Зусилля, що діє на лопать, становить

F_н=p_н S_п

де S_п — проекція загальної площі похи­лої поверхні лопаті на довжині кроку на

площину, перпендикулярну до дії сили F_л :

S_п=

Тоді можна записати

р_н S_п = pcos =pS.

На поверхні лопаті виділимо елемен­тарне кільце завширшки dp, радіусом р.

Сила dp дії маси на це кільце станови­тиме

dF=p2pdp

Елементарна сила тертя dT дорівню­ватиме

dТ = dFf = рf2рdр,

де f = 0,3...0,4 — коефіцієнт тертя маси об поверхню лопаті.

Елементарний момент тертя визначи­мо за формулою

dM_т = dTp=2pfp²dp. (9.4)

Рис. 9.23. Схема для визна­чення роботи, що витрачає­ться на пресування виробів

Зінтегрувавши рівняння (9.4) від _г до R, обчислимо повний момент тертя:

M_Т = 2рf ²dp = 2pf ,

де R і г — радіуси відповідно шнека і маточини вала, м.

Потужність, потрібна на подолання тер­тя,

Р_Т = М_т  ₌

де  - кутова швидкість лопатевого вала, рад/с.

Потужність, Вт, що витрачається на транспортування маси, визначають за тими самими формулами, що й для гвинтових конвеєрів:

Р₂ = або Р_{2 =} П_V L (9.5)

де D — зовнішній діаметр гвинта, м; v₁ — швидкість поступального руху маси, м/с; =1600 — об'ємна вага маси, Н/м^3; L - довжина лопатевого гвинта (без віджим­ної лопаті), м;  — коефіцієнт опору про­суванню маси (для глини ю = 4,0...5,5).

Потужність, Вт, що витрачається на ущільнення глиняної маси, обчислюють за формулою

P₃ ⁼ A_прn,

де А_{пр —} робота пресування, Дж; А_пр = аV ( — об'ємне напруження на стиск, що визначається як одна третина від суми всіх напружень, які діють на еле­ментарний об'єм маси, що пресується, Па;) а - коефіцієнт, що характеризує зменшен­ня об'єму маси, що пресується, значення якого залежить від тиску пресування p_; V — об'єм маси, що пресується, м^3.

Нижче наведено значення коефіцієнта а залежно від тиску пресування:

Оскільки маса в процесі пресування пе­ребуває в умовах всебічного стиску і не може переміщатися в бокових напрямах, вираз для напруження на стиск має вигляд

 = 

де  — коефіцієнт бокового тиску (для глиняних мас  = 0,70...0,74).

Підставляючи значення а у вираз для роботи A_пр, дістанемо:

А_пр =(0,8. ..0,825) pa V

і потужність, Вт,

Р₃ =(0,8...0,825) pa V n.

Для комбінованих вакуум-пресів по­трібно визначити потужність, Вт, яка ви­трачається на роботу мішалки. Без ураху­вання потужності, що витрачається у верх­ньому конусному шнеку, вона дорівнює

Р_заг =

де Р_М1 — потужність, що витрачається на подолання опору тертя глиняної маси об стінки корита, транспортування маси та її перелопачування, Вт; Р_{М2 —} потужність, що витрачається на розрізуван­ня глини в процесі перемішування, Вт;  = 0,85 — ККД приводу змішувача.

Потужність Рм₁ визначають за форму­лою (9.5):

Р_М1 = L_M П_{Vм ,}

де L_M — довжина корита глинозмішувача, м П_Vм — продуктивність глинозмішувача, м³с: П_vм = 4 (D² – d²) bnk₁sin_{Л ,} (D — діаметр кола, яке описують лопа­ті, м; d — діаметр вала змішувача, м; = = 0,55...0,60 — коефіцієнт заповнення змішувача;b — ширина лопаті, м; n— частота обертання лопатевого вала, об/с;  = 0,75...0,80 — коефіцієнт, що враховує часткове повернення маси при її пере­міщенні; k₁ = 0,6 — коефіцієнт, що врахо­вує нерівномірність подачі сировини і її розпущеність; _л = 20 — кут повороту лопатей щодо осі шнека, град).

