Розробка аналітичної моделі гравітаційного руху зерна у відкритому гвинтовому каналі зі змінними кутами нахилу

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.235451

Ключові слова:

швидкість руху зерна, гвинтовий канал, змінні кути нахилу, травмування

Анотація

Існуючі технічні засоби завантаження силосів зерновим матеріалом не в повній мірі задовольняють потреби виробництва. Нагальною залишається проблема травмування зерна, що зумовлює необхідність розробки гравітаційного завантажувача з іншим принципом роботи із відповідним теоретичним обґрунтуванням руху зернового матеріалу в ньому. В роботі представлено і обґрунтовано модель гравітаційного руху зерна у периферійному відкритому гвинтовому каналі із двома змінними кутами нахилу. Модель ґрунтується на системі сил в циліндричній системі координат, що діють на об’єм зернового потоку у периферійному гвинтовому каналі. Швидкість зерна у кінці гальмівної ділянки каналу повинна бути якомога меншою, але неменша ніж початкова швидкість потоку на початку розгінної ділянки. Модель враховує цю умову і забезпечує оптимальне проходження зерна на будь-якій ділянці каналу.

Наведена модель дає змогу знаходити швидкість руху зерна у будь-який момент часу, враховує висоту отвору бункера та залежність між кутами нахилу спіралей розгінної та гальмівної ділянок. Для даних кутів наведено математичну залежність, що забезпечує проходження зерна без його згруження і водночас запобігає травмуванню зернової маси за рахунок контрольованого зменшення кінцевої швидкості. Окремо надано залежність для знаходження часу, за якого зерно збільшує швидкість на розгінній ділянці, досягаючи максимального значення.

На основі моделі запропоновано периферійний відкритий гвинтовий канал із двома кутами нахилу спіралей α і β. Для даного каналу встановлено взаємозв’язки між його ключовими параметрами, зокрема обґрунтовано значення рекомендованих кутів 41°…45° для розгінної та 39°…35° для гальмівної ділянок відповідно, а також відношення hо/r не менше 0.6...0.7

Біографії авторів

Володимир Миколайович Арендаренко, Полтавська державна аграрна академія

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології та обладнання переробних і харчових виробництв

Анатолій Вікторович Антонець, Полтавська державна аграрна академія

Кандидат педагогічних наук, доцент

Кафедра загальнотехнічних дисциплін

Олег Миколайович Іванов, Полтавська державна аграрна академія

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології та обладнання переробних і харчових виробництв

Ігор Анатолійович Дудніков, Полтавська державна аграрна академія

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра галузевого машинобудування

Тетяна Володимирівна Самойленко, Компанія «Тайфун»

