ISSN 2658-6525 (Online)
ISSN 2658-4123 (Print)
Основан в 1990 году
Реестровая запись
ПИ № ФС 77-74640
от 24 декабря 2018 г.

Вы здесь: Главная Архив статей (2014-2016) 2025 №2 Список статей 03. Бутовченко А. В., Копейкина А. П., Бастрыкина Д. Е., Чеботарёв М. А., Жигайлов Ф. Ю. Моделирование и методика исследования процесса транспортирования сыпучей среды шнековыми траспортерами

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.035.202502.225-242

EDN: https://elibrary.ru/jyxmej

УДК 001.891.57:621

 

Моделирование и методика исследования процесса транспортирования сыпучей среды шнековыми транспортерами

 

Бутовченко Андрей Владимирович
доктор технических наук, профессор Института перспективного машиностроения «Ростсельмаш» Донского государственного технического университета (344000, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9335-9586, Researcher ID: N-4962-2016, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Копейкина Анастасия Павловна
аспирант Института перспективного машиностроения «Ростсельмаш» Донского государственного технического университета (344000, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0009-0005-9015-0401, Researcher ID: LTE-5264-2024, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Бастрыкина Дарья Евгеньевна
аспирант Института перспективного машиностроения «Ростсельмаш» Донского государственного технического университета (344000, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0009-0007-8076-0980, Researcher ID: LSJ-4507-2024, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Чеботарёв Михаил Андреевич
аспирант Института перспективного машиностроения «Ростсельмаш» Донского государственного технического университета (344000, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0009-0008-5362-6142, Researcher ID: LSJ-4505-2024, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Жигайлов Федор Юрьевич
магистрант Института перспективного машиностроения «Ростсельмаш» Донского государственного технического университета (344000, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0009-0000-0687-4225, Researcher ID: LSJ-3558-2024, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Аннотация
Введение. Рост производительности современных сельскохозяйственных машин не возможен без использования более производительных транспортирующих рабочих органов. В связи с этим одной из актуальных задач машиностроения является создание транспортирующих рабочих органов не только с высокой производительностью, но и оптимальными геометрическими параметрами, влияющими на процесс транспортировки. Однако отсутствует обоснованная методика моделирования и оценки эффективности перемещения сыпучего материала шнековыми транспортерами, позволяющая определить наиболее оптимальный конструктивный вариант на стадии проектирования.
Цель исследования. Обоснование методики моделирования и исследования процесса транспортирования сыпучей среды шнековыми транспортерами.
Материалы и методы. В качестве объекта исследования взята система выгрузки зерноуборочного комбайна. Представлена методика формирования цифровой модели системы транспортирования с возможностью имитационного моделирования процесса перемещения сыпучей среды методом дискретно-элементного моделирования.
Результаты исследования. Предложена и обоснована методика сравнительной оценки эффективности транспортирования сыпучей среды шнековыми транспортерами с учетом возможности широкой вариации технологических свойств сыпучей среды, поступающей на транспортирование, и кинематических режимов работы, позволяющих проводить сравнение различных вариантов и выявлять наиболее эффективный вариант по критерию минимизации совокупного пути перемещения отдельных частиц и минимальной удельной затрачиваемой мощности на перемещение.
Обсуждение и заключение. Полученная методика может быть использована для разработки новых и оценки эффективности функционирования существующих транспортирующих шнековых рабочих органов. Она позволяет более широко проводить анализ технологического процесса перемещения сыпучей среды, в том числе выгрузки зерновой массы из зерноуборочного комбайна.

Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, дискретно элементное моделирование, шнек, зерно, траектория частиц, цифровая модель процесса транспортирования шнеком

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности: авторы выражают признательность анонимным рецензентам, объективные замечания которых способствовали повышению качества статьи.

Для цитирования: Бутовченко А.В., Копейкина А.П., Бастрыкина Д.Е., Чеботарёв М.А., Жигайлов Ф.Ю. Моделирование и методика исследования процесса транспортирования сыпучей среды шнековыми траспортерами. Инженерные технологии и системы. 2025;35(2):225–242. https://doi.org/10.15507/2658-4123.035.202502.225-242

Вклад авторов:
А. В. Бутовченко – формулирование идеи исследования, целей и задач; осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор доказательств; создание и подготовка рукописи: критический анализ черновика рукописи, внесение замечаний и исправлений членами исследовательской группы, в том числе на этапах до и после публикации.
А. П. Копейкина – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор доказательств; создание и подготовка рукописи: написание черновика рукописи, включая его перевод на иностранный язык.
Д. Е. Бастрыкина – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор доказательств; создание и подготовка рукописи: написание черновика рукописи, включая его перевод на иностранный язык.
М. А. Чеботарёв – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор доказательств; создание и подготовка рукописи: написание черновика рукописи, включая его перевод на иностранный язык.
Ф. Ю. Жигайлов – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор доказательств; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 26.11.2024;
поступила после рецензирования 19.12.2024;
принята к публикации 27.12.2024

