DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.20-35

Теоретичні дослідження руху компонентів зернового матеріалу із штучно сформованим розподілом швидкості повітря в поперечному перетині каналу

Б. І. Котов, С. П. Степаненко

Об авторах

Б.І. Котов, професор, доктор технічних наук, Подільський державний аграрно-технічний університет, м. Кам’янець-Подільський, Україна, ORCID ID: 0000-0001-6369-3025

C.П. Степаненко, старший науковий співробітник, кандидат технічних наук, Національний науковий центр «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства», смт Глеваха, Українаe-mail: stepanenko_s@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-8331-4632

Анотація

В статті розглядаються дослідження поділу зернових матеріалів у пневматичних каналах із штучно сформованим розподілом швидкості повітря в поперечному перетині каналу, для визначення раціональної форми та параметрів подачі матеріалу та варіантів поділу зернового матеріалу на фракції. Теоретично досліджено та встановлено закономірності руху зернівки у вигляді математичних моделей динаміки руху твердої частки в потоці повітря, які відрізняється від відомих тим, що враховують дію бокових сил, концентрацію матеріалу, а застосування степеневого закону та штучно сформованого експоненціального закону розподілу повітря дало можливість підвищити розходження (розщеплення) траєкторій руху зернівок на 20%. Розв’язок системи нелінійних диференційних рівнянь із початковими умовами виконано в програмному середовищі MathCad у вигляді траєкторій руху зернівки в повітряному потоці, що дозволяє розраховувати їх траєкторії руху, які різняться коефіцієнтами парусності та визначити раціональні значення параметрів пневмогравітаційних та пневмоінерційних сепараторів. Використовуючи отримані залежності для розробки повітряних сепараторів, можна визначити початкову швидкість введення і напрямок входження зернівок у повітряний потік, а також визначити траєкторії руху матеріалу в повітряних каналах з нижнім вивантаженням матеріалу.

Ключові слова

потік повітря, зернівка, сили Жуковського та Магнуса, траєкторія, процес поділу, пневматичний сепаратор

Повний текст:

PDF

References

1. Stepanenko, S.P. & Kotov, B.I. (2018). Osnovni kontseptual'ni polozhennia pnevmatychnoho fraktsionuvannia zernovykh materialiv [Basic conceptual provisions of pneumatic fractionation of grain materials]. Mekhanizatsiia ta elektryfikatsiia sil's'koho hospodarstva : zahal'noderzh. zb. Hlevakha – Mechanization and electrification of agriculture: nationwide. zb. Glevakha, Vol. 8 (107), 80–88 [in Ukrainian].

2. Yermak V. P. (2003).Obgruntuvannia sposobu separuvannia nasinnia soniashnyka u povitrianykh potokakh [Substantiation of the method of separation of sunflower seeds in air streams]. Candidate's thesis. Science. Luhans'k [in Ukrainian].

3. Nesterenko, O.V. (2017). Obgruntuvannia parametriv pnevmoseparuiuchoho kanalu z bahatorivnevym vvedenniam zernovoho materialu [Substantiation of parameters of the pneumatic separating channel with multilevel introduction of grain material]. Extended abstract of candidate's thesis. TsNTU. Kropyvnyts'kyj [in Ukrainian].

4. Kolodi,j O. S. (2015). Obgruntuvannia konstruktyvno-tekhnolohichnykh parametriv pnevmohravitatsijnoho separatora nasinnia soniashnyka [Substantiation of constructive-technological parameters of pneumogravity separator of sunflower seeds]. Extended abstract of candidate's thesis. Melitopol' [in Ukrainian].

5. Stepanenko, S. P. (2008). Doslidzhennia protsesu pnevmatychnoi separatsii nasinnia v kil'tsevomu zyhzahopodibnomu separatori [Research of the process of pneumatic separation of seeds in a ring zigzag separator]. Visnyk Kharkivs'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu sil's'koho hospodarstva im. Petra Vasylenka : zb. nauk. pr. Seriia : Mekhanizatsiia sil's'kohospodars'koho vyrobnytstva – Bulletin of Kharkiv National Technical University of Agriculture. Petra Vasylenko: coll. Science. etc. Series: Mechanization of agricultural production, Vol. 75, 1, 59-65. [in Ukrainian].