Потужність Р_м2, Вт, становить

Р _М2 =

Якщо _Л = 20, то

Р_м2 = 0,54bk₂і(R² -r²)n,

де k₂ — питомий опір глини різанню(при вологості маси 17...20% k₂ = 2,5*10⁵ Па); і — кількість лопатей; R — радіус кола, яке описує кінець лопаті, м; r — відстань від центра обертання вала до початку лопаті м.

Потужність, що споживається трубопрофільним пресом, розраховують за цими самими формулами, однак при цьому по­тужність, яка витрачається на транспор­тування глини лопатевим гвинтом Р₂, не враховують.

Продуктивність шнекових стрічкових пресів, так само як і потужність, яку вони споживають, залежить не тільки від роз­міру і форми робочих деталей пресувального механізму, а й від фізико-механічних властивостей маси, що пресується. Оскіль­ки ці фактори постійно змінюються, то теоретично обгрунтованої формули немає.

При визначенні продуктивності стріч­кових гвинтових пресів можна викорис­тати механіку гвинтової пари, але з ураху­ванням фізичних явищ, які відбуваються під час руху маси, що пресується. При цьому гайкою гвинтової пари є кераміч­на маса, що пресується. Ця маса подаєть­ся гвинтом (рис. 9.24).

Якщо дати можливість гайці вільно переміщатися в осьовому напрямі й засто­порити її від обертання, то за один оберт гвинта вона переміститься з точки А у точку В. Якщо гайку не застопорити від обертання, то вона разом із гвинтом пере­йде по колу з точки А у точку С.

Під час пресування маса не тільки пе­реміщується в осьовому напрямі, а й, сков­заючи по лопаті, переміщується відносно циліндра преса. Відповідно осьова швид­кість руху маси буде меншою від ідеальної, яка була б під час руху маси без її обер­тання. Крім того, через наявність протитиску

Рис. 9.24. Схема до розрахунку гвинто­вих пресів:

а — схема механізму пресування; б — схе­ма для розрахунку швидкостей; в — схе­ма для розрахунку продуктивності

з боку глиняної маси, що є в голов­ці преса, вона повертається в циліндр че­рез зазор, який утворюється між лопаттю і поверхнею циліндра.

Справжню продуктивність П_Д гвинто­вого преса визначають за формулою

П_Д = П_Т – П_ПОВ,

звідки

де Пт _— теоретична продуктивність гвин­тового преса, що характеризує достав­ку маси, яка пресується, до пресувальної головки і вихід стрічки із мундштука; П_ПОВ - витрата глиняної маси, що повер­тається із пресувальної головки преса в циліндр через зазор між циліндром і лопатями гвинта.

Теоретична продуктивність гвинтового преса

П_Т=П_ід k ,

де П_ід - ідеальна продуктивність гвин­тового преса; k_{ —} коефіцієнт подачі шнека, що характеризує зменшення по­дачі маси і залежить від співвідношення геометричних розмірів шнека і фізико-механічних властивостей маси, що пре­сується (пластичності, вологості тощо).

Ідеальну продуктивність преса визна­чають за залежністю

П_ід = Sv_ід.ос,

де S – площа живого перерізу глини в циліндрі преса: S = (D²_ш – d²)  4 (D_ш – діаметр шнека; d – діаметр маточини шнека); v_ід.ос — ідеальна осьова швид­кість маси на зовнішньому діаметрі шнека:

v_ід.ос = v_ц.к tg = 

n — частота обертання шнека, об/с; t — крок шнека, м;  — кут підйому гвинто­вої лінії, град.

Тоді

П_ід = .

Таку продуктивність мав би гвинтовий прес, якби глина за один оберт гвинта

переміщувалася в осьовому напрямі на величину кроку гвинта t із точки А у точ­ку В.

Проте маса, що пресується, за один оберт шнека переміщується не на крок гвинта, а вздовж осі шнека на відрізок KM.

Із трикутників АМК і СКМ визначи­мо відрізок КМ:

АС = D_ш = ,

звідки

КМ = D_ш tg 

причому = k_ - коефіцієнт подачі шнека.

Однак унаслідок проковзування гли­ни по циліндру її колова швидкість v_г.к буде меншою від колової швидкості циліндра v_ц.к. Для зручності розгляду руху глини в пресі приймемо умовно, що шнек зупинений, а циліндр обертається, фізич­на суть процесу від цього не зміниться.

