DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.164-174

Results of the Experimental Study on Grain Separation Using a Flat Oscillating Sieve with Zigzag-Shaped Hole Arrangement

Ihor Bazhan

About the Authors

Ihor Bazhan, PhD student in Industrial Mechanical Engineering, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0009-0003-4391-9084, e-mail: Igor23_81@ukr.net

Abstract

The aim of the research is to increase the efficiency of preliminary and primary screening of grain heaps obtained after harvesting by combines. Achieving this goal will allow obtaining high-quality grain to meet both food needs and further use for obtaining seed material. The study presents the results of experimental research based on multifactor planning methodology in the form of a central composite design with star points, implemented in the STATISTICA 12 software package. Experimental tests were carried out on the Petkus Wutha K 294 A laboratory separator, which enabled simulation of operational conditions typical for industrial grain cleaning machines. The effects of specific feed rate (qb), oscillation frequency (n), and the angle of deviation of hole axes from the sieve axis (β) on separation efficiency were examined. It was found that the most influential factors are feed rate and the deviation angle. Increasing β from 0° to 10° resulted in an average efficiency growth of 8…16%. The best separation results (Y ≈ 80%) were achieved at qb = 800…1150 kg/m·h, n = 400…500 oscillations/min, and β ≈ 10°. The experiments confirmed the hypothesis that the original sieve design with zigzag-arranged oblong holes activates intralayer processes in both longitudinal and transverse directions, leading to process intensification and improved cleaning performance. The conclusions emphasize that intensification of intralayer processes on flat oscillating sieves is the key factor in improving separation efficiency. The zigzag arrangement of holes ensures a more uniform distribution of the grain layer, enhances impurity removal conditions, and reduces surface overloading. The experimental results are of practical importance for the improvement of grain cleaning machine designs and can be applied in the development of new sieve separators. The proposed technical solution combines simplicity of implementation with high efficiency, confirming its feasibility for industrial application.

Keywords

grain, sieve, holes, separation, efficiency

Full Text:

PDF

References

1. Tishchenko, L. M. (2004). Scientific foundations of vibrocentrifugal separation processes of grain mixtures (Candidate’s thesis). Kharkiv [in Ukrainian].

2. Kotov, B. I., Stepanenko, S. P., & Pastushenko, M. H. (2003). Trends in the development of designs of machines and equipment for cleaning and sorting grain materials. Design, Production and Operation of Agricultural Machines, (33), 53–59 [in Ukrainian].

3. Olshanskyi, V. P. (2017). On the movement of a heterogeneous fine-grained mixture on a flat vibrating sieve. Engineering of Processing and Food Productions, 2(1), 17–22 [in Ukrainian].

4. Bracacescu, C., Gageanu, I., Popescu, S., & Selvi, K. C. (2016). Researches concerning impurities separation process from mass of cereal seeds using vibrating sieves in air flow currents. Engineering for Rural Development, Jelgava, 364–370.

5. Bohomolov, O. V. (2017). Analysis of separator designs for separation of hard-to-separate grain mixtures. Engineering of Processing and Food Productions, (1), 47–51 [in Ukrainian].

6. Zavhorodnii, O. I. (2001). Scientific foundations of processes of cleaning sieve openings of grain cleaning machines (Doctoral thesis). Kharkiv: Kharkiv State Technical University of Agriculture [in Ukrainian].

7. Kotov, B. I., Stepanenko, S. P., & Kalinichenko, R. A. (2007). Theoretical substantiation of grain particle movement on a vibropneumosieve under the action of loosening working bodies. Scientific Bulletin of the National Agrarian University, (115), 112–117 [in Ukrainian].

8. Stepanenko, S. P. (2008). Improving the efficiency of vibropneumatic grain separators (Extended abstract of candidate’s thesis). Hlevakha [in Ukrainian].

9. Stepanenko, S. P. (2005). Analysis of the interaction of a passive loosener with a vibrofluidized grain layer. In Technical and technological aspects of development and testing of new equipment and technologies for agriculture of Ukraine (Vol. 8/22, Book 2, pp. 290–297). Doslidnytske [in Ukrainian].

10. Stepanenko, S. P. (2006). Influence of passive loosener parameters on the efficiency of vibropneumatic grain separation. Proceedings of Tavria State Agrotechnical Academy, (41), 153–160 [in Ukrainian].

11. Stepanenko, S. P., & Kotov, B. I. (2019). Theoretical research of separation process grain mixtures. Tekhnìka Ta Energetika, 10(4), 137–143.

12. Resheto [Sieve]: Patent 82093 Ukraine: IPC B07B 1/00. No. u 2012 14385; filed 17.12.2012; published 25.07.2013, Bulletin No. 14 [in Ukrainian].

13. Resheto with rectangular holes: Patent 55286 Ukraine: IPC B07B 1/00, A01B 76/00. No. u 2010 06635; filed 31.05.2010; published 10.12.2010, Bulletin No. 23 [in Ukrainian].

