Обґрунтування параметрів просіювальної поверхні об’ємної структури: багатофакторне моделювання і виробнича валідація
DOI:
https://doi.org/10.32515/2414-3820.2026.56.209-223Ключові слова:
сипкий матеріал, просіювання, просіювальна поверхня, структурна товщина шару, план Бокса–Бенкіна, промислова валідація, енергоємністьАнотація
Технологічна ефективність сепарування сипких матеріалів залежить не лише від геометрії отворів, а й від динаміки багатошарового потоку над просіювальною поверхнею. Метою дослідження було встановлення спільного впливу відносної висоти просторово-профільованих елементів, кількості підшарів зернового матеріалу та коефіцієнта відкритої площі на продуктивність сепарування за повноти поділу не нижче 95%. Наукова новизна полягає у використанні системи взаємопов’язаних нормованих і структурних факторів, що забезпечує фізичну інтерпретованість і масштабованість результатів. Експеримент проведено на зерновій суміші кукурудзи за трифакторним планом Бокса–Бенкіна. Побудовано квадратичну регресійну модель, статистичну достовірність якої підтверджено критеріями Кохрена, Стьюдента та Фішера. Установлено раціональні діапазони: відносна висота профільних елементів 0,46–0,51, кількість підшарів 4,5–5,5, коефіцієнт відкритої площі 0,270–0,285. Промислова перевірка на сепараторах Petkus K-527 і БСХ-100 підтвердила підвищення продуктивності на 20–30% та зниження питомої енергоємності. Отримані результати доводять масштабованість принципу узгодження геометрії профільованої поверхні зі структурою зернового шару.
Посилання
1. Salo, V.M. et al. (2014). Rozrobka novoi konstruktsii pnevmoreshitnoi zernoochysnoi mashyny: monohrafiia. Kirovohr. nats. tekhn. un-t. Kirovohrad : Lysenko V.F. [in Ukrainian].
2. Wang, L., Chai, J., Wang, H., & Wang, Y. (2021). Design and performance of a countersunk screen in a maize cleaning device. Biosystems Engineering, 209, 300–314. DOI 10.1016/j.biosystemseng.2021.07.008 [in English]. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2021.07.008
3. Olshanskyi, V.P. et al. (2017). Teoriia separuvannia zerna: monohrafiia. Kharkiv: KhNTUSH [in Ukrainian].
4. Feng, X., Gong, Z., Wang, L., Yu, Y., Liu, T., & Song, L. (2021). Behavior of maize particle penetrating a sieve hole based on the particle centroid in an air-screen cleaning unit. Powder Technology, 385, 501–516. DOI 10.1016/j.powtec.2021.02.035 [in English]. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.02.035
5. Kotov, B. I., Pastushenko, M. G. Experimental evaluation of the process of vibro-centrifugal grain cleaning using a stepped conical sieve. Design, manufacture and operation of agricultural machinery. 2005. Issue 35. pp. 205–208. [in Ukrainian].
6. Li, Z., Jia, P., Li, K., Tong, X., & Wu, Z. (2021). Study on screening performance and parameter optimization of vibrating-dewatering screen. Advances in Mechanical Engineering, 13. https://doi.org/10.1177/16878140211046580[in English]. DOI: https://doi.org/10.1177/16878140211046580
7. Piven М. V. Efficiency of separation of grain mixtures by flat vibrating sieves with openersEnvironmental Engineering. 2017. № 2(8). С. 38–44. [in English].
8. Zhou, L., Yu, J., Liang, L., Yu, Y., Yan, D., Sun, K., & Wang, Y. (2021). Study on key issues in the modelling of maize seeds based on the multi-sphere method. Powder Technology, 394, 791–812. [in English]. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.09.020
9. Shchur, T., Bredykhin, V., Tikhonov, S., Makarenko, O., Mezentsev, V., Kruszelnicka, W. (2024). Evaluation of Maize Seed Sieving Performance using Sieves with Cassini Oval Shape Openings. Journal of Agricultural Engineering. Vol. 5, № 62, 666-67. [in English]. DOI: https://doi.org/10.52151/jae2024615.1875
10. Tishchenko L., Kharchenko S., Kharchenko F., Bredykhin V., Tsurkan O. (2016). Identification of a mixture of grain particle velocity through the holes of the vibrating sieves grain separators. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 16, Vol. 2, Issue 7, 63-69. DOI 10.15587/1729-4061.2016.65920. [in English]. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.65920
11. Kharchenko, S. O. The concept of intensifying the processes of vibrating-screen sieving of grain mixtures: abstract of a thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences: 05.05.11. Kharkiv, 2018. 40 p. [in Ukrainian].