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Брусенков А.В., Капустин В.П. Физическая модель движения корнеплодов в вертикальном шнеке. Наука в центральной России. 2021;51(3):47–56. https://doi.org/10.35887/2305-2538-2021-3-47-56
  2. Меретуков З.А., Кошевой Е.П., Косачев В.С., Верещагин А.Г., Следь Н.И. Производительность транспортера со спиральным шнеком. Новые технологии. 2011;(1). URL: https://lib.mkgtu.ru/images/stories/journal-nt/2011-01/004.pdf (дата обращения: 25.05.2024).
  3. Меретуков З.А., Кошевой Е.П., Следь Н.И., Косачев В.С., Верещагин А.Г. Моделирование структуры потоков в транспортере со спиральным шнеком. Новые технологии. 2011;(1). URL:https://reader.lanbook.com/journalArticle/132528 (дата обращения: 25.05.2024).
  4. Крючкова Л.Г. Вычисление мощности потребления транспортировочного шнека кормораздатчика. Актуальные вопросы энергетики в АПК: материалы Всеросс. (национальной) науч.-практ. конф. (15 декабря 2022г., г. Благовещенск). Благовещенск: Дальневосточный государственный аграрный университет, 2019:156–161. https://doi.org/10.22450/9785964205777_156
  5. Беленко Д.С., Мишин А.Б. Факторы, влияющие на скорость перемещения материала по шнеку. Colloquium-Journal. 2020;85(33):67–69. https://doi.org/10.24412/2520-2480-2020-3385-67-69
  6. Tan Yu., Rackl M., Yang W., Fottner J., Meng W., Kessler S. A Comparative Study on Design Standards of Screw Conveyors in China Germany and the USA– Part I: Theoretical Calculation and Quantitative Analysis. Particuology. 2022;69:61–76. https://doi.org/10.1016/j.partic.2021.11.011
  7. Rashid S., Bashir O., Majid I. Chapter Nine– Different Mechanical Conveyors in Food Processing. Transporting Operations of Food Materials Within Food Factories. Unit Operations and Processing Equipment in the Food Industry. 2023:253-263. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818585-8.00007-6
  8. Liu H., Li P., Xiao H., Mu W. The Fluid– Solid Coupling Analysis of Screw Conveyor in Drilling Fluid Centrifuge Based on ANSYS. Petroleum. 2015;1(3):251–256. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2015.07.009
  9. Wang M.S., Jia X.D., Lv W.Y., Sun W.H., Bai F.X., Guo H. Failure Analysis of Screw Shaft in Screw Compressor. Engineering Failure Analysis. 2021;125:105424. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105424
  10. Mei L., Cheng C., Tan X., Fan Z., Liang X. Simulation of Horizontal Double Head Screw Conveyor Based on EDEM. Advances in Mechanical Design. 2021;111. https://doi.org/10.1007/978-981-16-7381-8_87
  11. Загоруйко М.Г., Васильчиков В.В., Мамахай А.К. Имитационное моделирование параметров шнека экструдера. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2020;14(4):71–77. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2020-14-4-71-77
  12. Смехунов Е.А., Бутовченко А.В., Рукасов К.В. Определение характеристик модифицированного шнека. Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса: юбилейный сборник научных трудов XIII Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 90-летию Донского государственного технического университета, в рамках XXIII Агропромышленного форума юга России и выставки «Интерагромаш». В 2 т. (26– 28 февраля 2020г., г. Ростов-на-Дону). Ростов-на-Дону: ДГТУ-ПРИНТ, 2020. Т.2. С.155–160. https://doi.org/10.23947/interagro.2020.2.155-160
  13. Zhao H., Huang Y., Liu Z., Liu W., Zheng Z. Applications of Discrete Element Method in the Research of Agricultural Machinery: A Review. Agriculture. 2021;11(5):425. https://doi.org/10.3390/agriculture11050425
  14. Chen Z., Wassgren C., Ambrose K. A Review of Grain Kernel Damage: Mechanisms, Modeling, and Testing Procedures. Transactions of the ASABE. 2020;63(2):455–475. https://doi.org/10.13031/trans.13643
  15. Chen Z., Wassgren C., Ambrose K. Measured Damage Resistance of Corn and Wheat Kernels to Compression, Friction, and Repeated Impacts. Powder Technology. 2020;380:638–648. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.11.012
  16. Owen P.J., Cleary P.W. Prediction of Screw Conveyor Performance Using the Discrete Element Method (DEM). Powder Technology. 2009;193(3):274–288. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2009.03.012
  17. Owen P.J., Cleary P.W. Screw Conveyor Performance: Comparison of Discrete Element Modelling with Laboratory Experiments. Progress in Computational Fluid Dynamics, an International Journal. 2010;10(5–6). https://doi.org/10.1504/PCFD.2010.035366
  18. Ma Z., Wu Z., Li Yu., Song Z., Yu J., Li Ya., et al. Study of the Grain Particle-Conveying Performance of aBionic Non-Smooth-Structure Screw Conveyor. Biosystems Engineering. 2024;238:94–104. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2024.01.005
