DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.8(39).1.85-95

Synthesis of Screw Conveyors-mixers With a Rotating Casing

Sergii Koval

About the Authors

Sergii Koval, post graduate, Ternopil National Technical University named after Ivan Pulyu, Ternopil, Ukraine, e-mail: sergiikov99@gmail.com

Abstract

Carrying out a structural-schematic synthesis often allows you to obtain a significant range of quite effective constructive solutions of various technical means, which fully also applies to the generation of alternative solutions for screw mixers. Screw conveyors-mixers with a rotating casing (GKZOK) are atypical mechanical means for performing the operation of mixing materials, however, they can become quite widely used in various sectors of the economy by combining the operation of moving loose material with the operation of mixing it. For their creation and further research, it is necessary to develop separate rational structures that would meet the relevant parameters in terms of achieving quality indicators of the mixing process, high performance of the process, as well as acceptable cost of manufacturing, operation and maintenance of such structures. For this reason, it is advisable to use the method of structural-schematic synthesis by the method of hierarchical groups with the help of morphological analysis to obtain appropriate technical solutions. As a result of the analysis of the influence of various factors on the process of mixing materials by screw mechanisms, the characteristics of the structural elements of such mechanisms and their interrelationships were determined, which made it possible to build an appropriate morphological table of these elements for GKZOK, from which a model of the mechanical system was selected. Screw conveyor-mixer with a rotating casing". As a result of the structural and diagrammatic synthesis of GKZOK, the following basic morphological features were selected: drive; screw, which includes a casing (gutter) and a screw working body; bunker; unloading mechanism; locomotor mechanism. The structural and schematic synthesis of screw conveyors-mixers with a rotating casing made it possible to obtain effective design solutions for the screw working bodies of the mixers with the possibility of selecting the necessary gap between the blades of the screw working body for intensifying the process of mixing materials of different fractions, for which Ukrainian patents were obtained, as well as mixer conveyors with a rotating casing without forced rotation of the casing with the possibility of braking and with forced rotation of the casing with the possibility of changing the length of the mixing track and moving materials, for which applications for obtaining patents of Ukraine have been submitted. The developed structures can provide significantly higher productivity and efficiency of the technological process of mixing with screw conveyors-mixers, as well as have extended functional characteristics. A dependency was also developed, according to which the final selection of synthesized constructive solutions of GKZOK is carried out by maximizing the expected positive result, which takes into account the weight of such factors as the total cost, productivity, efficiency of the technological process of mixing and the number of functional characteristics.

Keywords

structural-schematic synthesis, screw conveyor-mixer, rotary casing, mixing, morphological analysis, screw working body

Full Text:

PDF

References

1. Vasylkiv, V.V., Hevko, I.B. & Babaryka, S.F. (2009). Synthesis of new designs of screw working bodies of machines for applying solid organic fertilizers. Bulletin of the Dnipropetrovsk State Agrarian University. No. 2, p. 170-173 [in Ukrainian].

2. Hevko, I.B. & Guryk, O.Ya. (2002). Determination of dynamic loads in a screw mixer. Bulletin of Lviv Polytechnic University: Optimization of production processes and technical control in mechanical engineering and instrument engineering. No. 442, 90–93 [in Ukrainian].

3. Hevko I.B. (2011). Modeling of the nature of the load on the screw working bodies. Bulletin of TNTU, Ternopil, Volume 16, No. 1, 69-77 [in Ukrainian].

4. Hevko, I., Lyubachivskyi, R. & Dyachun, A. (2012). Synthesis of mixers with screw working bodies. Bulletin of the Lviv National Agrarian University: Agricultural engineering research. No. 16, 237-246 [in Ukrainian].

5. Hevko I.B. (1997). Development and research of low-frequency devices for performing technological processes with flexible screw conveyors [Development and research of low-frequency devices for performing technological processes with flexible screw conveyors]. Extended abstract of candidate’s thesis. Lutsk [in Ukrainian].

6. Hevko, I.B. (2012). Structural synthesis of impulse safety couplings and screws by the method of morphological analysis. Bulletin of TNTU, Ternopil, No. 3(67), 121-134 [in Ukrainian].

7. Hevko, I.B., Vitrovyi, A.O. & Guryk, O.Ya. (2001). A dynamic model of the process of transporting loose materials by a screw conveyor. Agricultural machines: Collection of scientific articles, Issue 8, 72-82 [in Ukrainian].

8. Hevko, I.B. & Gud, V.Z. (2019). Synthesis of screw conveyors with the possibilities of technological transformation and mobile change of the trajectory of material overload. Central Ukrainian scientific bulletin. Technical sciences. Issue 2(33), 25-33 [in Ukrainian].

