Механічна модель процесу відокремлення гранул перги у роторному екстракторі
DOI:
https://doi.org/10.31359/2311-441X-2025-27-140Ключові слова:
перга, роторний екстрактор, ударна взаємодія, механічна модель, контакт Герца, сила удару, критерій руйнування.Анотація
У роботі представлено механічну модель ударної взаємодії між молотком ротора та восковими комірками стільників у процесі відокремлення гранул перги. Розроблено аналітичну залежність для визначення максимальної сили удару Pmax через імпульс сили, масу молотка, швидкість обертання ротора та тривалість контакту. Запропоновано критерій селективного руйнування воску при збереженні цілісності гранул перги, який базується на співвідношенні границь міцності матеріалів. Визначено оптимальний діапазон кутової швидкості ротора (ω=30–45 с−1) та геометричні параметри молотків (радіус заокруглення 2–3 мм), що забезпечують ефективне вилучення перги без її пошкодження. Проведено аналіз обмежень моделі: відсутність тертя, локальний характер деформації, одночасність контактів, необхідність уточнення параметрів k та pk при зміні вологості чи температури. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації конструкцій роторних екстракторів і підвищення ефективності технологій механічного вилучення перги.
Посилання
1. Dranca F., Ursachi F., Oroian M. Bee bread: Physicochemical characterization and phenolic content extraction optimization. Foods, 2020, 9(10), 1358. https://doi.org/10.3390/foods9101358
2. Poyraz F., et al. Characterization of bee bread produced with defined starter cultures: Physicochemical, microbial and nutrition profiles. Fermentation, 2023, 9(2), 174. https://doi.org/10.3390/fermentation9020174
3. Ilie C.I., et al. Bee bread: A promising source of bioactive compounds and antimicrobial properties. Antioxidants, 2024, 13(3), 353. https://doi.org/10.3390/antiox13030353
4. Bakour M., Fernandes Â., Barros L., Soković M., Ferreira I.C.F.R., Badiaa L. Bee bread as a functional product: chemical composition and bioactive properties. LWT – Food Science and Technology, 2019, 109, 276–282. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.02.008
5. Margaoan R., et al. Bee collected pollen and bee bread: bioactive constituents and health benefits. Antioxidants, 2019, 8(12), 568. https://doi.org/10.3390/antiox8120567
6. Kharchenko S., et al. Modeling of bee-bread drying process. Engineering for Rural Development, 2020, 19, 445–449. https://doi.org/10.22616/ERDev.2020.19.TF100
7. Svečnjak L., et al. Standard methods for Apis mellifera beeswax research. Journal of Apicultural Research, 2019, 58(3), 345–358. https://doi.org/10.1080/00218839.2019.1571556
8. Morgan J., Davies H. Measurement of physical and mechanical properties of beeswax as a function of temperature. Journal of Experimental Biology and Agricultural Sciences, 2002, 40(5), 367–372. https://doi.org/10.1179/026708302225001714
9. Fratini F., Cilia G., Turchi B., Felicioli A. Beeswax: a minireview of its antimicrobial activity and application. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine, 2016, 9(8), 839–843. https://doi.org/10.1016/j.apjtm.2016.07.003
10. Luo X., et al. Processing technologies for bee products: an overview of bee bread as functional product. Frontiers in Nutrition, 2021, 8, 727181. https://doi.org/10.3389/fnut.2021.727181
Lankarani H.M., Nikravesh P.E. Continuous contact force models for impact analysis in multibody systems. Nonlinear Dynamics, 1994, 5(2), 193–207. https://doi.org/10.1007/BF00045676
11. Skrinjar L., Slavič J., Boltežar M. A review of continuous contact-force models in multibody dynamics. International Journal of Mechanical Sciences, 2018, 145, 171–187. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.07.010
12. Zhang J., Li W., Zhao L., He G. A continuous contact force model for impact analysis in multibody dynamics. Mechanism and Machine Theory, 2020, 153, 103946. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2020.103946
13. Khulief Y.A., Radkowski S. Modeling of impact in multibody systems: An overview. ASME Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, 2013, 8(2), 021012. https://doi.org/10.1115/1.4006202
14. Rangel R.V. Prediction of impact forces using Hertzian contact theory. International Journal of Impact Engineering, 1990, 4(4), 287–284. https://doi.org/10.1016/0888-3270(90)90009-A
15. Chen W., et al. Study on modeling and validation of an improved contact force model based on Hertz theory in multibody impact dynamics. Journal of Mechanical Science and Technology, 2025, 39(2), 1863–1874. https://doi.org/10.1007/s12206-025-0804-2
16. Perret-Liaudet J., Rigaud E. Response of an impacting Hertzian contact to an order-2 subharmonic excitation: Theory and experiments. Journal of Sound and Vibration, 2006, 296(1-2), 319-333. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2006.03.004
