DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2025.55.97-111

Теоретичне обґрунтування поділу зернового матеріалу на конічному решеті

С. П. Степаненко, А. Я. Кузьмич, В. О. Швидя, В. А. Мельник, В. В. Тіманов

Про авторів

Степаненко Сергій Петрович , старший науковий співробітник, доктор технічних наук, завідувач відділу механіко-технологічних проблем збирання і післязбиральної обробки урожаю зернових та олійних культур Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України, смт. Глеваха, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8331-4632, email: Stepanenko_s@ukr.net

Кузьмич Альвіан Ярославович , старший дослідник, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник відділу механіко-технологічних проблем збирання і післязбиральної обробки урожаю зернових та олійних культур Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України, смт. Глеваха, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3102-0840, email: akuzmich75@gmail.com

Швидя Віктор Олександрович , стариший дослідник, кандидат технічних наук, Інститут механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної Академії Аграрних наук України, с. Глеваха, Україна

Мельник Станіслав Михайлович , здобувач третього (освітньо-наукового) рівня вищої освіти, Дніпровський державний аграрно-економічний університет, м.Дніпро, Україна, ORCID: https://orcid.org/ 0000-0002-8151-223X, e-mail: stealths1978@gmail.com

Тіманов Володимир Вікторович , здобувач вищої освіти на третьому (освітньо-науковому) рівні за спеціальністю «Галузеве машинобудування», Полтавський державний аграрний університет, м. Полтава, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0001-9988-6897, e-mail: timanovvolodymyr@gmail.com.

Анотація

У статті представлено теоретичне обґрунтування поділу зернового матеріалу на конічному решеті за допомогою вібровідцентрового сепаратора. Проаналізовано сучасні підходи до пневмовідцентрової сепарації та визначено її ключові недоліки. Запропоновано нову конструкцію сепаратора з конічною формою робочої поверхні, яка дозволяє розділяти зерновий ворох на фракції за принципом різної швидкості витання. Розглянуто модель руху частинки по конічній поверхні, визначено сили, що на неї діють, та отримано диференціальні рівняння руху. На основі цих рівнянь встановлено критерій для переміщення частинок вгору по твірній конуса. Визначено три зони сепарації, що дозволяє відокремлювати важкі, основні та дрібні фракції. Отримані результати можуть бути використані для розробки та вдосконалення високопродуктивних сепараторів.

Ключові слова

сепарація, частинка, потік, динаміка руху, поле швидкостей, конічне решето, вібровідцентровий сепаратор

Повний текст:

PDF

References

1. Melnyk, V., Popadiuk, I., Volyk, D., & S.P., S. (2024). Research on the development of technologies and technical means for pneumatic centrifugal separation of grain materials. Proceedings of the Tavria State Agrotechnological University: Scientific Professional Edition, 24(1), 75–88. https://doi.org/10.32782/2078-0877-2024-24-1-5

2. Stepanenko, S. P., Kotov, B. I., Melnyk, V. A., & Volyk, D. A. (2024). Modeling the process of grain material movement in the working zone of the separator. Scientific Bulletin of the Tavria State Agrotechnological University: Electronic Scientific Professional Edition, 14(1), 1–15. https://doi.org/10.32782/2220-8674-2024-24-1-3

3. Luzan, P., Kisilyov, R., Luzan, O., & Kislun, O. (2021). Theoretical aspects of grain separation on the sieve of an inertial-gravity separator. Design, production and operation of agricultural machines, 51. https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.95-103

4. Falko, O. L. (2014). Scientific Substantiation of the Process of Fractionation of Plant Raw Materials [Abstract of the Dissertation for the Degree of Doctor of Technical Sciences]. Kyiv.

5. Bredykhin, V. (2023). Scientific foundations of the processes of vibropneumatic separation of seed materials by seed density [Abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences]. Kropyvnytskyi.

6. Spirin, A. V., Tverdokhlib, I. V., & Zamriy, M. A. (2021). Determination of the operating mode of a centrifugal-gravity separator of a grating device. Vibrations in Engineering and Technologies, 102(3), 64–70. https://doi.org/10.37128/2306-8744-2021-3-7

7. Kotov, B. I., Derevenko, I. A., Stepanenko, S. P., & Popadiuk, I. M. (2016). Theoretical aspects of separation of grain materials on a stepped-conical sieve of vibrocentrifugal machines. Vibrations in Engineering and Technologies, 83(3), 175–180.