9. Hevko, I.B., Dyachun, A.E. & Lyubachivskyi, R.O. (2012). Structural synthesis of screw conveyors with advanced technological capabilities by the method of morphological analysis. Bulletin of SevNTU: coll. of science Ave. Issue 128/2012. Series: Mechanical engineering and transport. Sevastopol, p. 37-41 [in Ukrainian].

10. Hevko, I.B., Lyashuk, O.L., Klendiy, V.M. (2014). Synthesis of screw conveyors with flexible working bodies. Bulletin of the Lviv National Agrarian University: Agricultural engineering research. No. 18, 112 – 121 [in Ukrainian].

11. Hevko, I.B., Lyashuk, O.L., Peak, A.I., Marchuk, N.M. & Marunych, O.P. (2020) Synthesis of screw conveyors-mixers. Agricultural machines: Collection of scientific articles, Issue 45, 35-44 [in Ukrainian].

12. Hevko, Iv., Dovbush, T., Tsyon, O., Dovbush, A. & Stanko, A. (2021). Synthesis of helical working bodies with elastic surfaces and the results of their research. Agricultural machines: Collection of scientific articles, Issue 47, 63-72 [in Ukrainian].

13. Hevko, I. B., Leshchuk, R. Ya., Gud, V. Z., Dmytriv, O. R., Dubynyak, T. S., Navrotska, T. D. & Kruglik, O. A. (2019). Flexible screw conveyors: design, manufacturing technology, experimental research. Ternopil: FOP Palyanitsa V. A. [in Ukrainian].

14. Dmytriv, D.V., Hevko, I.B. & Levenets, V.B. (2007). Reliability of screw-screw mixers. Agricultural machines: Collection of scientific articles, Issue 16, 62-74 [in Ukrainian].

15. B.M. Hevko, M.G. Danylchenko, R.M. Rohatynskyi et al. (1993). Mechanisms with screw devices. Lviv: Svit [in Ukrainian].

16. Pylypets, M.I., Hevko, I.B. & Vitrovyi, A.O. (2000). Optimization of the working body with an elastic shaft for flexible screw conveyors. Bulletin of Lviv Polytechnic University: "Optimization of production processes and technical control in mechanical engineering and instrument engineering", No. 412, 84–91 [in Ukrainian].

17. Rohatynskyi, R.M., Hevko, I.B., Lyashuk, O.L., Gud, V.Z., Dyachun, A.E., Melnychuk, A.L. & Slobodian, L.M. (2019). Prospective screw conveyors: designs, calculation , research. Ternopil: FOP Palyanytsia V. A. [in Ukrainian].

18. Pylypets, M.I., Hevko, I.B. & Vitrovyi, A.O. (1999). Optimization of the working body with sectional elements for flexible screw conveyors. Agricultural machines: Collection of scientific articles, Issue 5, 207–217 [in Ukrainian].

19. Rohatynskyi, R.O., Hevko, I.B. & Rohatynska, L.R. (2013). Optimization of parameters of screw transport and technological systems. Bulletin of TNTU, No. 1 (69), 116–125 [in Ukrainian].

20. Rohatynskyi, R.M., Hevko, I.B. & Dyachun, A.E. (2014). Scientific and applied foundations of the creation of screw transport and technological mechanisms. Ternopil: Ivan Pulyuy TNTU [in Ukrainian].

21. Rohatynskyi, R.M., Hevko, I.B. & Dmytriv, D.V. (2000). Modeling the operation of a small-sized blade-screw mixer. Agricultural machinery. Collection of scientific articles. Issue 6, 129-135 [in Ukrainian].

22. Rohatynskyi, R.M., Hevko, I.B., Dmytriv, D.V., Gud, V.Z. & Dmytriv, O.R. (2020). Modeling of mixing of components by screw conveyors-mixers. Agricultural machinery. Collection of scientific articles. Issue 45, 84-93 [in Ukrainian].

23. Hevko, I.B., Dyachun, A.Ye., Hud, V.Z., Rohatynska, L.R. & Klendiy, V.M. (2015). Investigation of the stability of the torsorial vibrations of a screw conveyer under the influence of pulse forces. INMATEH - Agricultural Engineering. Polytechnic University of Bucharest, Vol. 45, № 1, 77-86 [in English].

24. Hevko, I.B., Lyashuk, O.L., Leshchuk, R.Y., Rogatinska, L.R. & Melnychuk, A.L. (2016). Investigation of the radius of bending for flexible screw sectional conveyers. INMATEH - Agricultural Engineering. Polytechnic University of Bucharest, , Vol. 48, № 1, Pp. 35-42 [in English].

