DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2022.52.55-65

Theoretical Study of the Separation of Seed Material According to the Density of Grains by a Conical Vibro-pneumocentrifuge

Borys Kotov, Serhiy Stepanenko, Roman Kalinichenko

About the Authors

Borys Kotov, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Podillia State University, Kamianets-Podilskyi, Ukraine, ORCID ID: 0000-0001-6369-3025

Serhiy Stepanenko, Senior Researcher, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Institute of Mechanics and Automatics of Agroindustrial Production, Glevakha, Ukraine, e-mail: stepanenko_s@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-8331-4632

Roman Kalinichenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Separated Subdivision NULESU (Nizhyn Agrotechnical Institute), Nizhyn, Ukraine, e-mail: rkalinichenko@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-9325-1551

Abstract

The article examines the study of the separation of seed material by grain density by a conical vibro-pneumocentrifuge, taking into account the distribution of air velocity in the cross section of the aspiration channel, to determine the rational form and parameters of the working bodies of the conical vibro-pneumocentrifuge, as well as technological indicators of the machine: supply, consumption, efficiency of seed separation into factions. Scientific research has formulated improved mathematical models of grain movement in the vibro-pneumofluidized layer of a conical vibrocentrifuge centrifuge, which take into account the change in the action of the centrifugal force depending on the grain coordinate along the height of the cone, allowing to determine the movement parameters with varying degrees of accuracy. It is substantiated that when using a conical support surface of a vibrocentrifugal centrifuge, the thickness of the mixing layer of grain increases in the direction of movement, and it is possible to determine by theoretical calculations the rational geometric and kinematic parameters of the rotor, which ensure a qualitative separation of the seed material by density. The obtained systems of nonlinear differential equations with initial conditions are solved in the MathCad software environment in the form of grain movement trajectories in the air flow, which allows to calculate and establish the trends of their movement trajectories, which differ by windage coefficients, and to determine the rational values of the parameters of the conical vibropneumocentrifuge.

Keywords

seed material, density, grain, conical vibro-pneumocentrifuge, air flow, separation process

Full Text:

PDF

References

1. Тishchenko, L.N. (2004). Intensification of grain separation [Intensifikacija separirovanija zerna]. Kharkiv: Оsnova, 2004 [in Russian].

2. Drincha, V.M. (2006). Issledovanie separacii semjan i razrabotka mashinnyh tehnologij ih podgotovki [Research of seed separation and development of machine technologies for their preparation]. Voronezh : Izdatel'stvo NPO «MODJeK» [in Russian].

3. Goncharov, E.S. (1962). O racional'noj forme poverhnosti vibrocentrobezhnyh reshet . [On the rational shape of the surface of vibrocentrifugal sieves]. Mehanizacija i jelektrifikacija s-h – Mechanization and electrification of agriculture, 5, 53-55 [in Russian].

4. Bredihin, V.V. (2003). Obosnovanie parametrov processa vibropnevmaticheskogo razdelenija semennyh smesej po plotnosti semjan [Substantiation of the parameters of the process of vibropneumatic separation of seed mixtures by seed density]. Doctor's thesis. Kharkiv [in Russian].

5. Maljuta, S.I. (1989). Obosnovanie tehnologicheskogo processa i parametrov semenoochistitel'noj pnevmocentrifugi [Substantiation of the technological process and parameters of the seed-cleaning pneumocentrifuge]. Extended abstract of candidate's thesis. Glevaha [in Russian].

6. Goncharov, E.S. (1984). Stupenchastoe resheto dlja vibrocentrobezhnyh separatorov [Stepped sieve for vibrocentrifugal separators]. Mehanizacija i jelektrifikacija s-h – Mechanization and electrification of agriculture, Issue 59, 33-36 [in Russian].

7. Goncharov, E.S. & Maljuta, S.I. (1986). Mehaniko-matematicheskaja model' dvizhenija chastic semennoj smesi po poverhnosti rotora pnevmovibracionnogo separatora . [Mechanical and mathematical model of the movement of particles of the seed mixture on the surface of the rotor of a pneumovibrational separator] . Mehanizacija i jelektrifikacija s.-h – Mekhanizatsiya i electrifikatsiya s.-kh, Issue. 64, 24-29 [in Russian].