6. Abduiev, M. M. (2007). Obgruntuvannia parametriv separatora z nakhylenym povitrianym kanalom dlia rozdilennia zernovykh sumishej [Substantiation of parameters of the separator with the inclined air channel for separation of grain mixes]. Extended abstract of candidate's thesis. KhNTUSH im. P. Vasylenka. Kharkiv [in Ukrainian].

7. Krekot, M. M. (2015). Obgruntuvannia parametriv protsesu i rozrobka pnevmatychnoho separatora nasinnia ovochevykh kul'tur [Substantiation of process parameters and development of a pneumatic separator of vegetable seeds]. Extended abstract of candidate's thesis. KhNTUSH im.. P. Vasylenka. Kharkiv [in Ukrainian].

8. Kotov, B. I., Spirin, A. V., Tverdokhlib, I. V., Stepanenko, S. P. & Shvydia, V.O. (2017). Do pytannia pnevmohravitatsijnoi separatsii zernovykh materialiv [On the issue of pneumogravity separation of grain materials]. Protsesy ta obladnannia pererobnykh ta kharchovykh vyrobnytstv – Processes and equipment of processing and food production , Issue 4 (99), 51-55. [in Ukrainian].

9. Kotovб B. I. & Stepanenko, S. P. (2016). Zakonomirnosti rukhu chastynok v pnevmohravitatsijnomu separatori pry zminnij shvydkosti horyzontal'noho povitrianoho potoku [Regularities of particle motion in a pneumogravity separator at a variable speed of horizontal air flow]. Sil's'kohospodars'ki mashyny : zb. nauk. statej – Agricultural machinery: Coll. Science. articles , Luts'kyj nats. tekhn. un - t. Luts'k, Issue 35, 40-45. [in Ukrainian].

10. Stepanenko, S. P. & Kotov, B. I. (2018). Doslidzhennia zakonomirnostej rukhu komponentiv zernovoho materialu pid chas pnevmohravitatsijnoho fraktsionuvannia u vertykal'nomu kanali [Investigation of patterns of motion of grain material components during pneumogravity fractionation in the vertical channel.]. Mekhanizatsiia ta elektryfikatsiia sil's'koho hospodarstva : zahal'noderzh. zb. – Mechanization and electrification of agriculture: a national collection, Issue 7 (106), 82-89. [in Ukrainian].

11. Kotov, B. I. & Stepanenko, S. P. (2020). Osnovni teoretychni polozhennia separatsii zernovoho materialu v povitrianykh kanalakh z nerivnomirnoiu shvydkistiu povitrianoho potoku [The main theoretical provisions of the separation of grain material in air ducts with uneven air flow rate.]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia sil's'kohospodars'kykh mashyn : zahal'noderzh. mizhvid. nauk.-tekhn. zb – Design, manufacture and operation of agricultural machinery: nationwide. interdepartmental scientific and technical zb., Issue. 50, 122–133. [in Ukrainian].

12. Kotov, B. I. & Stepanenko, S. P. (2020). Matematychne modeliuvannia protsesiv podilu komponentiv zernovoho materialu v kombinovanomu vibratsijno-povitrianomu separatori [Mathematical modeling of processes of separation of grain material components in the combined vibration-air separator]. Vibratsii v tekhnitsi ta tekhnolohiiakh : Vseukr. nauk.-tekhn. zhurnal – Vibrations in engineering and technologies: All-Ukrainian scientific and technical journal , Vol. 2 (97), 51–61. [in Ukrainian].

13. Stepanenko S. P. (2021). Mekhaniko-tekhnolohichne obgruntuvannia protsesiv i obladnannia bezreshitnoho fraktsionuvannia zernovykh materialiv [Mechanical and technological substantiation of processes and equipment of lattice fractionation of grain materials] . Extended abstract of Doctor's thesis. Hlevakha, [in Ukrainian].

14. Hortynskyj, V. V., Demskyj, A. B. & Boryskyn, M. A. (1980). Voprosy separyrovanyia na zernopererabatyvaiuschykh predpryiatyj [Questions of separation at grain processing enterprises]. Moskkow: Kolos [in Ukrainian].

