Оптимізація конструкційних параметрів регулювального модуля повітряного генератора аеродинамічного сепаратора

Олександр Медведський, Богдан Шелудченко, Павло Забродський
Отримано: 18.06.2025 Доопрацьовано: 15.10.2025 Прийнято: 26.11.2025
Взято з Том 28, № 12, 2025 Сторінки: 55-65
Завантажити статтю Читати статтю

Анотація

Отримання якісного посівного матеріалу та продовольчого зерна потребує використання ефективних технологій сепарування. Аеродинамічне сепарування набуло широкого втілення у різних конструкціях обладнання яке призначене для відокремлення легких домішок від вихідної зернової маси та її поділу на однорідні за властивостями фракції. Використання диференційного повітряного потоку забезпечує досить високу 60-70 % ефективність очищення зерна від домішок. Робота була спрямована на дослідження ефективності аеродинамічного сепарування з метою встановлення шляхів покращення якісних показників технологічного процесу очищення та калібрування вихідної зернової маси. Експериментальні дослідження вказали на неоднорідність повітряного потоку у поперечній площині повітряного каналу аеродинамічного сепаратора моделі САД-4. Так, швидкість повітряного потоку у нижній третині площини каналу на 48-52 % менша ніж у верхній та середній площині, між якими неоднорідність потоку повітря становить незначні 7-9  %. Встановлено, що інтенсивність режимів сепарування впливає на якість фракційного складу. За умови максимальних режимних налаштувань за рахунок нерівномірності розподілу повітряного потоку у вертикальній площині неоднорідності фракційного складу збільшується до рівні 61 %. Було запропоновано вирішити наукову проблему збільшення рівня однорідності фракційного складу очищеного зерна шляхом моделювання повітряного потоку у пневматичному каналі аеродинамічного сепаратора відповідно до режимних налаштувань. Запропоновано конструкцію повітряного генератора з механізмом вирівнювання швидкості повітряного потоку у поперечній площині каналу сепарування. Дослідженнями встановлено, що при зміні режимних налаштувань від «1» до «7» інтенсивність повітряного потоку у нижній третині площини каналу змінюється від 1,9 до 12,6 м/с, що на 37-49 % більше ніж у серійного сепаратора. При максимальних режимах сепарування нерівномірність розподілу компонентів вихідної зернової суміші між фракціями знижується до 25-29  %. Встановлена функціональна залежність між інтенсивністю та рівномірністю повітряного потоку у каналі сепарування та однорідністю фракційного складу очищеного зерна

Ключові слова

повітряний режим; відносна швидкість; вихід фракції; швидкість витання; керування потоком повітря

