(shè)計(jì)
根據(jù)湖北工業(yè)大學(xué)蔣小盼 馬愛兵 馬麗等人研究的“篩動式硬幣分類裝置及其仿真運(yùn)動的設(shè)計(jì)”該裝置最上方是一個到硬幣的漏斗，下階段分離層分為四層，第一層孔洞比一元的硬幣直徑大，這一層的主要作用保證硬幣分離的連續(xù)性和一定的減緩硬幣下落的速度，第二層根據(jù)硬幣的直徑首先攔截直徑最大的一元的硬幣，第三層攔截直徑第二大的硬幣五角，最后一層無孔洞，用來攔截直徑最小的硬幣一角，從而實(shí)現(xiàn)
分離。
計(jì)數(shù)裝置：紅外線計(jì)數(shù)器
動力裝置：電動機(jī)及 V 帶組成
該裝置的優(yōu)點(diǎn)是可以大量的分離硬幣，實(shí)現(xiàn)高效率，而且分離的準(zhǔn)確度也很高。缺點(diǎn)是此裝置還缺少整理裝置，只能達(dá)到分離的效果。
相關(guān)圖：
圖四 實(shí)體模型圖
可以看出現(xiàn)在我國也在正在積極地研究發(fā)展硬幣整理機(jī)以實(shí)現(xiàn)解放人工整理硬幣的人員，實(shí)現(xiàn)高效的整理硬幣?，F(xiàn)在近幾年來包括沈陽化工大學(xué)、湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院、湖南文理學(xué)院、福建農(nóng)林大學(xué)等高校也在研究
姜海濤 劉鑫磊 劉潤華 江松軒 馮 穎肖 悅 、熊建昌、黃 鴻、楊 毅林 毅聰 ，林志凱 ，蘭夢月尹金龍 劉奇元 何煒豪 陽志金蔣小盼 馬愛兵 馬麗等人員在研究著這一課題。
在國外不管是大型的硬幣整理機(jī)還是中小型的硬幣整理機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，已經(jīng)可以投入市場，但是價(jià)格相對較高，不適合我國小型的企業(yè)，公交車，小型超市等等需要大量硬幣分離的部門，而我國的硬幣分離機(jī)技術(shù)還不是很成熟，我國現(xiàn)狀是雖然有很多的高校學(xué)者都在研究硬幣整理機(jī)，現(xiàn)階段我國的硬幣基本上有三種，一元、五角、一角。而通過查看相關(guān)的領(lǐng)域文獻(xiàn)可以看出我國硬幣整理機(jī)現(xiàn)在基本采用通過一元、五角、一角直徑不同來達(dá)到分離硬幣的工作。計(jì)數(shù)裝置基本上有紅外線、LCD 顯示模塊、顯示器等 但存在不少的問題，例如不能夠做到大量的分離硬幣、不能很好的整理等問題，現(xiàn)階段我國的硬幣分離機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，但功能也單一，基本不能實(shí)現(xiàn)分離、整理。計(jì)數(shù)功能的一體化。
2.2 國外硬幣整理機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
在國外的一些金融業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家, 硬幣種類流通量都很大, 而那里為配合硬幣流轉(zhuǎn)和運(yùn)行管理的機(jī)具設(shè)備也很多 并且十分先進(jìn)，這些硬幣機(jī)具根據(jù)技術(shù)特征主要可分為六大類別：
2.2.1 計(jì)數(shù)類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具的主要技術(shù)特征是進(jìn)行單一幣種的計(jì)數(shù)，通過計(jì)數(shù)機(jī)的預(yù)置功能, 配上相應(yīng)的接管裝置 及包裝紙管或塑管, 該機(jī)還能完成同一幣種的半手工包裝。
2.2.2 清分類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具的主要技術(shù)特征是可實(shí)現(xiàn)多幣種的一次清分、計(jì)數(shù)、 計(jì)值和鑒偽。這類機(jī)具是硬幣機(jī)具中使用最為廣泛的機(jī)種。
2.2.3 包裝類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具的主要技術(shù)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(shè)定( 應(yīng)相應(yīng)調(diào)整卷紙寬度)。包裝類機(jī)具主要分臺式與立式兩種。近年來由于臺式包裝機(jī)故障維修率較高, 已趨淘汰。
11
2.2.4 清洗消毒類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具的主要技術(shù)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(jī)具屬大型設(shè)備, 在國 外采取下單定做的辦法, 價(jià)格十分昂貴。
2.2.5 兌換類硬幣機(jī)具，此類機(jī)具的主要功能是完成紙幣兌換硬幣。產(chǎn)品分硬幣散幣兌換機(jī)與成卷包裝幣兌換機(jī)兩種。散幣兌換機(jī)一般設(shè)置在 自助服務(wù)設(shè)施較集中的地方便利于民眾;成卷兌換機(jī)一般設(shè)置在無人銀行實(shí)行收費(fèi)兌換。
2.26.自助服務(wù)類硬幣機(jī)具，這類機(jī)具中產(chǎn)品很多, 如硬幣儲蓄自動服務(wù)機(jī)、 紀(jì)念幣自動售貨機(jī)等等[1]。
在這個領(lǐng)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(chǎn)各種銀行器具的公司，也是國際上公認(rèn)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(chǎn)了 WR-400C 型硬幣點(diǎn)算包裝機(jī),LAUREL 公司生產(chǎn)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(shè)備[2-7]。它們的分揀速度較快,機(jī)構(gòu)復(fù)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(chǎn)了 SC22 型等小型硬幣分揀設(shè)備,它們體積小巧,機(jī)構(gòu)較簡單,一次處理的硬幣數(shù)量不多,但應(yīng)用范圍可以更廣泛[8]。但是，中國的貨幣比較復(fù)雜，他們的系統(tǒng)應(yīng)用在中國尚有一系列問題。3、總結(jié)
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及結(jié)合中國現(xiàn)在硬幣整理機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，中國現(xiàn)在硬幣整理機(jī)的發(fā)展還相對落后 ，實(shí)際的應(yīng)用還非常的少，國外的產(chǎn)品雖然應(yīng)能比較好但是價(jià)錢較高， 不適合中國的國情，因此硬幣整理機(jī)在中國的發(fā)展還不完善。在這種情況下為適應(yīng)社會發(fā)展我們需要更新硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)研究。
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摘要
本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容是關(guān)于硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)，題目為硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目屬于工程設(shè)計(jì)型-理工類應(yīng)用現(xiàn)代化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。該裝置主要負(fù)責(zé)中國當(dāng)代硬幣的快速分揀、計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)硬幣的自動化分離操作，真正的達(dá)到高效、便捷、可靠、解放勞動力的效果。據(jù)了解在我國現(xiàn)代硬幣的整理工作基本上還是依靠人工來完成，依靠人力來分揀、整理如此大量的硬幣，完成如此巨大工作量不僅效率低，工作時間長而且浪費(fèi)生產(chǎn)力。在這種情況下全自動硬幣整理機(jī)就顯得尤為重要。硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)可以快速、可靠、便捷的完成硬幣整理的工作，從未大大降低了勞動力的浪費(fèi)，本文分析了如何利用不同種類硬幣的不同點(diǎn)來確定最終的設(shè)計(jì)方案，最終確定根據(jù)不同類型的硬幣，直徑大小不同來確定設(shè)計(jì)方案，本文主要運(yùn)用兩相向旋轉(zhuǎn)的彈簧來使硬幣在梯形狀篩料板上進(jìn)行篩選，同時彈簧也起到保證硬幣保持豎直狀態(tài)，然后運(yùn)用斜坡將篩選出的硬幣運(yùn)出裝置，后經(jīng)過紅外線等裝置計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)硬幣的分離計(jì)數(shù)功能，最終完成了設(shè)計(jì)。本文首先了解了中國的基本國情，然后了解了中外硬幣整理機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，根據(jù)不同種類硬幣的不同點(diǎn)討論了相關(guān)方案實(shí)施可能最終確定了設(shè)計(jì)方案，并對硬幣整理機(jī)的結(jié)構(gòu)做出了詳細(xì)的解釋，再結(jié)合中國的國情需要完成了整個硬幣整理機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵字：硬幣；分選機(jī)構(gòu)；計(jì)數(shù)；快速分離
ABSTRACT
This design content is on the coin sorting machine design, subject to the coin sorting machine design, the application of modern science and engineering innovation design belongs to the engineering design - this project. The device is mainly responsible for sorting, Chinese contemporary coin counting, automatic coin sorting finishing operation, achieving efficient, convenient and reliable. The liberation of labor, the effect is understood in China's modern coin sorting work basically depends on manual to complete, rely on manpower to sorting, finishing such a large number of coins, to accomplish such a huge workload is not only low efficiency, long working time and waste of productivity. It is particularly important in this case automatic coin sorting machine design of coin sorting machine. Can be fast, reliable, easy to complete the coin sorting work, never greatly reduces the waste of labor, this paper analyzes how to use different types of coins to determine the final design scheme, finally determined according to different types of coins of different diameters to determine in design, finally completed the design. Firstly, understand the basic situation of China, and then understand the foreign coin finishing machine development status and characteristics, according to the different points of different types of coins. The implementation may finalize the design scheme is discussed, and make a detailed explanation of the structure of coin sorting machine, combined with the situation of China need to complete the whole design of coin sorting mechanism.
