无动力分离多硬币投币装置设计与优化

摘要

本文针对目前公交智能投币机和地铁自动售票机等一次只能处理一个硬币的现状,设计了一种无动力分离多硬币的投币装置,无需借助任何外力驱动,利用硬币自身重力和投币装置的结构特点实现多个硬币的分离和有间隙的队列,进而实现一次性对多个硬币的处理。在此投币装置的基础上,对币道曲线和相关参数进行了优化,使分离后的硬币能快而匀速且无晃动地通过检测区域,提高检测效率和精度。本文主要工作包括:1、对无动力分离多硬币投币装置进行结构设计。将投币装置对硬币的分离作用分解为硬币采集、硬币打散和硬币队列,对相应功能的分离装置进行比较分析,再将合理方案进行综合。2、在投币装置的基础上,对检测区域前的币道曲线进行优化设计。建立硬币从下落到在币道上滚动的数学模型并进行动力学分析,以币道曲线通过的型值点坐标为变量,以硬币从投币口下落到通过检测区域时能量损失最小为优化目标,以币道曲线导函数递增为约束条件,用遗传算法对型值点进行优化,得到优化后的B样条币道曲线,实现硬币快速通过检测区域。3、对使硬币运动反向的币道曲线进行方案设计。针对队列装置中运动路径对硬币的反向作用,用刚体碰撞动力学方程分析比较了圆弧和样条型币道曲线对硬币反向运动后能量损耗的影响,确定了使能量损耗最少的圆弧币道方案,在该方案的基础上对硬币运动作了动力学分析。4.列出硬币贴着侧板在币道上滚动的平面运动微分方程,建立硬币通过检测区域时保持匀速运动的约束方程,由约束方程进行了币道相关参数的选取,在ADAMS中的仿真结果表明参数选取较合理。5.在币道表面与侧板的夹角成直角和锐角的情况下,列出不同姿态的硬币与币道碰撞后在币道上的晃动微分方程组并进行分析比较,得出在成适当锐角的情况下币道和侧板对减少硬币晃动具有良好效果的结论,并在ADAMS仿真中得以验证,保证了硬币以贴着侧板的姿态运动到检测区域。经过本文设计和优化后的投币装置能够实现多枚硬币的无动力分离,硬币能快而匀速且无晃动地通过检测区域,提高了投币装置的检测效率和精度。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题的提出

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要内容

1.5 本章小结

第二章 硬币投币装置设计

2.1 引言

2.2 投币口设计

2.2.1 V 形投币口

2.2.2 凹形投币口

2.2.3 坡形投币口

2.3 硬币打散装置设计

2.3.1 路径式分离装置

2.3.2 凸点式分离装置

2.4 硬币队列装置设计

2.5 方案综合

2.6 其它方案

2.6.1 三阶段滑道分离方案

2.6.2 曲板分离方案

2.7 本章小节

第三章 检测区域前的币道曲线优化设计

3.1 引言

3.2 币道曲线优化设计过程

3.2.1 币道结构简化

3.2.2 数学模型的建立

3.2.3 遗传算法优化结果

3.3 本章小结

第四章 使硬币运动反向的币道曲线方案设计

4.1 引言

4.2 硬币与币道2 碰撞分析

4.3 优化入射角

4.4 圆弧过渡方案设计与分析

4.4.1 圆弧过渡方案

4.4.2 硬币动力学分析

4.4.3 圆弧最小半径设计

4.5 样条曲线设计方案

4.5.1 能量损耗分析比较

4.5.2 硬币与币道2 第二次碰撞分析

4.6 方案比较总结

4.7 本章小节

第五章 硬币匀速运动分析及仿真

5.1 引言

5.2 影响硬币运动参数分析

5.3 硬币匀速运动约束方程

5.3.1 侧板和币道对硬币作用力

5.3.2 平面运动微分方程

5.3.3 匀速运动约束方程

5.4 币道参数选取

5.5 匀速运动仿真

5.6 本章小节

第六章 硬币晃动分析

6.1 引言

6.2 硬币与币道碰撞晃动分析

6.2.1 币道与侧板垂直时碰撞晃动分析

6.2.2 币道与侧板成锐角时碰撞分析

6.3 结果比较

6.4 对硬币晃动的控制

6.5 本章小节

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文