8. Adamchuk, V.V. & Prylutskyj, A.N. (2017). Teoretychni doslidzhennia bezreshitnoi pnevmovibrovidtsentobizhnoi separatsii nasinnievykh sumishej [Theoretical studies of sieveless pneumovibrocentrifugal separation of seed mixtures]. Mekhanizatsiia ta elektryfikatsiia s-h. – Mechanization and electrification of rural areas. Issue 5(104), 17-27 [in Ukrainian].

9. Zaїka, P.M. (1998). Vibracionnoe peremeshhenie tverdyh i sypuchih tel v sel'skohozjajstvennyh mashinah [Vibratory movement of solid and loose bodies in agricultural machines]. Kiev. USHA [in Russian].

10. Kotov, B.I., Stepanenko, S.P. & Pastushenko, M.G. (2004). Doslidzhennia shliakhiv pidvyschennia efektyvnosti vibroreshitnykh separatoriv zerna i nasinnia [Research on ways to improve the efficiency of vibrating sieve separators for grain and seeds] . Vinnyts'kyj derzhavnyj ahrarnyj universytet, zb. nauk. prats'. «Vybratsyy v tekhnyke y tekhnolohyiakh» – Coll. of science works "Choices in engineering and technology". Issue 3(35), 61-63 [in Ukrainian].

11. Kotov, B.I., Shvydya, V.O., Stepanenko, S.P. & Pastushenko, M.G. (2013). Modeliuvannia vibratsijnoi dynamiky peremischennia dyspersijnoho materialu na konichnij poverkhni resheta zernoseparatora [Modeling of the vibrational dynamics of the movement of dispersion material on the conical surface of the sieve of the grain separator]. Konstrujuvannja, vyrobnyctvo ta ekspluatacija silʹsʹkohospodarsʹkyx mashyn – Design, manufacture and operation of agricultural machinery, Issue 43. part I, 77-83 [in Ukrainian].

12. Kotov, B.I., Dereven'ko, I.A., Stepanenko, S.P., Popadyuk, I.S. (2016). Teoretychni aspekty separatsii zernovykh materialiv na stupinchasto-konichnomu resheti vibrovidtsentrovykh mashyn [Theoretical aspects of the separation of grain materials on the step-conical sieve of vibro-centrifugal machines]. Vibratsii v tekhnitsi ta tekhnolohiiakh: zb. nauk. prats'. – Vinnytsia National Agrarian University. Coll. of science works "Vibrations in engineering and technology". Vol. 3(83), 175-180 [in Ukrainian].

13. Kotov, B.I. (2002). Identyfikatsiia parametriv sypkoho seredovyscha u vibrozridzhenomu shari za eksperymental'nymy danymy [Identification of the parameters of the fluid medium in the vibro-liquefied layer based on experimental data]. Zbirnyk naukovykh prats' Natsional'noho ahrarnoho universytetu – Collection of scientific papers of the National Agrarian University, Vol. XV, 161-163 [in Ukrainian].

14. Bohatyr'ov, D.V. (2005). Obgruntuvannia parametriv pnevmoimpul'snoi mashyny dlia separatsii nasinnia za hustynoiu [Justification of the parameters of the pneumatic pulse machine for separating seeds by density]. Candidate's thesis. Kirovohrad [in Ukrainian].

15. Stepanenko, S.; Kotov, B.; Kuzmych, A.; Shvydia, V.; Kalinichenko, R.; Kharchenko, S.; Shchur, T.; Kocira, S.; Kwa´sniewski, D.; Dziki, D. (2022). To the Theory of Grain Motion in an Uneven Air Flow in a Vertical Pneumatic Separation Channel with an Annular Cross Section. Processes 2022, 10, 1929. https://doi.org/10.3390/pr10101929 [in English].

16. Stepanenko, S.P., Kotov, B. І., Spirin, A.V. & Kucheruk, V.Yu. (2022). Scientific foundations of the movement of components of grain material with an artificially formed distribution of air velocity. Vestnik Karagandinskogo universiteta. –Serija «Fizika» Bulletin of Karaganda University. Series "Physics", 1(105)/2022, p. 43-57. DOI 10.31489/2022PH1/43-57 [in English].

