DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.95-103

Theoretical Aspects of Grain Separation on an Inertial-gravity Separator Sieve

Petro Luzan, Ruslan Kisilyov, Olena Luzan, Oleh Kyslun

About the Authors

Petro Luzan, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: luzanpg@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-1819-999X

Ruslan Kisilyov, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: ruslan_vik@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-1502-0034

Olena Luzan, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID ID: 0000-0002-7678-0635

Oleh Kyslun, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID ID: 0000-0001-6059-3731

Abstract

The aim of the article is to substantiate the design, derivation and approbation by calculations of formulas for determining the parameters of the sieve with slits that expand in the direction of movement of the processed material. It is established that grain cleaning machines, which currently work on agricultural and processing enterprises with flat sieves, have been used for many years, are well studied and improved, their technical and economic indicators have reached maximum values. The problem is that to ensure the proper operation of existing grain cleaning machines with traditional flat sieves, a large amount of energy costs are spent on additional operations that are not directly related to the separation process, but without them the normal operation of the machine is impossible. This is directly the transportation of grain and cleaning the sieves from grains that are stuck in the cracks and degrade the quality of their work. The substantiation of the technological scheme of the inertial-gravity separator sieve with slits expanding in the direction of movement of the processed material is performed and the influence of its main parameters on the efficiency of separation of grain mixtures is established. The regularities of the movement of the grain mixture on the surface of the sieve are determined, when favorable conditions are created for the passage through the slits of particles that can pass through it. The method of calculation of the basic geometrical and kinematic parameters of a sieve is offered. To implement the proposed calculation method developed software that allows you to convert blocks developed in analytical form of the calculation method in a form that meets the requirements of the architecture of mathematical models and implements the numerical methods of Runge-Kutt and Nelder-Mead. Tests have shown that the quality of separation of wheat grain on the proposed sieve increases by 12-14% compared to existing ones. When implementing the sieves of the proposed design, the issue of influencing the quality of separation of the magnitude of the bar deflection in the end part and their limits for different crops remains unresolved.

Keywords

separation, sieve, energy separation, grain mixture, inertial gravity separator

Full Text:

PDF

References

1. Salo, V.M., Luzan, P.H., & Bohatyrov D.V. (2014). Tekhnichne zabezpechennia pidhotovky zerna do zberihannia [Technical support for grain preparation for storage]. Kirovohrad: SPD FO Lysenko V.F. [in Ukrainian].

2. Oleksiienko, V.O., Petrychenko, S.V., & Radiev, S.Yu. (2010). Analiz konstruktsii zernoochysnykh mashyn [Analysis of grain cleaning machine designs.]. Pratsi TDAT – Works of TSATU, Vol. 10, 3, 176-183 [in Ukrainian].

3. TOP-10 stran-proyzvodytelei pshenytsy v 2020/21 MH [TOP-10 wheat-producing countries in 2020/21 MY]. Hlavnyi sait ob ahrobyznese. – The main site about achrobusiness. Retrieved from: https://latifundist.com/rating/top-10-stran-proizvoditelej-pshenitsy-v-202021-mg [in Ukrainian].

4. Postnikova, M.V., & Petrov, V.O. (2018). Doslidzhennia enerhoiemnosti protsesu ochyshchennia zerna na zernoochysnykh mashynakh [Investigation of energy intensity of grain cleaning process on grain cleaning machines]. Naukovyi visnyk TDATU – Scientific Bulletin of TSATU, Vol. 8, 2, 238-245 [in Ukrainian].

5. Samchuk, Yu.Yu., Stelmakh, V.M., & Trosteniuk, Yu.I. (2018). Doslidzhennia mozhlyvosti zastosuvannia komp’iuternoho modeliuvannia v protsesi optymizatsii konstruktorskykh rishen pry proektuvanni zernoochysnykh mashyn [Research of possibility of application of computer modeling in the process of optimization of design decisions at designing of grain cleaning machines]. Inzheneriia pryrodokorystuvannia - Environmental engineering, Vol. 1(9). 71-78. [in Ukrainian].

6. Tishchenko, L., Kharchenko, S., & Vasylenko, O. Separatsiia horokhu ta nutu [Separation of peas and chickpeas] . The Ukrainian Farmer: Retrieved from: https://agrotimes.ua/article/separaciya-gorohu-ta-nutu/ [in Ukrainian].

7. Tyshchenko, L.N., Olshansky,i V.P., & Olshanskyi, S.V. (2011). Vybroreshetnaia separatsyia zernovykh smesei[Vibrating sieve separation of grain mixtures: monograph]. Kharkov: Miskdruk [in Ukrainian].

8. Kotov, B.I., Derevenko, I.A, & Stepanenko, S.P. (2017). Doslidzhennia efektyvnosti separatsii zernovykh materialiv na stupinchasto-kolinchastomu resheti vibrovidtsentrovykh mashyn [Research of efficiency of separation of grain materials on a step-cranked sieve of vibrocentric machines]. Vibratsii v tekhnitsi ta tekhnolohiiakh – Vibrations in engineering and technology, Vol. 2(85), 99-102. [in Ukrainian].

9. Aliiev, E.B. (2019). Fizyko-matematychni modeli protsesiv pretsyziinoi separatsii nasinnievoho materialu soniashnyku [Physical and mathematical models of processes of precision separation of sunflower seed material: monograph.]. Zaporizhzhia: STATUS [in Ukrainian].

