Моделювання процесу завантаження пневмосепарувальних каналів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.320265

Ключові слова:

динаміка сипкого матеріалу, зернова суміш, рівномірність розподілу, аналітичні вирази, раціональні параметри, сепарувальне обладнання

Анотація

Об’єктом дослідження є проблема рівномірного розподілу сипких матеріалів по ширині робочих органів сепарувального обладнання. Подібна проблема обмежує продуктивність та якість процесу сепарування сипких матеріалів за аеродинамічними та розмірними ознаками. Для забезпечення рівномірності шару сипкого матеріалу по ширині запропонована інтегрована конструкція завантажувального пристрою, яка складається зі двоскатної поверхні, що має змінний кут нахилу від центру подавання до крайніх меж пристрою. Робоча частина пристрою виконана у вигляді поверхонь змінної ширини, причому ширина кожного схилу поверхні зростає пропорційна відстані до стінок корпусу. Це дозволяє керовано розподілити матеріал по ширині. Дослідження проведені за допомогою аналітично-експериментальних методів. Для визначення параметрів руху сипкого зернового середовища по інтегрованій скатній поверхні отримані аналітичні вирази, які враховують параметри запропонованого завантажувального пристрою та властивості сипкого зернового матеріалу. Отримані закономірності зміни швидкості сходження частинок сипкого зернового матеріалу зі скатної поверхні, а також залежності швидкості їх падіння на дно бункеру. Експериментальні дослідження базувалися на швидкісній відеозйомки процесу з ідентифікацією динамічних параметрів сипкого матеріалу та порівнянні з даними моделювання. Адекватність моделі підтверджена експериментами з розходженням до 3,6 %. Встановлено вплив на показники кінцевої швидкості частинок сипкого зернового матеріалу (СЗМ) наступних значущих факторів: довжина скатної поверхні на рівні 47,5–116,5 %, далі відстань від поверхні до днища бункеру на рівні 76,7–85,6 % та кут нахилу скатної поверхні на рівні 24,4–41,1 %. Встановлені діапазони варіювання швидкостей частинок СЗМ: початкова швидкість частинок на скатній поверхні 0,82–1,27 м/с, швидкість сходження частинок зі скатної поверхні 0,85–1,43 м/с, швидкість падіння частинок 0,68–1,47 м/с. Результатом досліджень стали раціональні параметри інтегрованого завантажувального пристрою, що забезпечує відмінні швидкості руху частинок та призводить до рівномірного розподілу сипкого зернового матеріалу по ширині сепарувального обладнання з пропорцією входу до виходу (1:5). Отримані результати доводять наявність та спосіб науково-технічного вирішення проблеми, створюють умови для подальших досліджень та проєктування сепарувального обладнання з високими технологічними показниками.

Біографії авторів

Сергій Олександрович Харченко, Полтавський державний аграрний університет

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра механічної та електричної інженерії

Олександра Іванівна Біловод, Полтавський державний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра механічної та електричної інженерії

Віта Володимирівна Литвиненко, Полтавський державний аграрний університет

Аспірантка

Кафедра механічної та електричної інженерії

Антон Олександрович Келемеш, Полтавський державний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра агроінженерії та автомобільного транспорту