  19. Ma Z., Traore S.N., Zhu Y., Li Y., Xu L., Lu E., et al. DEM Simulations and Experiments Investigating of Grain Tank Discharge of aRice Combine Harvester. Computers and Electronics in Agriculture. 2022;198:107060. https://doi.org/10.1016/j.compag.2022.107060
  20. Lee G.-J., Kwon T.-H. Discharge Behavior of Spherical and Rock Chip Mucks by Screw Conveyors in TBM: Physical Model Experiments and DEM Simulations. Tunneling and Underground Space Technology. 2023;142:105407. https://doi.org/10.1016/j.tust.2023.105407
  21. Sun L., Zhang X., Zeng Q., Gao K., Jiang K., Zhou J. Application of a Screw Conveyor with Axial Tilt Blades on a Shearer Drum and Investigation of Conveying Performance Based on DEM. Particuology. 2022;61:91–102. https://doi.org/10.1016/j.partic.2021.06.001
  22. Li A., Jia F., Han Ya., Chen P., Zhang J., Wang Y., etal. Effect of the Rotational Speeds of the Screw Conveyor and Milling Roller on the Behaviour of Grain Flows in the Connected Chamber of a Vertical “Conveying-Milling” Rice Mill. Biosystems Engineering. 2022;224:161–182. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2022.10.009
  23. Ren H., Meng W., Sun X., Zhao Z., Zhao X. Discrete Element Analysis on Dynamic Characteristics of Directional Material Flow Driven by Horizontal Trough-Free Screw Conveyor. Powder Technology. 2023;418:118276. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118276
  24. Kalay E., Boğoçlu M.E., Bolat B. Mass Flow Rate Prediction of Screw Conveyor Using Artificial Neural Network Method. Powder Technology. 2022;408:117757. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.117757
  25. Lv Ya., Lin L., Fu S., Guo H., Zu L., Suo S., et al. A Double-Layer Progressive Architecture-Based Surrogate Model for Efficiency Analysis of Spiral Shaft in Shield Machine. Automation in Construction. 2024;160:105298. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2024.105298
  26. Newbery R.S., Paulsen M.R., Nave W.R. Soybean Quality with Rotary and Conventional Threshing. Transactions of the ASAE. 1980;23(2):0303–0308. https://doi.org/10.13031/2013.34575
  27. Paulsen M.R., Nave W.R. Corn Damage from Conventional and Rotary Combines. Transactions of the ASAE. 1980;23(5):1100–1116. https://doi.org/10.13031/2013.34729
  28. Misra M.K., Shyy Y., Baudet L., Marley S.J. Conveyors for Bulk Handling of Seed Soybeans. Applied Engineering in Agriculture. 1991;7(6):735–740. https://doi.org/10.13031/2013.26295
  29. Chen Z., Wassgren C., Tamrakar A., Ambrose R.P.K. Validation of a DEM Model for Predicting Grain Damage in an Industrial-Scale Handling System. Smart Agricultural Technology. 2023;5:100274. https://doi.org/10.1016/j.atech.2023.100274
  30. Zareiforoush H., Komarizadeh M.H., Alizadeh M.R. Effects of Crop-Machine Variables on Paddy Grain Damage During Handling with an Inclined Screw Auger. Biosystems Engineering. 2010;106(3):234–242. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2010.02.008
  31. Ахматов А.А., Оробинский В.И., Солнцев В.Н. Травмирование зерна шнековым питающим устройством. Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2015:47(4):98–101. https://elibrary.ru/vauanz
  32. Cundall P.A., Strack O.D.L. A Discrete Numerical Model for Granular Assemblies. Geotechnique. 1979; 29(1):47–65. https://doi.org/10.1680/geot.1979.29.1.47
  33. Horabik J., Molenda M. Parameters and Contact Models for DEM Simulations of Agricultural Granular Materials: A Review. Biosystems Engineering. 2016;147:206–225. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2016.02.017
  34. Sharaby N.N., Doroshenko A.A., Butovchenko A.V. Simulation of Sesame Seeds Outflow in Oscillating Seed Metering Device Using DEM. Engineering Technologies and Systems. 2020;30(2):219–231. https://doi.org/10.15507/2658-4123.030.202002.219-231
  35. Sharaby N., Doroshenko A., Butovchenko A. Modelling and Verification of Sesame Seed Particles Using the Discrete Element Method. Journal of Agricultural Engineering. 2022;53(2). https://doi.org/10.4081/jae.2022.1286
  36. Chen P., Han Y., Jia F., Meng X., Xiao Y., Bai S. DEM Simulations and Experiments Investigating the Influence of Feeding Plate Angle in aRubber-Roll Paddy Grain Huller. Biosystems Engineering. 2021;201:23–41. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2020.11.003
  37. Fan J., Wang H., Sun K., Zhang L., Wang L., Zhao J., et al. Experimental Verification and Simulation Analysis of aMulti-Sphere Modelling Approach for Wheat Seed Particles Based on the Discrete Element Method. Biosystems Engineering. 2024;245:135–151. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2024.07.009
  38. Miu P.Combine Harvesters: Theory, Modeling, and Design. Boca Raton; 2015. https://doi.org/10.1201/b18852

 

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 54
Joomla templates by a4joomla