Design and structural analysis of an innovative grain dryer frame with integrated mass measurement

• Autorzy: Łykowski Wiktor , Gierz Łukasz , Berdychowski Maciej , Modrzejewska-Sikorska Anna , Javorova Juliana

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.0609

Warianty tytułu

PL

Projekt i analiza wytrzymałościowa ramy nośnej innowacyjnej suszarni do ziarna z systemem pomiaru masy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Seeds of crops such as rapeseed, corn, and sunflowers require post-harvest drying for proper storage. Inadequate seed moisture leads to the development of bacteria and fungi. Excessively high seed moisture content promotes the growth of microorganisms, including bacteria and fungi, while excessively low moisture content reduces seed viability. The average moisture content of corn during harvest is up to 35%, in the case of rapeseed, 12%, and in the case of wheat – 18%, while the recommended moisture content for grain storage is 14% for corn, 6% for rapeseed, and 14% for wheat. Mobile and stationary dryers are available on the market and can be used as flow or batch dryers. The work aims to develop an innovative concept of a dryer with strain gauge measurement of the mass of dried material and to analyze the strength of its main frame. The dryers available on the market do not have scales that could control weight loss. The project included the analysis of commercialized and available solutions on the market, the development of a 3D CAD model of the entire dryer with a hopper of 8 m3, and an analysis of the strength of the dryer's main frame using the finite element method. SolidWorks was utilized for 3D modeling and the subsequent FEM strength analysis. The results of the FEM analysis demonstrate the structural integrity of the dryer, suggesting its feasibility for commercial production.

PL

Nasiona roślin uprawnych, takich jak rzepak, kukurydza i słonecznik, wymagają suszenia po zbiorach w celu właściwego przechowywania. Niewystarczająca wilgotność nasion prowadzi do rozwoju bakterii i grzybów. Z kolei nadmierna wilgotność zwiększa zawartość szkodliwych mikrotoksyn fuzaryjnych. Średnia wilgotność kukurydzy podczas zbioru wynosi do 35%, w przypadku rzepaku 12%, a pszenicy 18%, podczas gdy zalecana wilgotność do przechowywania ziarna wynosi 14% dla kukurydzy, 6% dla rzepaku i 14% dla pszenicy. Na rynku dostępne są suszarnie mobilne i stacjonarne, które mogą być wykorzystywane jako suszarnie przepływowe lub porcjowe. Celem pracy jest opracowanie innowacyjnej koncepcji suszarni z pomiarem masy suszonego materiału za pomocą tensometru oraz analiza wytrzymałości jej głównej ramy. Dostępne na rynku suszarnie nie posiadają wag umożliwiających kontrolę ubytku masy. W ramach projektu przeanalizowano dostępne i skomercjalizowane rozwiązania, opracowano model 3D CAD całej suszarni z zasobnikiem o pojemności 8 m³ oraz przeprowadzono analizę wytrzymałości głównej ramy suszarni metodą elementów skończonych. Model 3D i analiza wytrzymałościowa zostały wykonane w programie SolidWorks. Opracowana suszarnia ma dużą szansę na komercjalizację. Wyniki analizy elementów skończonych wykazują integralność strukturalną suszarki, co sugeruje, że może być komercyjnie produkowana.

Słowa kluczowe

EN

grain dryer; MES; strain gauge system; grain storage; frame analysis

PL

obliczeniowa dynamika płynów; CFD; aerodynamika; tunel aerodynamiczny

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONBiN
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 55, iss.1
• Strony: 17--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Łykowski Wiktor

• Poznan University of Technology (Politechnika Poznańska), Poland

• https://orcid.org/0009-0008-4335-9634

autor

Gierz Łukasz

• Poznan University of Technology (Politechnika Poznańska), Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4040-5718

autor

Berdychowski Maciej

• Poznan University of Technology (Politechnika Poznańska), Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2945-7421

autor

Modrzejewska-Sikorska Anna

• Poznan University of Technology (Politechnika Poznańska), Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2071-564X

