Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://repo.snau.edu.ua/xmlui/handle/123456789/15491| Назва: | Обґрунтування параметрів процесу сепарування сипких середовищ на решетах з об’ємною структурою |
| Інші назви: | Justification of parameters for the separation of loose media on sieves with a volumetric structure |
| Автори: | Стельмах, Андрій Миколайович Stelmakh, A. M. |
| Ключові слова: | сепарація зерно сепараційна машина separation grain separating machine |
| Дата публікації: | 2026 |
| Видавництво: | СНАУ |
| Бібліографічний опис: | Стельмах А. М. Обґрунтування параметрів процесу сепарування сипких середовищ на решетах з об’ємною структурою [Електронний ресурс] : дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю : 133 «Галузеве машинобудування» / А. М. Стельмах. – Суми : Сумський національний аграрний університет, 2026. – 245 с. |
| Короткий огляд (реферат): | Дисертацію присвячено вирішенню актуального науково-практичного завдання підвищення ефективності процесу сепарування сипких зернових матеріалів (СЗМ) шляхом обґрунтування параметрів перфорованих просіювальних поверхонь (ППП) об’ємної структури. Рішення цього завдання допоможе підвищити технологічну ефективність та надійність сепарувального обладнання, що покращує продовольчу безпеку та є актуальним для України. Об'єкт дослідження – процес сепарування СЗМ, його зв'язок з конструктивними параметрами ППП. Предмет дослідження – закономірності динаміки СЗМ та надійності ППП, обґрунтування параметрів ППП об’ємної структури, що забезпечують необхідну продуктивність та довговічність ППП сепарувального обладнання. Мета та завдання досліджень Метою роботи є підвищення ефективності процесу сепарування сипких зернових матеріалів очищення шляхом обґрунтування параметрів розроблених перфорованих просіювальних поверхонь з об’ємною структурою. Для виконання поставленої мети потрібно вирішити такі завдання: 1. Провести аналіз та визначити перспективні способи підвищення ефективності процесу решетного сепарування СЗМ; 2. Виконати аналітичне та експериментальне визначення складових швидкості компонентів СЗМ на розроблених ППП з ОЕ, встановити закономірності зміни ефективності процесу сепарування з урахуванням властивостей компонентів СЗМ, конструктивно-кінематичних та технологічних параметрів ППП; 3. Виконати комплексне обґрунтування конструктивних параметрів ППП з ОЕ з урахуванням кінематичних режимів роботи, питомих завантажень, фізико-механічних властивостей СЗМ; 4. Розробити, виготовити та провести порівняльні із базовими виробничі випробування розроблених ППП з ОЕ, визначити техніко-економічну ефективність їх застосування, впровадити їх в серійне виробництво. У вступі обґрунтований вибір теми дисертації та наукових завдань, сформульовані мета й завдання дослідження, визначені наукова новизна й практичне значення одержаних результатів, а також наведена інформація про апробацію, структуру та обсяг роботи. У першому розділі проведено системний аналіз сучасного стану процесів сепарування СЗМ і встановлено основні чинники, що визначають їх ефективність. Виявлено, що обмеження продуктивності пов’язані з недосконалістю конструкцій ППП, а перспективним напрямком підвищення технологічної ефективності є інтенсифікація внутрішньошарового руху проходових компонентів за рахунок застосування додаткових об’ємних елементів (ОЕ), що формують об’ємну структуру. Застосування подібних структурних ППП сприяє покращенню умов сегрегації, активізує просіювання компонентів та інтенсифікує процес сепарування СЗМ в цілому без істотного зростання енерговитрат. На основі аналізу побудована класифікація конструкцій ППП та сформульовано науково-технічне завдання, визначені показники ефективності процесу сепарування у вигляді критеріїв: продуктивність, повнота поділу та довговічність. Все це дозволило сформулювати мету й завдання для подальших досліджень. У другому розділі розроблено теоретичну базу моделювання процесів сепарування СЗМ та оцінки надійності ППП. Здійснено порівняльний аналіз класичних і сучасних підходів математичного опису руху СЗМ, включно з аналітичними, напівемпіричними, DEM- та гідродинамічними моделями. Встановлено, що останній підхід, заснований на рівняннях безперервності та імпульсу Нав’є–Стокса, дозволяє найбільш повно описати колективну динаміку частинок. Його використання забезпечує коректну оцінку параметрів тиску, швидкості та густини шару СЗМ під дією вібраційної ППП. Для підвищення точності моделювання процесу сепарування розроблено узагальнену модель руху СЗМ на плоскій ППП з об’ємною структурою. Вона враховує пористість шару, реологічні властивості середовища та вплив ОЕ, які змінюють напружено-деформований стан. Модель базується на нелінійній реології гранульованих матеріалів у псевдозрідженому стані, де дотичне напруження описується квадратичною функцією від швидкості зсуву. Це дозволяє відобразити перехід СЗМ від квазітвердого до розрідженого режиму. Виведено рівняння руху шару, що враховує сухе тертя, інерційно-колізійні ефекти та локальний надлишковий тиск. Розв’язок рівнянь отримано у вигляді інтегральних залежностей, що визначають профіль швидкості та концентрації компонентів за глибиною шару. Для обчислень застосовано квадратичну апроксимацію концентрації частинок, яка адекватно відображає розподіл домішкових компонентів. Установлено, що локальний градієнт швидкості зростає із зменшенням пористості та збільшенням впливу ОЕ. Запроваджено коефіцієнт структурності K_v, який феноменологічно враховує вплив ОЕ на реологію шару та кінематику компонентів СЗМ. Аналітичні залежності доводять, що підвищення частоти та амплітуди коливань ППП знижує K_vна 29,7–36,7%. Визначено, що для СЗМ кукурудзи K_v=0,12, а для соняшнику K_v=0,043, що зумовлює різницю у швидкості руху компонентів. Продуктивність плоскої ППП визначається інтегрально з урахуванням концентраційного профілю, ширини ППП та її кінематики. Отримані закономірності зміни швидкості руху СЗМ та продуктивності від констуктивно-кінематичних параметрів ППП, параметрів ОЕ та властивостей СЗМ. Для циліндричних ППП побудовано окрему аналітичну модель динаміки руху СЗМ у кільцевому шарі. Вона враховує комбінацію відцентрових, гравітаційних, інерційних і фрикційних сил, що діють на компоненти. В моделі використано гідродинамічну аналогію із урахуванням змінного коефіцієнта в’язкості за товщиною шару СЗМ. Отримані математичні вирази дозволяють визначити розподіл швидкості, тиску та продуктивності ППП з урахуванням параметрів ОЕ та властивостей СЗМ. Визначено діапазони варіювання та досліджено вплив узагальненого показника властивостей СЗМ - коефіцієнту динамічної в’язкості на рух компонентів на ППП. В’язкість псевдозрідженого шару СЗМ ідентифіковано як функцію коефіцієнта тертя та висоти шару. Встановлено, що швидкість руху СЗМ змінюється в межах 0,47–0,61 м/с (для СЗМ кукурудзи) і 0,34–0,69 м/с (для СЗМ соняшнику), а збільшення висоти ОЕ в дослідному діапазоні зменшує її значення на 4,31–10,2%. Динамічний опір руху середовища оказує профіль та параметри ОЕ, які були досліджені щодо їх впливу на швидкість руху СЗМ та продуктивність ППП. Встановлено, що за заданих умов максимальні продуктивності досягаються при використанні ППП з ОЕ у вигляді трикутного поперечного профілю, де приріст складає 1,2–9,2% (для ЗСМ кукурудзи) та 