Дмитро Сергійович Тарасенко, Полтавський державний аграрний університет

Аспірант

Кафедра механічної та електричної інженерії

Посилання

  1. Jesny, S., Prasobh, G. R. (2022). A Review on Size Separation. International Journal of Pharmaceutical Research and Applications, 7 (2), 286–296. Available at: https://ijprajournal.com/issue_dcp/A%20Review%20on%20Size%20Separation.pdf
  2. Adamchuk, V., Bulgakov, V., Ivanovs, S., Holovach, I., Ihnatiev, Y. (2021). Theoretical study of pneumatic separation of grain mixtures in vortex flow. 20th International Scientific Conference Engineering for Rural Development Proceedings. https://doi.org/10.22616/erdev.2021.20.tf139
  3. Hou, J., Liu, X., Zhu, H., Ma, Z., Tang, Z., Yu, Y., Jin, J., Wang, W. (2023). Design and Motion Process of Air-Sieve Castor Cleaning Device Based on Discrete Element Method. Agriculture, 13 (6), 1130. https://doi.org/10.3390/agriculture13061130
  4. Liu, H., Jia, J., Liu, N., Hu, X., Zhou, X. (2018). Effect of material feed rate on sieving performance of vibrating screen for batch mixing equipment. Powder Technology, 338, 898–904. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.07.046
  5. Mohanty, M. K., Palit, A., Dube, B. (2002). A comparative evaluation of new fine particle size separation technologies. Minerals Engineering, 15 (10), 727–736. https://doi.org/10.1016/s0892-6875(02)00169-3
  6. Tishchenko, L. (2004). Intensification of grain separation. Kharkiv: Osnova, 224.
  7. Kharchenko, S., Kovalyshyn, S., Zavgorodniy, A., Kharchenko, F., Mikhaylov, Y. (2019). Effective sifting of flat seeds through sieve. INMATEH-Agricultural Engineering, 58 (2), 17–26. Available at: http://elar.tsatu.edu.ua/bitstream/123456789/15835/1/EFFECTIVE%20SIFTING%20OF%20FLAT%20SEEDS%20THROUGH%20SIEVE.pdf
  8. Nesterenko, A. V., Leshchenko, S. M., Vasylkovskyi, O. M., Petrenko, D. I. (2017). Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding. INMATEH-Agricultural Engineering, 53 (3), 65–70. Available at: http://www.inmateh.eu/INMATEH_3_2017/53-09%20Nesterenko.pdf
  9. Bredykhin, V., Shchur, T., Kis-Korkishchenko, L., Denisenko, S., Ivashchenko, S., Marczuk, A., Dzhidzhora, O., Kubon, M. (2024). Determination of Ways of Improving the Process of Separation of Seed Materials on the Working Surface of the Pneumatic Sorting Table. Agricultural Engineering, 28 (1), 51–70. https://doi.org/10.2478/agriceng-2024-0005
  10. Pfaff, F., Pieper, C., Maier, G., Noack, B., Kruggel-Emden, H., Gruna, R., Hanebeck, U. D., Wirtz, S., Scherer, V., Längle, T., Beyerer, J. (2016). Improving optical sorting of bulk materials using sophisticated motion models. Tm – Technisches Messen, 83 (2), 77–84. https://doi.org/10.1515/teme-2015-0108
  11. Lukyanenko, V. (2015). Choice of continuum dynamics model to describe vibration separation processes of seed mixtures. MOTROL. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture, 17 (7), 3–10.
  12. Aliiev, E., Gavrilchenko, A., Tesliuk, H., Tolstenko, A., Koshul’ko, V. (2019). Improvement of the sunflower seed separation process efficiency on the vibrating surface. Acta Periodica Technologica, 50, 12–22. https://doi.org/10.2298/apt1950012a
  13. Kovalyshyn, S., Ptashnyk, V., Shvets, O., Ivashchyshyn, F., Nester, B., Kasner, R., Urbańska, P. (2021). The separation assessment of small-seeded mixtures of agricultural crops. Journal of Physics: Conference Series, 1781 (1), 012020. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1781/1/012020
  14. Nanka, A., Kharchenko, S., Sementsov, V. I., Sementsov, V. V., Abduev, M. (2019). Intensification of the process of dosing bulk concentrated feeds by sieve hopper. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (1 (98)), 14–20. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161410
  15. Bredykhin, V., Tikunov, S., Slipchenko, M., Alfyorov, O., Bogomolov, A., Shchur, T., Kocira, S., Kiczorowski, P., Paslavskyy, R. (2023). Improving Efficiency of Corn Seed Separation and Calibration Process. Agricultural Engineering, 27 (1), 241–253. https://doi.org/10.2478/agriceng-2023-0018
  16. Kharchenko, S., Borshch, Y., Kovalyshyn, S., Piven, M., Abduev, M., Miernik, A., Popardowski, E., Kiełbasa, P. (2021). Modeling of Aerodynamic Separation of Preliminarily Stratified Grain Mixture in Vertical Pneumatic Separation Duct. Applied Sciences, 11 (10), 4383. https://doi.org/10.3390/app11104383
