DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.106-114

Synthesis of Twin-Shaft Screw Conveyor Mixers

Ivan Hevko, Roman Rohatynskyi, Andrii Diachun, Taras Dovbush, Anatolii Dovbush, Andrii Nykytiuk

About the Authors

Ivan Hevko, Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Automobiles, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000- 0001-5170-0857, e-mail: gevkoivan1@ukr.net

Roman Rohatynskyi, Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Automobiles, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8536-4599, e-mail: rogatynskyi@gmail.com

Andrii Diachun, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technologies, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1354-9468, e-mail: dyachun_andriy@ukr.net

Taras Dovbush, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Technical Mechanics and Agricultural Machinery, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8354- 7276, e-mail: tarasdowbush@gmail.com

Anatolii Dovbush, Senior Lecturer of the Department of Technical Mechanics and Agricultural Machinery, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6656-9150, e-mail: anatoliydowbush@gmail.com

Andrii Nykytiuk, PhD student in Industrial Mechanical Engineering, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0009-0006-9408-228X, e-mail: knowledgebasis@gmail.com.

Abstract

Twin-shaft screw conveyors are often used to move piece goods, especially in conveyor lines in the food industry when filling various containers, but are also used to transport bulk materials. However, they are also widely used as mixers of loose and viscous materials as twin-shaft screw conveyors-mixers. Therefore, when using twin-shaft screw conveyors-mixers, they can act as conveyors-mixers with the functions of mixing and moving materials, or simply as mixers. To create effective designs of twin-shaft screw conveyor mixers that can provide high mixing uniformity with significant process performance and satisfactory cost, it is advisable to generate their rational variants with subsequent theoretical and experimental research and obtaining the most suitable designs for practical use. The use of morphological analysis in generating alternatives using structural- schematic synthesis ensures the receipt of a significant number of design options for technical solutions, and therefore can be fully applied in generating twin-shaft screw conveyors-mixers. To create twin-shaft screw conveyor mixers, their designs were generated using an improved synthesis method using morphological analysis, which involves the use of expert assessments and the division of individual hierarchical groups into subgroups based on the importance of individual features of structural elements. As a result of an expert assessment of the influence of various factors on the mixing operation of twin- shaft screw conveyor mixers, certain features of the structural elements of these mechanisms, as well as their interconnections, have been established. This ensured the construction of a morphological table of individual features of the structural elements of twin-shaft screw conveyors-mixers, and on its basis, accordingly, a model of the mechanical system "Twin-shaft screw conveyor-mixer". As a result of expert analysis during the implementation of the structural and schematic synthesis of twin-shaft screw conveyors-mixers, the following main morphological features of its structural elements were selected: drive: type, type of movement, direction of movement, quantity, speed; chute design; screw working elements: spiral profile, spiral design, spiral diameter, spiral location; hopper: profile, quantity, location, loading mechanism; unloading mechanism; locomotor mechanism. This made it possible to obtain a significant number of effective variants of technical solutions for twin- shaft screw conveyor mixers with various design features. In particular, design schemes of mixers with different profiles, spiral designs and arrangement of spirals relative to each other. The synthesized designs of twin-shaft screw conveyors-mixers enable extensive research of screw mixing systems with the establishment of their design and technological parameters and the selection of rational designs.

Keywords

morphological analysis, structural-schematic synthesis, twin-shaft, screw, conveyor, mixer, mixing, screw

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 the application of solid organic fertilizers. Visnyk of Dnipropetrovsk State Agrarian University, (2), 170–173 [in Ukrainian].

2. Hevko, I. B., & Huryk, O. Ya. (2002). Determination of dynamic loads in a screw mixer. Visnyk of Lviv Polytechnic National University. Optimization of production processes and technical control in mechanical engineering and instrumentation, (442), 90–93 [in Ukrainian].

3. Hevko, I. B. (2011). Modeling the nature of the load on screw working bodies. Herald of TNTU, 16(1), 69–77 [in Ukrainian].

4. Hevko, I., Liubachivskyi, R., & Dyachun, A. (2012). Synthesis of mixers with screw working bodies. Visnyk of Lviv National Agrarian University. Agroengineering research, (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. Extended abstract of candidate’s thesis. Lutsk [in Ukrainian].