17. Adamchuk, V., Bulgakov, V., Gadzalo, I., Ivanovs, S., Stepanenko, S., Holovach, I. & Ihnatiev ,Y. (2021). Theoretical Study of Vibrocentrifugal Separation of Grain Mixtures on a Sieveless Seed-cleaning Machine Journal of latvia university of life sciences and technologies. Rural sustainability research. 46(341), p. 116-124. DOI:10.2478/plua-2021-0023 [in English].

18. Stepanenko, S.P., Kotov, B.I. & Kalinichenko, R.A. (2021). Doslidzhennia rukhu chastynok zernovoho materialu u vertykal'nomu kanali za umov dii pul'satsij povitrianoho potoku [Study of the movement of grain material particles in a vertical channel under the conditions of air flow pulsations]. Sil's'kohospodars'ki mashyny – Agricultural machinery. Issue 47, 25-37. https://doi.org/10.36910/ acm.vi47.619 [in Ukrainian].

19. Stepanenko, S.P. & Kotov, B.I. (2021). Matematychne modeliuvannia protsesu fraktsionuvannia zernovoho materialu u pnevmohravitatsijnomu separatori [Mathematical modeling of the fractionation process of grain material in a pneumogravity separator]. Visnyk L'vivs'koho natsional'noho ahrarnoho universytetu «Ahroinzhenerni doslidzhennia» – Bulletin of the Lviv National Agrarian University "Agroengineering Research", Issue 25 (2021), 12-20. https://doi.org/10.31734/ agroengineering2021.25.012 [in Ukrainian].

20. 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. Appl. Sci. 11, 4383. https://doi.org/10.3390/app11104383 [in English].

21. Bredykhin, V., Pak, A., Gurskyi, P., Denisenko, S. & Bredykhina, K. (2021). Improving the mechanical-mathema-tical model of pneumatic vibration centrifugal fractionation of grain materials based on their density. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (1 (112)), 54–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.236938 [in English].

22. Rogogvskii, I., Titova, L. & Omelyanov, O. (2021). Experimental evaluation of energy parameters of volumetric vibroseparation of bulk feed from grain, Eng. Rural Devel. 20, 1761–1767. https://doi.org/10.22616/ERDev.2021.20.TF386 [in English].