1,65–9,19% (для СЗМ соняшнику) порівняно з прямокутними та напівкруглими ОЕ. Проте компромісна задача попри мінімальний опір потребує визначення якості поділу компонентів СЗМ, що виконано шляхом подальших експериментів. У другому розділі також проведено чисельне КЕ-моделювання напружено-деформованого стану ППП з урахуванням вібраційних і масових навантажень. Використано метод скінченних елементів для визначення власних частот, форм коливань і концентрацій напружень. Для симуляцій процесу зношення ППП, їх змодельовано як пластини зі змінною товщиною від 1 до 0,6мм, отворами та ОЕ з різними типами профілей. Результати КЕ-моделювання показали, що зменшення товщини пластини на 40% знижує жорсткість у три рази, підвищуючи ризик резонансних деформацій. Концентрація напружень локалізується між отворами та поблизу ОЕ, що підтверджено полем ізоліній. Додаткове навантаження від шару СЗМ (192–250 Па) спричиняє нерівномірний розподіл напружень у робочій зоні ППП. Встановлено, що профіль ОЕ істотно впливає на рівні напружень: напівколо формує найнижчі піки, тоді як трикутний підвищує їх на 27,8–31%, а прямокутний – на 14,2–15,1%. Вірогідність росту локального напруження зі зменшенням товщини та переходом до континуальних профілів ОЕ узгоджується з теорією концентрації напружень. Числове КЕ-моделювання дозволило визначити діапазони варіювання власних частот коливань дослідних ППП та ідентифікувати дорезонансність їх значень. Виділені чотири ймовірні моди коливань для дослідних ППП з найменшими значеннями частот коливань. Запропоновано коригувальні частотні коефіцієнти Kpω для прогнозування частот коливань порівняно з суцільними пластинами, що спрощує наукові дослідження та інженерне проектування ППП. Для оцінки втомної міцності вперше узгоджено критерій Гудмана з динамічним підсиленням DAF, ідентифікованим від частотного відношення r=ω/ωₙ. Отримано реалістичні/граничні DAF для «найгіршого» випадку – ППП з трикутним профілем ОЕ та ЗСМ кукурудза при кінцевій товщині ППП h=0,6 мм. На основі рівнянь регресії та умов витривалості визначено порогові проектні товщини ППП для різних комбінацій профілю/схеми розташування ОЕ та навантажень СЗМ, при яких досягається відсутність деформацій. ППП з ОЕ у вигляді профілю напівкола показало найкращі показники надійності порівняно з іншими профілями ОЕ. Побудовані аналітично-числові моделі забезпечують цілісну наукову систематизацію з констатацією суттєвих ефектів і кількісною оцінкою змін параметрів процесу сепарування СЗМ та ресурсу ППП. У третьому розділі викладено програму, об’єкти та методику експериментальних досліджень, спрямованих на верифікацію аналітичних і чисельних моделей процесу сепарування СЗМ, визначенні технологічної ефективності, ресурсу ППП і пошуку її раціональних параметрів. Програма досліджень базувалася на трьох етапах: ідентифікацію динамічних показників та технологічної ефективності, визначення показників надійності ППП та багатокритеріальна оптимізація параметрів процесу сепарування СЗМ. Дослідження проводили на лабораторних сепараторах з використанням стандартизованих і розроблених методик, а багаторазове повторення дослідів забезпечило статистичну достовірність результатів із похибкою не більш як 5%. Дослідні ППП включали як штамповані базові констукції з продовгуватими отворами, так і розроблені конструкції з об’ємними елементами трикутного, прямокутного й напівкруглого профілю. Досліджено вплив зміни типу профілю, їх розташування, товщини ППП на динамічні показники компонентів СЗМ соняшнику «Армагедон» та СЗМ кукурудзи «Любава 279 МВ». Методика оцінки технологічної ефективності базувалася на визначенні продуктивності, питомого завантаження та повноти поділу компонентів. Отримані залежності дозволили встановити вплив кінематики та структури ППП на ефективність сепарування СЗМ. Швидкість руху компонентів СЗМ ідентифікували методом високошвидкісної відеозйомки (Phantom V9.1, 1000 кадрів/с), що забезпечило похибку не більше 2,5%. Дослідження надійності ППП здійснювалися через вимірювання її зношування за товщиною та визначення коефіцієнтів надійності С. Для перевірки динамічних розрахунків проведено модальний аналіз із використанням вимірювальної системи Simcenter Testlab. Умови експериментальних досліджень відповідали чисельним симуляціям (МКЕ), а розбіжність даних частот власних коливань не перевищила 4,3%. Це підтверджує адекватність числових КЕ-моделей. Оптимізацію параметрів ППП проведено за методами математичного планування експерименту відносно трьох значущих факторів: висоти ОЕ, коефіцієнта проникності ППП та висоти шару СЗМ. Як критерій оптимізації обрано продуктивність за фіксованої повноти поділу з урахуванням показників надійності. Побудовані рівняння регресії (поверхні відгуку) з достовірністю вище 95% забезпечують можливість прогнозування ефективності процесу сепарування за раціональних діапазонів варіювання параметрів ППП. Розроблені рішення створюють науково обґрунтовану основу для проектування ППП об’ємною структурою з підвищеною ефективністю та надійністю. У четвертому розділі представлено результати аналізу експериментів, спрямованих на перевірку адекватності аналітичних і чисельних моделей процесу сепарування СЗМ на ППП об’ємної структури. Визначено узгодженість експериментальних і розрахункових даних щодо динаміки СЗМ, технологічної продуктивності, надійності ППП. Комплекс отриманих результатів підтвердив достовірність попередніх теоретичних положень і забезпечив основу для подальшої оптимізації параметрів. Встановлені властивості СЗМ кукурудзи та соняшнику узгоджуються з довідковими даними й уточнюють вихідні параметри аналітичних та чисельних моделей. Експериментальні дослідження динаміки СЗМ із використанням високошвидкісної відеозйомки дозволили визначити середні швидкості руху і порівняти з даними аналітичних моделей: для дослідних умов розбіжність не перевищує 4,8%. Встановлено, що підвищення висоти ОЕ спричиняє зниження швидкості руху СЗМ на плоских ППП до 23%, а на циліндричних – до 8%. Коефіцієнти детермінації перевищили 0,98, що свідчить про повну відповідність даних аналітичних моделей та натурних експериментів. Досліджено вплив кінематичних параметрів на продуктивність дослідних плоских та циліндричних ППП при сепаруванні СЗМ кукурудзи та соняшнику. Розбіжність між аналітичними й експериментальними результатами не перевищила 3,6%, що підтверджує адекватність розроблених моделей. Дослідженнями зношування підтверджено істотну перевагу ППП об’ємної структури над базовими. Наявність ОЕ додає жорсткості ППП, що відображається на зниженні інтенсивності її зношення за товщиною. Для комплексного аналізу надійності ППП отримані значення коефіцієнтів та швидкості зношення. Крім того, розраховані граничні ресурси товщини підтвердили, що дослідні ППП мають подовжений термін служби ( до 10 733 годин для дослідних СЗМ), який на 64,4% перевищує ресурс базових ППП. Експериментально підтверджено значний вплив типу профілю та параметрів ОЕ на довговічність ППП. Експериментальний модальний аналіз дослідних ППП підтвердив високу точність КЕ-моделей: середнє відхилення власних частот не перевищує 4,4%. Це говорить про можливість подальшого практичного використання отриманої чисельної моделі для прогнозування резонансних режимів і втомної поведінки ППП. За результатами багатофакторної оптимізації за планом Бокса–Бенкіна визначено раціональні діапазони параметрів плоскої ППП: відносна висота ОЕ hr=0,46–0,51, кількість підшарів СЗМ NL=4,5–5,5, коефіцієнт проникності ε=0,270–0,285. У цих межах забезпечується максимальна продуктивність Q=0,030–0,039 кг/с. Адекватність моделі підтверджена за критерієм Фішера з довірчою ймовірністю 95%. Отримані експериментальні результати узагальнено у вигляді регресійних залежностей, що дозволяють прогнозувати ефективність, ресурс ППП і оптимальні параметри процесу сепарування. Підтверджено, що застосування ППП об’ємної структури забезпечує підвищення продуктивності, стабільність динамічних режимів і довговічність у порівнянні з традиційними конструкціями ППП. У п’ятому розділі проведена оцінка технологічної ефективності та надійності розроблених перфорованих просіювальних поверхонь та їх виробнича апробація. Випробування розроблених ППП об’ємної структури проведено на базі ТДВ «Племзавод «Михайлівка» (с.