第六章 液压系统的基本回路

第一节 方向控制回路 所谓基本回路，就是由一些液压元件和管路组成的，用来完成特定功能（往往是单一的功能）的单元回路。 液压基本回路按功能可分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路和多缸顺序动作回路等。 第一节 方向控制回路 在液压系统中，利用方向控制阀控制液流的通、断、变向来实现液压系统各执行元件按需要相应作出起动、停止或换向等一系列动作的回路称为方向控制回路。

一、启停回路 当执行元件需要频繁地启动或停止时，系统中经常采用启、停回路来实现这一要求。

二、换向回路 1. 简单换向回路 简单换向回路是指在液压泵和执行元件之间加装普通换向阀，就可实现方向控制的回路。如图6-2、6-3所示。

2.复杂换向回路 采用特殊设计的机液换向阀，以行程挡块推动机动先导阀，由它控制一个可调式液动换向阀来实现工作台的换向，既可避免“换向死点”，又可消除换向冲击。这种换向回路，按换向要求不同可分为 时间控制制动式 和 行程控制制动式 两种。

1.时间控制制动式换向回路

2. 行程控制制动式换向回路

三、锁紧回路 锁紧回路可使液压缸活塞在任一位置停止，并可防止其停止后窜动。使执行元件锁紧的最简单的方法是利用三位换向阀的 M型或 O型中位机能封闭液压缸两腔，使执行元件在其行程的任意位置上锁紧。 图6-4 锁紧回路

四、制动回路 制动回路的功用是使执行元件平稳地由运动状态过渡到静止状态。对这种回路的要求是：能够对过渡过程中油路出现的异常高压和负压迅速作出反应；应使制动时间尽可能短，冲击尽可能小。由于液压马达的旋转惯性较液压缸的惯性大，因此，制动回路常用于马达的制动中。

采用溢流阀的制动回路 图6-5 用溢流阀的制动回路

采用制动器的制动回路 图6-6 用溢流阀的制动回路

第二节 压力控制回路 压力控制回路是用压力阀来控制和调节液压系统主油路或某一支路的压力，以满足执行元件速度换接回路所需的力或力矩要求的回路。利用压力控制回路可实现对系统进行调压（稳压）、减压、保压、卸荷、平衡等各种控制。

一、调压回路 当液压系统工作时，液压泵应向系统提供所需压力的液压油，同时，又能节省能源，减少油液发热，提高执行元件运动的平稳性。所以，应设置调压或限压回路。 1.单级调压回路 图6-9 调压回路

2.二级调压回路

3.多级调压回路

二、减压回路 当泵的输出压力是高压，而局部回路或支路要求低压时，可以采用减压回路，一般是在所需低压的支路上串接减压阀。 图6-10 减压回路

三、增压回路 增压回路是用来提高系统中某一支路的压力的。采用增压回路可以用压力较低的液压泵获得较高的压力。 1. 单作用增压回路 增压液压缸由大、小两个液压缸a和b组成， a缸中的大活塞（Aa）和b缸中的小活塞（Ab）用一根活塞杆连接起来。 当压力为pa的压力油进入液压缸a左腔时，作用在大活塞的液压作用力Fa推动大小活塞一起向右运动，液压缸b的油液以压力pb进入工作液压缸，推动其活塞运动。其关系如下：

三、增压回路 2.双作用增压回路

四、保压回路 有些机械设备在工作过程中，常常要求液压执行机构在工作循环的某一阶段内保持一定压力，这时就需要采用保压回路。保压回路可在执行元件停止运动或仅仅有工件变形所产生的微小位移的情况下使系统压力基本保持不变。 常用的保压回路有以下几种：