8. Shvydya, V. O. (2012). Increasing the efficiency of a pneumatic centrifugal separator and substantiating the parameters of working elements [dissertation abstract]. National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine, National Scientific Center "Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture".

9. Kharchenko, S. O. (2018). Concept of intensification of processes of vibrating sieve screening of grain mixtures [Abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences]. Kharkiv.

10. Kobets, A., Chursinov, Yu., Chernykh, S., Sabadash, M., Grekova, N., & Kanunnikov, V. (2013). Machines and equipment for storage and complex processing of grain. DDAU.

11. Bazhan, I., Vasylkovsky, O., Leshchenko, S., & Amosov, V. (2024). Intensification of the grain separation process on a flat vibrating sieve with a zigzag arrangement of holes. Design, production and operation of agricultural machines, 54, 192–202. https://doi.org/10.32515/2414-3820.2024.54.192-202

12. Vasylkovsky, O., Leshchenko, S., Moroz, S., & Petrenko, D. (2019). Experimental studies of the energy intensity of the operation of a centrifugal direct-flow grain separator. Design, production and operation of agricultural machines, 49, 67–74. https://doi.org/10.32515/2414-3820.2019.49.67-74

13. Kotov, B. (2017). Modeling of technological processes in typical facilities for post-harvest processing and storage of grain (cleaning, separation, drying, active ventilation, cooling). National Acad. of Agrarian Sciences of Ukraine, National Scientific Center "Institute of Mechanization and Electrification of Agricultural Farms".

14. Salo, V. M., & et al. (2014). Development of a new design of a pneumatic sieve grain cleaning machine. Volume 1. Justification of the parameters of the conveyor-separator. Lysenko V.F.

15. Kotov, B., & Stepanenko, S. (2023). Fundamentals of the theory and technology of air separation of grain materials. CP Komprint.

16. Stepanenko, S., Kotov, B., Kuzmych, A., Demchuk, I., Melnyk, V., & Volyk, D. (2024). Modelling of aerodynamic separation of grain material in a combined centrifugal-pneumatic separator. У ENGINEERING FOR RURAL DEVELOPMENT. Proceedings (с. 1143–1149). https://doi.org/10.22616/ERDev.2024.23.TF236

17. Stepanenko, S., Lukach, V., Demchuk, I., Kuzmych, A., Kalinichenko, R., Gerasymenko, V., & Vasylyuk, V. (2024). Study of the rotary cleaners of the holes of cylindrical sieves on a vibrocentrifugal separator. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, 100(8), 160–163. https://doi.org/10.15199/48.2024.08.33

18. Aneliak, M., Kuzmych, A., Stepanenko, S., & Lysaniuk, V. (2023). Study of the process of threshing leguminous grass seeds with a drum-type threshing device. INMATEH – Agricultural Engineering, 71(3), 83–92. https://doi.org/10.35633/inmateh-71-06

19. Kaletnik, H., Solona, O., Kotov, B., Stepanenko, S., Shvidia, V., Kalinichenko, R., Tverdokhlib, I., & Polievoda, Y. (2024). The usage of the elemental base of the vibratory mill with the spatial circulation movement of material to create drying rig. Przeglad Elektrotechniczny, 100(3), 232–237. https://doi.org/10.15199/48.2024.03.41

20. Stepanenko, S., Kotov, B., Kuzmych, A., Aneliak, M., Volyk, D., Melnyk, V., & Kalinichenko, R. (2025). Mathematical modeling of grain movement dynamics in the processes of air-centrifugal separation of grain material. Journal of Central European Agriculture, 26(2), 383–393. https://doi.org/10.5513/JCEA01/26.2.4301

21. Stepanenko, S., Volyk, D., Kuzmych, A., & Melnyk, V. (2025). Theoretical study of the movement of grain particles in a vibro-aerodynamic field. У Engineering for Rural Development. Proceedings (с. 1091–1096). https://doi.org/10.22616/ERDev.2025.24.TF278

22. Котов, Б., Степаненко, С., & Калініченко, Р. (2022). Теоретичне дослідження поділу насіннєвого матеріалу за густиною зернівок конічною вібропневмоцентрифугою. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин, 52, 55–65. https://doi.org/10.32515/2414-3820.2022.52.55-65

23. Kotov, B. I., Grushetskyi, S. M., Stepanenko, S. P., & Hryshchenko, V. O. (2022). Modeling the process of grain separation by density in a combined vibro-pneumatic and airgravity unit. All-Ukrainian Scientific and Technical Journal "Vibrations in Engineering and Technologies", 3(106), 22–28. https://doi.org/10.37128/2306-8744-2022-3-3