Андріївське Сумського району Сумської області), СТОВ «Промінь» Лебединського району Сумської області, протягом 2024 – 2025 рр. Для перевірки ефективності розроблених ППП було модернізовано сепаратори Петкус К-527 та БСХ-100. За результатами виробничих випробувань (табл.5.3) за рівних умов встановлено: ефективність процесу сепарування СЗМ кукурудзи та соняшнику розробленими ППП об’ємної структури порівняні з базовими збільшує продуктивність сепараторів на 20…30%; відсутність відмов та технологічних збоїв. Отримані результати також доводять, що застосування ОЕ на ППП дозволяє не лише підвищити технологічну ефективність сепарації, але й істотно збільшити довговічність конструкцій за рахунок зменшення зношування, стабілізації напруженого стану та відтермінування моменту втомного руйнування. Різниця між модельними й натурними даними не перевищує ±5 %, що для тривалих випробувань є високим рівнем відповідності. Додатково була проведена спільна (з представниками машинобудівного заводу ПрАТ Харківпродмаш) виробнича перевірка модернізованого сепаратору Buhler TAS 206A-5 з розробленими ППП об’ємної структури на ТОВ «Ханзе Агрі». В результаті перевірки доведено підвищення продуктивності сепаратору Buhler TAS 206A-5 на 24…30%, що склало при сепаруванні СЗМ кукурудзи – 165т/год та соняшнику – 87 т/год. В результаті тривалої безвідмовної роботи та наявної технологічної ефективності розроблені ППП з обґрунтованими раціональними параметрами впроваджені у серійне виробництво на ПрАТ Харківпродмаш та можуть бути виготовлені під замовлення. Річний економічний ефект на ПрАТ Харківпродмаш від впровадження результатів роботи у серійне виробництво розроблених ППП складає 126 тис. грн при їх щорічній програмі випуску в 100 штук. З аналізу питомих показників сепараторів встановлено, що за рахунок підвищення технологічної ефективності маємо зменшення витрат енергії на процес сепарування СЗМ розробленими ППП порівняно з базовими конструкціями на 11,1- 19,4%. Подібні зміни також характерні відносно витрат металу на забезпечення процесу сепарування СЗМ при використанні розроблених ППП, що становить на 8,7-21,2%. Річний економічний ефект від використання модернізованих сепараторів з ППП об’ємної структури за рахунок зменшення експлуатаційних витрат склав: на СТОВ «Промінь» Лебединського р-ну Сумської області – 108,5 тис.грн, на ТДВ «Племзавод «Михайлівка» с.Андріївське Сумського району Сумської області – 93,6 тис.грн. Відповідно до поставленої мети та задач у роботі отримані наступні результати: 1. На підставі оцінки і проведеного аналізу результатів досліджень щодо збільшення технологічної ефективності та надійності сепарувального обладнання встановлено, що існуючі ППП не задовольняють зростаючі вимоги виробництва. Для цього запропоновано використати розроблені ППП об’ємної структури, які складаються з отворів та об’ємних елементів розташованих між ними, забезпечують інтенсивне просіювання компонентів СЗМ та поліпшують жорсткість конструкції. Виконання науково-технічного завдання з обґрунтування параметрів ППП потребує теоретичного та експериментального опрацювання, проведення оптимізації за критеріями продуктивність та надійність. 2. За допомогою розробленої гідродинамічної модель руху СЗМ, в якій ураховано псевдозрідження шару, «сухо-фрикційну» складову зсувних напружень, що дало змогу отримати узагальнені рівняння швидкості СЗМ та продуктивності плоских/циліндричних ППП об’ємної структури. Кількісна ідентифікація структурного ефекту ОЕ, врахування конструктивних та кінематичних параметрів ППП дозволила отримати: поля швидкості СЗМ кукурудзи/соняшнику - 0,47–0,61 м/с / 0,34–0,69 м/с, продуктивність ППП до 7,92 кг/с / до 4,41 кг/с. Вперше виявлено вплив типу профілю (трикутний, напівколо та прямокутний) та параметрів ОЕ на динамічні показники СЗМ, який запропоновано оцінювати через узагальнений коефіцієнт Kv. 3. Проведення числового стимуляційного моделювання дозволило провести КЕ-аналіз напружено-деформованого стану ППП об’ємної структури з варіацією її товщини, типу профілю та параметрів ОЕ, завантаженням шаром СЗМ. Досліджено показники надійності ППП через ідентифікацію напружень, частот власних коливань та витривалість конструкції. Встановлено, що зменшення товщини ППП (внаслідок абразивного зношення) підвищує пікові напруження в центральних та периферійних зонах, тоді як використання певних профілів (напівколо) здатне компенсувати та екстенсифікувати (до 31%) подібний ріст. Визначено мінімальні допустимі параметри, які гарантують витривалість і нерезонансність конструкції ППП. 4. Втомна перевірка надійності ППП з ОЕ полягала в комплексному використанні методу Гудмана та DAF із прив’язкою до власних частот коливань поверхонь. Встановлені граничні значення товщин ППП hmin=0,60–0,92 мм, що забезпечують цільовий рівень σmax≤0,6 σeff для ППП з рядним/шаховим розташуванням ОЕ та навантаженням СЗМ. Для практичного використання запроваджено та облічені поправочні коефіцієнти частот Kpω, що дозволяють перераховувати власні частот коливань від базових суцільних пластин до ППП з різними типами ОЕ та схемами їх розташування. 5. Для перевірки аналітичних та чисельних моделей, уточненню діапазонів варіювання параметрів створено комплексну експериментальну методику для ідентифікації динамічних, технологічних і ресурсних параметрів процесу сепарування СЗМ, яка базується на оригінальних розроблених лабораторних установках та високоточному вимірювальному обладнанні: високошвидкісної відеозйомка, модальному аналізу із застосуванням сенсорів PCB та системи Simcenter Testlab 2019.1. Розроблені адаптовані методики визначення продуктивності, повноти поділу, швидкості руху компонентів та показників надійності ППП доповненні комплексними оціночними показниками (коефіцієнтами), які ураховують форми отворів, параметри об’ємну структуру ППП. 6. Експериментальними дослідженнями динаміки СЗМ за методом високошвидкісної відеозйомки встановлені діапазони швидкості шару СЗМ кукурудзи/соняшнику на плоских ППП: 0,093…0,110 м/с/ 0,0054…0,0070 м/с. Встановлено, що підвищення висоти ОЕ в дослідному діапазоні (до 4 мм) зменшує швидкість СЗМ до 23 % на плоских ППП і до 8% на циліндричних ППП. Відносна розбіжність між аналітичними та експериментальними результатами не перевищує 4,8 %, що підтверджує адекватність розробленої аналітичної моделі динаміки СЗМ. Встановлені залежності продуктивності ППП від їх констуктивно-кінематичних параметрів відповідають даним аналітичних моделей з розбіжністю 3,6%. Тривалими експериментальними дослідженнями встановлено, що розроблені ППП з ОЕ мають підвищений ресурс до 64,4 % порівняно з базовими ППП, що підтверджує позитивний вплив конструктиву на показники надійності. Результати досліджень довели, що використання ППП об’ємної структури забезпечує комплексне підвищення продуктивності процесу сепарування СЗМ та поліпшення надійності. 