1.利用液压泵的保压回路 1—低压大流量液压泵 2 —高压小流量液压泵 3 —缷荷阀 4 —溢流阀 图6-13 利用液压泵的保压回路

2.利用蓄能器的保压回路 图6-14 利用蓄能器的保压回路

3.用液控单向阀保压的回路 图6-15 自动补油的保压回路

五、卸荷回路 卸荷回路的功用是指在液压泵的驱动电动机不频繁启闭的情况下，使液压泵在功率输出接近于零的情况下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长泵和电动机的寿命。 常见的压力卸荷方式有以下几种：

1.换向阀卸荷回路 M、H和K型中位机能的三位换向阀处于中位时，泵即卸荷，如图6-16所示为采用M型中位机能的电液换向阀的卸荷回路。 图6-16 换向阀缷荷回路

2.利用二位二通阀直接回油箱的卸荷回路 图6-16 换向阀缷荷回路

3.装有换向时间调节器的电液换向阀卸荷回路 图6-16 换向阀缷荷回路

4. 用先导型溢流阀远程控制口的卸荷回路 如图6-17所示，用换向阀将先导式溢流阀2的控制口（卸荷口）和油箱连接，可使油路卸荷，以减少能量损耗。 图6-17 溢流阀远控口卸荷回路

5.用液控顺序阀的卸荷回路 图6-18 用液控顺序阀的缷荷回路

六、平衡回路 平衡回路的功用在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落。 图6-19 采用顺序阀的平衡回路

第三节 速度控制回路 一、调速回路 速度控制回路是调节和变换执行元件运动速度的回路，它包括调速回路、快速回路和速度换接回路。 第三节 速度控制回路 速度控制回路是调节和变换执行元件运动速度的回路，它包括调速回路、快速回路和速度换接回路。 一、调速回路 调速回路主要有以下三种方式： （1）节流调速回路 （2）容积调速回路 （3）容积节流调速回路

1. 节流调速回路 节流调速回路是通过调节流量阀的通流截面积的大小来改变进入执行机构的流量，从而实现运动速度的调节。 按流量控制阀在液压系统中设置位置的不同，节流调速回路可分为进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速三种调速回路。

(1) 进油节流调速回路 进油节流调速回路是将节流阀装在执行机构的进油路上，调速原理如图6-20所示。 根据进油节流调速回路的特点，节流阀进油节流调速回路适用于低速、轻载、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的场合。 图6-20 进油节流调速回路

(2) 回油节流调速回路 回油节流调速回路将节流阀安装在液压缸的回油路上，其调速原理如图6-21所示。 回油节流调速回路因为节流阀在回油路上可以产生背压，相对进油调速而言，运动比较平稳，常用于负载变化较大，要求运动平稳的液压系统中。 图6-21 回油节流调速回路

(3) 旁路节流调速回路 这种回路由定量泵、安全阀、液压缸和节流阀组成，节流阀安装在与液压缸并联的旁油路上，其调速原理如图6-22所示。 旁路节流调速回路适用于负载变化小和对运动平稳性要求不高的大功率场合。 图6-22 旁油节流调速回路

(4) 采用调速阀的节流调速回路 对于一些负载变化较大，对速度稳定性要求较高的液压系统，可采用调速阀来改善速度—负载特性。 采用调速阀的节流调速回路的低速稳定性、回路刚度、调速范围等，要比采用节流阀的节流调速回路都好，所以它在机床及低压小功率液压系统中获得广泛的应用。 图6-23 调速阀节流调速回路

2．容积调速回路 容积调速回路是通过改变回路中液压泵或液压马达的排量来实现调速的。其主要优点是功率损失小且其工作压力随负载变化，所以效率高、油的温升小，适用于高速、大功率系统。 容积调速回路有开式回路和闭式回路两种。 容积调速回路通常有三种基本形式： （1）变量泵和液压缸或定量马达的容积调速回路。 （2）定量泵和变量马达的容积调速回路。 （3）变量泵和变量马达的容积调速回路。

图6-24变量泵和液压缸或定量马达的容积调速回路 (1) 变量泵和液压缸或定量马达的容积调速回路 这种调速回路可由变量泵与液压缸或变量泵与定量液压马达组成。 图6-24变量泵和液压缸或定量马达的容积调速回路

