DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.11(42).1.129-1380

Technical and Economic Substantiation of the Effectiveness of the Use Of Screw Mixers

Ivan Нevko, Andriі Gupka, Serhiy Koval, Andriy Briksa, Volodymyr Buchynsky

About the Authors

Ivan Нevko, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Ternopil National Technical University named after Ivan Pulyu, Ternopil, Ukraine, e-mail: gevkoivan1@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-5170-0857

Andriі Gupka, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Ternopil National Technical University named after Ivan Pulyu, Ternopil, Ukraine, Україна, e-mail: gypkab@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-7565-5664

Serhiy Koval, post-graduate, Ternopil National Technical University named after Ivan Pulyu, Ternopil, Ukraine, Україна, e-mail: sergiikov99@gmail.com, ORCID ID: 0009-0005-8175-9258

Andriy Briksa, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Ternopil National Technical University named after Ivan Pulyu, Ternopil, Ukraine, Україна, e-mail: brao@ukr.net, ORCID ID: 0009-0001-3223-0682

Volodymyr Buchynsky, post-graduate, Ternopil National Technical University named after Ivan Pulyu, Ternopil, Ukraine, Україна, e-mail: buchynskyibuchynskyi.v@gmail.com, ORCID ID: 0009-0006-9976-6656

Abstract

Screw transport and technological mechanisms have gained the greatest use as conveyors and mixers of materials. This combination of processes allows for the use of one mechanism instead of two. However, the intensity of mixing in such tools is not always high. Therefore, often, in order to obtain the required quality, a significant number of shoveling of the mixture is required, which requires either an increase in the length of the technical means, or ensuring the cyclical operation of it. Therefore, the purpose of the work is to carry out a technical and economic substantiation of the feasibility of using screw conveyors-mixers with rotating casings. An important task of their research was to find ways to ensure the quality of mixing of loose components due to the development and modernization of original designs of screw conveyors-mixers. In order to ensure significant productivity of the transport and technological process of transportation and the quality of mixing of loose materials, the design of a screw conveyor-mixer with a rotating casing was developed, patented and researched. In the existing designs of screw mixers, high quality mixing can be obtained either due to a significant length of mixing, or due to the cyclic mode of operation, which does not ensure the movement of materials. The developed design of the screw conveyor-mixer with a rotating casing allows for a short length of movement of the mixture, due to the necessary friction of the auger with the material and casing, to perform the required number of shoveling and ensure high quality of mixing. In the article, calculations were made and the following conclusions were drawn: 1. Screw mixers with a rotating casing are the most cost-effective means with screw elements for mixing and can provide the lowest mixture heterogeneity at the lowest costs compared to other typical representatives. The cost of mixing 1 ton of mixture when it is used is 1.09 times lower than when it is mixed with a screw conveyor-mixer and 3.41 times lower than when it is mixed with a screw mixer with overflow. It was established that the aggregated costs of mixing 1 ton of the mixture when using a screw mixer with a rotating casing are UAH 21.91, a screw rigid conveyor-mixer is UAH 23.8, and a screw mixer with overflow is UAH 74.66. 2. Achieving the quality of the mixture with a screw rigid conveyor-mixer similar to the quality obtained as a result of its mixing with a screw conveyor-mixer with a rotating casing, the process of shoveling it should be at least three times longer, which is accordingly reflected in its overall dimensions (the working length of the mixing zone and movement of the mixture). When using screw mixers with overflow, there are increased costs of electricity, given the significant number of cycles for shoveling the mixture, and it is often impossible to move the mixture in the desired direction and the need for an additional conveyor

Keywords

screw conveyor-mixer, rotary casing, performance, mixture heterogeneity, feasibility study

Full Text:

PDF

References

1. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., & Diachun, A. I. (2014). Naukovo-prikladni osnovi stvorennya gvintovikh transportno-tekhnologichnikh mekhanizmiv [Scientific and applied foundations of the creation of screw transport and technological mechanisms]. Ternopil: TNTU imeni Ivana Pulyuya.[in Ukrainian.]

2. Rogatynskyi, R., Hevko, I., Diachun, A., Rogatynska, O., & Melnychuk, A. (2018). The cargo movement model by the screw conveyor surfaces with the rotating casing. Visnyk Ternopilskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu, (4), 34-41. [in Ukrainian]

3. Rohatynskyi, R., Hevko, I., & Rohatynska, L. (2013). Optymizatsiia parametriv hvyntovykh transportnotekhnolohichnykh system [Optimization of the parameters of screw transport and technological systems]. Visnyk TNTU, 1(69), 123-230. [in Ukrainian]

4. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., Diachun, A. Ye., Liubachivskyi, R. O., & Hrudovyi, R. S. (2013). Vyznachennia dynamichnykh navantazhen u hvyntovykh zmishuvachakh. Naukovi notatky, (40), 214-220. [in Ukrainian].

5. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., & Diachun, A. Ye. (2015). The research of the torsional vibrations of the screw in terms of impulsive forces. Naukovyi visnyk NHU, (5 (149)), 64-68.

6. Rohatynskyi, R., Gevko, I., Diachun, A., Lyashuk, O., Skyba, O., & Melnychuk, A. (2019). Feasibility study of improving the transport performance by means of screw conveyors with rotary casings. Acta Technologica Agriculturae, 22(4), 140-145.

7. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., & Dmytriv, D. V. (2000). Modeliuvannia roboty malohabarytnoho lopatevohvyntovoho zmishuvacha. Silskohospodarski mashyny: zb. nauk. statei. Lutsk, 129-135. [in Ukrainian].

8. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., Dmytriv, D. V., Hud, V. Z., & Dmytriv, O. R. (2020). Modeliuvannia zmishuvannia komponentiv hvyntovymy konveieramy-zmishuvachamy. Silskohospodarski mashyny: zb. nauk. statei, (45), 84-93. [in Ukrainian].

9. Rohatynskyi R. M. Prospective screw conveyors: designs, calculation, research / R. Rohatynskyi. M., Gevko I. B., Lyashuk O. L., Gud V. Z., Dyachun A. E., Melnychuk A. L., & Slobodian L. M. Ternopil: FOP Palyanytsia V. A., 2019. 212 p. [in Ukrainian]

10. Hud, V. Z. (2020). Syntez zmishuvachiv z hvyntovymy robochymy orhanamy. Naukovyi zhurnal «Inzheneriia pryrodokorystuvannia», (1 (15)), 66-71. [in Ukrainian]

11. Hud, V. Z. (2021). Mekhaniko-tekhnolohichni osnovy rozrobky bahatofunktsionalnykh sektsiinykh shnekiv dlia zernovoho materialu. [in Ukrainian].

12. Hevko, I. B., Liashuk, O. L., Pik, A. I., Marchuk, N. M., & Marunych, O. P. (2020). Syntez hvyntovykh transporteriv-zmishuvachiv. Silskohospodarski mashyny, (45), 34-44. [in Ukrainian]

13. Dmytriv, D. V., Hevko, I. B., & Levenets, V. B. (2007). Nadiinist roboty shnekovo-hvyntovykh zmishuvachi. [in Ukrainian].

14. Dmytriv, D. V. (2001). Rozrobka konstruktsii ta obgruntuvannia parametriv malohabarytnykh kormozmishuvachiv (Doctoral dissertation, stupenia kand. tekhn. nauk./DV Dmytriv.–Ternopil, 2001.–20 s). [in Ukrainian].

15. Huryk, O. Ya. (2003). Obgruntuvannia parametriv transporteriv-zmishuvachiv sypkykh materialiv. Dysertatsiia kandydata tekhnichnykh nauk. Ternopil. [in Ukrainian].

16. Hevko, I. B., Vitrovyi, A. O., & Huryk, O. Ya. (2001). Dynamichna model protsesu transportuvannia sypkykh materialiv hvyntovym konveierom. Silskohospodarski mashyny. Zbirnyk naukovykh statei.2001.Vyp, 8, 72-82. [in Ukrainian].

17. Hevko, I. B., Huryk, O. Ya., & Levenets, V. B. (2003). Doslidzhennia protsesu zmishuvannia sypkykh materialiv. [in Ukrainian].

18. Leshchuk, R., Hevko, I., & Komar, R. (2003). Rezultaty eksperymentalnykh doslidzhen hvyntovykh perevantazhuvalnykh mekhanizmiv. Visnyk TDTU, 8(4), 56-61. [in Ukrainian].

19. Marunych, O.P. (2023). Justification of the parameters of the multifunctional screw conveyor for transporting and mixing loose materials: diss. ... candidate technical Sciences: 133 "Industrial mechanical engineering". Ternopil, 222 p. [in Ukrainian].

20. Koval, S.O. (2023). Synthesis of screw conveyors-mixers with a rotating casing. Collection of scientific papers "Central Ukrainian scientific bulletin". Kropyvnytskyi. Issue #8(39) I. WITH. 85-94. [in Ukrainian]

21. Diachun, A. Ye., Dmytriv, O. R., Hevko, B. R., Koval, S. O., & Tsapyk, R. P. (2024). Eksperymentalna avtomatyzovana ustanovka hvyntovoho konveiera z obertovym kozhukhom dlia zmishuvannia sypkykh materialiv. Perspektyvni tekhnolohii ta prylady, 1(24), 38-44. [in Ukrainian].

