1、以恒壓給水設(shè)備水泵壓力、噴嘴橫移速度、靶距、噴嘴直徑作為試驗(yàn)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，確定每個(gè)因素在水力切割中的最佳水平。
①水泵壓力對(duì)切斷率的影響。根據(jù)己有靶距對(duì)水力切割效果的影響，將靶距選取在核心段內(nèi)，即70?140d，任選靶距Z=80d；艾蒿直徑為1.98mm，固定橫移速度250mm/min；取噴嘴直徑0.5mm。根據(jù)式3.3計(jì)算結(jié)果，取壓力12MPa，13MPa，14MPa，15MPa進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果中取切斷率最高且管道泵壓力較小的結(jié)果作為下一步及正交試驗(yàn)的恒壓給水設(shè)備水泵壓力，假設(shè)其數(shù)值為P。
②噴嘴橫移速度對(duì)切斷率的影響。靶距與I中靶距一致，取I=80d；取噴嘴直徑0.5mm，取I中確定的恒壓給水設(shè)備水泵壓力p，根據(jù)研究，選定橫移速度500、1000、2000、3000、4000、5000mm/min進(jìn)行試驗(yàn)。取本次試驗(yàn)中切斷率最高且橫移速度較大的結(jié)果作為下一步及正交試驗(yàn)中的橫移速度，設(shè)數(shù)值為V。
③靶距對(duì)切斷率的影響。選定I、II所確定的水泵壓力與橫移速度V，由于不同噴嘴直徑射流核心段長(zhǎng)度不同，故需將不同噴嘴直徑分別試驗(yàn)。首先取噴嘴直徑0.25，分別選取噴嘴直徑的20、40、60、80、100、150倍，即5，10，15，20，25，37.5mm進(jìn)行試驗(yàn)；然后更換噴嘴，直徑d*=0.5mm則靶距依次為10，20，30，40，50，70mm進(jìn)行試驗(yàn)；最后取噴嘴直徑d*=0.75mm，靶距依次為15，30，45，60，75，112.5mm進(jìn)行試驗(yàn)。
2、以單因素試驗(yàn)中各因素切割最佳水平為基礎(chǔ)，水泵廠分別取其上下的一個(gè)數(shù)值，作為該因素的三個(gè)水平。由于噴嘴直徑與靶距之間有交互關(guān)系，將噴嘴直徑單獨(dú)提出，設(shè)計(jì)三個(gè)三因素三水平正交試驗(yàn)表。當(dāng)壓力小于13.5MPa時(shí)，切斷率小于90%，當(dāng)壓力達(dá)到14MPa時(shí)，切斷率可達(dá)100%。故在多因素試驗(yàn)中，可選取壓力12.5MPa、13.5MPa和14.5MPa作為該因素的3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)。
圖1：噴嘴橫移速度與切斷率的關(guān)系
當(dāng)橫移速度小于2500mm/min時(shí)，切斷率為100%，當(dāng)橫移速度大于2500mm/min時(shí)，切斷率逐漸降低，并隨著橫移速度的增大，降低幅度增大。故在多因素試驗(yàn)中，可選取橫移速度2000、2500、3000mm/min作為該因素的3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)。
表1：正交試驗(yàn)結(jié)果表
列號(hào) 列號(hào)2 | 壓力（MPa) | 靶距（cm) | 橫移速度(cm/min) | 切斷率％ |
1 | 13.5 | 1.5 | 200 | 70.00 |
2 | 13.5 | 2 | 250 | 80.00 |
3 | 13.5 | 2.5 | 300 | 85.00 |
4 | 14 | 1.5 | 250 | 85.00 |
