Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України

Розрахунок гравітаційного гвинтового спуску, у якого крива осьового перерізу задана явним рівнянням

Сергій Пилипака, Тетяна Воліна, Віктор Несвідомін, Віталій Бабка, Тарас Пилипака
Завантажити статтю
Анотація

Гвинтові гравітаційні спуски використовуються для безенергетичного транспортування вантажів і гравітаційної сепарації руд, що зумовлює необхідність оптимального поєднання конструктивних параметрів робочої поверхні, швидкості руху та компактності траєкторії. Метою роботи був аналітичний опис руху вантажу по гвинтовій поверхні, заданій кривою її осьового перерізу, під дією сили власної ваги на прикладі матеріальної частинки. Для розв’язання було використано методи класичної механіки, диференціальної теорії поверхонь і чисельні методи. Основні результати дослідження ґрунтувались на тому, що після стабілізації руху матеріальна частинка починає ковзати по поверхні зі сталою швидкістю і сталою відстанню від осі гвинтової поверхні з урахуванням форми кривої її осьового перерізу. Встановлено, що до рівняння цієї кривої можуть входити сталі величини, які впливають на її форму, тобто на кінематичні параметри частинки. Це дало можливість знаходити потрібне значення сталих для забезпечення заданих параметрів ковзання частинки. Складання диференціальних рівнянь руху ковзання частинки по гвинтовій поверхні здійснювалось в проєкціях на осі нерухомої системи координат. В ролі кривої осьового перерізу поверхні було розглянуто параболу, до рівняння якої входить стала величина. Отримані аналітичні залежності дозволили визначити оптимальні значення сталих у рівнянні кривої осьового перерізу, що забезпечило необхідну швидкість ковзання частинки та відстань від осі гвинтової поверхні. Це відкрило можливості для проєктування гвинтових спусків з урахуванням специфічних технологічних вимог, зокрема для гравітаційної сепарації або безенергетичного транспортування сипучих матеріалів. Практичне застосування запропонованих розрахунків продемонстровано на прикладі параболічної форми перерізу, що підтверджує ефективність методу для оптимізації кінематичних параметрів руху. У результаті дослідження отримано вирази для проєктування гвинтових гравітаційних спусків та визначено вплив введеної сталої на кінематичні параметри ковзання частинок