Осьова швидкість руху глини v_г.к буде меншою, ніж ідеальна, тобто та, яка була під час руху застопореної від обертання гайки.

Отже, відносно циліндра глина рухаєть­ся під певним кутом , який визначають із співвідношення

tg = ,

де  — кут підйому гвинтової лінії шне­ка по зовнішньому діаметру, град.

Кут  залежить від властивостей маси, що подається, коефіцієнта тертя глини об шнек і циліндр, а також від геометрич­них параметрів шнека і тиску пресування.

Значення коефіцієнта подачі k_ зрос­тає зі збільшенням кута . Кут  збіль­шується зі зростанням коефіцієнта f_ц тертя маси об циліндр і зі зменшенням кое­фіцієнта f_ш тертя глини об шнек: слід праг­нути до якомога меншого відношення f_ш  f_ц.

Згідно з експериментальними даними,  = 10...16°;при  =12° і  =13°k_ =0,47.

З урахуванням стиснення потоку гли­ни лопатями шнека вираз для теоретич­ної продуктивності набере вигляду

П_т = ,

тут m— кількість заходів віджимної ло­паті шнека; e — товщина лопаті шнека; _ср — кут підйому гвинтової лінії від­жимної лопаті шнека по середньому діа­метру.

Щоб визначити витрату П_пов глиняної маси, потрібно визначити швидкість v_г.м її витікання. Припускаючи, що глиняна маса в зоні на вході в головку витікає так само, як в'язкопластична рідина, розглянемо умо­ви рівноваги елементарного об'єму глини у вигляді порожнистого циліндра, який має довжину l із зовнішнім радіусом r і товщи­ну стійки dy (див. рис. 9.24), і визначимо швидкість витікання глиняної маси, що ле­жить на відстані у від осі потоку.

Швидкість v_г.м

V_г.м = ,

де р₁,р₂ - тиски на торці циліндра, МПа (для стрічкових пресів р₁-р₂= 0,5);

₀ — ефективна в'язкість глини.

Витрата глиняної маси через елемен­тарний кільцевий переріз

dП_{ПОВ =} dSv_г.м = 2уdy

Повна витрата глиняної маси в кільце­вому зазорі між шнеком і циліндром, тоб­то в межах від R_ш до R_ц,

П_ПОВ = .

Зінтегрувавши цей вираз, дістанемо

П_ПОВ =

Отже, об'єм маси, що повертається в циліндр, залежить від перепаду тисків, зазору і в'язкості глини. В'язкість зале­жить від градієнта швидкості руху і тис­ку. Проте в межах одного витка шнека, з певним припущенням, вона може бути постійною і залежати тільки від складу шихти та її вологості.

Орієнтовно продуктивність гвинтово­го преса можна визначити за формулою

П_V = м³год ,

або

П_v = , тис. шт./год,

де D — діаметр гвинта на виході, м; d — середній діаметр маточини віджимної лопаті гвинта, м; S — крок віджимної лопаті гвинта, м;  — товщина лопаті, м; n — частота обертання гвинта, об/с; k — коефіцієнт, що враховує провертання маси, повернення її в зазори між зовнішньою кромкою лопаті й внутрішньою поверх­нею корпусу, а також недостатність пода­чі маси до віджимної лопаті попередніми лопатями; g — витрата глиняної маси на 1000 умовних цеглин, що дорівнює 2,5 м³; а — відносне зменшення об'єму маси внаслідок ущільнення, яке беруть залеж­но від питомого тиску пресування.

Продуктивність трубопрофільних пре­сів визначають за цими самими формула­ми, враховуючи час простою преса, оскіль­ки ці преси належать до машин періодич­ної дії. Теоретичну продуктивність П_т.тр, трубопрофільних пресів підрахову­ють за формулою

П_т.тр =

де П_Vтр — погодинна продуктивність трубопрофільного преса, м³/год; V₀ - обєм однієї труби з урахуванням об'єму час­тини розтруба, м^3.

Фактичну продуктивність, м³год, трубопрофільного преса з урахуванням про­стою преса обчислюють за формулою

П _ф.тр =

де m - коефіцієнт простою трубопрофільного преса; m = t_{п }(t_ф + t_п) t_{п =} 60...70 - час простою преса під час роботи (на кожну трубу),с; t_ф = 3600 П_т.тр - час формування однієї труби, с].