24. Kotov, B., Stepanenko, S., Tsurkan, O., Hryshchenko, V., Pantsyr, Y., Garasymchuk, I., Spirin, A., & Kupchuk, I. (2023). Fractioning of grain materials in the vertical ring air channel during electric field imposition. Przegląd Elektrotechniczny, 1, 100–104. https://doi.org/10.15199/48.2023.01.19

25. Kotov, B., Kalinichenko, R., Pantsyr, Y., & Stepanenko, S. (2023). Mathematical modeling of the grain cooling process in installations with radial air supply. Bulletin of Lviv National Environmental University. Series Agroengineering Research, 27, 101–107. https://doi.org/10.31734/agroengineering2023.27.101

26. Kotov, B., Stepanenko, S., Kalinichenko, R., Rud, A., & Hrushetsky, S. (2022). Determination of grain motion characteristics in the presence of dry friction forces and medium resistance. Mechanization and electrification of agriculture: national collection, 15(114), 81–87. https://doi.org/10.37204/0131-2189-2022-15-9

27. Kotov, B., Stepanenko, S., & Popadiuk, I. (2021). Investigation of the process of pneumovibrational separation of grain by density during one-dimensional movement of the grain flow. Mechanization and Electrification of Agriculture, 113(14), 77–87. https://doi.org/10.37204/0131-2189-2021-14-8

Пристатейна бібліографія

1. Дослідження розвитку технологій та технічних засобів для пневмовідцентрового розділення зернових матеріалів / В. Мельник та ін. Праці Таврійського державного агротехнологічного університету: наукове фахове видання. 2024. Т. 24, № 1. С. 75–88. DOI: https://doi.org/10.32782/2078-0877-2024-24-1-5.

2. Моделювання процесу переміщення зернового матеріалу в робочій зоні сепаратора / С. П. Степаненко та ін. Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету: електронне наукове фахове видання. 2024. Т. 14, № 1. С. 1–15. DOI: https://doi.org/10.32782/2220-8674-2024-24-1-3.

3. Теоретичні аспекти розділення зерна на решеті інерційно-гравітаційного сепаратора / П. Лузан та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин : Загальнодерж. міжвідомч. наук.-техн. зб. 2021. Т. 51. С. 95–103. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.95-103.

4. Фалько, О. Л. Наукове обґрунтування процесу фракціонування рослинної сировини : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.18.05 «Процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв» / Фалько Олександр Леонідович ; НУХТ. Київ, 2014. 48 с.

5. Бредихін В. В. Наукові основи процесів вібропневматичного розділення насіннєвих матеріалів за густиною насіння: автореф. дис. … докт. техн. наук: 05.05.11. Кропивницький, 2024. 48 с..

6. Спірін А. В., Твердохліб І. В., Замрій М. А. Визначення режиму функціонування відцентрово-гравітаційного сепаратора теркового пристрою. Вібрації в техніці та технологіях. 2021. Т. 102, № 3. С. 64–70. DOI: https://doi.org/10.37128/2306-8744-2021-3-7.

7. Теоретичні аспекти сепарації зернових матеріалів на ступінчасто-конічному решеті вібровідцентрових машин / Б. І. Котов та ін. Вібрації в техніці та технологіях. 2016. Т. 83, № 3. С. 175–180.

8. Швидя В. О. Підвищення ефективності пневмовідцентрового сепаратора та обґрунтування параметрів робочих органів : автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.05.11. Глеваха, 2012. 18 с.

9. Харченко С. О. Концепція інтенсифікації процесів віброрешітного просіювання зернових сумішей : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : 05.05.11 / Харченко Сергій Олександрович ; Харків. нац. техн. ун-т сіл. госп-ва ім. Петра Василенка. Харків, 2018. 38 с.

10. Машини і обладнання для зберігання та комплексної обробки зерна / А. Кобець та ін. Дніпропетровськ : ДДАУ, 2013. 776 с.

11. Інтенсифікація процесу сепарації зерна на плоскому коливальному решеті із зигзагоподібним розташуванням отворів / І. Бажан та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин : Загальнодерж. міжвідомч. наук.-техн. зб. 2024. Т. 54. С. 192–202. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2024.54.192-202.

12. Експериментальні дослідження енергоємності роботи відцентрового прямоточного сепаратора зерна / О. Васильковський та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин : Загальнодерж. міжвідомч. наук.-техн. зб. 2019. Т. 49. С. 67–74. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2019.49.67-74.