12. Zhao, H., Li, X., Zhao, Y., Li, S., & Diao, P. (2024). Simulation analysis and experiment of a cleaning mechanism with a pre-screening device based on CFD–DEM coupling. INMATEH—Agricultural Engineering, 74(3), 603–614. https://doi.org/10.35633/inmateh-74-54 [in English]. DOI: https://doi.org/10.35633/inmateh-74-54
13. Liu, W., Zhang, Z., Li, Y., Song, Z., Ma, Z., & Liu, Y. (2024). Parameter optimization of a spiral-step cleaning device for ratooning rice based on computational fluid dynamics–discrete element method coupling. Agriculture, 14(12), 2141. https://doi.org/10.3390/agriculture14122141 [in English]. DOI: https://doi.org/10.3390/agriculture14122141
14. Harzanak, A., & Orhan, E. C. (2024). DEM-aided investigation of the effects of screen surface properties on screening performance. Madencilik, 63(2), 86–94. [in English]. DOI: https://doi.org/10.30797/madencilik.1469819
15. Kharchenko S., Samborski S., Kharchenko F., Korzec-Strzałka I., Stelmakh A. Dynamics of Loose Materials and Oscillations of Cylindrical Perforated Sifting Surfaces with Volumetric Riffles. Advances in Science and Technology Research Journal. 2024;18(8):238-255. doi:10.12913/22998624/194114. [in English]. DOI: https://doi.org/10.12913/22998624/194114
16. Kharchenko, S.O., Kharchenko, F.M., Stelmakh, A.M., Pogulyai, V.M., Mayorov, O.V., Guz, O.I. (2024). Analysis of perforated sifting surfaces of separation equipment and prospects for their development. Bulletin of Sumy National Agrarian University. The Series: Mechanization and Automation of Production Processes, (3 (57), 56-63. https://doi.org/10.32782/msnau.2024.3.8. DOI: https://doi.org/10.32782/msnau.2024.3.8
17. Stelmakh, A. M. Modelling the dynamics of free-flowing granular materials on perforated vibrating screening surfaces [in English]. Bulletin of the SNAU: Series ‘Mechanisation and Automation of Production Processes’. 2025. Issue 3 (61). 125–134. [in Ukrainian].
18. Kharchenko, S., Samborski, S., Kloda, L. et al. (2025). Combined method of identification of free oscillations of perforated riffled plates. Sci Rep. 15, 23992. DOI: 10.1038/s41598-025-06614-5. [in English]. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-06614-5
19. Kharchenko, S., Samborski, S., Kharchenko, F., & Kotliarevskyi, I. (2024). Determination of hole blocking conditions for perforated sifting surfaces. Advances in Science and Technology Research Journal, 18(5), 342–360. https://doi.org/10.12913/22998624/190483[in English]. DOI: https://doi.org/10.12913/22998624/190483
20. Szpisják-Gulyás, N., Al-Tayawi, A. N., Horváth, Z. H., László, Z., Kertész, S., & Hodúr, C. (2023). Methods for experimental design, central composite design and the Box–Behnken design, to optimise operational parameters: A review. Acta Alimentaria, 52(4), 521–537. https://doi.org/10.1556/066.2023.00235[in English]. DOI: https://doi.org/10.1556/066.2023.00235
21. Zhang, N., Fu, J., Chen, Z., Chen, X., & Ren, L. (2021). Optimization of the process parameters of an air-screen cleaning system for frozen corn based on the response surface method. Agriculture, 11(8), 794. https://doi.org/10.3390/agriculture11080794[in English]. DOI: https://doi.org/10.3390/agriculture11080794
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 С. О. Харченко, Ф. М. Харченко, А. М. Стельмах, О. В. Панкова, В. В. Котляревський, Є. Г. Лабецький
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
ISSN 
ISSN 
