Науково обгрунтовано енергоощаджувальні процеси сепарації сипких сумішей шляхом спрямованої зміни траєкторій переміщення частинок у робочому органі сепаратора. Розроблено математичні моделі руху частинок, поперечні перерізи яких апроксимовано кривими четвертого порядку, по вібруючих неперфорованих поверхнях і знайдено оптимальні режими сепарації цих частинок на віброфрикційному сепараторі. Розроблено теоретичні засади руху частинок за умови мінімальних втрат енергії на перекочування за рахунок досягнення еквидистантного положення центра мас відносно опорної поверхні. З використанням теорії пружності одержано співвідношення, які дозволяють скорегувати величину коефіцієнта відновлення швидкості під час удару для зернинок зі слабозчепленою оболонкою. Розроблено засади теорії руху частинки, що обертається у повітряному потоці, в якій, крім сил лобового опору, враховано силу Магнуса. Це дозволило створити блочно-модульні віброфрикційні сепаратори, сепаратори з профілями найменшого опору, багатоярусні ударні, гіраційні та впровадити їх у виробництво.

Математично змодельовано сепарацію зерна через щілинні отвори між розгінними ділянками розподільного конуса дробарки прямого удару та виявлення умов його виділення в щілинній отвір.

Запропоновано наближений спосіб розрахунку гармонічних коливань колової швидкості в кільцевому шарі вібророзрідженої зернової суміші, що виникають за нерівномірного обертання вертикального циліндричного решета з періодичною зміною його кутової швидкості.

Получена математическая модель процесса расслоения зерновой смеси, которая движется по наклонной воздухопроницаемой поверхности типа "чешуйчатое" решето. В модели учтены конструктивные параметры чешуйчатой поверхности, подача зернового материала и воздушного потока.

Обоснованы пути построения уравнений динамики зерновых смесей на виброрешетах в трехмерном виде. Определены начальные и краевые условия; приняты допущения, учитывающие структурность решет и пузырьковость псевдоожиженной зерновой смеси.

Приведено математичний опис процесу зміни форми профілю отворів сепаруючого решета. Запропоновано величину зношування оцінювати втратою площі тіла, що утворюється між двома суміжними профілями отвору. Виходячи з рівності величин площ зношування за однакові проміжки наробітку, встановлено рівносповільнений характер переміщення профілей, який виявляє тенденцію до формування отворів природного зношування.

Проаналізовано особливості зношування отворів сепаруючих решіт подрібнювальних і сортувальних машин. Пропонується загальну величину зношування розглядати як накопичувальний процес втрати матеріалу і форми отворів. Приведено математичний опис процесу зміни форми профілю отворів сепаруючого решета. Пропонується величину зношування оцінювати втратою площі тіла, що утворюється між двома суміжними профілями отвору. Виходячи з рівності величин площ зношування за однакові проміжки наробітку, встановлено рівносповільнений характер переміщення профілей, який виявляє тенденцію до формування отворів природного зношування.

Названим методом побудовано наближені розв'язки нелінійного диференціального рівняння усталеного осесиметричного руху шару вібророзрідженої зернової суміші по циліндричному решету вертикальної віброцентрифуги. При виведенні диференціального рівняння руху було використано нелінійну реологічну залежність типу Севіджа, між дотичним напруженням і швидкістю деформацій зсуву. Запропоновано два варіанти розрахункових формул для обчислення швидкості потоку та об'ємної продуктивності решета, які грунтуються на різних апроксимаціях розподілу швидкості по товщині рухомого шару суміші. У ході порівнянь максимальних значень швидкості встановлено задовільну узгодженість результатів, до яких призводять запропоновані наближені розв'язки та числовий розв'язок крайової задачі на комп'ютері.