13. Котов Б. Моделювання технологічних процесів в типових об'єктах післязбиральної обробки і зберігання зерна (очищення, сепарація, сушіння, активне вентилювання, охолодження). Київ ; Ніжин : Нац. акад. аграр. наук України, Нац. наук. центр "Ін-т механізації та електрифікації сіл. госп-ва", 2017. 551 с.

14. Сало В. М., та ін. Розробка нової конструкції пневморешітної зерноочисної машини. Том 1. Обґрунтування параметрів транспортера-сепаратора. Кіровоград : Лисенко В.Ф., 2014. 108 с.

15. Котов Б., Степаненко С. Основи теорії та технології повітряної сепарації зернових матеріалів. Київ : ЦП Компринт, 2023. 427 с.

16. Modelling of aerodynamic separation of grain material in a combined centrifugal-pneumatic separator / S. Stepanenko et al. ENGINEERING FOR RURAL DEVELOPMENT. Proceedings. Jelgava, Latvia, 2024. P. 1143–1149. DOI: https://doi.org/10.22616/ERDev.2024.23.TF236.

17. Study of the rotary cleaners of the holes of cylindrical sieves on a vibrocentrifugal separator / S. Stepanenko et al. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY. 2024. Vol. 100, no. 8. P. 160–163. DOI: https://doi.org/10.15199/48.2024.08.33.

18. Study of the process of threshing leguminous grass seeds with a drum-type threshing device / M. Aneliak et al. INMATEH – Agricultural Engineering. 2023. Vol. 71, no. 3. P. 83–92. DOI: https://doi.org/10.35633/inmateh-71-06.

19. The usage of the elemental base of the vibratory mill with the spatial circulation movement of material to create drying rig / H. Kaletnik et al. Przeglad Elektrotechniczny. 2024. Vol. 100, no. 3. P. 232–237. DOI: https://doi.org/10.15199/48.2024.03.41.

20. Mathematical modeling of grain movement dynamics in the processes of air-centrifugal separation of grain material / S. Stepanenko et al. Journal of Central European Agriculture. 2025. Vol. 26, no. 2. P. 383–393. DOI: https://doi.org/10.5513/JCEA01/26.2.4301.

21. Theoretical study of the movement of grain particles in a vibro-aerodynamic field / S. Stepanenko et al. Engineering for Rural Development. Proceedings. Jelgava, Latvia, 2025. P. 1091–1096. DOI: https://doi.org/10.22616/ERDev.2025.24.TF278.

22. Котов Б., Степаненко С., Калініченко Р. Теоретичне дослідження поділу насіннєвого матеріалу за густиною зернівок конічною вібропневмоцентрифугою. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин : Загальнодерж. міжвідомч. наук.-техн. зб. 2022. Т. 52. С. 55–65. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2022.52.55-65.

23. Modeling the process of grain separation by density in a combined vibro-pneumatic and airgravity unit / B. I. Kotov et al. All-Ukrainian Scientific and Technical Journal "Vibrations in Engineering and Technologies". 2022. Vol. 3, no. 106. P. 22–28. DOI: https://doi.org/10.37128/2306-8744-2022-3-3.

24. Fractioning of grain materials in the vertical ring air channel during electric field imposition / B. Kotov et al. Przegląd Elektrotechniczny. 2023. Vol. 1. P. 100–104. DOI: https://doi.org/10.15199/48.2023.01.19.

25. Mathematical modeling of the grain cooling process in installations with radial air supply / B. Kotov et al. Bulletin of Lviv National Environmental University. Series Agroengineering Research. 2023. Vol. 27. P. 101–107. DOI: https://doi.org/10.31734/agroengineering2023.27.101.

26. Визначення характеристик руху зерна за наявності сил сухого тертя й опору середовища / Котов. Б. І. та ін. Механізація та електрифікація сільського господарства : загальнодержавний збірник. 2022. Т. 15, № 114. С. 81–87. DOI: https://doi.org/10.37204/0131-2189-2022-15-9.

27. Котов Б., Степаненко С., Попадюк І. Дослідження процесу пневмовібраційного поділу зерна за густиною під час одномірного переміщення зернового потоку. Механізація та електрифікація сільського господарства. 2021. Т. 113, № 14. С. 77–87. DOI: https://doi.org/10.37204/0131-2189-2021-14-8.

Copyright (c) 2025 С. П. Степаненко, А. Я. Кузьмич, В. О. Швидя, В. А. Мельник, В. В. Тіманов