14. Tishchenko, L. M., Olshanskyi, V. P., Kharchenko, F. M., & Kharchenko, S. O. (2014). Modeling the dynamics of grain mixture during separation on a corrugated sieve of a vibroseparator. Environmental Engineering, 2(2), 134–137 [in Ukrainian].

15. Fadeev’s sieve: Patent 37527 Ukraine: IPC B07B 1/46. No. u 2008 09604; filed 22.07.2008; published 25.11.2008, Bulletin No. 22 [in Ukrainian].

16. Vasylkovskyi, O. M., Leshchenko, S. M., Moroz, S. M., & Nesterenko, O. V. (2020). Towards the creation of the concept of an “ideal” sieve of a grain separator. Design, Production and Operation of Agricultural Machines, (50), 52–58 [in Ukrainian].

17. Vasylkovskyi, O. M. (2001). Development of design and substantiation of parameters of a centrifugal grain sieve separator (Extended abstract of candidate’s thesis). Kirovohrad [in Ukrainian].

18. Vasylkovskyi, O. M., & Machok, Yu. V. (2018). Analysis of methods for intensifying the separation process of grain materials on sieves. In Proceedings of the 5th International Scientific and Technical Conference “Kramarov Readings” (pp. 127–129). Kyiv: NUBiP of Ukraine [in Ukrainian].

19. Luzan, P. H., & Vasylkovskyi, O. M. (1999). New designs of sieve separators. Design, Production and Operation of Agricultural Machines, (27), 123–127 [in Ukrainian].

20. Moroz, S. M., Vasylkovskyi, M. I., & Vasylkovskyi, O. M. (2004). Substantiation of rod diameters of a bar sieve. Collection of Scientific Papers of KNTU. Engineering in Agricultural Production, Mechanical Engineering, Automation, (14), 72–78 [in Ukrainian].

21. Method of intensifying the separation of seed mixtures on sieves with rectangular holes: Patent 84498 Ukraine: IPC B07B 1/00. No. u 2013 04561; filed 11.04.2013; published 25.10.2013, Bulletin No. 20 [in Ukrainian].

22. Method of intensifying the separation of seed mixtures on flat sieves: Patent 50874 Ukraine: IPC B07B 1/00. No. u 2009 13683; filed 28.12.2009; published 25.06.2010, Bulletin No. 12 [in Ukrainian].

23. Method of intensifying the separation of seed mixtures on stamped sieves: Patent 58042 Ukraine: IPC B07B 1/28. No. u 2010 11203; filed 20.09.2010; published 25.03.2011, Bulletin No. 16 [in Ukrainian].

24. Flat sieve: Patent 154304 Ukraine: IPC 01F12/00, B07B13/02. No. u 2023 02258; filed 12.05.2023; published 01.11.2023, Bulletin No. 44 [in Ukrainian].

25. Bazhan, I. M., Vasylkovskyi, O. M., Leshchenko, S. M., & Amosov, V. V. (2024). Intensification of the grain separation process on a flat oscillating sieve with zigzag hole arrangement. Design, Production and Operation of Agricultural Machines, (54), 192–202 [in Ukrainian].

26. Vasylkovskyi, O., Leshchenko, S., Vasylkovska, K., & Petrenko, D. (2016). Researcher’s textbook: Manual for students of agrotechnical specialties. Kharkiv: Machulin [in Ukrainian].

Citations

1. Тіщенко Л. М. Наукові основи процесів вібровідцентрового сепарування зернових сумішей : дис. … канд. техн. наук : 05.05.11. Харків, 2004. 403 с.

2. Котов Б. І., Степаненко С. П., Пастушенко М. Г. Тенденції розвитку конструкцій машин та обладнання для очищення і сортування зерноматеріалів. Конструювання, виробництво та експлуатація с.-г. машин. 2003. Вип. 33. С. 53–59.

3. Ольшанський В. П. Про рух неоднорідної дрібнозернистої суміші по плоскому віброрешету. Інженерія переробних і харчових виробництв. 2017. Т. 2, № 1. С. 17–22.

4. Bracacescu C., Gageanu I., Popescu S., Selvi K. C. Researches Concerning Impurities Separation Process from Mass of Cereal Seeds Using Vibrating Sieves in Air Flow Currents. Engineering for Rural Development. Jelgava, 2016. P. 364–370.

5. Богомолов О. В. Аналіз конструкцій сепараторів для сепарації важкороздільних зернових сумішей. Інженерія переробних і харчових виробництв. 2017. № 1. С. 47–51.

6. Завгородній О. І. Наукові основи процесів очищення отворів решіт зерноочисних машин : автореф. дис. … д-ра техн. наук : 05.05.11. Харків : Харк. держ. техн. ун-т с. г., 2001. 37 с.