22. Dyachun A.E., Gevko I.B., Zoloty R.Z., Koval C.O., Derysh O.B.,& Briksa A.O. (2024). Results of experimental studies of the quality of mixing of loose materials by an automated installation of a screw conveyor with a rotating casing. Collection of scientific papers "Central Ukrainian scientific bulletin". Kropyvnytskyi, Issue #10(41) I. WITH. 133-143. [in Ukrainian].

23. Utility model patent No. 154380. Ukraine, IPC 65G 33/08 (2006.01). Screw conveyor-mixer with a rotating casing / Iv.B. Gevko, S.O. Koval, A.E. Dyachun, B.R. Gevko, T.A. Dovbush, A.D. Dovbush, I.G. Tkachenko, Radik D.L., Stibailo O.Yu., Briksa A.O. (Ukraine). No. u202302288. Application 05/15/2023; Publ. 09.11.2023, Bull. No. 45. [in Ukrainian].

24. Utility model patent No. 154996. Ukraine, IPC 65G 33/08 (2006.01). Stand for studying the characteristics of a screw conveyor-mixer with a rotating casing / Iv.B. Gevko, S.O. Koval, A.E. Dyachun, B.R. Gevko, T.A. Dovbush, A.D. Dovbush, Dmytriv O. .R., Sokil M.B., Briksa A.O. (Ukraine). No. u202302289. Application 05/15/2023; Publ. 10.01.2024, Bull. No. 2 [in Ukrainian].

25. Gevko, I., Diachun, A., Dmytriv, O., Koval, S., Leskiv, P., & Okhnivskyi, R. (2024). Research of horizontal screw conveyors-mixers with rotating casing. Visnyk Ternopilskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu, 115(3), 130-141.

26. Gevko, I. (2014). Ekonomichne obgruntuvannia vyboru transporteriv dlia perevantazhennia sypkykh vantazhiv po kryvoliniinykh traiektoriiakh [in Ukrainian].

27. Hevko, I. B., Diachun, A. Ye., Melnychuk, A. L., Zolotyi, R. Z., & Shust, I. M. (2018). Tekhniko-ekonomichne obgruntuvannia pidvyshchennia produktyvnosti transportno-tekhnolohichnykh protsesiv za dopomohoiu hvyntovykh konveieriv z obertovymy kozhukhamy [in Ukrainian].

Citations

1. 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.

2. Рогатинський Р., Гевко І., Дячун А., Рогатинська О., Мельничук А. The cargo movement model by the screw conveyor surfaces with the rotating casing. Вісник ТНТУ, Тернопіль, 2018. № 4 (92), С. 34-41.

3. Р. Рогатинський, І. Гевко, Л. Рогатинська. Оптимізація параметрів гвинтових транспортно–технологічних систем. Вісник ТНТУ. 2013. № 1 (69). С. 116–125.

4. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б., Дячун А.С., Любачівський Р.О., Грудовий Р.С. Визначення динамічних навантажень у гвинтових змішувачах. Міжвузівський збірник "Наукові нотатки". Вип. 40. Луцьк. Ред.-вид. відділ ЛТНУ. 2013. С. 214-220.

5. R.M. Rogatynskyy, Iv.B. Hevko, A.Ye. Dyachun. Research of torsional vibrations of screw in the case of action of impulsive forces. Scientific Bulletin of the National Mining University.] - Dnipropetrovsk: NSU, 2015. № 5 (149). Р. 64-68.

6. Roman Rogatinskiy, Ivan Hevko, Andriy Dyachun, Olena Skyba, Andrii Melnychuk. Feasibility study of improving the transport performance by means of screw conveyors with rotary casings. Acta Technologica Agriculturae. Nitra, Slovaca Universitas Agriculturae Nitriae, 2019. № 4, P. 140-145.

7. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б., Дмитрів Д.В. Моделювання роботи малогабаритного лопатево-гвинтового змішувача. Сільськогосподарські машини. Збірник наукових статей. Випуск 6. Луцьк, 2000. С. 129-135.

8. Рогатинський Р.М., Гевко І.Б., Дмитрів Д.В., Гудь В.З., Дмитрів О.Р. Моделювання змішування компонентів гвинтовими конвеєрами-змішувачами. Сільськогосподарські машини. Збірник наукових статей. Випуск 45. Луцьк, 2020. С. 84-93.

9. Рогатинський Р. М., Гевко І. Б., Ляшук О. Л., Гудь В. З., Дячун А. Є., Мельничук А. Л., Слободян Л. М. Перспективні гвинтові конвеєри: конструкції, розрахунок, дослідження. Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2019. 212 с.

10. Гудь В. З. Синтез змішувачів з гвинтовими робочими органами. Журнал «Інженерія природокористування». Харків, 2020. Випуск № 1(15). С. 66-71.