17. Warzecha M. An investigation of compliant contact force models applied for analysis of simultaneous, multi-zone impacts of particles. Computational Particle Mechanics, 2024, 11(1), 1–27. https://doi.org/10.1007/s40571-023-00606-w
18. Cao D., Yang Y., Chen H., Wang D., Jiang G., Li C., Zhao K. A novel contact force model for the impact analysis of structures with coating and its experimental verification. Mechanical Systems and Signal Processing, 2016, 70, 1056–1072. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2015.08.016
19. Tian Q., Flores P. A comprehensive survey of analytical, numerical, and experimental methodologies for dynamics of multibody mechanical systems with clearance or imperfect joints. Mechanism and Machine Theory, 2018, 122, 1–57. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.12.002
20. Can Z., Gıdık B., Kara Y., Kolaylı S. Antioxidant activity and phenolic content of bee breads from different regions of Türkiye by chemometric analysis (PCA and HCA). European Food Research and Technology, 2024, 250, 2961–2971. https://doi.org/10.1007/s00217-024-04597-7
21. Aylanc V., Falcão S.I., Vilas-Boas M. Bee pollen and bee bread nutritional potential: Chemical composition and macronutrient digestibility under in vitro gastrointestinal system. Food Chemistry, 2023, 413, 135597. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.135597
22. Kolayli S., Okumus G.Y., Kara Y., Demir Kanbur E., Can Z., Ozkok A., Samanci A.E.T. Bee bread from Anatolia: its chemical composition, phenolic and aromatic profiles, and antioxidant properties. Journal of Apicultural Research, 2025, 64(3), 944–958. https://doi.org/10.1080/00218839.2024.2352319
23. Kharchenko S., Samborski S., Al Afif R., Kharchenko F., Kłonica M., Piven M. Development of a methodology for assessing mechanical damage in biological objects: Impact parameters and micro-damage analysis. Materials, 2025, 18(9), 2075. https://doi.org/10.3390/ma18092075
24. Mandal M.K., et al. High speed impact on granular media: Force scaling and acoustic pulses. Soft Matter, 2024, 20(3), 541–553. https://doi.org/10.1039/d3sm01410j
25. Carlos D.M., Almeida F., Carneiro J.R., Lopes M.d.L. Influence of mechanical damage under repeated loading on the resistance of geogrids against abrasion. Materials, 2021, 14(13), 3544. https://doi.org/10.3390/ma14133544
26. Goldman D.I., Umbanhowar P.B. Scaling and dynamics of sphere and disk impact into granular media. Physical Review E, 2008, 77(2), 021308. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.77.021308
27. Krizou N., Clark A.H. Power-law scaling of early-stage forces during granular impact. Physical Review Letters, 2020, 124(17), 178002. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.178002
28. Molenda J., Horabik M. Mechanical properties of granular materials and their impact on load distribution in silos: A review. Scientia Agriculturae Bohemica, 2015, 46(1), 1–9. https://doi.org/10.1515/sab-2015-0001
29. Ding S., Hu Y., Jian B., Zhang Y., Xia R., Hu G. A review and comparative analysis of normal contact force models for viscoelastic particles. International Journal of Impact Engineering, 2024, 189, 104968. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2024.104968
31. Flores P., Machado M., Silva M.T., Martins J.M. On the continuous contact force models for soft materials in multibody dynamics. Multibody System Dynamics, 2011, 25(3), 357–375. https://doi.org/10.1007/s11044-010-9237-4
32. Wang Q., Tian Q., Hu H. Dynamic simulation of frictional multi-zone contacts of thin beams. Nonlinear Dynamics, 2015, 83(4), 1783–1798. https://doi.org/10.1007/s11071-015-2456-8
33. Abd-Elhady M.S., Rindt C.C.M., van Steenhoven A.A. Force propagation speed in a bed of particles due to an incident particle impact. Advanced Powder Technology, 2010, 21(2), 150–164. https://doi.org/10.1016/j.apt.2009.11.009
34. Сиромятников Ю. М., Сиромятніков П. С., Харченко О. М., Бєлих О. В. Огляд сучасних підходів до вдосконалення технологій витоплення бджолиного воску: технічні рішення та інженерні перспективи. Технічний сервіс агропромислового, лісового та транспортного комплексів, 2025, № 26, с. 45–88. https://doi.org/10.64165/journal-ts.2025.26.45-88
35. Сиромятников Ю. М., Шабля В. П., Харченко О. М., Бєлих О. В. Біологічний контроль вароозу за допомогою мікробних препаратів: інноваційні підходи в екологічному бджільництві. Свинарство і агропромислове виробництво, 2024, № 4(82), с. 80–93. https://doi.org/10.37143/2786-7730-2024-4(82)6
36. Шабля В. П., Сиромятников Ю. М. Відновлення напрямку бджільництва в Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства, 2021, № 211 («Інноваційне, технічне та технологічне забезпечення галузі тваринництва»), с. 106–108.