7. В результаті проведення багатофакторного експерименту процесу сепарування СМЗ за трирівневим планом Бокса–Бенкіна рекомендовані наступні раціональні значення конструктивно-технологічних параметрів плоскої ППП об’ємної структури: відносна висота ОЕ hr=0,46…0,51; кількість підшарів СЗМ NL=4,5…5,5; коефіцієнт проникності ε=0,270…0,285. Встановлено, що за визначеними параметрами максимальна продуктивність ППП становить Q=0,030 – 0,039 кг/с з перевіркою адекватності за критерієм Фішера (95 % довірчий рівень). 8. За результатами досліджень розроблено нормативно-технічну документацію на ППП об’ємної структури, яка впроваджена та використовується в серійному виробництві на ПрАТ «Харківпродмаш» (м.Харків) з річним економічним ефектом 126 тис.грн при річній програмі випуску 100 штук. Виробничими випробуваннями сепарувального обладнання модернізованого ППП об’ємної структури встановлено, що ефективність процесу сепарування СЗМ кукурудзи/соняшника підвищується на 20…30%, а довговічність ППП збільшується на 45-64%. Визначено, що інтенсифікація процесу сепарування СЗМ, за рахунок використання розроблених ППП об’ємної структури, супроводжується зниженням питомих енерго- та металоємностей на 11,1-19,4 % та 8,7-21,2 %, відповідно. Загальний щорічний економічний ефект від застосування модернізованих сепараторів у виробничих умовах СТОВ «Промінь» Лебединського р-ну Сумської області та на ТДВ «Племзавод «Михайлівка» с.Андріївське Сумського району Сумської області склав 203,1 тис. грн. Наукова новизна одержаних результатів: 1. Вперше встановлено функціональний взаємозв'язок між закономірностями продуктивності процесу сепарування СЗМ та параметрами ППП об’ємної структури за допомогою аналітичного моделювання, що дозволило кількісно технологічну ефективність та надійність сепарувального обладнання. 2. Вперше встановлені закономірності зміни власних частот коливань на напружень в ППП об’ємної структури за допомогою числового МКЕ моделювання, які оцінюють резонансні явища та визначають довговічність ППП. 3. Комплексно обґрунтуванні параметри ППП з ОЕ з врахуванням технологічних показників роботи сепарувальних машин і фізико-механічних властивостей компонентів СЗМ. 4. Отримав подальший розвиток: напрям моделювання поділу компонентів на ППП, який відрізняється врахуванням властивостей компонентів СЗМ, параметрів ОЕ. 5. Удосконалено: методи визначення програмованої ефективності процесу сепарування СЗМ на ППП, які доповнені критерієм надійності обладнання. Практичне значення одержаних результатів. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень комплексно обґрунтовані раціональні параметри ППП з ОЕ, використання яких підвищує ефективність роботи сепарувальних машин. Новизна запропонованої конструкції ППП з ОЕ та способу підвищення ефективності сепарування СЗМ підтверджені патентами. Запропонована, науково-обґрунтована нова конструкція ППП складається з раціональних параметрів ОЕ та підвищує ефективність процесу сепарування СЗМ на 30…35%, що збільшує продуктивність сепарувальних машин на 24-28%, у порівнянні з існуючими. Розроблена нормативно-технічна документація нової конструкції ППП на решетні сепаратори типу TAS 206A-5 (Buhler) та БЦС, виготовлено дослідні зразки, які успішно пройшли тривалу апробацію у виробничих умовах при очищенні зернових СЗМ пшениці, кукурудзи та соняшнику. Модернізовані сепаратори апробовано у тривалих виробничих умовах ТОВ «Ханзе Агрі» (Сумська обл., Сумський р-н, смт. Степанівка). Загальний щорічний економічний ефект за рахунок зменшення експлуатаційних витрат склав 108 тис.грн. З 2024 року ПрАТ «Харківпродмаш» (м. Харків) впровадив у серійне виробництво решета з ОЕ з економічним ефектом 126 тис. грн при їх щорічній програмі випуску в 100 штук. Річний економічний ефект від використання модернізованих сепараторів з ППП об’ємної структури за рахунок зменшення експлуатаційних витрат склав: на СТОВ «Промінь» Лебединського р-ну Сумської області – 108,5 тис.грн, на ТДВ «Племзавод «Михайлівка» с.Андріївське Сумського району Сумської області – 93,6 тис.грн. Особистий внесок здобувача. Теоретичні та експериментальні результати досліджень, що виносяться на захист, отримані автором самостійно. У наукових роботах, які опубліковано у співавторстві, здобувачу належать: огляд і аналіз стану досліджень, визначення перспективних способів підвищення ефективності очищення отворів ППП; одержання математичної моделі динаміки СЗМ по розроблених ППП, обробка та аналіз результатів; експериментальна ідентифікація параметрів процесу сепарування СЗМ та обробка результатів; комплексне обґрунтування параметрів ППП з ОЕ та наведення рекомендацій щодо подальшого застосування розробки. Запропонована конструкція ППП з ОЕ та спосіб підвищення ефективності очищення отворів захищені патентами. Апробація результатів дисертації. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень дисертаційної роботи доповідалися, обговорювалися та отримали позитивні відгуки на науково-практичних конференціях (НПК): на ХІV Міжнародній НПК «Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки» (Кропивницький, ЦУНТУ, 8.11.2023 р.); на VΙ Міжнародній НПК «Інновації: теорія і практика» (Академія прикладних наук, Кропивницький, 6.12.2023 р.); на VΙ Всеукраїнській НПК «Проблеми та перспективи розвитку сільськогосподарського машинобудування» (ПДАУ, Полтава, 21.12.2023р.); на MSN 10th International Scientific Symposium "Advances in techniques of production and machine construction" (Lublin, 26.05.2024); на 3rd Workshop on Experimental and Computational Mechanics – WECM ‘24 (LUT, Lublin, 27.05.2024). Основні результати дисертаційної роботи, їх узагальнення та викладені наукові положення та висновки, що становлять суть роботи, отримані та сформульовані автором самостійно. |