autor

Javorova Juliana

• University of Chemical Technology and Metallurgy, Bulgaria

• https://orcid.org/0000-0002-2234-0263

Bibliografia

• 1. P.K. Bereś and G. Pruszczyński, „Ochrona kukurydzy przed szkodnikami w produkcji integrowanej,” Acta Scientiarum Polonorum (Agricultura), vol. 7(4), pp. 19-32, 2008.
• 2. A. Muzalewski, Zasady dobory maszyn rolniczych w ramach PROW na lata 2014-2020, Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Oddział w Warszawie, Warszawa 2015, [accessed 16.12.2024], Available: https://www.gov.pl/web/arimr/vii-narzedzia-pomocnicze
• 3. X. Zhu, R. Chi, and Y. Ma, “Effects of Corn Varieties and Moisture Content on Mechanical Properties of Corn”, Agronomy, vol. 13(2) 545, 2023.
• 4. A. Manandhar, P. Milindi, and A. Shah, “An Overview of the Post-Harvest Grain Storage Practices of Smallholder Farmers in Developing Countries,” Agriculture, vol. 8(4) 57, 2018.
• 5. PN-EN ISO 6540:2010. Corn - Determination of moisture (crushed and whole grain), Polish Committee for Standardization, Warsaw, Poland (Original title in Polish: Kukurydza – Oznaczanie wilgotności (rozdrobnionego i całego ziarna) Warszawa Polski Komitet Normalizacyjny).
• 6. A.N. Hussain, Z.S. Al-Sagar, M.K.A. Al-Tamimi, M. Abid, Q. Hassan, and K.S. Al-Abbooda, “Comparison of using photovoltaic system and diesel generator to feed the desired load,” 4th International Iraqi Conference on Engineering Technology and Their Applications (IICETA), 60-65, 2021.
• 7. K. Tucki, O. Orynycz,, A. Wasia, A. Świć, and J. Wichłacz, “The impact of fuel type on the output parameters of a new biofuel burner,” Energies, vol. 12(7) 1383, 2019.
• 8. Deutsches Institut für Normung e.V. DIN 1026-1: Hot rolled steel channels - Part 1: Dimensions and sectional properties. Berlin, Germany: DIN, 2000.
• 9. M.E. Niezgodziński and T. Niezgodziński, Patterns, charts and strength tables, WNT, Warszawa (in Polish), 2004.
• 10. A. Makhrojan, S.S. Budi, J. Jamari, A. Suprihadi, and R. Ismail, “Strength analysis of monocoque frame construction in an electric city car using finite element method,” in Proceedings of the Joint International Conference on Electric Vehicular Technology and Industrial, Mechanical, Electrical and Chemical Engineering (ICEVT & IMECE), 275-279, 2015.
• 11. A. Dziwis, T. Tański, M. Sroka, A. Śliwa, and R. Dziwis, “Numerical analysis of the strength properties of the movable connection,” Archives of Metallurgy and Materials, vol. 68(4), pp. 1585-1590, 2023.
• 12. Z. Czyż, S. Suwała, P. Karpiński, and K. Skiba, “Numerical analysis of the support platform for an unmanned aerial vehicle,” Journal of Physics: Conference Series, 2130 012029, 2021.
• 13. Ł. Warguła, D. Wojtkowiak, M. Kukla, and K. Talaśka, “Symmetric nature of stress distribution in the elastic-plastic range of Pinus L. pine wood samples determined experimentally and using the finite element method (FEM),” Symmetry, vol. 13(1) 39, 2020.
• 14. O. Zharkevich, T. Nikonova, Ł. Gierz, O. Reshetnikova, A. Berg, Ł. Warguła, A. Berg, B. Wieczorek, W. Łykowski, and O. Nurzhanova, “Improving the Design of a Multi-Gear Pump Switchgear Using CFD Analysis,” Applied Sciences, vol. 14, 5394, 2024.
• 15. Q. Estrada, J. Vergara-Vázquez, D. Szwedowicz, A. Rodriguez-Mendez, O.A. Gómez-Vargas, G. Partida-Ochoa, and M. Ortiz-Domínguez, “Effect of end-clamping constraints on bending crashworthiness of square profiles,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 116 3115-3134, 2021.
• 16. M. Kończak, M. Kukla, and D. Rybarczyk, “Design Considerations Concerning an Innovative Drive System for a Manual Wheelchair,” Applied Sciences, vol. 14(15) 6604, 2024.
• 17. F. Ferroudji, T. Outtas, and K. Cherif, “Design, Modeling and Finite Element Static Analysis of a New Two Axis Solar Tracker Using SolidWorks/COSMOSWorks,” Applied Mechanics and Materials, vol. 446-447:738-743, 2013.
• 18. Q. Estrada, J. Zubrzycki, E. Reynoso-Jardón, D. Szwedowicz, A. Rodriguez-Mendez, M. Marchewka, J. Vergara-Vazquez, A. Bastarrachea, and J. Silva, “Numerical Study of the Energy Absorption Performance of 3D Printed Sandwich Structures”, Advances in Science and Technology Research Journal, vol. 17(5), pp. 153-162, 2023.
• 19. J. Marcinkiewicz, M. Spadło, Z. Staszak, and J. Selech, “Shaping the design features of a dynamometer for measuring resistance biaxial components of symmetrical coulters,” Sensors, vol. 22(1), 272, 2022.
• 20. Ł. Matwiej, K. Wiaderek, W. Jarecki, D. Orlikowski, and M. Wieruszewski, “Modelling Upholstered Furniture Frames Using the Finite Element Method,” Applied Sciences, vol. 15(2) 926, 2025.
• 21. B. Branowski, M. Zabłocki, and M. Sydor, “The Material Indices Method in the Sustainable Engineering Design Process: A Review,” Sustainability, vol. 11(19), 5465, 2019.