(2) 定量泵和变量马达容积调速回路 定量泵与变量马达容积调速回路如图6-25所示。 图6-25 定量泵变量马达容积调速回路

(3) 变量泵和变量马达的容积调速回路 这种调速回路是上述两种调速回路的组合，其调速特性也具有两者之特点。 图6-26 变量泵变量马达的容积调速回路

3. 容积节流调速回路 容积节流调速回路的基本工作原理是采用压力补偿式变量泵供油、调速阀（或节流阀）调节进入液压缸的流量并使泵的输出流量自动地与液压缸所需流量相适应。 常用的容积节流调速回路有： （1）限压式变量泵与调速阀等组成的容积节流调速回路； （2）差压式变量泵与节流阀等组成的容积调速回路。

限压式变量泵调速阀容积节流调速回路 限压式变量泵与调速阀等组成的容积节流调速回路，具有效率高、调速稳定、结构简单等优点。目前广泛应用于负载变化不大的中、小功率组合机床的液压系统中。

4．调速回路的比较和选用 （1）调速回路的比较 表6-1 各种调速回路的性能比较 回路类 主要性能 节流调速回路 容积调速回路 表6-1 各种调速回路的性能比较 回路类 主要性能 节流调速回路 容积调速回路 容积节流调速回路 用节流阀 用调速阀 限压式 稳流式 进回油路 旁路 机械特 性 速度稳定性 较差 差 好 较好 承载能力 调速范围 较大 小 大 功率特 性 效率 低 较高 最高 高 发热 较小 最小 适用范围 小功率、轻载的中、低压系统 大功率、重载、高速的中、高压系统 中、小功率的中压系统

(2) 调速回路的选用 调速回路的选用主要考虑以下问题： ① 执行机构的负载性质、运动速度、速度稳定性等要求 负载小，且工作中负载变化也小的系统可采用节流阀节流调速；在工作中负载变化较大且要求低速稳定性好的系统，宜采用调速阀的节流调速或容积节流调速；负载大、运动速度高、油的温升要求小的系统，宜采用容积调速回路。

(2) 调速回路的选用 ② 工作环境要求 处于温度较高的环境下工作，且要求整个液压装置体积小、重量轻的情况，宜采用闭式回路的容积调速。 ③ 经济性要求 节流调速回路的成本低，功率损失大，效率也低；容积调速回路因变量泵、变量马达的结构较复杂，所以价钱高，但其效率高、功率损失小；而容积节流调速则介于两者之间。所以需综合分析决定选用哪种回路。

二、快速运动回路 在工作部件的工作循环中，往往只有部分工作时间要求有较高的速度。 快速运动回路的功用在于使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高劳动生产率并使功率得到合理的利用。 实现执行元件快速运动的方法主要有三种： （1）增加输入执行元件中的流量； （2）减小执行元件在快速运动时的有效工作面积； （3）将以上两种方法联合使用。

1. 液压缸差动连接的快速运动回路 图6-29所示回路，阀1和阀3在左位工作时，液压缸差动连接作快速运动；当阀3通电时，差动连接即被切断，液压缸回油经调速阀，实现工进；阀1切换至右位后．液压缸有杆腔进油，即快退。 图6-29 液压缸差动连接的快速运动回路

2. 双泵供油的快速运动回路 双泵供油快速运动回路效率高，功率利用合理，快慢换接平稳，常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合，特别是在组合机床液压系统中得到了广泛的应用。 图6-30 双泵供油的快速运动回路

这种快速回路可用较小流量的泵获得较高的运动速度，但蓄能器充油时，液压缸必须停止工作，在时间上有些浪费。 3. 采用蓄能器的快速运动回路 这种快速回路可用较小流量的泵获得较高的运动速度，但蓄能器充油时，液压缸必须停止工作，在时间上有些浪费。 图6-31 采用蓄能器的快速运动回路