25. Oleg Lyashuk, Roman Rohatynskyi, Ivan Hevko, Olena Dmytriv, Oleg Tson, Ihor Tkachenko, Marіana Sokol, Roman Leshchuk & Volodymyr Kobelnyk (2023). Investigation of Bulk Material Transportation by Screw Conveyer with Hinge-Pan Operating Device. Key Engineering Materials. Engineering Materials, Devices and Equipments-2023. Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, Vol. 948, pp 169-182 [in English].

26. Hud, V., Rogatynskyy, R., Hevko, Iv., Lyashuk, O., Pic, A. & Huryk, O. (2020). Research in resonant oscillations of the telescopic screw – granular media system caused by external periodic forces. INMATEH - Agricultural Engineering. Polytechnic University of Bucharest, Vol. 60, № 1, P. 29-36 [in English].

27. Lyashuk, O. L., Hevko, I. B., Hud, V. Z., Tkachenko I. G., Hevko, O. V., Sokol, M. O., Tson, O. P., Kobelnyk, V. RShmatko., D. Z., & Stanko, A. I. (2022). Research of non-resonant oscillations of the "telescopic screw - fluid medium" system. INMATEH - Agricultural Engineering. Polytechnic University of Bucharest, Vol. 68, № 3, P. 499-510 [in English].

28. Hud, V., Hevko, I., Lyashuk, O., Hevko, O., Sokil, M. & Shust I. (2020). Research of resonance vibrations of the system “Telescopic screw is a bulk medium” caused by torsional vibrations., Karaganda, № 2 (98). Pp. 119-126 [in English].

29. Hevko, I., Lyashuk, O., Sokil, M., Slobodian, L., Hud, V. & Vovk, Yu.. (2019). Resonant oscillation of vertical working part of conveyer-loader. Karaganda, Karaganda State University Publishing house. № 2 (94), Pp. 73-81 [in English].

30. 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, Vol. 13, № 4. Р. 870. (https://doi.org/10.3390/agriculture13040870) [in English].