Інженер

Посилання

  1. Kong, E., Liu, D., Guo, X., Yang, W., Sun, J., Li, X. et. al. (2013). Anatomical and chemical characteristics associated with lodging resistance in wheat. The Crop Journal, 1 (1), 43–49. doi: https://doi.org/10.1016/j.cj.2013.07.012
  2. Komchenko, E. V., Basyuk, S. P. (2003). Vliyanie materiala stenok bunkera na istechenie razlichnyh sypuchih materialov. Energosberezhenie i energosberegayuschie tekhnologii v APK, 1, 145–149.
  3. Goryushinskiy, I. V., Mosina, N. N. (2001). K voprosu otsenki protsessa zagruzki emkostey sypuchimi materialami. Sbornik nauchnyh trudov studentov, aspirantov i molodyh uchenyh SamIIT, 3, 83–84.
  4. Arendarenko, V. M., Antonets, A. V., Savchenko, N. K., Samoilenko, T. V., Ivanov, O. M. (2020). Calculation model of grain gravitation movement in sloping passage with discrete variable inclination angle. Bulletin of Poltava State Agrarian Academy, 4, 273–282. doi: https://doi.org/10.31210/visnyk2020.04.35
  5. Samoilenko, T. V., Arendarenko, V. M., Antonets, A. V. (2020). Kinematics of grain movement on a spiral device with variable angle of descent. Bulletin of Poltava State Agrarian Academy, 1, 267–274. doi: https://doi.org/10.31210/visnyk2020.01.31
  6. Goryushinskiy, I. V., Mosina, N. N. (2003). Povyshenie kachestva funktsionirovaniya bunkernyh hranilisch uluchsheniem ih zagruzki. Puti povysheniya effektivnosti APK v usloviyah vstupleniya Rossii v VTO. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (k XIII mezhdunarodnoy spetsializirovannoy vystavke «AGRO-2003»), 343–345.
  7. Tarasenko, A. P., Orobinskiy, V. I., Gievskiy, A. M., Baskakov, I. V., Chernyshov, A. V., Haritonov, M. K. (2019). Snizhenie travmirovaniya zerna pri posleuborochnoy obrabotke. Vestnik agrarnoy nauki Dona, 1, 63–68. Available at: https://readera.org/140243652
  8. Tarasenko, A. P., Orobinskiy, V. I., Gievskiy, A. M., Merchalova, M. E. (2012). Sovershenstvovanie sredstv mekhanizatsii dlya polucheniya kachestvennogo zerna. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universitet, 3, 109–115.
  9. Zharkikh, V. U., Tarasenko, A. P. (2015). Overview of technical solutions for even loading of grain cleaners. Nauchno-issledovatel'skie publikatsii, 1 (3 (23)), 76–81. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-tehnicheskih-resheniy-dlya-ravnomernoy-zagruzki-zernoochistitelnyh-mashin/viewer
  10. Strona, I. G. (1974). Travmirovaniya semyan zernovyh kul'tur i urozhaev. Biologiya i tekhnologiya semyan, 2, 122–129.
  11. Chazov, S. A., Shelyapen', P. A., Votskiy, Z. Z. (1981). Travmirovaniya semyan i puti snizheniya pri mekhanizirovannoy obrabotke, obmolote, sortirovanii. Ukrainskie nivy, 8, 41–43.
  12. Derev’ianko, D., Sukmaniuk, O., Sarana, V., Derev’ianko, O. (2020). Justification of influence of the working bodies of combine harvesters on damage and quality of seed. Bulletin of Agricultural Science, 92 (2), 64–71. doi: https://doi.org/10.31073/agrovisnyk202002-10
  13. Cherniy, A. S. (1973). Puti snizheniya povrezhdaemosti semyan pri rabote zernovoy norii NZ-20. Trudy ChIMESKh, 62, 270–275.
  14. Kupreenko, A. I., Isaev, Kh. M., Bychkov, I. E. (2019). Improving the efficiency of loading of tanks for agricultural purposes. Konstruirovanie, ispol'zovanie i nadezhnost' mashin sel'skohozyaystvennogo naznacheniya, 1 (18), 462–469.
  15. Fraczek, J., Ślipek, Z. (1999). Fatigue strength of wheat grains. Part 1. The analysis of grain deformation at multiple loads. International Agrophysics, 13 (1), 93–97. Available at: http://www.international-agrophysics.org/Fatigue-strength-of-wheat-grains-Part-1-The-analysis-of-grain-deformation-at-multiple,106935,0,2.html
  16. Omarov, A., Müller, P., Tomas, J. (2013). Influence of loading rate on the deformation and fracture behavior of wheat grains. Chemie Ingenieur Technik, 85 (6), 907–913. doi: https://doi.org/10.1002/cite.201200054
  17. Borshchev, V. Ya., Dolgunin, V. N. (2006). Characteristics of Raped Shear Flow and Recommendations for Production Process. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 12 (2A), 401–407. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/harakteristiki-sdvigovogo-potoka-zernistoy-sredy-i-rekomendatsii-po-organizatsii-tehnologicheskih-protsessov/viewer
  18. Dolgunin, V. N., Borschev, V. Ya. (2006). Bystrye gravitatsionnye techeniya zernistyh materialov: tekhnika izmereniya, zakonomernosti, tekhnologicheskoe primenenie. Moscow: Mashinostroenie.
  19. Sevidzh, S. (1985). Gravitatsionnoe techenie nesvyazannyh granulirovannyh materialov v lotkah i kanalah. Mekhanika granulirovannyh sred: Teoriya bystryh dvizheniy. Moscow: Mir, 86–146.