Citations

  1. Тищенко Л. Н. Интенсификация сепарирования зерна. Харьков : Основа, 2004. 224 с.
  2. Дринча В. М. Исследование сепарации семян и разработка машинных технологий их подготовки. Воронеж : Издательство НПО «МОДЭК», 2006. 384 с.
  3. Гончаров Е.С. О рациональной форме поверхности виброцентробежных решет . Механизация и электрификация с-х. 1962. №5. С.53-55.
  4. Бредихин В.В. Обоснование параметров процесса вибропневматического разделения семенных смесей по плотности семян: дис. ... канд.техн.наук. Харьков, 2003. 246 с.
  5. Малюта С.И. Обоснование технологического процесса и параметров семеноочистительной пневмоцентрифуги: автореф. дис. канд. техн. наук. Глеваха, 1989. 21 с.
  6. Гончаров Е. С. Ступенчастое решето для виброцентробежных сепараторов . Механизация и электрификация с-х. 1984. Вып. 59. С.33-36.
  7. Гончаров Е.С., Малюта С.И. Механико-математическая модель движения частиц семенной смеси по поверхности ротора пневмовибрационного сепаратора . Механизация и электрификация с.-х. 1986. Вып. 64. С. 24-29.
  8. Адамчук В.В., Прилуцкий А.Н. Теоретичні дослідження безрешітної пневмовібровідцентобіжної сепарації насіннєвих сумішей . Механізація та електрифікація с-г. 2017. Вип. 5(104). С. 17-27.
  9. Заїка П.М. Вибрационное перемещение твердых и сыпучих тел в сельскохозяйственных машинах. К. : УСХА, 1998. 625 с.
  10. Котов Б.І., Степаненко С.П., Пастушенко М.Г. Дослідження шляхів підвищення ефективності віброрешітних сепараторів зерна і насіння. Вінницький державний аграрний університет, Зб. наук. праць. «Вибрации в технике и технологиях». 2004. Вип. 3(35). С.61-63
  11. Котов Б.І., Швидя В.О., Степаненко С.П., Пастушенко М.Г. Моделювання вібраційної динаміки переміщення дисперсійного матеріалу на конічній поверхні решета зерносепаратора . Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: загальнодерж. міжвід. наук.-техн. зб. 2013. Вип. 43, ч. І. С. 77-83.
  12. Котов Б.І., Деревенько І.А., Степаненко С.П., Попадюк І.С. Теоретичні аспекти сепарації зернових матеріалів на ступінчасто-конічному решеті вібровідцентрових машин . Вібрації в техніці та технологіях: зб. наук. праць. 2016. Вип. 3(83). С.175-180.
  13. Котов Б.І. Ідентифікація параметрів сипкого середовища у віброзрідженому шарі за експериментальними даними . Збірник наукових праць Національного аграрного університету. 2002. Т. ХV. С. 161-163.
  14. Богатирьов Д. В. Обґрунтування параметрів пневмоімпульсної машини для сепарації насіння за густиною : дис. ... канд. техн. наук : 05.05.11. Кіровоград, 2005 176 с.
  15. Stepanenko, S.; Kotov, B.; Kuzmych, A.; Shvydia, V.; Kalinichenko, R.; Kharchenko, S.; Shchur, T.; Kocira, S.; Kwa´sniewski, D.; Dziki, D. (2022). To the Theory of Grain Motion in an Uneven Air Flow in a Vertical Pneumatic Separation Channel with an Annular Cross Section. Processes 2022, 10, 1929. https://doi.org/10.3390/pr10101929
  16. Stepanenko, S.P., Kotov B. І., Spirin A.V., Kucheruk V.Yu. (2022). Scientific foundations of the movement of components of grain material with an artificially formed distribution of air velocity. Вестник Карагандинского университета. Серия «Физика». № 1(105)/2022. P. 43-57. DOI 10.31489/2022PH1/43-57
  17. Adamchuk V., Bulgakov V., Gadzalo I., Ivanovs S., Stepanenko S., Holovach I., Ihnatiev Y. (2021) . Theoretical Study of Vibrocentrifugal Separation of Grain Mixtures on a Sieveless Seed-cleaning Machine Journal of latvia university of life sciences and technologies. Rural sustainability research. 46(341), 2021. P. 116-124. DOI:10.2478/plua-2021-0023
  18. Степаненко С.П., Котов Б.І., Калініченко Р.А. (2021) Дослідження руху частинок зернового матеріалу у вертикальному каналі за умов дії пульсацій повітряного потоку . Сільськогосподарські машини. 2021. Вип. 47. С. 25-37. https://doi.org/10.36910/acm.vi47.619
  19. Степаненко С.П., Котов Б.І. (2021) Математичне моделювання процесу фракціонування зернового матеріалу у пневмогравітаційному сепараторі. Вісник Львівського національного аграрного університету «Агроінженерні дослідження». 2021. Вип. 25 (2021). С.12-20. https://doi.org/10.31734/ agroengineering2021.25.012
  20. Kharchenko, S.; Borshch, Y.; Kovalyshyn, S.; Piven, M.; Abduev, M.; Miernik, A.; Popardowski, E.; Kiełbasa, P. Modeling of Aerodynamic Separation of Preliminarily Stratified Grain Mixture in Vertical Pneumatic Separation Duct. Appl. Sci. 2021, 11, 4383. https://doi.org/10.3390/app11104383
  21. Bredykhin, V., Pak, A., Gurskyi, P., Denisenko, S., Bredykhina, K. (2021). Improving the mechanical-mathema-tical model of pneumatic vibration centrifugal fractionation of grain materials based on their density. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (1 (112)), 54–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.236938
  22. Rogogvskii, I.; Titova, L.; Omelyanov, O. (2021) Experimental evaluation of energy parameters of volumetric vibroseparation of bulk feed from grain. Eng. Rural Devel. 2021, 20, 1761–1767. https://doi.org/10.22616/ERDev.2021.20.TF386
Copyright (c) 2022 Borys Kotov, Serhiy Stepanenko, Roman Kalinichenko