| Опис: | The dissertation is devoted to solving a relevant scientific and practical problem of increasing the efficiency of the separation process of loose grain materials (LGM) through the substantiation of parameters of perforated sifting surfaces (PSS) with a volumetric structure. Solving this problem contributes to improving the technological efficiency and reliability of separation equipment, which is of particular importance for enhancing food security and is highly relevant for Ukraine. The object of the study is the separation process of loose grain materials and its relationship with the design parameters of perforated sifting surfaces. The subject of the study is the comprises the regularities of the dynamics of loose grain materials and the reliability of perforated sifting surfaces, as well as the substantiation of parameters of volumetric structured PSS that ensure the required productivity and durability of sifting surfaces in separation equipment. The purpose and tasks of research The purpose of the work is to increase the efficiency of the separation process of loose grain materials by substantiating the parameters of the developed PSS with a volumetric structure. To fulfill the set goal, the following tasks must be solved: 1. To analyze and identify promising methods for increasing the efficiency of the sieve-based separation process of loose grain materials; 2. To perform analytical and experimental determination of the velocity components of loose grain material particles on the developed PSS with volumetric elements, and to establish the regularities of changes in separation efficiency considering the properties of loose grain materials, as well as the design, kinematic, and technological parameters of the sifting surfaces; 3. To carry out a comprehensive substantiation of the design parameters of PSS with volumetric elements, taking into account operating kinematic regimes, specific loadings, and the physical and mechanical properties of loose grain materials; 4. To develop, manufacture, and conduct comparative industrial tests of the proposed PSS with volumetric elements in comparison with conventional designs, to determine the technical and economic efficiency of their application, and to implement them in serial production. General characteristics of the dissertation In the Introduction, the relevance of the dissertation topic and the choice of scientific objectives are substantiated; the purpose and objectives of the research are formulated; the scientific novelty and practical significance of the obtained results are defined; and information on approbation, structure, and scope of the dissertation is provided. In Chapter 1, a systematic analysis of the current state of LGM separation processes is carried out, and the main factors determining their efficiency are identified. It is established that limitations in productivity are primarily associated with imperfections in the design of PSS. A promising direction for increasing technological efficiency is identified as the intensification of intralayer motion of passing components through the use of additional volumetric elements that form a volumetric structure of the sifting surface. The application of such structurally modified PSS improves segregation conditions, activates the screening of material components, and intensifies the separation process of LGM as a whole without a significant increase in energy consumption. Based on the conducted analysis, a classification of PSS designs is developed, and a scientific and technical problem is formulated. The efficiency indicators of the separation process are defined in terms of the following criteria: productivity, separation completeness, and durability. This provided the basis for formulating the purpose and objectives of further research. In the second chapter, a theoretical framework for modeling the separation processes of LGM and for assessing the reliability of PSS is developed. A comparative analysis of classical and modern approaches to the mathematical description of LGM motion is performed, including analytical, semi-empirical, DEM-based, and hydrodynamic models. It is established that the latter approach, based on the Navier Stokes continuity and momentum equations, provides the most comprehensive description of the collective particle dynamics. Its application enables a correct evaluation of pressure, velocity, and density parameters of the LGM layer under the action of a vibrating PSS. To improve the accuracy of separation process modeling, a generalized model of LGM motion on a flat PSS with a volumetric structure is developed. The model accounts for layer porosity, rheological properties of the medium, and the influence of volumetric elements, which alter the stress–strain state of the layer. The model is based on the nonlinear rheology of granular materials in a pseudo-fluidized state, where the shear stress is described by a quadratic function of the shear rate. This formulation enables representation of the transition of LGM from a quasi-solid to a loosened flow regime. Equations of motion of the material layer are derived, taking into account dry friction, inertial-collisional effects, and local excess pressure. The solutions are obtained in the form of integral relationships that determine velocity and concentration profiles of components over the layer depth. For computational purposes, a quadratic approximation of particle concentration is employed, which adequately represents the distribution of impurity components. It is established that the local velocity gradient increases with decreasing porosity and increasing influence of volumetric elements. A structural coefficient 𝐾𝑣 is introduced, which phenomenologically accounts for the effect of volumetric elements on the rheology of the layer and the kinematics of LGM components. Analytical dependencies demonstrate that increasing the vibration frequency and amplitude of the PSS reduces 𝐾𝑣by 29.7–36.7%. It is determined that for corn LGM 𝐾𝑣 = 0.12, while for sunflower LGM 𝐾𝑣 = 0.043, which explains the differences in component motion velocity. The productivity of a flat PSS is determined integrally, taking into account the concentration profile, the width of the PSS, and its kinematic parameters. The obtained relationships describe variations in LGM motion velocity and productivity as functions of the design–kinematic parameters of the PSS, parameters of the volumetric elements, and material properties of the LGM. For cylindrical PSS, a separate analytical model of LGM dynamics in an annular layer is developed. The model accounts for the combined action of centrifugal, gravitational, inertial, and frictional forces acting on the components. A hydrodynamic analogy is applied, considering a variable viscosity coefficient across the thickness of the LGM layer. The resulting mathematical expressions allow determination of velocity, pressure, and productivity distributions of the PSS with regard to volumetric element parameters and LGM properties. Ranges of variation are established, and the influence of a generalized LGM property indicator, the dynamic viscosity coefficient, on component motion over the PSS is investigated. The viscosity of the pseudo fluidized LGM layer is identified as a function of the friction coefficient and layer height. It is established that the LGM motion velocity varies within 0.47–0.61 m/s for corn LGM and 0.34–0.69 m/s for sunflower LGM, while an increase in the height of volumetric elements within the investigated range reduces this velocity by 4.31–10.2%. The dynamic resistance of the medium is significantly influenced by the profile and parameters of the volumetric elements, which are investigated with respect to their effect on LGM motion velocity and PSS productivity. It is found that, under given conditions, maximum productivity is achieved when using PSS with volumetric elements having a triangular cross-section, where the increase reaches 1.2–9.2% for corn LGM and 1.65–9.19% for sunflower LGM compared to rectangular and semicircular volumetric elements. However, despite minimal resistance, the compromise design problem requires evaluation of separation quality of LGM components, which