  20. Leuthe, F., Eisenhauer, N., Hofmann, B., Maier, M., Roth, K. (2017). The movement of a dune of non-uniform grain size in a circular pipe flow. 18th International Conferences on Transport and Sedimentation of Solid Particles, 185–192.
  21. Melnik, V. I., Samojlenko, T. V. (2018). Analysis of directions for improving the design of devices for loading silos. Engineering of nature management, 1 (9), 83–90. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Iprk_2018_1_13
  22. Dancey, C. L., Diplas, P., Papanicolaou, A., Bala, M. (2002). Probability of Individual Grain Movement and Threshold Condition. Journal of Hydraulic Engineering, 128 (12), 1069–1075. doi: https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9429(2002)128:12(1069)
  23. Pylypaka, S., Nesvidomin, V., Zaharova, T., Pavlenko, O., Klendiy, M. (2019). The Investigation of Particle Movement on a Helical Surface. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II, 671–681. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_67
  24. Ren, J.-L., Zhou, J.-N., Han, L., Hu, Y.-J. (2018). Analysis of the Law Governing the Movement of Bulk Materials in a Vertical Helical Conveyer. Reneng Dongli Gongcheng/Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 33 (6), 77–82. doi: https://doi.org/10.16146/j.cnki.rndlgc.2018.06.013
  25. Borshchev, V. Ya., Dolgunin, V. N., Dronova, M. Yu. (2005). Cascade Gravity Separation of Particulate Solids: Technological Peculiarities and Mathematical Modeling. Vestnik TGTU, 4, 903–909. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/kaskadnaya-gravitatsionnaya-separatsiya-zernistyh-materialov-osobennosti-tehnologii-i-modelirovanie/viewer
  26. Antipov, S. T., Zhuravlev, A. V., Nesterov, D. A. (2015). Mathematical motion simulation of millet grains in the drying device with weighed-twisted layer. Tekhnologii pischevoy i pererabatyvayuschey promyshlennosti APK – produkty zdorovogo pitaniya, 4, 46–53. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/matematicheskoe-modelirovanie-dvizheniya-zerna-prosa-v-sushilnom-apparate-so-vzveshenno-zakruchennym-sloem/viewer
  27. Negi, S. C., Lu, Z., Jofriet, J. C. (1997). A Numerical Model for Flow of Granular Materials in Silos. Part 2: Model Validation. Journal of Agricultural Engineering Research, 68 (3), 231–236. doi: https://doi.org/10.1006/jaer.1997.0197
  28. Ukolov, A., Dolgunin, V., Romaanof, A., Klimov, A. (2001). Gravity separation technology of particulate materials of high uniformity. International Conference on Practical Aspects Technology, 215–218.
  29. Shatskiy, V. P., Orobinskiy, V. I., Popov, A. E. (2015). Modelirovanie dvizheniya zernovogo potoka v gravitatsionnom separatore. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 4, (47), 72–79. Available at: http://vestnik.vsau.ru/wp-content/uploads/2015/11/72-79.pdf
  30. Morozov, I. V., Dudin, O. V. (2003). Model traiektoriyi rukhu zerna po poverkhniakh silskohospodarskykh mashyn. Visnyk Kharkivskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu silskoho hospodarstva «Mekhanizatsiya silskohospodarskoho vyrobnytstva», 21, 124–131.
  31. Hevko, B. M. (2012). Matematychna model rukhu zerna po rukhomym poverkhniam vysivnykh aparativ. Zbirnyk naukovykh prats Vinnytskoho natsionalnoho ahrarnoho universytetu. Tekhnichni nauky, 1 (11), 113–118.
  32. Lezhenkin, О., Holovlov, V., Mikhailenko, О., Rubtsov, М. (2019). Mathematical model of the movement of the combed grain heap after stripper harvesting modulein the air flow. Proceedings of the Tavria State agrotechnological university, 19 (3), 14–21. Available at: http://oj.tsatu.edu.ua/index.php/pratsi/article/view/236
  33. Naumenko, М. M., Sokol, S. P., Filipenko, D. V., Guridova, V. A. (2017). Mathematical model of the grain mix in a cylindrical grid rotating around the axis. Heotekhnichna mekhanika, 133, 250–256.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-07-01

Як цитувати

Арендаренко, В. М., Антонець, А. В., Іванов, О. М., Дудніков, І. А., & Самойленко, Т. В. (2021). Розробка аналітичної моделі гравітаційного руху зерна у відкритому гвинтовому каналі зі змінними кутами нахилу . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7 (111), 100–112. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.235451

Номер

Том 3 № 7 (111) (2021): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Volodymyr Arendarenko, Anatoliі Antonets, Oleg Ivanov, Ihor Dudnikov, Tetiana Samoylenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.