6. Hevko, I. B. (2012). Structural synthesis of impulse safety clutches and screws by morphological analysis method. Herald of TNTU, (3/67), 121–134 [in Ukrainian].

7. Hevko, I. B., Vitrovyi, A. O., & Huryk, O. Ya. (2001). Dynamic model of the process of bulk material transportation by screw conveyor. Agricultural Machines: Collection of Scientific Articles, (8), 72–82. Lutsk [in Ukrainian].

8. Hevko, I. B., & Hud, V. Z. (2019). Synthesis of screw conveyors with technological transformation capabilities and mobile change of material transfer trajectory. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 2(33), 25–33 [in Ukrainian].

9. Hevko, I. B., Dyachun, A. Ye., & Liubachivskyi, R. O. (2012). Structural synthesis of screw conveyors with expanded technological capabilities by the method of morphological analysis. Visnyk of SevNTU: Collection of Scientific Papers. Series: Mechanical Engineering and Transport, (128), 37–41. Sevastopol [in Ukrainian].

10. Hevko, I. B., Liashuk, O. L., & Klendii, V. M. (2014). Synthesis of screw conveyors with flexible working bodies. Visnyk of Lviv National Agrarian University. Agroengineering research, (18), 112–121 [in Ukrainian].

11. Hevko, I. B., Liashuk, O. L., Pik, A. I., Marchuk, N. M., & Marunych, O. P. (2020). Synthesis of screw conveyor- mixers. Agricultural Machines: Collection of Scientific Articles, (45), 35–44. Lutsk [in Ukrainian].

12. Hevko, I., Dovbush, T., Tson, O., Dovbush, A., & Stanko, A. (2021). Synthesis of screw working bodies with elastic surfaces and results of their research. Agricultural Machines: Collection of Scientific Articles, (47), 63– 72. Lutsk [in Ukrainian].

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

14. Dmytriv, D. V., Hevko, I. B., & Levenets, V. B. (2007). Reliability of screw-mixing devices. Agricultural Machines: Collection of Scientific Articles, (16), 62–74. Lutsk [in Ukrainian].

15. Hevko, B. M., Danylchenko, M. H., Rohatynskyi, R. M., 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. Visnyk of Lviv Polytechnic National University. Optimization of production processes and technical control in mechanical engineering and instrumentation, (412), 84–91 [in Ukrainian].

17. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., Liashuk, O. L., Hud, V. Z., Dyachun, A. Ye., Melnychuk, A. L., & Slobodian, L. M. (2019). Promising screw conveyors: design, calculation, research. Ternopil: FOP Palianytsia 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, (5), 207–217. Lutsk [in Ukrainian].

19. Rohatynskyi, R. O., Hevko, I. B., & Rohatynska, L. R. (2013). Optimization of parameters of screw transport- technological systems. Herald of TNTU, (1/69), 116–125 [in Ukrainian].

20. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., & Dyachun, A. Ye. (2014). Scientific and applied foundations of creating screw transport-technological mechanisms. Ternopil: TNTU named after I. Puliui [in Ukrainian].

21. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., & Dmytriv, D. V. (2000). Modeling the operation of a small-sized blade-screw mixer. Agricultural Machines: Collection of Scientific Articles, (6), 129–135. Lutsk [in Ukrainian].

22. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., Dmytriv, D. V., Hud, V. Z., & Dmytriv, O. R. (2020). Modeling the mixing of components by screw conveyor-mixers. Agricultural Machines: Collection of Scientific Articles, (45), 84–93. Lutsk [in Ukrainian].

23. Hevko, I. B., Dyachun, A. Ye., Hud, V. Z., Rohatynska, L. R., & Klendii, V. M. (2015). Investigation of the stability of the torsorial vibrations of a screw conveyor under the influence of pulse forces. INMATEH – Agricultural Engineering, 45(1), 77–86.

24. Hevko, I. B., Liashuk, O. L., Leshchuk, R. Y., Rohatynska, L. R., & Melnychuk, A. L. (2016). Investigation of the radius of bending for flexible screw sectional conveyors. INMATEH – Agricultural Engineering, 48(1), 35–42.