Key words: Coin; sorting mechanism; quick finishing
摘要 I
ABSTRACT II
1.緒論 1
1.1硬幣的發(fā)展趨勢 1
1.2題目來源 1
1.3 背景和意義 2
1.4目前研究的概況和發(fā)展趨勢 3
1.5設(shè)計(jì)任務(wù) 4
2 .設(shè)計(jì)方案的確定 5
2.1 利用材質(zhì) 5
2.2利用磁性 6
2.3利用質(zhì)量進(jìn)行分選 7
2.3.1純的機(jī)械方式 7
2.3.2 利用傳感器 8
2.4利用厚度 8
2.5利用直徑 9
3.總體設(shè)計(jì) 11
3.1結(jié)構(gòu)組成 11
3.2工作原理 12
3.3篩選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.4送幣機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì) 14
3.5絞龍之間傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
4.上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17
4.1 振動給料的主要特點(diǎn) 17
4.2 振動給料斗的理論運(yùn)動分析 17
4.2.1振動給料斗的基本運(yùn)動形式 18
4.2.2 直線振動運(yùn)動的軌跡 19
4.2.3 平旋振動的運(yùn)動軌跡 20
4.2.4 圓振動的運(yùn)動軌跡 22
4.2.5 渦旋振動的運(yùn)動軌跡 24
4.3 振動給料斗物料運(yùn)動的相關(guān)基礎(chǔ)理論 25
4.3.1 物料的滑動理論 25
4.3.2物料拋擲運(yùn)動理論 28
4.4對現(xiàn)有幾種自動上料器的分析 29
4.5 上料機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì) 30
5.出幣裝置的設(shè)計(jì) 35
6.電路部分的設(shè)計(jì) 36
6.1 電源部分原理： 36
6.2 計(jì)數(shù)器原理 37
結(jié)論 38
參考文獻(xiàn) 39
致謝 40
附錄 41
65
硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)
1.緒論
1.1硬幣的發(fā)展趨勢
在中國現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)人口已經(jīng)達(dá)到14億人口，中國自古以來就是一個大人口國家，隨著當(dāng)代社會的不斷發(fā)展，在這樣的人口和社會的不斷發(fā)展下的背景下硬幣在日常的生活中扮演者非常重要的角色。隨著當(dāng)代社會人口不斷增長以及社會文明的不斷提高的背景下，硬幣在人們生活中的地位和需求量也在不斷地增加，硬幣的使用也帶給了人們許許多多的方便之處，但是如此大的硬幣用量隨之也帶來了很多麻煩和問題。從硬幣生產(chǎn)到應(yīng)用在當(dāng)代社會中，一些硬幣用量比較大的企業(yè)部門和機(jī)器，如投幣電話、地鐵、自動售賣機(jī)、公交車、超市…等等都對硬幣的使用需求量很大。
圖1-1多用硬幣場所
1.2題目來源
硬幣在當(dāng)代生活中被大量使用，并且有方便攜帶、節(jié)省空間、面值多樣等很多的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在不少的缺點(diǎn)，其中大量硬幣的分類，整理等工作就存在較大的問題，我們通過中國現(xiàn)代社會的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，，隨著我國發(fā)行第五套人民幣，硬幣在當(dāng)代社會中使用的更加頻繁，有逐漸代替小額紙幣的趨勢，而且硬幣在社會中的投放量也在不斷地提高，隨之小額紙幣在不斷減少（兩元紙幣幾乎消失），隨著科技的增長和社會文明的提高，自動售貨機(jī)、無人售票等運(yùn)用硬幣的場合隨之增加，也大大地加強(qiáng)了硬幣的使用量和流通性，尤其是公交車公司，自動售賣機(jī)公司等都會出現(xiàn)大量的硬幣，而依靠人力整理耗時耗力。
從社會調(diào)查來看，由于大量的硬幣無法快速的被整理以至于無法被良好的使用這一定程度上阻礙了硬幣的流動性，例如：
(1)公交、超市等每天會收入大量的硬幣，如沒有辦法快速整理，導(dǎo)致硬幣流通性變差。
(2) 銀行等各運(yùn)用大量硬幣的金融機(jī)構(gòu)對硬幣進(jìn)行整理，基本上都處于人工來操作，時間長效率低。
(3) 當(dāng)代社會多種硬幣整理機(jī)被生產(chǎn)使用，但是或多或少都存在一些問題，例如，效率低，造價(jià)高，準(zhǔn)確度無法保證等。
現(xiàn)在硬幣的分類、整理、計(jì)數(shù)、包裝等工作使用的方式還大多停留在靠人工來點(diǎn)理，對此人工整理硬幣工作量非常的大，非常耗時、耗力、人工整理的效率也不是很高，對于這些問題的解決，硬幣自動分離的機(jī)器就應(yīng)運(yùn)而生了。
1.3 背景和意義
在中國現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)人口已經(jīng)達(dá)到14億人口，中國自古以來就是一個大人口國家，隨著當(dāng)代社會的不斷發(fā)展，在這樣的人口和社會的不斷發(fā)展下的背景下硬幣在日常的生活中扮演者非常重要的角色，隨著人口的不斷增長和社會文憑的提高，硬幣在人們生活中的地位和需求量也在不斷地增加，硬幣的使用也帶給了人們許許多多的方便之處，但是如此大的的硬幣用量隨之也帶來了很多麻煩和問題。從硬幣生產(chǎn)到應(yīng)用在當(dāng)代社會中，一些硬幣用量比較大的企業(yè)部門和機(jī)器，如投幣電話、地鐵、自動售賣機(jī)、公交車、超市…等等都對硬幣的使用需求量很大的部門對硬幣都需要進(jìn)行分類、整理、計(jì)數(shù)、包裝等。
但現(xiàn)在硬幣的分類、整理、計(jì)數(shù)、包裝等工作使用的方式還大多停留在靠人工來點(diǎn)理，對此人工整理硬幣工作量非常的大，非常耗時、耗力、人工整理的效率也不是很高，對于這些問題的解決，硬幣自動分離的及其就應(yīng)運(yùn)而生了。
目前了解國外進(jìn)口硬幣整理設(shè)備價(jià)格非常昂貴，技術(shù)比較復(fù)雜等，而對于我國的硬幣適用性能比較差，國內(nèi)所研究的此種類的產(chǎn)品也因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性比較差、技術(shù)比較復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)等等原因而不能夠得到廣泛推廣和應(yīng)用，為了更好的解決這個難題，本文所針對當(dāng)前市面流通比較多的第五版的硬幣，設(shè)計(jì)出了一種便攜式的硬幣自動整理裝置，該裝置具有機(jī)構(gòu)簡單，成本比較低等特點(diǎn)。為了適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，解決大量的硬幣無法有更好的解決整理問題，硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)還不是很成熟等等一系列問題，在這種國情的背景下我們要努力的解決這個問題。