Представлены результаты экспериментальных исследований эффективности процесса сепарирования зерновых смесей плоскими вибрационными решетами с рыхлителями. Разрыхлители выполнены в виде ребер и рифлей и установлены на поперечных перемычках рабочей поверхности решета. При вибрациях решета, ребра и рифли разрыхляют зерновую смесь, увеличивают пористость и скорость послойного движения, что интенсифицирует сегрегацию и процесс сепарирования. Исследования проведены на лабораторном вибрационном сепараторе на очистке зерновых смесей пшеницы и ячменя. Установлено влияние конструктивных параметров разрыхлителей, удельных загрузок решета, размеров проходовых частиц на эффективность сегрегации. Для паспортных режимов работы вибрационных сепараторов обоснованы конструктивные параметры разрыхлителей. Установлено, что применение разработанных разрыхлителей интенсифицирует процесс сегрегации и повышает его эффективность на 30 %. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов исследования процесса сегрегации. Удельная производительность вибрационного сепаратора с разработанными решетами на очистке семенного и продовольственного зерна возросла на 20 - 25 %.

З використанням квадратичної реологічної залежності типу Севіджа описано усталений рух шару дрібнозернистої суміші змінної пористості по плоскому віброрешету, що нахилене до горизонту. При цьому розподіл питомої маси по висоті рухомого шару апроксимовано квадратним трьохчленом, у якого коефіцієнти залежать від амплітуди і частоти коливань віброрешета, а також від механічних властивостей зерносуміші. У виразах коефіцієнтів є множник, яким врахована наявність на поверхні решета інтенсифікаторів процесу сегрегації (ребер, рифлів, тощо). Завдяки вказаній апроксимації вдалося аналітичним способом розв'язати складене нелінійне диференціальне рівняння руху першого порядку. Розв'язок подано у вигляді квадратури, яка не виражається в замкненій формі через відомі функції. Тому запропоновано два варіанти наближеного обчислення інтеграла. Перший варіант грунтується на розкладанні підінтегральної функції в степеневий ряд і замінні ряду його частковою сумою. У другому варіанті через елементарні функції виражена головна частина інтеграла, а додаткова частина (нев'язка) знайдена наближено по формулі Сімпсона. У такий спосіб виведено наближені розрахункові формули для обчислення швидкості зернопотоку, продуктивності віброрешета і питомого його завантаження. Досліджено вплив різних чинників, зокрема реологічних сталих, на розрахункові кінематичні характеристики зернопотоку. Проведено порівняння числових результатів, до яких призводить запропонований спосіб розрахунку, з надрукованими в літературі. Встановлено гарну відповідність числових результатів, одержаних різними методами, чим підтверджена вірогідність виведених розрахункових формул. На відміну від відомих досліджень, розроблена модель не потребує числового інтегрування диференціальних рівнянь другого порядку при розрахунках кінематичних характеристик зернопотоку по нахиленому віброрешету.

Виведено нелінійне диференціальне рівняння першого порядку, яке описує усталений вертикальний рух шару віброзрідженої дрібнозернистої суміші по внутрішній поверхні циліндричного решета віброцентрифуги, що обертається зі сталою кутовою швидкістю навколо вертикальної вісі. В основу рівняння покладено нелінійну квадратично-полігональну залежність дотичного напруження в суміші від швидкості деформації зсуву. Припущено, що реологічні сталі в цій залежності параметрично пов'язані з фізико-механічними характеристиками зерносуміші та характеристиками механічних коливань віброцентрифуги. Додатково до рівняння сформульовано крайову умову. Вона виражає відсутність ковзання суміші по поверхні віброрешета. Одержано аналітичний розв'язок поставленої крайової задачі у вигляді квадратури, яка не виражається через елементарні або затабульовані спеціальні функції. Тому для обчислення квадратури (або швидкості потоку) запропоновано два наближених способи, які грунтуються на відомій в інтегральному численні формулі Сімпсона. У першому способі названа формула безпосередньо застосовується для обчислення інтеграла, а в другому додатково проведено попередню апроксимацію підінтегральної функції, завдяки чому основна частина інтеграла виражається окремим доданком у аналітичному вигляді. Показано, що другий спосіб обчислень більш точний, ніж перший. Його похибка не перевищує десятих долей відсотка, що встановлено порівнянням наближених і точних результатів, одержаних числовим комп'ютерним інтегруванням. Ефективне використання формули Сімпсона можливе завдяки відносно малій товщині рухомого шару зерносуміші. Наведено перелік останніх публікацій, де раніше в континуальних моделях руху сипкого матеріалу використовували квадратичну реологічну залежність. Сформульована мета дослідження, яка полягає а виведенні компактних формул для наближеного обчислення швидкості усталеного зернопотоку на поверхні циліндричного решета віброцентрифуги. В результаті проведених розрахунків досліджено вплив товщини рухомого шару та реологічних сталих на швидкість потоку зерносуміші.