Ключові слова

швидкість ковзання, сили ваги, реакції, тертя, гравітаційне транспортування

ЦИТУВАТИ
Pylypaka, S., Volina, T., Nesvidomin, V., Babka, V., & Pylypaka, T. (2025). Calculation of a gravitational screw chute with an axial cross-section curve defined by an explicit equation. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 21(5),114-128. https://doi.org/10.31548/dopovidi/5.2025.114
Використані джерела
  1. Bulgakov, V., Pascuzzi, S., Adamchuck, V., Olt, J., Ruzhylo, Z., Trokhnaniak, O., Santoro, F., Arak, M., Nowak, J., & Beloev, H. (2023). Research into power and load parameters of flexible screw conveyors for transportation of agricultural materials. In Farm machinery and processes management in sustainable agriculture (vol. 289, pp. 61-75). Cham: Springer International Publishing. doi: 10.1007/978-3-031-13090-8_6
  2. Bulgakov, V., Trokhnaniak, O., Adamchuck, V., Chernovol, M., Korenko, M., Dukulis, I., & Ivanovs, S. (2022). A study of dynamic loads of a flexible sectional screw conveyor. Acta Technologica Agriculturae, 25(3), 131-136. doi: 10.2478/ata-2022-0020.
  3. Chen, Z., Chen, Y., Zhou, J., He, Y., & Li, J. (2024). The bony density of the pedicle plays a more significant role in the screw anchorage ability than other regions of the screw trajectory. Orthopaedic Surgery. doi: 10.1111/os.14299.
  4. Chitte, P.G., Tapsi, P., & Deshmukh, B. (2022). Design and development of dewatering screw press. In Recent advances in manufacturing modelling and optimization (pp. 569-578). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-16-9952-8_48.
  5. Corchado-Albelo, J., & Alagha, L. (2024). Tellurium enrichment in copper tailings: A mineralogical and processing study. Minerals, 14(8), article number 761. doi: 10.3390/min14080761.
  6. Eaves, T.S., Paterson, D.T., Hewitt, D.R., Balmforth, N.J., & Martinez, D.M. (2020). Dewatering saturated, networked suspensions with a screw press. Journal of Engineering Mathematics, 120, 1-28. doi: 10.1007/s10665-019-10029-3.
  7. El Idrissi, B., Loranger, É., & Lanouette, R. (2020). Modelling of dewatering wood pulp in a screw press using statistical and multivariate analysis. BioResources, 15, 5899-5912. doi: 10.15376/biores.15.3.5899-5912.
  8. El Idrissi, B., Loranger, É., Lanouette, R., Bousquet, J.P., & Martinez, M. (2019). Dewatering parameters in a screw press and their influence on the screw press outputs. Chemical Engineering Research and Design, 152, 300-308. doi: 10.1016/j.cherd.2019.10.001.
  9. Fakayode, O.A., & Ajav, E.A. (2019). Development, testing and optimization of a screw press oil expeller for moringa (Moringa oleifera) seeds. Agricultural Research, 8, 102-115. doi: 10.1007/s40003-018-0342-6.
  10. Fu, S., Dou, B., Zhang, X., & Li, K. (2023). An interactive analysis of influencing factors on the separation performance of the screw press. Separations, 10, article number 245. doi: 10.3390/separations10040245.
  11. Gamtsemlidze, M., Enageli, R., & Oniani, M. (2024). Evaluation of the optimal parameters of the coal silt enrichment process on the screw like separator. Works of Georgian Technical University, 1(531), 267-275. doi: 10.36073/1512-0996-2024-1-267-275
  12. Hud, V., Lyashuk, O., Hevko, I., Ungureanu, N., Vlăduț, N.-V., Stashkiv, M., Hevko, O., & Pik, A. (2023). Enhancement of agricultural materials separation efficiency using a multi-purpose screw conveyor-separator. Agriculture, 13(4), article number 870. doi: 10.3390/agriculture13040870.
  13. Indartono, Y.S., Heriawan, H., & Kartika, I.A. (2019). Innovative and flexible single screw press for the oil extraction of Calophyllum seeds. Research in Agricultural Engineering, 65, 91-97. doi: 10.17221/85/2018-RAE.
  14. Kresan, T.A. (2020). Calculation of gravitation descent formed by surface of skew closed helicoid. Machinery & Energetics, 11(2), 49-57.
  15. Lahari, T.R., & Srinivas Sharma, G. (2022). Parametric analysis of single screw extruder for processing of re-cycled plastics. International Journal of Current Engineering and Technology, 12(1), 9-14.
  16. Lyashuk, O., Vovk, Y., Sokil, B., Klendii, V., Ivasechko, R., & Dovbush, T. (2019). Mathematical model of a dynamic process of transporting a bulk material by means of a tube scraping conveyor. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 21(1), 74-81.
  17. Mirzaei, S., & Shen, L. (2021). Water disposal minimization of a screw press in the tissue manufacturing process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 115, 2659-2667. doi: 10.1007/s00170-021-07247-4.
  18. Mondal, D. (2020a). A short spiral conveyor using cut flight screw with two different trough cover of different height – a comparative study. In Techno-societal 2020 (pp. 695-703). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-69925-3_67.
  19. Mondal, D. (2020b). Design consideration of a laboratory size screw conveyor with variable speed for experimentation purpose – a methodological approach. In Techno-societal 2020 (pp. 705-714). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-69925-3_68.
  20. Moorthi, S., Megaraj, M., Nagarajan, L., Karthick, A., Bharani, M., & Patil, P.P. (2022). Dynamic analysis and fabrication of single screw conveyor machine. Advances in Material Science and Engineering, 10, article number 812754. doi: 10.1155/2022/3843968.
  21. Parlamış, H., Özden, E., & Büker, M.S. (2021). Experimental performance analysis of a parabolic trough solar air collector with helical-screw tape insert: A comparative study. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 47(3), article number 101562. doi: 10.1016/j.seta.2021.101562.
  22. Senfter, T., Schweiggl, I., Berger, M., Mayerl, C., Kofler, T., Kraxner, M., Steffens, A., & Pillei, M. (2024). The dewatering performance of a compact screw press manure separator for non-typical substrates. Separations, 11(1), article number 28. doi: 10.3390/separations11010028.
  23. Yu, W., Zhang, K., Li, D., Zou, D., & Zhang, S. (2022). Numerical modeling of concrete conveying capacity of screw conveyor based on DEM. Powder Technology, 29, 361-374. doi: 10.12989/cac.2022.29.6.361.