隨著國內(nèi)人口的不斷增長和社會文明、科技等不斷提升的背景下，對于日常硬幣主要集中地例如超市、貿(mào)易市場、銀行、金融證券公司、自動販賣機(jī)、公交車、地鐵等等。每天都會有大量的硬幣需要分類、計(jì)數(shù)、整理，現(xiàn)階段的硬幣整理機(jī)國外的產(chǎn)品價(jià)格昂貴對于一些小的企業(yè)購買不太經(jīng)濟(jì)合理今兒不能做到有效的推廣使用而國內(nèi)的硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)還不是非常成熟運(yùn)用在社會中也有一定的困難因此現(xiàn)階段社會的硬幣整理這些繁雜而勞累的工作現(xiàn)在還基本上停留在人工整理的階段，這樣的情況下浪費(fèi)了大量的時間和人力，為了能夠解放這部分勞動力，我們就要更好的設(shè)計(jì)出適合社會實(shí)地應(yīng)用的硬幣整理機(jī)器。用機(jī)器來代替人工來整理如此大量的硬幣工作，進(jìn)而解放勞動力，提高工作效率，以滿足社會的需求。
1.4目前研究的概況和發(fā)展趨勢
國內(nèi)研究情況
九十年代我國開始有將混雜硬幣分離的想法，即從國外引進(jìn)了硬幣分離裝置，而后國內(nèi)開始走向自主制造道路，最開始模仿制造該裝置的是昆明機(jī)床廠以及和他們合作的清華大學(xué)，但最終模仿制造的機(jī)器不能實(shí)現(xiàn)硬幣分離的功能，因此此時還處于研究階段，隨著硬幣使用不斷地增加，國內(nèi)很多著名高校和具有研發(fā)恩呢管理的企業(yè)開始加入研究部隊(duì)，其中南京航空航天和合肥工業(yè)大學(xué)比較成功的研制出了大型硬幣整理機(jī)模型，而小型硬幣整理劑由河北邯鄲商通電子有限公司設(shè)計(jì)出。
可以看出現(xiàn)在我國也在正在積極地研究發(fā)展硬幣整理機(jī)以實(shí)現(xiàn)解放人工整理硬幣的人員，實(shí)現(xiàn)高效的整理硬幣。現(xiàn)在近幾年來包括沈陽化工大學(xué)等高校的姜海濤 劉鑫磊等人員在研究著這一課題。
國外研究情況
在國外不管是大型的硬幣整理機(jī)還是中小型的硬幣整理機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，已經(jīng)可以投入市場，但是價(jià)格相對較高，不適合我國小型的企業(yè)，公交車，小型超市等等需要大量硬幣分離的部門，而我國的硬幣分離機(jī)技術(shù)還不是很成熟，我國現(xiàn)狀是雖然有很多的高校學(xué)者都在研究硬幣整理機(jī)，現(xiàn)階段我國的硬幣基本上有三種，一元、五角、一角。而通過查看相關(guān)的領(lǐng)域文獻(xiàn)可以看出我國硬幣整理機(jī)現(xiàn)在基本采用通過一元、五角、一角直徑不同來達(dá)到分離硬幣的工作。計(jì)數(shù)裝置基本上有紅外線、LCD 顯示模塊、顯示器等 但存在不少的問題，例如不能夠做到大量的分離硬幣、不能很好的整理等問題，現(xiàn)階段我國的硬幣分離機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，但功能也單一，基本不能將分離、整理、計(jì)數(shù)等功能做到一體化。
1.5設(shè)計(jì)任務(wù)
（1）適用幣種：
該硬幣整理機(jī)設(shè)備針對的國內(nèi)現(xiàn)代社會通用性硬幣小一角、大一角、五角、一元硬幣進(jìn)行整理工作。
圖1-2 我國通用的四種硬幣圖
（2）應(yīng)用范圍：
此裝備主要適用于硬幣量不是非常巨大的場所。例如，超市，商場，公交公司，銀行及普通家庭，通過該裝備可以快速的完成以上四種硬幣的分離整理工作，節(jié)省大量時間和勞動力。
（3）實(shí)現(xiàn)功能：
i自動上料
將硬幣放入設(shè)備中，硬幣可以自動進(jìn)入分離系統(tǒng)中
ii分選功能
將不同種類的硬幣一起放入后，將會單獨(dú)分離出各種累硬幣并且不會出現(xiàn)差錯
iii計(jì)數(shù)功能
硬幣分離完成后將會顯示給種硬幣的數(shù)量
iiii其他功能
造價(jià)低，體積小，易操作，
2 .設(shè)計(jì)方案的確定
硬幣的形態(tài)存在著很多的不同點(diǎn)，根據(jù)硬幣存在的不同點(diǎn)可以作為區(qū)分各種硬幣的依據(jù)，以下分別從硬幣的材質(zhì)、磁性、質(zhì)量、厚度、直徑等方面存在的差異來確定硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)方案。
2.1 利用材質(zhì)
首先從各種硬幣的材質(zhì)來區(qū)分開硬幣，下表2-1所示為不同類型硬幣的材質(zhì)表。
表2-1硬幣材質(zhì)一覽表
中國第三套普通流通硬幣
中國第四套普通流通硬幣
幣種
菊花1角
梅花5角
牡丹1元
蘭花1角
荷花5角
菊花1元
材質(zhì)
鋁鎂合金
銅鋅合金
鋼芯鍍鎳
鋁鎂合金
不銹鋼
鋼芯鍍銅
鋼芯鍍鎳
邊形
平邊
間斷絲齒
平邊
平邊
平邊
間斷絲齒
平邊
形狀
外圓內(nèi)九邊形
圓形
圓形
圓形
圓形
圓形
圓形
發(fā)行年份
91-99
91-01
91-99
99-03
05-11
02-11
99-11
目前為止，我國已經(jīng)有了幾種成型的檢測材質(zhì)的系統(tǒng)，利用硬幣之間材質(zhì)明顯的差別將各種硬幣進(jìn)行分類：此套系統(tǒng)就是根據(jù)不同材料將硬幣分離出，原理如圖2-1
圖2-1材質(zhì)區(qū)分原理圖
所示：由一個纏繞扁平的線圈制成一個傳感器系統(tǒng)，線圈接在正玄交變電流I1上在線圈周圍由于交變電流的作用就會產(chǎn)生一個電磁場H1，當(dāng)硬幣通過磁場時，交變磁場會產(chǎn)生變化。根據(jù)電磁效應(yīng)硬幣會戰(zhàn)勝電渦流I2，這是就會產(chǎn)生與H1方向相反的交變磁場H2來阻礙電磁線圈所產(chǎn)生的磁場這樣線圈的相關(guān)參數(shù)就會隨之發(fā)生改變，影響改變大小的因素就是硬幣的材料（不同的材料導(dǎo) 電性能不同）和擺放的位置大小。
我們根據(jù)表2.1可以看出雖然中國第三版一元的和中國第四版五角都是采用的鋼芯但二者的大小不同，因此可以完成區(qū)分，但是此種方式系統(tǒng)需要信號處理，信號單元，等機(jī)構(gòu)，而且此裝置處理的硬幣量不適合大量且費(fèi)時，因此分離大量的硬幣難度較大，故這種方式不予考慮。
2.2利用磁性
成功的分離不同種類的硬幣我們可以考慮通過硬幣是否具有磁性這一特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)分離硬幣的目的，根據(jù)表格2.2我們可以看出。
表2.2硬幣磁性一覽表
中國第三套普通流通硬幣
中國第四套普通流通硬幣
幣種
菊花1角
梅花5角
牡丹1元
蘭花1角
荷花5角
菊花1元
材質(zhì)
鋁鎂合金
銅鋅合金
鋼芯鍍鎳
鋁鎂合金
不銹鋼
鋼芯鍍銅
鋼芯鍍鎳
是否有磁性
無
無
是
無
是
是
是
發(fā)行年份
91-99
91-01
91-99
99-03
05-11
02-11
99-11
其中第三套流通性硬幣菊花一角和梅花五角的都不具有磁性，而牡丹一元的硬幣具有磁性。中國第四套普通流通硬幣蘭花一角的鋁鎂合金不具有磁性，蘭花一角不銹鋼、荷花五角、菊花一元的硬幣都具有磁性。如果簡單的通過硬幣是否具有磁性來區(qū)分出各種硬幣只能達(dá)到分離中國第三套普通流通硬幣中的菊花一角、梅花五角和中國第四套普通流通硬幣中的蘭花一角鋁鎂合金硬幣，而區(qū)分出這些硬幣后由于都不具有磁性，因此不能靠磁性再次分離。由此看來，簡單的靠硬幣是否具有磁性來區(qū)分各種硬幣是不現(xiàn)實(shí)的，因此這種方法不予考慮。