5 | 14 | 2 | 300 | 90.00 |
6 | 14 | 2.5 | 200 | 100.00 |
7 | 14.5 | 1.5 | 300 | 60.00 |
8 | 14.5 | 2 | 200 | 80.00 |
9 | 14.5 | 2.5 | 250 | 90.00 |
根據(jù)軟件分析，噴嘴直徑0.25mm時(shí)，在切割過程中，對(duì)于切割正交試驗(yàn)，靶距都對(duì)切割率有顯著性的影響。靶距，壓力、橫移速度對(duì)切割率影響不顯著。試驗(yàn)極差最大因素是靶距，其次是壓力，橫移速度為最小。該試驗(yàn)的最優(yōu)方案為B3A2C2，即壓力為13.5MPa。
恒壓給水設(shè)備水泵廠綜合分析三次正交試驗(yàn)結(jié)果，可得出噴嘴直徑與水泵壓力、靶距及橫移速度關(guān)系為正相關(guān)，較小的噴嘴直徑，所需水泵壓力較小，靶距和橫移速度亦需較小。但是太小的噴嘴直徑在制造和加工上需要更高精度的儀器，且實(shí)踐操作中射流不能摻有任何雜質(zhì)，否則噴嘴極易堵塞；而選擇較大的噴嘴直徑，制造和加工時(shí)難度較低，且能夠具有較快的橫移速度即切割效率可更高，然而需要水泵提供的壓力更高，這樣消耗能源較大，造成資源浪費(fèi)。且通過計(jì)算，噴嘴直徑應(yīng)不大于1.5，否則會(huì)造成雜草被沖彎而無法被割斷的結(jié)果。在實(shí)踐生產(chǎn)生活中，噴嘴直徑的選取應(yīng)在綜合考慮經(jīng)濟(jì)可行、操作方便，技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上確定。
在對(duì)艾蒿的切割中，當(dāng)噴嘴直徑小于或等于0.5mm時(shí)，恒壓給水設(shè)備水泵壓力不是影響切割效果的主要因素。而當(dāng)噴嘴直徑大于0.5時(shí)，管道泵壓力對(duì)切割效果影響最顯著。因?yàn)楫?dāng)噴嘴直徑較小時(shí)，射流流束細(xì)，能量小，雖然受到空氣阻力小，但從噴口到切割點(diǎn)射流能量損失占射流能量比例大，所以壓力變化時(shí)對(duì)實(shí)際射流沖擊雜草時(shí)的速度變化影響相對(duì)較小，對(duì)切割效果影響不明顯。而當(dāng)噴嘴直徑較大時(shí)，射流流束變大，射流能量也大，雖然受到空氣阻力大，噴射過程中能量損失大，但是占射流能量比例小，所以壓力變化時(shí)對(duì)實(shí)際射流沖擊雜草時(shí)的速度變化影響大，該因素也成為水力割草的主要影響因素。
由于對(duì)于雜草等軟基性材料的切割尚無相關(guān)研究報(bào)道，本試驗(yàn)橫移速度以金屬等硬基性材料切割時(shí)的橫移速度為參考。單因素試驗(yàn)中也已找到橫移速度對(duì)切割效果影響的關(guān)系：即在對(duì)直徑1.98mm艾蒿的切割試驗(yàn)中，當(dāng)橫移速度超過2500mm/min時(shí)，切割效果逐漸變差。在本試驗(yàn)中，噴嘴橫移速度對(duì)切割效果影響最小。其具體影響效果有待進(jìn)一步研究。
在水力切割雜草中，靶距對(duì)切割效果的影響顯著，靶距的選擇應(yīng)在核心段，且靶距越小，切割效果越好。因?yàn)楦咚偕淞髂芰坎⒉痪薮?，而是能量集中。射流在空氣中行進(jìn)，受到空氣阻力的影響，能量損失占射流能量的比例下降梯度大。所以靶距的選擇應(yīng)當(dāng)不小于70A即應(yīng)當(dāng)在射流的核心段內(nèi)，且在此基礎(chǔ)上，靶距選擇盡量小。在實(shí)踐生產(chǎn)生活中，靶距的選擇還需考慮操作的簡(jiǎn)便性和經(jīng)濟(jì)的合理性。