11. Гудь В. З. Механіко-технологічні основи розробки багатофункціональних секційних шнеків для зернового матеріалу: дис. докт. техн. наук : 05.05.11. Тернопіль, 2021. 410 с.

12. Гевко І.Б., Ляшук О.Л., Пік А.І., Марчук Н.М., Марунич О.П. Синтез гвинтових транспортерів-змішувачів. Сільськогосподарські машини. Випуск 45. Луцьк, 2020. С. 35-44.

13. Дмитрів Д.В., Гевко І.Б., Левенець В.Б. Надійність роботи шнеково-гвинтових змішувачів. Сільськогосподарські машини: Збірник наукових статей, Випуск 16. Луцьк, 2007, с. 62-74.

14. Дмитрів Д. В. Розробка конструкції та обгрунтування параметрів малогабаритних кормозмішувачів : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.05.11. Тернопіль, 2001. 179 с.

15. Гурик О. Я. Обгрунтування параметрів транспортерів-змішувачів сипких матеріалів : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.05.11. Тернопіль, 2003. 20 с.

16. Гевко І.Б., Вітровий А.О., Гурик О.Я. Динамічна модель процесу транспортування сипких матеріалів гвинтовим конвеєром. Сільськогосподарські машини. Збірник наукових статей. Випуск 8.- Луцьк, 2001. Ст. 72-82.

17. Гевко І.Б., Гурик О.Я., Левенець В.Б. Дослідження процесу змішування сипких матеріалів // Науковий вісник Національного аграрного університету. Вип.60. К.: НАУ, 2003. С. 155 -161.

18. Лещук Р., Гевко І., Комар Р. Результати експериментальних досліджень гвинтових перевантажувальних механізмів. Вісник ТДТУ, Тернопіль, 2003, Том 8, № 4 , с.56-61.

19. Марунич О.П. Обгрунтування параметрів багатофункціонального гвинтового конвеєра для транспортування та змішування сипких матеріалів: дис. ... канд. техн. наук : 133 «Галузеве машинобудування». Тернопіль, 2023. 222 с.

20. Коваль С.О. Cинтез гвинтових конвеєрів-змішувачів з обертовим кожухом. Збірник наукових праць «Центральноукраїнський науковий вісник». Кропивницький, 2023. Випуск №8(39) І. С. 85-94.

21. Дячун А.Є., Дмитрів О.Р., Гевко Б.Р., Коваль С.О., Цапик Р.П. Експериментальна установка гвинтового конвеєра з обертовим кожухом для змішування сипких матеріалів // Збірник наукових праць «Перспективні технології та прилади». Луцьк: ЛНТУ. 2024. Випуск 24. С. 38-44.

22. Дячун А.Є., Гевко І.Б., Золотий Р.З., Коваль C.О., Дериш О.Б., Брикса А.О. Результати експериментальних досліджень якості змішування сипких матеріалів автоматизованою установкою гвинтового конвеєра з обертовим кожухом. Збірник наукових праць «Центральноукраїнський науковий вісник». Кропивницький, 2024. Випуск №10(41) І. С. 133-143.

23. Гвинтовий конвеєр-змішувач з обертовим кожухом : пат. № 154380 Україна. № u202302288 ; заявл. 15.05.2023р.; опубл. 09.11.2023р., Бюл.№45.

24. Стенд для дослідження характеристик гвинтового конвеєра-змішувача з обертовим кожухом : пат. № 154996. Україна. № u202302289 ; заявл. 15.05.2023р.; опубл. 10.01.2024р., Бюл.№2.

25. Ivan Hevko, Andriy Diachun, Olena Dmytriv, Sergii Koval, Pavlo Leskiv, Roman Okhnivskyi. Research of horizontal screw conveyors-mixers with rotating casing. Scientific Journal of TNTU. Tern.: TNTU, 2024. Vol 115. No 3. P. 130–141.

26. Гевко І. Б. Економічне обґрунтування вибору транспортерів для перевантаження сипких вантажів по криволінійних траєкторіях. Галицький економічний вісник Тернопіль : ТНТУ, 2014. Том 45. № 2. С. 10-16.

27. І. Гевко, А. Дячун, О. Скиба, А. Мельничук, Р. Золотий, І. Шуст Техніко-економічне обґрунтування підвищення продуктивності транспортно-технологічних процесів за допомогою гвинтових конвеєрів з обертовими кожухами. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. «Технічні науки». «Механізація сільськогосподарського виробництва». 2018. Вип. 190, С. 318–326.

Copyright (c) 2025 Ivan Нevko, Andriі Gupka, Serhiy Koval, Andriy Briksa, Volodymyr Buchynsky