is addressed through subsequent experimental studies. The second chapter also presents numerical finite element (FE) modeling of the stress–strain state of the PSS under vibrational and mass loads. The finite element method is used to determine natural frequencies, vibration modes, and stress concentration zones. To simulate PSS wear processes, the surfaces are modeled as plates with variable thickness ranging from 1.0 to 0.6 mm, incorporating perforations and volumetric elements of different profile types. FE simulation results show that a 40% reduction in plate thickness decreases stiffness by a factor of three, significantly increasing the risk of resonant deformations. Stress concentration is localized between perforations and near volumetric elements, as confirmed by isoline fields. Additional loading from the LGM layer (192–250 Pa) causes a non-uniform stress distribution in the working zone of the PSS. It is established that the volumetric element profile substantially affects stress levels: semicircular profiles generate the lowest stress peaks, while triangular profiles increase them by 27.8–31%, and rectangular profiles by 14.2 15.1%. The probability of local stress growth with decreasing plate thickness and transition to continuous volumetric element profiles is consistent with stress concentration theory. Numerical FE modeling enables determination of variation ranges of natural vibration frequencies of the investigated PSS and identification of their pre-resonant values. Four probable vibration modes with the lowest natural frequencies are identified for the studied PSS. Corrective frequency coefficients 𝐾𝑝𝜔are proposed to predict vibration frequencies relative to solid plates, thereby simplifying scientific investigations and engineering design of PSS. For fatigue strength assessment, the Goodman criterion is, for the first time, consistently combined with the dynamic amplification factor (DAF), identified from the frequency ratio 𝑟 = 𝜔/𝜔𝑛. Realistic limiting DAF values are obtained for the “worst-case” scenario – PSS with triangular volumetric element profiles operating with corn LGM at a final PSS thickness of ℎ =0.6mm. Based on regression equations and endurance conditions, threshold design thicknesses of PSS are determined for various combinations of volumetric element profile, arrangement scheme, and BLGM loading, at which deformation-free operation is achieved. PSS with semicircular volumetric element profiles demonstrate the highest reliability indicators compared to other volumetric element profiles. The developed analytical–numerical models provide an integrated scientific systematization with identification of significant effects and quantitative assessment of changes in separation process parameters of LGM and the service life of PSS. The third chapter presents the research program, objects, and methodology of experimental investigations aimed at verifying the analytical and numerical models of the separation process of LGM, determining technological efficiency, service life of PSS, and identifying their rational parameters. The research program was structured into three stages: identification of dynamic indicators and technological efficiency, determination of reliability indicators of PSS, and multicriteria optimization of LGM separation process parameters. Experimental studies were conducted on laboratory separators using standardized and specially developed methodologies. Multiple repetitions of experiments ensured statistical reliability of the results with an error not exceeding 5%. The experimental PSS included both stamped baseline designs with elongated perforations and newly developed designs with volumetric elements of triangular, rectangular, and semicircular profiles. The influence of profile type, arrangement, and PSS thickness on the dynamic indicators of LGM components of sunflower “Armagedon” and corn “Liubava 279 MV” was investigated. The methodology for assessing technological efficiency was based on determining productivity, specific loading, and separation completeness of components. The obtained dependencies made it possible to establish the influence of PSS kinematics and structure on the efficiency of LGM separation. The velocity of LGM component motion was identified using high-speed video recording (Phantom V9.1, 1000 frames/s), ensuring a measurement error not exceeding 2.5%. Reliability studies of PSS were carried out by measuring thickness wear and determining reliability coefficients 𝐶. To verify dynamic calculations, modal analysis was performed using the Simcenter Testlab measurement system. The experimental conditions corresponded to numerical simulations (finite element method), and discrepancies in natural vibration frequencies did not exceed 4.3%, confirming the adequacy of the numerical FE models. Optimization of PSS parameters was performed using mathematical design of experiments with respect to three significant factors: height of volumetric elements, permeability coefficient of the PSS, and height of the LGM layer. Productivity at a fixed separation completeness, considering reliability indicators, was selected as the optimization criterion. The constructed regression equations (response surfaces) with reliability exceeding 95% enable prediction of separation process efficiency within rational ranges of PSS parameter variation. The developed solutions provide a scientifically substantiated basis for designing PSS with a volumetric structure, ensuring increased efficiency and reliability. The fourth chapter presents the results of analysis of experimental studies aimed at verifying the adequacy of analytical and numerical models of the LGM separation process on volumetric-structured PSS. Agreement between experimental and calculated data regarding LGM dynamics, technological productivity, and PSS reliability is established. The obtained results confirm the validity of the previously developed theoretical provisions and provide a basis for further parameter optimization. The experimentally determined properties of corn and sunflower LGM are consistent with reference data and refine the initial parameters of the analytical and numerical models. Experimental investigations of LGM dynamics using high-speed video recording made it possible to determine average motion velocities and compare them with analytical model predictions; under the investigated conditions, discrepancies did not exceed 4.8%. It is established that increasing the height of volumetric elements leads to a reduction in LGM motion velocity on flat PSS by up to 23%, and on cylindrical PSS by up to 8%. Coefficients of determination exceeded 0.98, indicating excellent agreement between analytical model predictions and full-scale experimental data. The influence of kinematic parameters on the productivity of experimental flat and cylindrical PSS during separation of corn and sunflower LGM was investigated. Discrepancies between analytical and experimental results did not exceed 3.6%, confirming the adequacy of the developed models. Wear studies confirmed the significant advantage of volumetric-structured PSS over baseline designs. The presence of volumetric elements increases the stiffness of the PSS, which