2.3利用質(zhì)量進(jìn)行分選
利用硬幣的質(zhì)量不同來區(qū)分硬幣大致可以分為以下兩種方式：
2.3.1純的機(jī)械方式
如下圖硬幣通道上設(shè)置四個長方體孔上面由四個擋片覆蓋，當(dāng)硬筆通過時由硬幣自身重力將擋片打開，設(shè)置只有質(zhì)量大于或者是等于該數(shù)值的質(zhì)量是擋片才能打開從而使硬幣通過擋片下落到運(yùn)幣通道下，因此在設(shè)計(jì)擋片支撐重量時要注意第一個擋片要求只能使一元的硬幣下落，第二個擋片使五角的硬幣下落，第三第四個擋片一次類推，這樣設(shè)置擋片后及使重量輕的硬幣先通過前端的擋片時擋片也不會打開從而也不會發(fā)生下落的現(xiàn)象，硬幣繼續(xù)向前滑行直到硬幣運(yùn)動到和其對應(yīng)的擋片時才會發(fā)生下落的情況，但是為了使硬幣被分離的更為準(zhǔn)確，要保證硬幣是逐一的通過運(yùn)幣通道，逐一的通過通道上方的四個擋片，如果在硬幣通過通道時，其中有兩個或更多的硬幣折疊在一起的話勢必將會發(fā)生錯誤分離硬幣的現(xiàn)象。
如圖2-2所示是正常的硬幣分選過程，箭頭方向表示擋片方向。
圖2-2正確區(qū)分硬幣圖
按照硬裝置開啟的重量依次由大到小排列，箭頭指向方向表示硬幣的正常運(yùn)動方向，這樣各個硬幣通過擋片時都是按照一定的次序來進(jìn)行的，這樣依次經(jīng)過就不會產(chǎn)生誤分，但是這種方式如果控制不好硬幣之間的間距非常容易造成兩枚或多枚硬幣同時經(jīng)過擋片，從而使擋片打開，造成誤分的現(xiàn)象。即使很好的控制運(yùn)輸硬幣通道寬度設(shè)置成為只能使一枚硬幣通過如果運(yùn)輸?shù)膬擅队矌胖g的距離過小，當(dāng)前一個硬幣重量使擋片打開由于后面的硬幣距離前面的硬幣距離非常小是的前面硬幣相對應(yīng)的擋塊還沒有關(guān)閉后面的硬幣已經(jīng)通過，或堵住前面的硬幣擋塊，這樣也會造成誤分的現(xiàn)象如圖2-3。
此機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：基本可以實(shí)現(xiàn)流水式分選效果，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，效率高，節(jié)省空間等。
此機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：由于幾種硬幣的重量總體來說的不是很大，之間的差別也不大，因此不容易掌握彈性裝置的控制精度，使得硬幣被誤分的概率增加。
圖2-3誤漏現(xiàn)象
2.3.2 利用傳感器
傳感器分離硬幣的方法是根據(jù)傳感器檢測隱蔽的重量而后通過傳感器來控制硬幣的篩選裝置。
(1）重量傳感器是將力轉(zhuǎn)換成電信號并輸出裝置。
(2）轉(zhuǎn)換的依據(jù)：電阻應(yīng)變，電磁力補(bǔ)償，振弦等。
(3）運(yùn)用的是電阻應(yīng)變機(jī)制的惠斯通電橋，通過對彈性體應(yīng)變的測量，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成和它成正比的相應(yīng)外力。
這種方式基本上和上面利用重量純機(jī)械方式分離硬幣的方式相似，主要是將彈力裝置改成感應(yīng)重力的傳感器，通過傳感器來感受硬幣重量產(chǎn)生的重力從而控制擋片的開關(guān)裝置，進(jìn)而使硬幣分離。
這種方式的優(yōu)點(diǎn)：出錯率較低，不容易發(fā)生誤分的情況，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易。
這種方式的缺點(diǎn)：效率比較低，硬幣必須單獨(dú)分離比較難控制，這種傳感器價(jià)錢比較高，總體成本較高。
通過上述兩種利用硬幣重量來區(qū)分硬幣的方法來看，比較難控制精度和設(shè)計(jì)的成本等原因?qū)弥亓繀^(qū)分硬幣的方法不作考慮。
2.4利用厚度
利用厚度來區(qū)分硬幣的思想總體來說和利用重量來區(qū)分硬幣的方式相似，按照硬幣的厚度一次從小到大安裝硬幣分選裝置，使硬幣單方面的通過，硬幣通過時在相應(yīng)的間隙孔出落下，從而達(dá)到分離的作用。這種方法的總體思路相對來說比較明了清楚，但總體實(shí)現(xiàn)起來相對還是比較困難，首先必須保證硬幣是筆者的站立的，而且硬幣的厚度本身比較小硬幣之間的厚度差別也不大，所以分選的精度要非常高才能也不大，所以分選的精度要非常高才能實(shí)現(xiàn)硬幣的分離，一旦硬幣出現(xiàn)振動現(xiàn)象，硬幣兩平面與分選間隙不再平行時就不能保證硬幣會掉落到相應(yīng)的分選間隙里，如圖 2-4 ，而且這種 方式找不到合適的上料方式，綜合考慮相關(guān)因素，此種方法不再考慮。
圖2-4振動導(dǎo)致硬幣分選失敗
2.5利用直徑
主要的四種硬幣的直徑有比較大的差異，比較好區(qū)分，目前很多的硬幣分離裝置都是利用硬幣的直徑不同來作為突破口的。
方案一 采用篩子式的方式來區(qū)分硬幣。
如圖2-5所示該種方式主要是第一層圓孔的篩子孔徑比較小大，篩子的作用是留下直徑最大的一元的硬幣，其他的三種硬幣都通過篩子掉落到到第二層，第二層的孔徑在五角到大一角之間，這樣使得第二層的篩子可以留下剩余三種硬幣的直徑較大的大一角的硬幣，使得五角和小一角的硬幣過濾到第三層，而到達(dá)第三層的硬幣只剩下兩種，五角和小一角，第三層的孔徑要小于五角的硬幣直徑而大于小一角的硬幣直徑，這樣篩選之后第三層只留下了相對直徑較大的五角的硬幣，最后一層不再設(shè)計(jì)孔徑（最后一層只有小一角的硬幣一種幣種）
這種方法簡單易行，成本比較低，效率也比較高，但是出幣口設(shè)計(jì)比較麻煩，總體來說較好，此種方法作為考慮。
圖2-5利用篩子進(jìn)行分選
方案二 也是利用硬幣的直徑進(jìn)行篩選。
但與方案一不同的是方案二不是利用孔的直徑來區(qū)分，如圖2-6所示，篩子的數(shù)量只需要一個，如圖所示，這種篩子是由階梯狀的孔來分離硬幣的，篩子的階梯孔從左向右有四次寬度的改變，將硬幣豎立由左向右運(yùn)動，依次根據(jù)硬幣的直徑從小到大來設(shè)定四個階段的梯形孔徑第一個孔徑只能使小一角的硬幣通過，而五角，大一角,一元硬幣無法通過，第二階段的孔徑可以使五角的硬幣通過，而大一角；一元的無法通過，第三階段的孔徑通過大一角的硬幣，而一元的無法通過，最后梯形孔徑將剩下的一元的硬幣通過，這樣就可以根據(jù)四種硬幣的直徑差來實(shí)現(xiàn)硬幣的分離。
這種設(shè)計(jì)方式優(yōu)點(diǎn)：簡單易操作，篩子的數(shù)量較少且可以達(dá)到精確分離的效果，造價(jià)低廉，效率高，可實(shí)現(xiàn)自動分離，同時出幣口的設(shè)計(jì)也相對較簡單。
綜合以上兩種分離方法的考慮確定以梯形狀的孔來實(shí)現(xiàn)硬幣的分離。
圖2-6梯形孔硬幣分離
綜合以上幾種方式分選硬幣方法，我們確定利用硬幣的直徑差來進(jìn)行硬幣的分選工作，最終確定運(yùn)用梯形狀的孔來分離硬幣。
3.總體設(shè)計(jì)
3.1結(jié)構(gòu)組成
該裝置構(gòu)成部件和他們的主要作用：主要有電路部分，自動上料機(jī)構(gòu)以及分選機(jī)構(gòu)三大部分構(gòu)成。