Citations

  1. Васильків В.В., Гевко І.Б., Бабарика С.Ф. Синтез нових конструкцій гвинтових робочих органів машин внесення твердих органічних добрив. Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. 2009. №2, С. 170-173.
  2. Гевко І.Б., Гурик О.Я. Визначення динамічних навантажень у гвинтовому змішувачі. Вісник НУ «Львівська політехніка»: Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні. 2002. № 442. С. 90–93.
  3. Гевко І.Б. Моделювання характеру навантаження на гвинтові робочі органи. Вісник ТНТУ. 2011. Том 16, № 1. С. 69-77.
  4. Гевко І., Любачівський Р., Дячун А. Синтез змішувачів з гвинтовими робочими органами. Вісник Львівського національного аграрного університету: Агроінженерні дослідження. 2012. № 16. С. 237 – 246.
  5. Гевко І.Б. Розробка і дослідження низькочастотних пристроїв для виконання технологічних процесів гнучкими гвинтовими конвеєрами: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : 05.20.01 . Луцьк, 1997. 18 с.
  6. Гевко І.Б. Структурний синтез імпульсних запобіжних муфт і шнеків методом морфологічного аналізу. Вісник ТНТУ . 2012. № 3(67). С. 121-134.
  7. Гевко І.Б., Вітровий А.О., Гурик О.Я. Динамічна модель процесу транспортування сипких матеріалів гвинтовим конвеєром. Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. 2001. Вип. 8. С. 72-82.
  8. Гевко І.Б., Гудь В.З. Синтез гвинтових конвеєрів з можливостями технологічного перетворення і мобільної зміни траєкторії перевантаження матеріалів. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2019. Вип. 2(33). С. 25-33.
  9. Гевко І.Б., Дячун А.Є., Любачівський Р.О. Структурний синтез гвинтових конвеєрів з розширеними технологічними можливостями методом морфологічного аналізу. Вісник СевНТУ: зб. наук. пр. Вип. 128/2012. Серія: Машиноприладобудування та транспорт. Севастополь, 2012. С. 37 – 41.
  10. Гевко І.Б., Ляшук О.Л., Клендій В.М. Синтез гвинтових конвеєрів з гнучкими робочими органами. Вісник Львівського національного аграрного університету: Агроінженерні дослідження. 2014. № 18. С. 112 – 121.
  11. Гевко І.Б., Ляшук О.Л., Пік А.І., Марчук Н.М., Марунич О.П. Синтез гвинтових транспортерів-змішувачів. Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. 2020. Вип. 45. С. 35-44.
  12. Гевко Ів., Довбуш Т., Цьонь О., Довбуш А., Станько А. Синтез гвинтових робочих органів із еластичними поверхнями та результати їх досліджень. Сільськогосподарські машини: ЗБ. наук. статей. 2021. Вип. 47. С. 63-72.
  13. Гнучкі гвинтові конвеєри: проектування, технологія виготовлення, експериментальні дослідження. / Гевко І. Б. та ін. Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2019. 207 с.
  14. Дмитрів Д.В., Гевко І.Б., Левенець В.Б. Надійність роботи шнеково-гвинтових змішувачів. Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. 2007. Вип. 16. С. 62-74.
  15. Механізми з гвинтовими пристроями. Б.М. Гевко, М.Г. Данильченко, Р.М. Рогатинський та ін. Львів: Світ, 1993. 208 с.
  16. Пилипець М. І., Гевко І.Б., Вітровий А.О. Оптимізація робочого органу з пружним валом для гнучких гвинтових конвеєрів. Вісник НУ «Львівська політехніка»: «Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні». 2000. № 412. С. 84–91.
  17. Перспективні гвинтові конвеєри: конструкції, розрахунок, дослідження / Рогатинський Р.М. та ін.. Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2019. 212 с.
  18. Пилипець М. І., Гевко І.Б., Вітровий А.О. Оптимізація робочого органу з секційними елементами для гнучких гвинтових конвеєрів. Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. 1999. Вип. 5. С. 207–217.
  19. Рогатинський Р.О., Гевко І.Б., Рогатинська Л.Р. Оптимізація параметрів гвинтових транспортно-технологічних систем. Вісник ТНТУ. 2013. № 1 (69). С. 116–125.
  20. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б., Дячун А.Є. Науково-прикладні основи створення гвинтових транспортно-технологічних механізмів: монографія. Тернопіль: ТНТУ імені Івана Пулюя, 2014. 280 с.
  21. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б., Дмитрів Д.В. Моделювання роботи малогабаритного лопатево-гвинтового змішувача. Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. 2000. Вип. 6. С. 129-135.
  22. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б., Дмитрів Д.В., Гудь В.З., Дмитрів О.Р. Моделювання змішування компонентів гвинтовими конвеєрами-змішувачами. Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. 2020. Вип. 45. С. 84-93.
  23. Hevko I.B., Dyachun A.Ye., Hud V.Z., Rohatynska L.R., Klendiy V.M. Investigation of the stability of the torsorial vibrations of a screw conveyer under the influence of pulse forces. INMATEH - Agricultural Engineering. Polytechnic University of Bucharest. 2015. Vol. 45. № 1. P. 77-86.
  24. Hevko I.B., Lyashuk O.L., Leshchuk R.Y., Rogatinska L.R., Melnychuk A.L. Investigation of the radius of bending for flexible screw sectional conveyers. INMATEH - Agricultural Engineering. Polytechnic University of Bucharest. 2016. Vol. 48, № 1. P. 35-42.
  25. Investigation of Bulk Material Transportation by Screw Conveyer with Hinge-Pan Operating Device. Oleg Lyashuk, Roman Rohatynskyi, Ivan Hevko, Olena Dmytriv, Oleg Tson, Ihor Tkachenko, Marіana Sokol, Roman Leshchuk, Volodymyr Kobelnyk. Key Engineering Materials. Engineering Materials, Devices and Equipments-2023. Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, Vol. 948, pp 169-182.
  26. Research in resonant oscillations of the telescopic screw – granular media system caused by external periodic forces. INMATEH - Agricultural Engineering. V. Hud, R. Rogatynskyy, Iv. Hevko, O. Lyashuk, A. Pic, O. Huryk. Polytechnic University of Bucharest, 2020, Vol. 60, № 1, P. 29-36.
  27. Research of non-resonant oscillations of the "telescopic screw - fluid medium" system. O. L., Lyashuk; I. B., Hevko; V. Z., Hud; I. G., Tkachenko; O. V., Hevko; M. O., Sokol; O. P., Tson; V. R., Kobelnyk; D. Z., Shmatko; A. I., Stanko. INMATEH - Agricultural Engineering. Polytechnic University of Bucharest, 2022, Vol. 68, № 3, P. 499-510.
  28. Research of resonance vibrations of the system “Telescopic screw is a bulk medium” caused by torsional vibrations. V. Hud, I. Hevko, O. Lyashuk, O. Hevko, M. Sokil, I. Shust. Karaganda, 2020, № 2 (98), Ст. 119-126.
  29. Resonant oscillation of vertical working part of conveyer-loader. Karaganda State University Publishing house. I. Hevko, O. Lyashuk, M. Sokil, L. Slobodian, V. Hud, Yu. Vovk. Karaganda, 2019, № 2 (94), Ст. 73-81.
  30. Hud V., Lyashuk O., Hevko I., Ungureanu N., Vlăduț N.-V., Stashkiv M., Hevko O., Pik A. Enhancement of Agricultural Materials Separation Efficiency Using a Multi-Purpose Screw Conveyor-Separator. Agriculture, 2023. Vol. 13, № 4. Р. 870. (https://doi.org/10.3390/agriculture13040870).
Copyright (c) 2023 Sergii Koval