manifests in a reduced intensity of thickness wear. For comprehensive reliability analysis, wear coefficients and wear rates were determined. In addition, calculated limiting thickness resources confirmed that the experimental PSS exhibit an extended service life (up to 10,733 hours for the investigated LGM), exceeding the service life of baseline PSS by 64.4%. A significant influence of volumetric element profile type and parameters on PSS durability was experimentally confirmed. Experimental modal analysis of the investigated PSS confirmed the high accuracy of FE models: the average deviation of natural frequencies did not exceed 4.4%. This indicates the feasibility of further practical application of the developed numerical model for predicting resonant regimes and fatigue behavior of PSS. Based on multifactor optimization using the Box–Behnken design, rational parameter ranges for flat PSS were determined: relative height of volumetric elements ℎ𝑟 = 0.46–0.51, number of BLGM sublayers 𝑁𝐿 = 4.5–5.5, and permeability coefficient 𝜀 = 0.270–0.285. Within these ranges, maximum productivity � � =0.030–0.039kg/s is achieved. Model adequacy was confirmed using the Fisher criterion with a confidence probability of 95%. The obtained experimental results are generalized in the form of regression relationships that allow prediction of efficiency, service life of PSS, and optimal parameters of the separation process. It is confirmed that the application of volumetric structured PSS ensures increased productivity, stability of dynamic regimes, and extended durability compared to traditional PSS designs. In the fifth chapter, an assessment of the technological efficiency and reliability of the developed PSS is carried out, along with their industrial validation. Production scale testing of the developed volumetric-structured PSS was conducted at agricultural enterprises TDV “Plemzavod Mykhailivka” (Andriivske village, Sumy District, Sumy Region, Ukraine), STOV “Promin” (Lebedyn District, Sumy Region, Ukraine) during 2024–2025. To verify the effectiveness of the developed PSS, the Petkus K-527 and BSKh 100 separators were modernized. According to the results of industrial trials, under identical operating conditions it was established that the use of volumetric-structured PSS for separation of LGM of corn and sunflower, compared to baseline designs, increases separator productivity by 20–30%, while ensuring the absence of failures and technological malfunctions. The obtained results also demonstrate that the application of volumetric elements on PSS not only enhances the technological efficiency of separation but also significantly increases structural durability by reducing wear intensity, stabilizing the stress state, and delaying the onset of fatigue failure. The discrepancy between model-based predictions and full-scale experimental data does not exceed ±5%, which represents a high level of agreement for long-term industrial testing. Additionally, joint industrial validation (together with representatives of a machine-building plant PJSC “Kharkivprodmash”) of a modernized Buhler TAS 206A-5 separator equipped with the developed volumetric-structured PSS was carried out on TOV “Khanze Agri”. The results confirmed an increase in the productivity of the Buhler TAS 206A-5 separator by 24–30%, corresponding to 165 t/h during separation of corn LGM and 87 t/h for sunflower LGM. As a result of prolonged failure-free operation and demonstrated technological efficiency, the developed PSS with substantiated rational parameters were implemented in serial production and can be manufactured upon request. The annual economic effect on PJSC “Kharkivprodmash” from the introduction of the developed PSS into serial production amounts to 126 thousand UAH, assuming an annual production volume of 100 units. Analysis of specific performance indicators of the separators shows that, due to increased technological efficiency, energy consumption for the LGM separation process using the developed PSS is reduced by 11.1–19.4% compared to baseline designs. Similar improvements are observed in terms of metal consumption required to ensure the separation process, which is reduced by 8.7–21.2% when using the developed volumetric-structured PSS. The annual economic effect resulting from the use of modernized separators equipped with volumetric-structured perforated sifting surfaces, due to reduced operating costs, amounted to 108.5 thousand UAH at STOV “Promin” (Lebedyn District, Sumy Region, Ukraine) and 93.6 thousand UAH at TDV “Plemzavod Mykhailivka” (Andriivske village, Sumy District, Sumy Region, Ukraine). In accordance with the set goal and tasks, the following results were obtained in the work: 1. Based on the assessment and comprehensive analysis of research results aimed at increasing the technological efficiency and reliability of separation equipment, it has been established that existing PSS no longer meet the growing demands of modern production. To address this limitation, volumetric-structured PSS have been proposed, consisting of perforations and volumetric elements arranged between them, which ensure intensified sifting of LGM components and improved structural stiffness. Fulfillment of the scientific and technical task of substantiating PSS parameters requires combined theoretical and experimental investigation, as well as optimization based on productivity and reliability criteria. 2. Using the developed hydrodynamic model of LGM motion, which accounts for layer pseudo-fluidization and the dry-friction component of shear stresses, generalized equations for LGM velocity and productivity of flat and cylindrical volumetric-structured PSS were obtained. Quantitative identification of the structural effect of volumetric elements, together with consideration of design and kinematic parameters of PSS, enabled determination of LGM velocity fields for corn/sunflower of 0.47–0.61 m/s and 0.34–0.69 m/s, respectively, and PSS productivity of up to 7.92 kg/s and 4.41 kg/s. For the first time, the influence of volumetric element profile type (triangular, semicircular, rectangular) and parameters on LGM dynamic characteristics was identified and proposed to be evaluated using a generalized structural coefficient 3. Numerical simulation made it possible to perform FE analysis of the stress strain state of volumetric-structured PSS with variation in thickness, volumetric element profile type and parameters, under loading by a LGM layer. Reliability indicators were investigated through identification of stress distributions, natural vibration frequencies, and structural endurance. It was established that a reduction in PSS thickness due to abrasive wear increases peak stresses in central and peripheral zones, while the use of specific profiles (semicircular) can compensate for and attenuate (up to 31%) this increase. Minimum allowable parameters ensuring endurance and non-resonant operation of PSS were determined. 