Розглянуто установлений потік шару сепарованої зерносуміші на плоскому віброрешеті, нахиленому до горизонту. Прийнята нелінійна реологічна залежність типу Севіджа між дотичним напруженням у суміші та швидкістю деформацій зсуву. Побудовано замкнутий аналітичний розв'язок нелінійного диференціального рівняння руху, внаслідок чого одержано компактні розрахункові формули для обчислення швидкості потоку суміші та об'ємної продуктивності решета. З метою спрощення експериментів при визначенні реологічних констант математичної моделі, побудовано також аналітичний розв'язок оберненої задачі руху. Цей розв'язок надає можливість проводити ідентифікацію констант за даними вимірювань кінематичних параметрів потоку суміші для двох кутів нахилу решета до горизонту.

В межах континуальної гідродинамічної моделі виведено замкнені формули для обчислення швидкості зернопотоку та продуктивності віброрешета (по сходовій фракції), у припущенні, що розподіл питомої маси за товщиною шару дрібнозернистої суміші залежить від швидкості руху її шарів. Складено лінійне диференціальне рівняння другого порядку для швидкості руху суміші та побудовано його аналітичний розв'язок в елементарних функціях. Інтегруванням виведено також формули для розрахунку середньої швидкості сталого зернопотоку і масової продуктивності віброрешета. Одержані теоретичні результати узагальнено на випадок, коли у вібророзрідженій суміші, окрім в'язкого опору зсуву, наявне ще й залишкове внутрішнє сухе тертя. Показано, що у граничному випадку, без урахування зміни пористості, виведені формули переходять у відомі залежності, одержані раніше для однорідних сумішей на підставі гідродинамічної моделі руху. На числових прикладах проаналізовано вплив значень реологічних констант на розподіл пористості та на розрахункові кінематичні характеристики зернопотоку.

Определены направления решений уравнений динамики пузырьковых псевдоожиженных зерновых смесей на виброрешетах в трехмерном виде.

Розглянуто питання удосконалення процесу сепарації зернових сумішей за пружними та аеродинамічними властивостями. Обгрунтовано новий спосіб сепарації зернових сумішей за сукупністю цих властивостей та запропоновано технічне рішення для реалізації способу у вигляді вібропневмоударного сепаратора.

Проаналізовано принципи аналізу та сепарації зернових сумішей, що засновані на відмінності фізико-механічних властивостей компонентів і питомі витрати енергії на процес сепарації зерноочисних машин. Запропоновано схему алгоритму аналізу та сепарації зернових сумішей традиційними засобами сепарації та схему алгоритму аналізу та сепарації важкороздільних зернових сумішей засобами сепарації, розробленими в останній час.

Розглянуто питання пошуку шляхів удосконалення конструкції гравітаційного ударного сепаратора. Запропоновано нове технічне рішення, яке забезпечує підвищення якості сепарації за рахунок збільшення кількості ударів зерна об відбивні поверхні, та підвищення продуктивності удвічі за рахунок подачі суміші на кожний скат відбивної поверхні.

Розглянуто питання удосконалення процесу сепарації зернових сумішей за пружними та аеродинамічними властивостями. Обгрунтовано новий спосіб сепарації зернових сумішей за сукупністю цих властивостей та запропоновано технічне рішення для реалізації способу у вигляді вібропневмоударного сепаратора.

Проаналізовано принципи аналізу та сепарації зернових сумішей, що засновані на відмінності фізико-механічних властивостей компонентів і питомі витрати енергії на процес сепарації зерноочисних машин. Запропоновано схему алгоритму аналізу та сепарації зернових сумішей традиційними засобами сепарації та схему алгоритму аналізу та сепарації важкороздільних зернових сумішей засобами сепарації, розробленими в останній час.

Розглянуто питання пошуку шляхів удосконалення конструкції гравітаційного ударного сепаратора. Запропоновано нове технічне рішення, яке забезпечує підвищення якості сепарації за рахунок збільшення кількості ударів зерна об відбивні поверхні, та підвищення продуктивності удвічі за рахунок подачі суміші на кожний скат відбивної поверхні.