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恒壓給水設(shè)備水泵壓力與切斷率關(guān)系的試驗(yàn)
2017-11-22 16:27:49

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。

 


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