  17. Akhmadiev, F. G., Gizzyatov, R. F., Kiyamov, Kh. G. (2013). Mathematical modeling of thin-layer separation of granular materials on sieve classifiers. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 47 (3), 254–261. https://doi.org/10.1134/s0040579513030019
  18. Piven, M. (2019). Research on the effect of the initial speed of the mixture on the process of loading. Vibrations in Engineering and Technology, 4 (95), 47–55. https://doi.org/10.37128/2306-8744-2019-4-6
  19. Koruniak, P. S., Vankevych, P. I. (2005). Dozator. Patent na KM No. 10316, MPK G01F 11/10. No. u200503404; zavl. 11.04.2005; opubl. 15.11.2005, biul. No. 11.
  20. Olshanskii, V. P., et al. (2017). Teoriia separuvannia zerna. Kharkiv: KhNTUSH, 802.
  21. Kharchenko, S. O., Bilovod, O. I., Abduyev, M. M., Lytvynenko, V. V., Volvach, T. S. (2024). Study of air flow uniformity in the working zones of pneumatic separation channels. Bulletin of Sumy National Agrarian University. The Series: Mechanization and Automation of Production Processes, 2 (56), 90–100. https://doi.org/10.32782/msnau.2024.2.13
  22. Zaika, P. M. (2006). Teoriya silskohospodarskykh mashyn. Ochystka i sortuvannia zerna. Kharkiv: Oko, 408.
  23. Kharchenko, S., Kovalyshyn, S., Bakum, M., Krekot, M., Maiboroda, M. (2023). Sposib pidvyshchennia rivnomirnosti podachi vykhidnoho zernovoho materialu zavantazhuvalnym prystroiem zernoochysnoi mashyny. Patent na KM No. 152714, MPK G01F 11/10. No. u202201515; zavl. 11.05.2022; opubl. 05.04.2023, biul. No. 14.
  24. Kharchenko, S. O. et al. (2023). Zavantazhuvalnyi prystrii zernoochysnoi mashyny. Patent na KM No. 152715, MPK V02V7/00. No. u202201610; zavl. 18.05.2022; opubl. 05.04.2023, biul. No. 14.
  25. Bakum, N. V., Olshanskyi, V. P., Krekot, N. N. (2015). Yssledovanyia parametrov dvyzhenyia chastyts v ploskom naklonnom kanale pnevmatycheskoho separatora. Inzheneriia pryrodokorystuvannia, 1, 50–55.
  26. Tishchenko, L. N., Ol’shanskii, V. P., Ol’shanskii, S. V. (2011). On velocity profiles of an inhomogeneous vibrofluidized grain bed on a shaker. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 84 (3), 509–514. https://doi.org/10.1007/s10891-011-0498-4
  27. Piven, M. (2015). Grain flow dynamics on vibrating flat sieve of finite width. TEKA. Commission of motorization and energetics in agriculture, 15 (3), 113–119.
  28. Kharchenko, S. O. (2017). Intensification of grain sifting on flat sieves of vibration grain separators. Kharkiv: Disa+, 220.
  29. Coetzee, C. J., Scheffler, O. C. (2022). Review: The Calibration of DEM Parameters for the Bulk Modelling of Cohesive Materials. Processes, 11 (1), 5. https://doi.org/10.3390/pr11010005
  30. Huang, H., Zhang, Y., Wang, D., Fu, Z., Tian, H., Shang, J., Helal, M., Lv, Z. (2024). Study the Flow Capacity of Cylindrical Pellets in Hopper with Unloading Paddle Using DEM. Agriculture, 14 (4), 523. https://doi.org/10.3390/agriculture14040523
  31. Sarno, L., Carravetta, A., Tai, Y.-C., Martino, R., Papa, M. N., Kuo, C.-Y. (2018). Measuring the velocity fields of granular flows – Employment of a multi-pass two-dimensional particle image velocimetry (2D-PIV) approach. Advanced Powder Technology, 29 (12), 3107–3123. https://doi.org/10.1016/j.apt.2018.08.014
  32. Product-Manual. Phantom Miro M-series Item-Number(s): 1102200/01/02, 1102210/11/12, 1102220/21/22 (2015). Göttingen: LaVision GmbH, Germany, 56.
Modeling the loading process of pneumatic separation channels

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-31

Як цитувати

Харченко, С. О., Біловод, О. І., Литвиненко, В. В., Келемеш, А. О., & Тарасенко, Д. С. (2024). Моделювання процесу завантаження пневмосепарувальних каналів. Technology Audit and Production Reserves, 6(1(80), 16–24. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.320265

Номер

Том 6 № 1(80) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології машинобудування

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Serhii Kharchenko, Oleksandra Bilovod, Vita Lytvynenko, Anton Kelemesh, Dmytro Tarasenko

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.