15. Malys, A. Ya. & Demydov, A. R. (1962). Mashyny dlia ochystky zerna vozdushnym potokom [Machines for cleaning grain by air flow] . Moskow: Mashhyz [in Ukrainian].

16. Lojtsianskyj, L. H. (1950). Mekhanyka zhydkosty y haza [Mechanics of liquid and gas]. M.-L.: Hos. yzd. Tekhnyko-teor. lyt [in Ukrainian].

17. Barskyj, M. D. (1980). Fraktsyonyrovanye poroshkov [Fractionation of powders]. Moskow [in Ukrainian].

18. Zuev, F. H. (1979). Pnevmatycheskoe transportyrovanye na zernopererabatyvaiuschykh predpryiatyiakh [Pneumatic transportation at grain processing plants]. Moskow: Kolos [in Ukrainian].

19. Neliubov, A. Y. & Vetrov, E. F. (1977). Pnevmoseparyruiuschye systemy sel'skokhoziajstvennykh mashyn [Pneumatic separating systems of agricultural machines]. Moskow: Mashynostoenye [in Ukrainian].

20. Ol'shanskyj, V. P. & Ol'shanskyj, S. V. (2009). O traektoryy poleta vraschaiuschejsia sferycheskoj chastytsy [On the flight trajectory of a rotating spherical particle]. Visnyk KhNTUSH – Bulletin of KhNTUSG, Issue. 88, 54 - 61. [in Ukrainian].

21. Stepanenko, S. P. & Kotov, B. I. (2018). Osnovni kontseptual'ni polozhennia pnevmatychnoho fraktsionuvannia zernovykh materialiv [Basic conceptual provisions of pneumatic fractionation of grain materials]. Mekhanizatsiia ta elektryfikatsiia sil's'koho hospodarstva : zahal'noderzh. zb. – Mechanization and electrification of agriculture: nationwide. zb, Issue 8 (107), 80–88. [in Ukrainian].

22. Stepanenko S., Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V., Trokhaniak, O. (2019). Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera . In: Bulletin of the Transilvania University of Brasov , Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, Vol. 12 (61), no. 1 , pp. 117-128 [in English]

23. Stepanenko, S.P., Rogovskii, I.L., Titova, L.L., Trokhaniak, V.I., Solomka, O.V., Popyk & P.S., Shvidiam V.O. (2019). Experimental studies on drying conditions of grain crops with high moisture content in low-pressure environment . INMATEH - Agricultural Engineering. Jan-Mar, Vol. 57, Issue 1, pp.141-146 [in English]

24. Kotov, B.I., Kalinichenko, R.A., Stepanenko, S.P., Shvydya, V.O. & Lisetsky V.O. (2017). Modeliuvannia tekhnolohichnykh protsesiv v typovykh ob'iektakh pisliazbyral'noi obrobky i zberihannia zerna (separatsiia, sushinnia, aktyvne ventyliuvannia, okholodzhennia) [Modeling of technological processes in typical objects of post-harvest processing and storage of grain (separation, drying, active ventilation, cooling)] . Nizhyn: Vydavets' PP Lysenko M. M. [in Ukrainian].