25. Lyashuk, O., Rohatynskyi, R., Hevko, I., Dmytriv, O., Tson, O., Tkachenko, I., Sokol, M., Leshchuk, R., & Kobelnyk, V. (2023). Investigation of bulk material transportation by screw conveyor with hinge-pan operating device. Key Engineering Materials. Engineering Materials, Devices and Equipment, 948, 169–182. Trans Tech Publications Ltd, Switzerland.

26. Hud, V., Rohatynskyy, R., Hevko, I., 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, 60(1), 29–36.

27. Lyashuk, O. L., Hevko, I. B., Hud, V. Z., Tkachenko, I. G., Hevko, O. V., Sokol, M. O., Tson, O. P., Kobelnyk, V. R., Shmatko, D. Z., & Stanko, A. I. (2022). Research of non-resonant oscillations of the “telescopic screw– fluid medium” system. INMATEH – Agricultural Engineering, 68(3), 499–510.

28. Hud, V., Hevko, I., Lyashuk, O., Hevko, O., Sokil, M., & Shust, I. (2020). Research of resonance vibrations of the system “Telescopic screw–bulk medium” caused by torsional vibrations. Karaganda, 2(98), 119–126.

29. Hevko, I., Lyashuk, O., Sokil, M., Slobodian, L., Hud, V., & Vovk, Yu. (2019). Resonant oscillation of vertical working part of conveyor-loader. Karaganda State University Publishing House, 2(94), 73–81.

30. Hud, V., Hevko, I., Lyashuk, O., 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), 870. https://doi.org/10.3390/agriculture13040870.

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. Т. 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. … 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. Вип. 8. Луцьк, 2001. 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. Сер. 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. Вип. 45. Луцьк, 2020. С. 35–44.

12. Гевко І., Довбуш Т., Цьонь О., Довбуш А., Станько А. Синтез гвинтових робочих органів із еластичними поверхнями та результати їх досліджень. Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. Вип. 47. Луцьк, 2021. С. 63–72.

13. Гнучкі гвинтові конвеєри: проектування, технологія виготовлення, експериментальні дослідження : монографія / Гевко І. Б., Лещук Р. Я., Гудь В. З., Дмитрів О. Р., Дубиняк Т. С., Навроцька Т. Д., Круглик О. А. 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. Вип. 16. Луцьк, 2007. С. 62–74.

15. Механізми з гвинтовими пристроями : монографія / 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. 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 : монографія. 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. Вип. 5. Луцьк, 1999. 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 ім. І. 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. Вип. 6. Луцьк, 2000. 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. Вип. 45. Луцьк, 2020. 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. 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. 2016. Vol. 48, № 1. P. 35–42.

25. Lyashuk O., Rohatynskyi R., Hevko I., Dmytriv O., Tson O., Tkachenko I., Sokol M., Leshchuk R., Kobelnyk V. 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. P. 169–182.

26. Hud V., Rogatynskyy R., Hevko I., Lyashuk O., Pic A., Huryk O. Research in resonant oscillations of the telescopic screw–granular media system caused by external periodic forces. INMATEH – Agricultural Engineering. 2020. Vol. 60, № 1. P. 29–36.

27. Lyashuk O. L., Hevko I. B., Hud V. Z., Tkachenko I. G., Hevko O. V., Sokol M. O., Tson O. P., Kobelnyk V. R., Shmatko D. Z., Stanko A. I. Research of non-resonant oscillations of the "telescopic screw–fluid medium" system. INMATEH – Agricultural Engineering. 2022. Vol. 68, № 3. P. 499–510.

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

29. Hevko I., Lyashuk O., Sokil M., Slobodian L., Hud V., Vovk Yu. Resonant oscillation of vertical working part of conveyer-loader. Karaganda State University Publishing House. 2019. № 2 (94). С. 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. P. 870. DOI: 10.3390/agriculture13040870.

Copyright (©) 2025, Ivan Hevko, Roman Rohatynskyi, Andrii Diachun, Taras Dovbush, Anatolii Dovbush, Andrii Nykytiuk