三大部分作用：
電路部分：能夠?qū)崿F(xiàn)在硬幣數(shù)量及價(jià)值量記錄和顯示。
自動上料機(jī)構(gòu)：能夠?qū)崿F(xiàn)硬幣自動裝填功能。
分選機(jī)構(gòu)：能夠?qū)崿F(xiàn)對不同種類的硬幣進(jìn)行分類及儲存功能。
三大部分構(gòu)成：
電路部分的組成：小型直流電動機(jī)，傳感器，數(shù)顯器。
自動上料機(jī)構(gòu)的組成：引導(dǎo)滑道，階梯件，支撐柱，料槽，底板，出幣滑道，盛幣盒，支撐板，彈簧和心軸。
分選機(jī)構(gòu)的組成：彈簧和硬幣分選片。
總體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示：
圖3-1 硬幣整理機(jī)總體側(cè)視圖
1. 機(jī)殼 2.料槽 3.螺柱 4.螺母 5.墊圈
6.小型直流電動機(jī) 7.出幣滑道 8.盛幣盒
總體結(jié)構(gòu)裝配圖如圖3-2所示:
圖3-2硬幣整理機(jī)的總體俯視圖
1.底板 2.軸承 3.支撐板 4.齒輪 5.螺釘 6.分選片 7.心軸 8.彈簧片
3.2工作原理
整體設(shè)計(jì)的工作原理：將混雜在一起的硬幣放入振動給料槽內(nèi)，通過振動給料槽硬幣進(jìn)入緩沖片保持硬幣豎直進(jìn)入到彈簧間隙之中，從而進(jìn)入到了硬幣的分選機(jī)構(gòu)中；在電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)下帶動兩彈簧相向運(yùn)轉(zhuǎn)使硬幣進(jìn)入分選片中，通過硬幣直徑的大小來分離硬幣，分選好的硬幣進(jìn)入到出幣滑道內(nèi)，通過出幣滑道進(jìn)入盛幣盒（盛幣盒設(shè)計(jì)時已經(jīng)將已經(jīng)分選的硬幣相應(yīng)落入位置以設(shè)計(jì)好），在硬幣進(jìn)入出幣滑道滑出過程中裝置中的紅外線檢測裝置和單片機(jī)裝置會自動對各種硬幣進(jìn)行數(shù)量上的統(tǒng)計(jì)以及剪紙上的計(jì)算。最終通過上料裝置、分選裝置和計(jì)數(shù)裝置完成對各種混雜的硬幣進(jìn)行精準(zhǔn)的分離。
3.3篩選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖3-3所示，根據(jù)硬幣的直徑我們將階梯狀孔徑分為五段，由表3.1所示小一角的硬幣直徑為19mm五角的硬幣直徑為20.21mm大一角的硬幣直徑為22.55mm 一元的硬幣直徑為25mm
表3-1 硬幣相關(guān)參數(shù)
面值 直徑 厚度 質(zhì)量 是否具有磁性
小一角 19 1.6 0.00125 是
大一角 22.55 2.4 0.0025 否
一圓 25 1.94 0.005 是
五角 20.21 1.77 0.004 是
較小一端設(shè)計(jì)尺寸長 14mm寬15mm這樣的設(shè)計(jì)主要是因?yàn)橛矌艅傔M(jìn)入絞龍中還沒有達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，如果直接進(jìn)入到分離區(qū)，將會出現(xiàn)錯分的情況，因此我們設(shè)定了一定距離的緩沖帶，剩下的階梯狀孔根據(jù)四種硬幣的大小來設(shè)計(jì)寬度，其中篩選小一角的階梯孔寬度設(shè)計(jì)為19mm長度設(shè)計(jì)為13mm篩選五角的階梯孔寬度設(shè)計(jì)為20.32mm長度設(shè)計(jì)為15mm篩選大一角階梯孔寬度設(shè)計(jì)為22.54mm長度設(shè)計(jì)為15mm篩選一元的階梯孔寬度設(shè)計(jì)為25.00mm長度設(shè)計(jì)為17mm為了使豎直站立的硬幣經(jīng)過階梯孔時更加平穩(wěn)因此在設(shè)計(jì)階梯孔時我們增加了過度區(qū)域，如圖3-3,
圖3-3梯形孔有無過度對比圖
上圖為無過度區(qū)域的階梯孔下圖為有過度區(qū)域的階梯孔，通過增加這樣的過渡帶可以使運(yùn)動中的硬幣更加穩(wěn)定的通過階梯型孔。
圖3-4分選片
由于考慮到節(jié)省時間、提高效率、空間限制等相關(guān)問題，現(xiàn)將分選機(jī)構(gòu)（階梯狀孔）設(shè)計(jì)成三排并列形式如上圖3-4所示分選片。
3.4送幣機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)
若采用這種方式，前提必須保證要有使硬幣豎直站立和單方向行走的裝置，以下幾種方式可以參考
(1）曲柄滑塊
如圖3-5所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可以在滑塊內(nèi)開一個槽（可以保證硬幣豎直站立）硬幣在槽里隨著滑塊運(yùn)動，由于曲柄滑塊運(yùn)動時往復(fù)運(yùn)動，當(dāng)滑塊運(yùn)動到一個極限值時，將硬幣裝入滑塊的槽中，當(dāng)滑塊向單一方向運(yùn)動時在該方向上裝置梯形篩子進(jìn)行硬幣分離。
裝置優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)硬幣的豎直站立和單一方向運(yùn)動條件，裝置簡單易行，造價(jià)低廉經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
裝置缺點(diǎn)：總體比較麻煩，當(dāng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動到規(guī)定的極限值上料（將硬幣放入槽中）比較困難，而在運(yùn)動期間也不能保證硬幣一直豎直站立。
圖3-5簡單曲柄滑塊原理圖
(2）絞龍機(jī)構(gòu)
如圖3-6所示，將兩個絞龍并排放置，兩個絞龍分別左旋和右旋，將硬幣放入兩腳龍的間隙之中，當(dāng)絞龍旋轉(zhuǎn)時，兩絞龍共同帶動硬幣向前運(yùn)動，在蛟龍的一段放置硬幣，只要能夠掌握好硬幣的填放就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離硬幣的作用。
裝置優(yōu)點(diǎn)：簡單易操作，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可以實(shí)現(xiàn)硬幣的豎直單項(xiàng)運(yùn)動，而且更為穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離硬幣。
綜合以上兩種機(jī)構(gòu)的選擇，在全部滿足條件的前提下，蛟龍機(jī)構(gòu)更加合理穩(wěn)定，因此我們選擇絞龍機(jī)構(gòu)作為硬幣的運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。
如圖絞龍加工起來比較麻煩，因此我們可以用彈簧代替，彈簧可以代替絞龍來實(shí)現(xiàn)硬幣豎直站立運(yùn)動的作用，但是彈簧中間不是實(shí)體，為了更好地?cái)D壓住硬幣因此在彈簧的中間設(shè)計(jì)一個心軸，如圖3-7所示：
3-6絞龍圖 3-7 加心軸的彈簧圖
3.5絞龍之間傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