Пристатейна бібліографія

  1. Степаненко С. П., Котов Б. І. Основні концептуальні положення пневматичного фракціонування зернових матеріалів. Механізація та електрифікація сільського господарства : загальнодерж. зб. Глеваха. 2018. Вип. № 8 (107). С. 80–88.
  2. Єрмак В. П. Обґрунтування способу сепарування насіння соняшника у повітряних потоках : дис. … канд. техн. наук. Луганськ. 2003. 166 с.
  3. Нестеренко О. В. Обґрунтування параметрів пневмосепаруючого каналу з багаторівневим введенням зернового матеріалу : автореф. дис. …канд. техн. наук / ЦНТУ. Кропивницький, 2017. 21 с.
  4. Колодій О. С. Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів пневмогравітаційного сепаратора насіння соняшника : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.05.11. Мелітополь, 2015. 23 с.
  5. Степаненко С. П. Дослідження процесу пневматичної сепарації насіння в кільцевому зигзагоподібному сепараторі. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка : зб. наук. пр. Серія : Механізація сільськогосподарського виробництва. 2008. Вип. 75. Т 1. С. 59-65.
  6. Абдуєв М. М. Обґрунтування параметрів сепаратора з нахиленим повітряним каналом для розділення зернових сумішей : автореф. дис…канд. техн. наук / ХНТУСГ ім. П. Василенка. Харків, 2007. 20 с.
  7. Крекот М. М. Обґрунтування параметрів процесу і розробка пневматичного сепаратора насіння овочевих культур : автореф. дис. …канд. техн. наук / ХНТУСГ ім.. П. Василенка. Харків, 2015. 20с.
  8. До питання пневмогравітаційної сепарації зернових матеріалів / Котов Б. І. та ін. Процеси та обладнання переробних та харчових виробництв». 2017. Вип. 4(99). С.51-55.
  9. Котов Б. І., Степаненко С. П. Закономірності руху частинок в пневмогравітаційному сепараторі при змінній швидкості горизонтального повітряного потоку. Сільськогосподарські машини : зб. наук. статей / Луцький нац. техн. ун - т. Луцьк, 2016. Вип. 35. С.40-45.
  10. Степаненко С. П., Котов Б. І. Дослідження закономірностей руху компонентів зернового матеріалу під час пневмогравітаційного фракціонування у вертикальному каналі. Механізація та електрифікація сільського господарства : загальнодерж. зб. 2018. Вип. №7 (106). С.82-89.
  11. Котов Б. І., Степаненко С. П. Основні теоретичні положення сепарації зернового матеріалу в повітряних каналах з нерівномірною швидкістю повітряного потоку. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин : загальнодерж. міжвід. наук.-техн. зб. 2020. Вип. 50. С. 122–133.
  12. Котов Б. І., Степаненко С. П. Математичне моделювання процесів поділу компонентів зернового матеріалу в комбінованому вібраційно-повітряному сепараторі. Вібрації в техніці та технологіях : Всеукр. наук.-техн. журнал. 2020. Вип. № 2 (97). С. 51–61.
  13. Степаненко С. П. Механіко-технологічне обґрунтування процесів і обладнання безрешітного фракціонування зернових матеріалів: автореф. дис…д-ра. техн. наук: 05.05.11 . Глеваха, 2021. 50 с.
  14. Гортинский В. В., Демский А. Б., Борискин М. А. Вопросы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятий. М.: Колос, 1980. 304 с.
  15. Малис А. Я., Демидов А. Р. Машины для очистки зерна воздушным потоком. М.: Машгиз, 1962. 176 с.
  16. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.-Л.: Гос. изд. Технико-теор. лит., 1950. 676 с.
  17. Барский М. Д. Фракционирование порошков. М., 1980. 327 с.
  18. Зуев Ф. Г. Пневматическое транспортирование на зерноперерабатывающих предприятиях. М.: Колос, 1979. 344 с.
  19. Нелюбов А. И., Ветров Е. Ф. Пневмосепарирующие системы сельскохозяйственных машин. М.: Машиностоение. 1977. 192 с.
  20. Ольшанский В. П., Ольшанский С. В. О траектории полета вращающейся сферической частицы. Вісник ХНТУСГ. Харків, 2009. Вип. 88. С. 54 – 61.
  21. Степаненко С. П., Котов Б. І. Основні концептуальні положення пневматичного фракціонування зернових матеріалів. Механізація та електрифікація сільського господарства : загальнодерж. зб. 2018. Вип. № 8 (107). С. 80–88.
  22. Stepanenko S. Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera / S. Stepanenko, Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V., Trokhaniak, O. // In: Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, vol. 12 (61), No. 1 . 2019. pp. 117-128.
  23. Stepanenko S.P. Experimental studies on drying conditions of grain crops with high moisture content in low-pressure environment / Stepanenko S.P, Rogovskii I.L., Titova L.L., Trokhaniak V.I., Solomka O.V., Popyk P.S., Shvidia V.O. // INMATEH - Agricultural Engineering . Jan-Mar 2019, Vol. 57, Issue 1, p. 141-146.
  24. Моделювання технологічних процесів в типових об’єктах післязбиральної обробки і зберігання зерна (сепарація, сушіння, активне вентилювання, охолодження): монографія / Б. І. Котов та ін. Ніжин: Видавець ПП Лисенко М. М., 2017. 552 с.
Copyright (c) 2021 Б. І. Котов, С. П. Степаненко