Results of numerical modelling of the process of separation of seed material of small-seeded crops on a cylindrical cell trier

Abstract

Актуальність даного дослідження зумовлена необхідністю збільшення кількості високоякісного насіннєвого матеріалу дрібнонасіннєвих культур, чого неможливо досягти без важливого процесу сепарації. В основі сепарації лежать техніко-технологічні принципи сепарації насіннєвого матеріалу в залежності від відмінностей фізико-механічних властивостей окремих компонентів насіннєвого матеріалу. Для відокремлення насіння за довжиною використовуються циліндричні трієри. Мета дослідження шляхом чисельного моделювання виявити теоретичні закономірності зміни технологічних параметрів сепарації насіннєвого матеріалу дрібнонасіннєвих культур від структурно-режимних параметрів циліндричного висівотруювача. Рішення поставлених задач реалізовано в програмі STAR-CCM+ на основі методу скінченних елементів. Враховуючи фізико-механічні властивості посівного матеріалу, в результаті дослідження отримано візуалізацію процесу сепарації залежно від досліджуваних факторів: частоти обертання циліндра трієра, діаметра циліндра, кількості насіння та домішки в насіннєвій суміші. За результатами моделювання отримано залежність відносного вмісту домішок ε від досліджуваних факторів у вигляді рівнянь регресії другого порядку. За допомогою програми Mathematica вирішено компромісну задачу, яка полягає в мінімізації мультиплікативної функції критеріїв дослідження, та знайдено раціональні конструктивно-технологічні параметри трієрного сепаратора. Матеріал роботи розрахований на науковців, аспірантів, конструкторів сільськогосподарських машин, студентів, спеціалістів сільськогосподарського виробництва.

The relevance of this study is conditioned upon the need to increase the amount of high-quality seed material of small-seeded crops, which cannot be achieved without an important process of separation. The separation is based on technical and technological principles of separation of seed material, depending on the differences in physical and mechanical properties of individual components of seed material. Cylindrical triers are used to separate seeds according to their length. The purpose of the study was to find the theoretical regularities of changes in the technological parameters of separation of the seed material of small-seeded crops from the structural and mode parameters of a cylindrical seed trier by numerical modelling. The solution of the set problems was implemented in the STAR-CCM+ programme based on the finite element method. Considering the physical and mechanical properties of the seed material, as a result of the study, a visualisation of the separation process was obtained depending on the research factors: the rotation frequency of the trier cylinder, the diameter of the cylinder, and the number of seeds and impurities in the seed mixture. According to the simulation results, the dependence of the relative content of impurities ε on factors under study was obtained in the form of second-order regression equations. Using the Mathematica programme, a compromise problem was solved, which lies in minimising the multiplicative function of the research criteria, and the rational constructive and technological parameters of the trier separator were found. The material of this paper is intended for scientists, graduate students, designers of agricultural machinery, students, and specialists in agricultural production.