絞龍運(yùn)動時相鄰的兩個要實(shí)現(xiàn)左旋和右旋，可以實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動方式的機(jī)構(gòu)我們選擇齒輪傳動，兩個嚙合的齒輪主動輪如果向左轉(zhuǎn)被動輪就會相應(yīng)地向右轉(zhuǎn)，因此我們只要將絞龍固定在嚙合的齒輪上，再使齒輪旋轉(zhuǎn)就可以實(shí)現(xiàn)相鄰蛟龍的左旋和右旋。
裝置優(yōu)點(diǎn)：簡單易操作，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可以實(shí)現(xiàn)硬幣的豎直單項(xiàng)運(yùn)動，而且更為穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離硬幣 選定齒輪類型，精度等級，材料和齒數(shù)因齒輪所受到的比較小的軸向力，在這個前提下選擇的傳動齒輪是直齒圓柱齒輪。這樣做的優(yōu)點(diǎn)：在滿足間距的前提下，制作直尺圓柱齒輪比較簡單，而且制作成本相對較低。這種硬幣整理機(jī)的工作速度相對較低，因此這里采用8級精度（GB10095-88）齒輪材料的選擇，齒輪具有多種失效形式，因此再設(shè)計(jì)齒輪材料的時候要選擇的材料必須要滿足條件如：抗膠合、點(diǎn)蝕、磨損和塑性變形能力弱，根據(jù)以上的敘述最終確定符合要求的材 料是45號鋼、鑄鐵等材料。
3-8齒輪圖
根據(jù)分選片上并列的三個分選階梯孔，我們將齒輪的分度圓直徑設(shè)計(jì)為29mm，將模數(shù)設(shè)計(jì)為1，最終得到的齒輪為分度圓直徑為29mm，齒數(shù)為29的齒輪如圖3-8
4.上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
硬幣整理機(jī)的分選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后硬幣的精準(zhǔn)分離工作基本上完成，但是只是有分選機(jī)構(gòu)還無法實(shí)現(xiàn)硬幣的自動分離工作，因此需要找到與硬幣整理機(jī)分選機(jī)構(gòu)相匹配的上料機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)對硬幣分選機(jī)構(gòu)的自動上料，根據(jù)資料看自動給料的裝置有很多種，其中振動給料斗的上料機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的一種自動上料方式，而且對于塊、粉末、顆粒等散落狀料物正適合振動給料上料斗機(jī)構(gòu)的上料對象我們根據(jù)其現(xiàn)有研究的理論，然后結(jié)合硬幣自身特性，然后通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的方式來設(shè)計(jì)符合硬幣振動給了得上料機(jī)構(gòu)。
4.1 振動給料的主要特點(diǎn)
對比其他的上料方式，振動給料斗具有優(yōu)點(diǎn)如下：
（1）給料量具有可調(diào)性，
（2）噪音小、功耗低、隔振好、輕便。
（3）運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，安裝、操作、維修方便。
（4）安裝的高度低，可以代替料倉全部錐體或者部分椎體。
（5）破拱助流能力強(qiáng)。
（6）不需要基礎(chǔ)及附加裝置，更加便捷。
（7）具有給料機(jī)性能，給料松散、均勻、連續(xù)、快捷、準(zhǔn)確。
4.2 振動給料斗的理論運(yùn)動分析
當(dāng)代社會中有很多種振動給料斗種類，從振動方式方面分類我們可以分為直線振動，扭振動，渦旋振動，橢圓振動，圓震動等。當(dāng)振動給料斗用不同參數(shù)和運(yùn)動方程式時就可以使物料發(fā)生相異的運(yùn)動方式，進(jìn)而物料會發(fā)生運(yùn)動軌跡不同的現(xiàn)象。物料在振動給料斗中的運(yùn)動主要有以下幾種方式：
（1）相對靜止：物料與給料斗斗體共同運(yùn)動，沒有相對運(yùn)動。
（2）相對滑動：物料與給料斗斗體內(nèi)表面不總是保持一定的位置而是產(chǎn)生滑動。
（3）擲運(yùn)動：給料斗斗體把物料拋起，物料與斗體內(nèi)表面分離，向上運(yùn)動的軌跡為拋物線。
上面三種運(yùn)動中除了相對靜止運(yùn)動是由于振動給料斗和物料之間沒有發(fā)生相對運(yùn)動從而不能實(shí)現(xiàn)給料和對物料的破拱外，其它的兩種運(yùn)動方式都可以實(shí)現(xiàn)給料和破拱的作用，因此我們主要分析拋擲運(yùn)動和相對滑動運(yùn)動。
4.2.1振動給料斗的基本運(yùn)動形式
振動給料斗三種基本的運(yùn)動形式：
(1)直線型：在一維空間里做往復(fù)的直線運(yùn)動
給料斗直線型振動是物料在一維空間內(nèi)作來回的直線運(yùn)動。直線型慣性振動給料斗和直線型電磁振動給料斗運(yùn)動形式均屬于此類。
(2)平旋型：在二維空間內(nèi)作圓周運(yùn)動，橢圓運(yùn)動以及扭運(yùn)動
橢圓平面運(yùn)動方式中包括平旋型慣性振動給料斗的運(yùn)動方式，圓周平面運(yùn)動方式中包括圓振動型慣性振動給料斗的運(yùn)動方式，平扭運(yùn)動方式中包括扭動型電磁振動給料斗運(yùn)動方式。
(3)渦旋型：在三維空間內(nèi)垂直的直線來回運(yùn)動與水平扭運(yùn)動的合成運(yùn)動形成的運(yùn)動形式叫做作渦旋運(yùn)動，而這兩種運(yùn)動的給料斗合成后形成的給料斗就是旋渦式給料斗，而形成的運(yùn)動方式就是渦旋運(yùn)動。
因?yàn)榭臻g運(yùn)動有六個自由度，因此動點(diǎn)運(yùn)動的軌跡一般表達(dá)式為:
(1) 位移的方程表達(dá)式
其中 —三維空間內(nèi)的位置坐標(biāo)；
—三維空間內(nèi)的最大振幅；
a, b, c —三維空間的頻率系數(shù)；
—振動頻率；
t —振動時間；
， —相位角。
（1） 扭轉(zhuǎn)的方程表達(dá)式
其中
, ， —三維空間角的位置坐標(biāo)；
，， —三維空間中最大角位移；
， , —三維空間的扭動頻率系數(shù)；
—振動頻率；
t —振動時間；
， —相位角。
4.2.2 直線振動運(yùn)動的軌跡
公式（4-1）到（4-6）中
Ay = Az =0；；
時
即得到
(4-7)
根據(jù)上文直線型運(yùn)動給料斗的動點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是在 X 坐標(biāo)軸上運(yùn)動的往復(fù)
運(yùn)動即直線振動如圖4-1為直線振動運(yùn)動軌跡圖。