  1. Adamchuk, V., Bulgakov, V., Ivanovs, S., Holovach, I., & Ihnatiev, Y. (2021). Theoretical study of pneumatic separation of grain mixtures in vortex flow. In 20th International scientific conference engineering for rural development (pp. 657-664). Latvia. doi: 10.22616/ERDev.2021.20.TF139.
  2. Bazaluk, O., Postnikova, M., Halko, S., Kvitka, S., Mikhailov, E., Kovalov, O., Suprun, O., Miroshnyk, O., & Nitsenko, V. (2022). Energy saving in electromechanical grain cleaning systems. Applied Sciences, 12(3), article number 1418. doi: 10.3390/app12031418.
  3. Bracacescu, C., Gageanu, P., Bunduchi, G., & Zaica, A. (2018). Considerations on technical equipment used for cleaning and sorting seed mixtures based on aerodynamic principle. In 17th International scientific conference engineering for rural development (pp. 39-44). Latvia. doi: 10.22616/ERDev2018.17.N044.
  4. Bulgakov, V., Nikolaenko, S., Holovach, I., Adamchuk, V., Kiurchev, S., Ivanovs, S., & Olt, J. (2020a). Theory of grain mixture particle motion during aspiration separation. Agronomy Research, 18(1), 18-37. doi: 10.15159/ AR.20.057.
  5. Bulgakov, V., Nikolaenko, S., Holovach, I., Boris, A., Kiurchev, S., Ihnatiev, Ye., & Olt, J. (2020b). Theory of motion of grain mixture particle in the process of aspiration separation. Agronomy Research, 18(2), 1177-1188. doi: 10.15159/AR.20.069.
  6. Dudarev, I., Zabrodotska, L., Satsiuk, V., Taraymovich, I., & Olkhovskyi, V. (2020). Research on seed separation process on a gravity-cascade separator. INMATEH, 62(3), 173-180. doi: 10.35633/inmateh-62-18.
  7. El-Emam, M.A., Zhou, L., Shi, W., Han, C., Bai, L., & Agarwal, R. (2021). Theories and applications of CFD-DEM coupling approach for granular flow: A review. Archives of Computational Methods in Engineering, 28, 49795020. doi: 10.1007/s11831-021-09568-9.
  8. Greyvensteyn, P., Koekemoer, O., Grobler, L.J., & Vorster, D. (2023). Design and testing of a pneumatic grain aspirator for efficient separation of impurities. In Proceedings of the 9th world congress on mechanical, chemical, and material engineering (pp. 1-8). London: Brunel University. doi: 10.11159/icmie23.141.
  9. 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. Applied Sciences, 11(10), article number 4383. doi: 10.3390/app11104383.
  10. Knaub, L. (2020). Analysis of the influence of aerodynamic qualities of the components of mixtures on separation in power-saving vortex vehicles. Technology Audit and Production Reserves, 3/1(53), 19-22. doi: 10.15587/23128372.2020.204060.
  11. Kolankowska, E., Choszcz, D.J., Markowski, P., Reszczy´nski, P.S., & Lipi´nski, A.J. (2022). The process of separating buckwheat and wheat grain in a pneumatic cone separator in the context of sustainable agriculture. Processes, 10(1), article number 59. doi: 10.3390/pr10010059.
  12. Koshulko, V., & Kudriavtsev, I. (2024). Justification of the design of an aerodynamic separator for cleaning sunflower seed mixture waste. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 10(41), 113-122. doi: 10.32515/2664-262X.2024.10(41).2.113-122.
  13. Kotov, B.I., Stepanenko, S.P., & Kalinichenko, R.A. (2022). Scientific justification of the process of separation of grain materials in the aerodynamic separator. Sworld-Us Conference Proceedings, 1(usc11-01), 38-43. doi: 10.30888/2709-2267.2022-11-01-004.
  14. Li, D., He, Q., Yue, D., Geng, D., Yin, J., Guan, P., & Zha, Z. (2024). Research and experiment on airflow field control technology of harvester cleaning system based on load distribution. Agriculture, 14(5), article number 779. doi: 10.3390/agriculture14050779.  
  15. Nanka, A., Ievlev, I., Sementsov, V., Boiko, D., & Duhanets, V. (2019). Construction of mathematical models of the statics of grain media considering the reynolds effect. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6/7(102), 53-62. doi: 10.15587/1729-4061.2019.184592.
  16. Nesterenko, A.V., Leshchenko, S.M., Vasylkovskyi, O.M., & Petrenko, D.I. (2017). Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding. INMATEH - Agricultural Engineering, 53(3), 65-71.
  17. Stepanenko, S., Kotov, B., Kuzmych, A., Aneliak, M., Volyk, D., Melnyk, V., & Kalinichenko, R. (2025a). 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. doi: 10.5513/JCEA01/26.2.4301.
  18. Stepanenko, S., Kotov, B., Kuzmych, A., Demchuk, I., Melnyk, V., & Volyk, D. (2025b). Modelling of aerodynamic separation of grain material in combined centrifugal-pneumatic separator. In 23rd International scientific conference engineering for rural development (pp. 1143-1149). Latvia. doi: 10.22616/ERDev.2024.23.TF236.
  19. Stepanenko, S., Kotov, B., Kuzmych, A., Kalinichenko, R., & Hryshchenko, V. (2023). Research of the process of air separation of grain material in a vertical zigzag channel. Journal of Central European Agriculture, 24(1), 225-235. doi: 10.5513/JCEA01/24.1.3732.
  20. Zhou, L., Elemam, M.A., Agarwal, R.K., & Shi W. (2024). Discrete element method for multiphase flows with biogenic particles: Agriculture applications. Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-67729-8.
Medvedskyi, O., Sheludchenko, B., & Zabrodskyi, P. (2025). Optimisation of the design parameters of the control module of the air generator of an aerodynamic separator. Scientific Horizons, 28(12), 55-65. https://doi.org/10.48077/scihor12.2025.55