7. Котов Б. І., Степаненко С. П., Калініченко Р. А. Теоретичне обґрунтування руху частинки зерна на вібропневморешеті при дії розпушуючих робочих органів. Науковий вісник Національного аграрного університету. 2007. Вип. 115. С. 112–117.

8. Степаненко С. П. Підвищення ефективності вібропневматичних сепараторів зерна : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.05.11. Глеваха, 2008. 21 с.

9. Степаненко С. П. Аналіз взаємодії пасивного розпушувача із віброзрідженим зерновим шаром. Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для с.-г. України: зб. наук. пр. Дослідницьке, 2005. Вип. 8 (22), кн. 2. С. 290–297.

10. Степаненко С. П. Вплив параметрів пасивних розпушувачів на ефективність вібропневматичної сепарації зерна. Праці Таврійської державної агротехнічної академії. 2006. Вип. 41. С. 153–160.

11. Stepanenko S. P., Kotov B. I. Theoretical Research of Separation Process Grain Mixtures. Tekhnìka Ta Energetika. 2019. Т. 10, № 4. P. 137–143.

12. Решето : пат. 82093 Україна : МПК B07B 1/00. № u 2012 14385 ; заявл. 17.12.2012 ; опубл. 25.07.2013, Бюл. № 14.

13. Решето з прямокутними отворами : пат. 55286 Україна : МПК B07B 1/00, A01B 76/00. № u 2010 06635 ; заявл. 31.05.2010 ; опубл. 10.12.2010, Бюл. № 23.

14. Тіщенко Л. М., Ольшанський В. П., Харченко Ф. М., Харченко С. О. Моделювання динаміки зернової суміші при сепарації на рифленому решеті вібросепаратора. Інженерія природокористування. 2014. № 2 (2). С. 134–137.

15. Решето Фадєєва : пат. 37527 Україна : МПК B07B 1/46. № u 2008 09604 ; заявл. 22.07.2008 ; опубл. 25.11.2008, Бюл. № 22.

16. Васильковський О. М., Лещенко С. М., Мороз С. М., Нестеренко О. В. До створення концепції «ідеального» решета зернового сепаратора. Конструювання, виробництво та експлуатація с.-г. машин: загальнодерж. міжвід. наук.-техн. зб. 2020. Вип. 50. С. 52–58.

17. Васильковський О. М. Розробка конструкції та обґрунтування параметрів відцентрового решітного сепаратора зерна : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.05.11. Кіровоград, 2001. 18 с.

18. Васильковський О. М., Мачок Ю. В. Аналіз способів інтенсифікації процесу сепарації зернових матеріалів на решетах. Крамаровські читання: матеріали V Міжнар. наук.-техн. конф. Київ : НУБіП України, 2018. С. 127–129.

19. Лузан П. Г., Васильковський О. М. Нові конструкції решіткових сепараторів. Конструювання, виробництво та експлуатація с.-г. машин: загальнодерж. міжвід. наук.-техн. зб. 1999. Вип. 27. С. 123–127.

20. Мороз С. М., Васильковський М. І., Васильковський О. М. Обґрунтування діаметрів стержнів пруткового решета. Збірник наук. пр. КНТУ. Техніка в с.-г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2004. Вип. 14. С. 72–78.

21. Спосіб інтенсифікації сепарації насіннєвих сумішей на решетах з прямокутними отворами : пат. 84498 Україна : МПК B07B 1/00. № u 2013 04561 ; заявл. 11.04.2013 ; опубл. 25.10.2013, Бюл. № 20.

22. Спосіб інтенсифікації сепарації насіннєвих сумішей на плоских решетах : пат. 50874 Україна : МПК B07B 1/00. № u 2009 13683 ; заявл. 28.12.2009 ; опубл. 25.06.2010, Бюл. № 12.

23. Спосіб інтенсифікації сепарації насіннєвих сумішей на штампованих решетах : пат. 58042 Україна : МПК B07B 1/28. № u 2010 11203 ; заявл. 20.09.2010 ; опубл. 25.03.2011, Бюл. № 16.

24. Плоске решето : пат. 154304 Україна : МПК 01F12/00, B07B13/02. № u 2023 02258 ; заявл. 12.05.2023 ; опубл. 01.11.2023, Бюл. № 44.

25. Бажан І. М., Васильковський О. М., Лещенко С. М., Амосов В. В. Інтенсифікація процесу сепарації зерна на плоскому коливальному решеті із зигзаговидним розташуванням отворів. Конструювання, виробництво та експлуатація с.-г. машин: загальнодерж. міжвід. наук.-техн. зб. 2024. Вип. 54. С. 192–202.

26. Підручник дослідника : навч. посіб. для студентів агротехнічних спеціальностей / О. Васильковський, С. Лещенко, К. Васильковська, Д. Петренко. Харків : Мачулін, 2016. 204 с.

Copyright (©) 2025, Ihor Bazhan