4. Fatigue reliability assessment of PSS with volumetric elements was performed using a combined application of the Goodman method and the dynamic amplification factor (DAF), referenced to the natural vibration frequencies of the surfaces. Limiting thickness values of PSS ℎmin = 0.60–0.92mm were established, ensuring the target stress level 𝜎max ≤ 0.6𝜎efffor PSS with inline and staggered arrangements of volumetric elements under LGM loading. For practical application, corrective frequency coefficients 𝐾𝑝𝜔were introduced and calculated, allowing conversion of natural frequencies from solid plates to volumetric-structured PSS with different volumetric element types and arrangement schemes. 5. To verify analytical and numerical models and refine parameter variation ranges, a comprehensive experimental methodology was developed for identification of dynamic, technological, and service-life parameters of the LGM separation process. The methodology is based on original laboratory test rigs and high-precision measuring equipment, including high-speed video recording, modal analysis using PCB sensors, and the Simcenter Testlab 2019.1 system. Adapted methods for determining productivity, separation completeness, component motion velocity, and PSS reliability indicators were developed and supplemented with integrated evaluation coefficients accounting for perforation geometry and volumetric structure parameters of PSS. 6. Experimental investigations of LGM dynamics using high-speed video recording established LGM layer velocity ranges on flat PSS of 0.093–0.110 m/s for corn and 0.0054–0.0070 m/s for sunflower. It was determined that increasing the height of volumetric elements within the investigated range (up to 4 mm) reduces LGM velocity by up to 23% on flat PSS and up to 8% on cylindrical PSS. The relative discrepancy between analytical and experimental results does not exceed 4.8%, confirming the adequacy of the developed analytical LGM dynamics model. The established dependencies of PSS productivity on design and kinematic parameters correspond to analytical model predictions with a discrepancy of 3.6%. Long-term experimental studies demonstrated that the developed volumetric-structured PSS exhibit an increased service life of up to 64.4% compared to baseline PSS, confirming the positive effect of the proposed design on reliability indicators. The results prove that the use of volumetric-structured PSS ensures a comprehensive increase in LGM separation productivity and reliability. 7. As a result of a multifactor experimental study of the LGM separation process based on a three-level Box–Behnken design, the following rational values of design and technological parameters for flat volumetric-structured PSS were recommended: relative volumetric element height ℎ𝑟 = 0.46–0.51; number of BLGM sublayers � �𝐿 =4.5–5.5; permeability coefficient 𝜀 = 0.270–0.285. Under these parameters, the maximum PSS productivity reaches 𝑄 = 0.030–0.039kg/s, with model adequacy confirmed by the Fisher criterion at a 95% confidence level. 8. Based on the research results, regulatory and technical documentation for volumetric-structured PSS was developed, implemented, and used in serial production at PJSC “Kharkivprodmash” (Kharkiv, Ukraine), yielding an annual economic effect of 126 thousand UAH with an annual production volume of 100 units. Industrial trials of separation equipment modernized with volumetric-structured PSS demonstrated that the efficiency of LGM separation for corn and sunflower increases by 20–30%, while PSS durability increases by 45–64%. It was determined that intensification of the LGM separation process through the use of the developed volumetric-structured PSS is accompanied by a reduction in specific energy and metal consumption by 11.1–19.4% and 8.7–21.2%, respectively. The total annual economic effect from the application of modernized separators under production conditions amounted to 203.1 thousand UAH. Scientific novelty of the obtained results: 1. For the first time, a functional relationship between the productivity patterns of the LGM separation process and the parameters of volumetric-structured PSS has been established by means of analytical modeling, which enabled quantitative assessment of the technological efficiency and reliability of separation equipment. 2. For the first time, regularities of variation of natural vibration frequencies and stress levels in volumetric-structured PSS have been determined using numerical finite element modeling, allowing evaluation of resonant phenomena and prediction of PSS durability. 3. The parameters of PSS with volumetric elements have been comprehensively substantiated with consideration of technological performance indicators of separation machines and the physical and mechanical properties of LGM components. 4. The direction of modeling the separation of components on PSS has been further developed by incorporating the properties of LGM components and the parameters of volumetric elements. 5. Methods for determining the programmed efficiency of the LGM separation process on PSS have been improved by supplementing them with equipment reliability criteria. The practical significance of the obtained results. Based on theoretical and experimental studies, rational parameters of PSS with volumetric elements have been comprehensively substantiated, the application of which increases the operating efficiency of separation machines. The novelty of the proposed PSS design with volumetric elements and the method for improving LGM separation efficiency is confirmed by patents. The proposed scientifically substantiated new PSS design, incorporating rational parameters of volumetric elements, increases the efficiency of the LGM separation process by 30–35%, which leads to an increase in the productivity of separation machines by 24–28% compared to existing designs. Regulatory and technical documentation for the new PSS design has been developed for sieve separators of the TAS 206A-5 (Bühler) and BCS types. Prototype samples were manufactured and successfully underwent long-term industrial validation during the cleaning of wheat, corn, and sunflower LGM. The modernized separators were tested under prolonged production conditions at LLC “Hanze Agri” (Stepanivka settlement, Sumy District, Sumy Region, Ukraine). The total annual economic effect due to reduced operating costs amounted to 108 thousand UAH. Since 2024, PJSC “Kharkivprodmash” (Kharkiv, Ukraine) has implemented the volumetric-element PSS in serial production, achieving an annual economic effect of 126 thousand UAH with an annual production program of 100 units. The annual economic effect from the use of modernized separators equipped with volumetric-structured PSS, due to reduced operating costs, amounted to 108.5 thousand UAH at STOV “Promin” (Lebedyn District, Sumy Region, Ukraine) and 93.6 thousand UAH at TDV “Plemzavod Mykhailivka” (Andriivske village, Sumy District, Sumy Region, Ukraine). The main results of the dissertation work, their summaries and the stated scientific propositions and conclusions, which constitute the essence of the work, were obtained and formulated by the author independently. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://repo.snau.edu.ua/xmlui/handle/123456789/15491 |
| Розташовується у зібраннях: | Дисертації та автореферати |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Дисертація_Стельмах_А_М_4.pdf | 9,26 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.