10. Serhyev, A.P., Makarov, A.V., & Zhuravlev, A.V. (2015). K voprosu bessytnoi separatsyy sypuchykh mnohokomponentnykh materyalov [On the issue of insatiable separation of bulk multicomponent materials]. Fundamentalnye yssledovanyia: tekhnycheskye nauky - Basic research: technical sciences, Vol. 2, 2, 4871-4875. [in Ukrainian].

11. Dudarev, I. et al. (2020). Research on seed separation process on a gravity-cascade separator [Doslidzhennia protsesu separuvannia nasinnia na separatori hravitatsiino-kaskadnoho typu]. INMATEH – Agricultural Engineering, Vol. 62, 3, 173-180. [in English].

12. Avdeev, N.E. (1978). Pryntsypy postroenyia modely ydealnoho separatora [Principles of building a model of an ideal separator]. Dokl. VASKhNYL - Dokl. VASKHNIL, Vol. 11, 38-40 [in Russian].

13. Luzan, P.H. Kisilov, R.V., & Luzan, O.R. (2019). Obgruntuvannia parametriv resheta z shchilynamy nepostiinoho rozmiru [Determination of sieve parameters with non-standard size slits]. Konstrujuvannja, vyrobnyctvo ta ekspluatacija silʹsʹkohospodarsʹkyx mashyn – Design, manufacture and operation of agricultural machinery, Vol.. 49, 147-154 [in Ukrainian].

14. Shmat, S.I., e.a. Resheto [Sieve]. Patent UA, no. 23532, 2007 [in Ukrainian].

15. Luzan, P.H. e.a. Resheto [Sieve]. Patent UA, no. 105854, 2016 [in Ukrainian].

Citations

  1. Сало В.М., Лузан П.Г., Богатирьов Д.В. Технічне забезпечення підготовки зерна до зберігання: монографія. Кіровоград: СПД ФО Лисенко В.Ф., 2014. 148 с.
  2. Олексієнко В.О., Петриченко С.В., Радєв С.Ю. Аналіз конструкцій зерноочисних машин. Праці ТДАТУ. 2010. Вип. 10, т. 3. С. 176-183.
  3. ТОП-10 стран-производителей пшеницы в 2020/21 МГ. Главный сайт об агробизнесе: веб-сайт. URL: https://latifundist.com/rating/top-10-stran-proizvoditelej-pshenitsy-v-202021-mg (дата звернення 27.06.2021).
  4. Постнікова М.В., Петров В.О. Дослідження енергоємності процесу очищення зерна на зерноочисних машинах. Науковий вісник ТДАТУ. 2018. Вип. 8. Т2. С. 238-245. DOI: 10.31388/2220-8674-2018-2-33.
  5. Самчук Ю.Ю., Стельмах В.М., Тростенюк Ю.І. Дослідження можливості застосування комп’ютерного моделювання в процесі оптимізації конструкторських рішень при проектуванні зерноочисних машин. Інженерія природокористування. 2018. № 1(9). С. 71-78.
  6. Тіщенко Л., Харченко С., Василенко О. Сепарація гороху та нуту. The Ukrainian Farmer: веб-сайт. URL: https://agrotimes.ua/article/separaciya-gorohu-ta-nutu/ (дата звернення: 29.11.2021).
  7. Тищенко Л.Н., Ольшанский В.П., Ольшанский С.В. Виброрешетная сепарация зерновых смесей: монография. Харьков: «Міськдрук», 2011. 280 с.
  8. Котов Б.І., Деревенько І.А, Степаненко С.П. Дослідження ефективності сепарації зернових матеріалів на ступінчасто-колінчастому решеті вібровідцентрових машин. Вібрації в техніці та технологіях. 2017. № 2 (85). С. 99-102.
  9. Алієв, Е.Б.. Фізико-математичні моделі процесів прецизійної сепарації насіннєвого матеріалу соняшнику: монографія. Запоріжжя: СТАТУС, 2019. 196 с.
  10. Сергиев А.П., Макаров А.В., Журавлев А.В. К вопросу бесситной сепарации сипучих многокомпонентных материалов. Фундаментальные исследования: технические науки. 2015. № 2, ч.2. С. 4871-4875.
  11. Igor Dudarev et al. Research on seed separation process on a gravity-cascade separator / Дослідження процесу сепарування насіння на сепараторі гравітаційно-каскадного типу. INMATEH – Agricultural Engineering. 2020. Vol. 62, no.3. Pp. 173-180. DOI: https://doi.org/10.35633/inmateh-62-18.
  12. Авдеев Н.Е. Принципы построения модели идеального сепаратора. Докл. ВАСХНИЛ. 1978. №11. С. 38-40.
  13. Лузан П.Г. Кісільов Р.В., Лузан О.Р. Обґрунтування параметрів решета з щілинами непостійного розміру. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: загальнодерж.міжвід.наук.-техн. зб. . 2019. Вип. 49. С. 147-154. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2019.49.147-154.
  14. Решето: пат. на корисну модель 23532 Україна, МПК В07В 13/07. №u200700920; Заявл. 29.01.07; Опубл. 25.05.07. Бюл. №7.
  15. Решето: пат. на корисну модель 105854Україна, МПК В07В 13/07. №u2015 08835; Заявл. 14.09.15; Опубл. 11.04.16. Бюл. №7.
Copyright (c) 2021 Petro Luzan, Ruslan Kisilyov, Olena Luzan, Oleh Kyslun