將一個電磁振動器安裝在振動給料斗的一個側(cè)面，并保持電磁激振器水平，安裝完成后的總體結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了所說的直線型的電磁振動給料斗，當(dāng)將兩臺電磁激振器安裝在振動給料斗的兩個對稱側(cè)面并且要保證電磁激振器處于同一水平位置，這樣組成的系統(tǒng)推挽振動也可以構(gòu)成直線型電磁振動給料斗；當(dāng)我們將一對對稱垂直的慣性激振器安裝在直線運(yùn)動的軌跡斗體對稱的兩個側(cè)面，當(dāng)同一時刻啟動兩塊激振器的偏心塊的回轉(zhuǎn)時，雖然啟動時可能會產(chǎn)生相位差，但是保持相同一些技術(shù)參數(shù)時，因他們都遵循能量最小消耗路線，彼此之間互相自動追蹤，以此達(dá)到各自自身的平衡狀態(tài)，當(dāng)反向同步被實(shí)現(xiàn)后，兩個偏心塊的離心力將同時指向斗體的內(nèi)部方向，這樣兩離心力大小相等而兩個力的方向是相反的，因此相互抵消，以此在斗得內(nèi)部不會產(chǎn)生運(yùn)動；當(dāng)偏心塊再轉(zhuǎn)動90o時，兩個偏心塊離心力會一起指向斗體切向的同側(cè)，即斗體物料將會呈直線運(yùn)動，將兩個離心塊再轉(zhuǎn)動90度，兩個離心力將會同時背向斗體兩個力方向相反大小相等而相互抵消，這樣總體受力為0，此時物料將不會產(chǎn)生任何形式的運(yùn)動；將偏心塊再轉(zhuǎn)90o時，兩離心力會一起指向斗體的切向另側(cè)，兩力合成且同一方向，這種情況物料將會向相反的方向進(jìn)行直線運(yùn)動。此時斗內(nèi)物料進(jìn)行直線運(yùn)動，當(dāng)偏心塊的離心力指向同側(cè)的瞬間此時最大振幅產(chǎn)生，而當(dāng)兩個離心力相背或相向的瞬間產(chǎn)生最小振幅（最小振幅為0）。
直線型振動給料斗作直線往復(fù)運(yùn)動時，當(dāng)斗體向右運(yùn)動時，物料被推向斗壁同時拋擲右側(cè)的物料，此時兩旁的物料都會出現(xiàn)被擠壓或者斜拋的現(xiàn)象，直到兩側(cè)中間位置物料向左向右移動；當(dāng)斗體向左運(yùn)動時，物料被推向斗壁同時拋擲左側(cè)的物料，此時兩旁的物料都會出現(xiàn)被擠壓或者斜拋直到兩側(cè)中間位置物料向左向右滑動，直線型振動 ，如圖4-2所示為直線振動合成的運(yùn)動軌跡圖。
圖 4-2直線振動的合成
給料斗中的物料就是在這種綜合運(yùn)動下實(shí)現(xiàn)振動給料的。在振動給料斗的斗體和活化錐剛,性連接下，活化錐隨著斗體一起運(yùn)動，這樣也會產(chǎn)生直線運(yùn)動?；罨F在水平方向上的剪力可以有效地降低物料之間的內(nèi)摩擦，活化物料，同時破壞其它殘余水平剪力，消除拱橋 直線振動運(yùn)動的合成。并實(shí)現(xiàn)破拱，活化錐振動在垂直方向上的分量將振動傳遞給斗體內(nèi)物料，這樣使其實(shí)現(xiàn)流態(tài)化。
4.2.3 平旋振動的運(yùn)動軌跡
1)橢圓振動的運(yùn)動軌跡
公式（4-1）到（4-6）中
，時
即得
當(dāng) ， 時，，時
（4-8）
（4-9）
（4 - 8）與（4 - 9）平方后相加，得
（4-10）
這時，動點(diǎn)的運(yùn)動軌跡如下圖為橢圓運(yùn)動的軌跡；短軸的單振幅是，長
軸單振幅是，壓縮系數(shù)是e
圖4-3橢圓運(yùn)動振動軌跡 圖4-4 橢圓振動運(yùn)動合成
平旋振動給料斗就是橢圓運(yùn)動振動給料斗現(xiàn)實(shí)例子，如上圖4-3所示為平旋型橢圓振動運(yùn)動軌跡。
將一臺慣性激振器或一臺振動電機(jī)垂直安裝在振動給料斗斗體的一個側(cè)面，當(dāng)偏心振子回轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力背向斗體時，如上圖4-4a所示。
這種振動與直線型振動給料斗的作用相似，就是靠近激振器的物料被拋出，而遠(yuǎn)離激振器的物料受到壓力，物料在激振器的兩側(cè)產(chǎn)生滑動，當(dāng)偏心振子產(chǎn)生的離心力指向斗體時，如圖4-4d，這時靠近激振器的物料受到壓力，而拋出遠(yuǎn)離激振器的物料，物料在兩側(cè)滑動。當(dāng)偏心振子回轉(zhuǎn)時對斗體產(chǎn)生切向力，如圖圖4-4b和c，這時切向力對斗體的中心產(chǎn)生力矩，當(dāng)斗體和離心力保持切向關(guān)系時，這時力矩的最大值將達(dá)到，最大力矩會對物料產(chǎn)生水平剪力，物料剪應(yīng)力減小，物料活化，直到物料的水平剪力被完全破壞，這時物料會流動。
橢圓運(yùn)動的產(chǎn)生是因?yàn)樵谕黄矫鎯?nèi)扭運(yùn)動與直線運(yùn)動進(jìn)行了合成。這里需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是，著整個循環(huán)周期中都存在相同的徑向力。這種橢圓振動運(yùn)動最大行程產(chǎn)生在剪力的方向上，而最小的行程在偏心塊通過斗體中心線方向上產(chǎn)生。即切線方向上產(chǎn)生最小阻力，最大阻力產(chǎn)生在物料擠壓方向上，在最大阻力方向上的阻力會讓物料在相對運(yùn)動時消耗功率。
為了使振動給料斗整體作平旋運(yùn)動，這時要將激振器安裝在力的作用線與振動給料斗重心在一條直線上。但在實(shí)際操作中由于振動給料斗內(nèi)物料的不斷運(yùn)動下所產(chǎn)生的壓力也會一直改變從而對振動產(chǎn)生影響，因此做到將激振器安裝在力的作用線與振動給料斗重心在一條直線上這一點(diǎn)是相當(dāng)困難的，然而不太大的偏心會使料斗產(chǎn)生一定程度的搖擺，而這種搖擺所產(chǎn)生的垂直分力對料與破拱是有益的。
4.2.4 圓振動的運(yùn)動軌跡
圓振動屬于橢圓振動中的一種特殊振動，在公式（4-9）中，取，這時橢圓振動的長軸和短軸相等，即圓振動。
（4-11）
（4-12）
或 （4-13）
將公式（4-11），（4-12）取平方和隨即得到（4-13）即圓振動運(yùn)動的公式，但是振幅值是A。
根據(jù)分析橢圓振動運(yùn)動軌跡可以了解，振動中所產(chǎn)生的水平剪力的作用是活化物料，使物料內(nèi)自身的摩擦系數(shù)被降低，即為水平剪應(yīng)力，并且物料水平剪應(yīng)力將進(jìn)一步被破壞，因此物料被破拱，與此同時物料本身的重量產(chǎn)生的重力是物料卸料的主要動力 ，而一部分水平拉力會使物料產(chǎn)生一定程度的相對運(yùn)動，進(jìn)而消耗一部分功率。圓振動無外壓力，只存在水平剪力，因此物料在振動中無相對運(yùn)動，將該部分的無用
功轉(zhuǎn)化成為了有用功。
如圖4-5所示為兩臺慣性激振器所做圓振動運(yùn)動軌跡的合成圖。將兩臺垂直的慣性激振器安裝在振動給料斗斗體的對稱側(cè)面上，并且將兩臺振動激振器的技術(shù)參數(shù)設(shè)置為相同，當(dāng)將他們啟動后，他們同向回轉(zhuǎn)時，雖然啟動的時候可能會產(chǎn)生相位差，但是他們要遵循最小的能耗路線，經(jīng)過經(jīng)過自動追蹤的方式達(dá)到同步后，這時兩個激振偏心塊將會同時向水平方向旋轉(zhuǎn)，這樣合成后的作用力的方向?qū)⑹冀K相同，并且與振動給料斗的中心處在同一條直線上，使質(zhì)點(diǎn)都做相同的軌跡圓運(yùn)動，而運(yùn)動方向始終保持在切向方向上，力的大小也將保持在恒定水平上。這樣可以使物料整體的回轉(zhuǎn)，綜合起來有利于給料，活化錐的攪動作用可以使振動給料斗中的物料破拱，這樣功率會被利用的更加充分。
圖4-5圓振動運(yùn)動合成圖
根據(jù)公式(4-11) 、(4-12)、(4-13)將 y=0 代入公式中，即可得到一次函數(shù)（直線運(yùn)動），因此直線運(yùn)動也屬于橢圓運(yùn)動的特例。
2)扭振動運(yùn)動軌跡
公式（4-1）致（4-6）中：
當(dāng)，，時，公式（4-4）為
（4-14）
圖4-6扭振動的運(yùn)動軌跡
這時振動公式為扭振動的公式，這個振動稱之扭振動，扭振動的軸和振動給料斗的軸線重合，給料斗的波動曲線為正弦波。振動給料斗中的物料都做圓弧振動，直到軸線上的物料在原處轉(zhuǎn)動，物料振幅最大的地方是在斗壁上，并且物料會在斗壁上滑動，相反之下越離軸線近的物料振幅越小，直到為零為止。但是無聊的整體不會發(fā)生相對運(yùn)動的情況，這樣的情況下物料整體將在斗壁上發(fā)生相對滑動。
物料在水平方向上的剪力是由扭振動所產(chǎn)生的力偶形成的，水平方向上的剪力可以使物料活化，進(jìn)而促進(jìn)物料的流動性，使物料流動。在此基礎(chǔ)上活化錐攪動，但是因?yàn)樵诖怪狈较蛏蠜]有分量，因此活化錐的破拱作用效果不明顯。
通過對上面的分析可以得出：
當(dāng)在橢圓振動中長軸等于短軸的時候，橢圓振動變?yōu)閳A振動；當(dāng)長軸或短軸其中一個數(shù)值取零時，橢圓振動將變?yōu)橹本€振動；線性方程也變?yōu)榱悖瑑H僅扭轉(zhuǎn)方程是扭振動。
4.2.5 渦旋振動的運(yùn)動軌跡
公式（4-1）到(4-6)中：
當(dāng)， 時
即可得 （4-15）
（4-16）
圖4-7渦旋振動水平運(yùn)動的合成
在豎直方向上的直線運(yùn)動和水平方向上的扭運(yùn)動合成后就形成了我們所說的螺旋形振動，它的運(yùn)動軌跡是由繞斗體軸線水平扭振動和順著振動給料斗的斗體軸線直線振動所合成的運(yùn)動軌跡。
如圖4-6所示為它們的水平運(yùn)動軌跡；圖4-7為它們的垂直運(yùn)動軌跡。
將兩臺慣性激振器對稱安裝在振動給料斗斗體的兩側(cè)，安裝時保證兩臺激振器與軸線成三十度角或成四十五度角。當(dāng)兩臺激振器與軸線呈30o角時，兩臺激振器之間夾角成60o角；當(dāng)兩臺激振器與軸線呈45o角時，兩臺激振器之間夾角成90o角，兩激振器互相垂直。從正式圖上看兩軸成反向回轉(zhuǎn)，從俯視圖上看兩軸呈同向回轉(zhuǎn)，偏心振子回轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)激振力。它們一起反向啟動時，盡管可能會出現(xiàn)相位差，但是技術(shù)參數(shù)大致相同時，會遵守能量消耗最小路線，會實(shí)現(xiàn)自動相互追蹤，以實(shí)現(xiàn)平衡自身的狀態(tài)從而達(dá)到反向同步回轉(zhuǎn)。
當(dāng)兩側(cè)的偏心塊所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)離心力在水平方向上的分力方向一起指向斗體的中心時，兩個水平力正好大小相等方向相反，合力為零，兩者相互抵消，這時這兩個水平力只會對斗體本身產(chǎn)生壓力而對斗體內(nèi)部的無聊不會有人合力的作用；假如讓兩個偏心塊各自回轉(zhuǎn)90o角，這時兩個慣性激振器的偏心塊的相位差達(dá)到180o，會對整個斗體產(chǎn)生力偶，此時會出現(xiàn)水平方向上的剪力，當(dāng)偏心塊會轉(zhuǎn)到同時背對著斗體時，兩個作用力會出現(xiàn)大小相等，方向相反的情況，合力為零，兩個力再次相互抵消，這兩個相互抵消的力也只會對整個斗體有力的作用而對于斗體內(nèi)的物料無力的作用，假設(shè)偏心塊再次旋轉(zhuǎn)90o時，這時又產(chǎn)生了與上一次完全相反的力偶，即會產(chǎn)生兩個方向相反的水平剪力。這樣的情況下所有無關(guān)的歷都會在力的循環(huán)下被平衡，只會留住扭運(yùn)動正反向力偶的相關(guān)作用，也可以說是正向和反向水平剪力的作用。該種剪力具有破拱、活化物料、給料提供動力的作用。如圖通過物理知識可以得出當(dāng)兩激振器在水平剪力達(dá)到最大值時它們在垂直方向行的剪力也將達(dá)到最大的數(shù)值，并且方向會隨著水平剪力的反向而發(fā)生換向。這時的水平力偶會對物料產(chǎn)生水平剪力，該剪力會使物料實(shí)現(xiàn)破拱、活化物料、為給料提供動力。垂直方向的分力會對物料產(chǎn)生垂直方向上的慣性力，該慣性力會使物料所受的力大于自身重力的幾倍量。該種作用在物料本身的最大垂直慣性力與最大剪力會共同起到消除物料拱橋、活化物料、增加物料的流動性，使物料實(shí)現(xiàn)流態(tài)化，最終物料會旋渦式的流進(jìn)排料口。因?yàn)槲锪现g沒有相對運(yùn)動，因此消除了很多的無用功。如圖4-8所示為質(zhì)點(diǎn)受力圖。
圖4-8質(zhì)點(diǎn)m受力
4.3 振動給料斗物料運(yùn)動的相關(guān)基礎(chǔ)理論
如上文所述，振動給料內(nèi)物料運(yùn)動分為滑動、拋擲兩類，下面分別敘述這兩種運(yùn)動的相關(guān)基礎(chǔ)理論。
4.3.1 物料的滑動理論
圖4-1為質(zhì)點(diǎn)m在振動給料斗斗體上在無干擾的情況下的直線運(yùn)動受力圖。是質(zhì)點(diǎn)m在X軸的方向運(yùn)動的位移，是質(zhì)點(diǎn)m在Y軸的方向運(yùn)動的位移；相對速度取代號為，。這時，在X軸方向上的物料顆粒重力的水平分力與慣性力之和為P，P的表達(dá)式：
（4-17）
物料顆粒在Y軸方向上的物料顆粒慣性力和重力的豎直分力之和為N，作用在斗壁上的正壓力即為N，N的表達(dá)式：
（4-18）
該式中 m —物料質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量；
，——物料質(zhì)點(diǎn)在X軸方向上的相對加速度
Y軸方向上的相對加速度；
g為重力加速度；
——斗體的傾角，向下滑動標(biāo)為“+”，向上滑動標(biāo)為“-”。
當(dāng)物料質(zhì)點(diǎn)與斗壁滑動產(chǎn)生相對滑動時，物料和斗壁始終都保持接觸，壓力
，y方向上的相對加速度=0。當(dāng)物料和斗壁始終接觸時，斗壁對質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的極限摩擦力為：
（4-19）
式中 ——物料靜外的摩擦系數(shù)；
“-”是正向滑動；“+”是反向滑動。
由于出現(xiàn)的運(yùn)動為拋擲運(yùn)動，為零；而剛開始產(chǎn)生滑動時，物料對斗壁產(chǎn)生的加速度=0。因此
（4-30）
又因?yàn)?
將公式（4-17）、（4-18）和（4-19）代入（4-30）可得到：
其中，（——靜摩擦角）得正方向上的滑動指數(shù)為，反方向上的滑動指數(shù)為：
（4-31）
（4-32）
式中 K——機(jī)械強(qiáng)度；
g——重力加速度。
通常取：
選取正方向與反方向滑動系數(shù)，求得機(jī)械強(qiáng)度的指數(shù)為K
或
因?yàn)橐话闱闆r機(jī)械強(qiáng)度的指數(shù) ，所以計(jì)算的時候所需振動頻率為f:
(1) 直線振動：
（4-33）
或 （4-34）
若所選定振動頻率為,可求振幅A:
（4-35）
或 （4-36）
（2）橢圓或圓振動：
（4-37）
或 （4-38） (4-39)
或 （3-30）
4.3.2物料拋擲運(yùn)動理論
當(dāng)物料的質(zhì)點(diǎn)m剛出現(xiàn)拋擲運(yùn)動時，，正壓力N = 0由公式（4-17）和（4-18）代入得：
方程式中 為拋起物料質(zhì)點(diǎn)m時的振動相位角。
根據(jù)上面方程化簡后得到拋擲指數(shù)D
根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度指數(shù)公式 ，，算出振動頻率。
當(dāng)為直線振動時：
（4-31）