4. 增速缸快速回路 图6-30 增速缸快速回路

三、速度换接回路 速度换接回路用来实现运动速度的变换，即在原来设计或调节好的几种运动速度中，从一种速度换成另一种速度。对这种回路的要求是速度换接要平稳，即不允许在速度变换的过程中有前冲（速度突然增加）现象。

图6-33所示是用二位二通电磁阀与调速阀并联的快慢速换接回路。这种回路可能实现 “快进工进快退停止” 的工作循环。 1. 快速与慢速的换接回路 （1）用电磁阀的速度换接回路 图6-33所示是用二位二通电磁阀与调速阀并联的快慢速换接回路。这种回路可能实现 “快进工进快退停止” 的工作循环。 图6-33 用电磁阀的速度换接回路

（2）用行程阀的速度换接回路 图6-34所示是用行程阀切换的速度换接回路。在图示状下．液压缸快进，当活寒上的挡块压下行程阀4时，行程阀关闭，液压缸右腔的油液通过节流阀6才能流回油箱，液压缸则由快进转换为慢速。当换向阀2左位接入油路时，压力油经单向阀5进入液压缸右腔，活塞快速向左运动。 图6-34 用行程阀的速度换接回路

2. 两种工作进给速度的换接回路 （1）调速阀并联的两种进给速度换接回路 图6-35 两个调速阀并联的两种进给速度换接回路

（2）调速阀串联的两种进给速度换接回路 图6-36 两个调速阀串联的速度换接回路

第四节 多缸运动控制回路 当液压系统有二个或二个以上的执行元件时，一般要求这些执行元件作顺序动作或同步动作等。通常需设计以下几种多缸工作控制回路。 (1) 顺序动作回路 (2) 同步动作回路 (3) 快慢速互不干扰回路 一、顺序动作回路 在多缸液压系统中,往往需要按照一定的要求顺序动作。 顺序动作回路按其控制方式不同，分为压力控制、行程控制和时间控制三类。

1．用压力控制的顺序动作回路 压力控制就是利用油路本身的压力变化来控制液压缸的先后动作顺序,它主要利用压力继电器和顺序阀来控制顺序动作。 （1）用压力继电器控制的顺序回路 图6-37是机床的夹紧、进给系统。要求的动作顺序是：先将工件夹紧，然后动力滑台进行切削加工。 图6-37 压力继电器控制的顺序回路

图6-36是采用两个单向顺序阀的压力控制顺序动作回路。 （2）用顺序阀控制的顺序回路 图6-36是采用两个单向顺序阀的压力控制顺序动作回路。 图6-38 顺序阀控制的顺序回路

2．用行程控制的顺序动作回路 行程控制顺序动作回路是利用工作部件到达一定位置时，发出讯号来控制液压缸的先后动作顺序，它可以利用行程开关、行程阀或顺序缸来实现。 （1）用行程阀控制的顺序动作回路 图6-39为用行程阀2及电磁阀1控制A、B两液压缸实现①、②、③、④工作顺序的回路。 图6-39 行程阀控制的顺序动作回路

（2）用行程开关和电磁换向阀控制的顺序动作回路 图6-40为用行程开关控制电磁阀1、2的通断电顺序来实现A、B两液压缸按①、②、③、④工作顺序动作的回路。 图6-40 用行程开关和电磁换向阀控制的顺序动作回路

二、同步动作回路 使两个或两个以上的液压缸，在运动中保持相同位移或相同速度的回路称为同步回路。 在一泵多缸的系统中，尽管液压缸的有效工作面积相等，但是由于运动中所受负载不均衡，摩擦阻力也不相等，泄漏量的不同以及制造上的误差等，不能使液压缸同步动作。同步回路的作用就是为了克服这些影响，补偿它们在流量上所造成的变化。

1. 串联液压缸的同步回路 图6-41是串联液压缸的同步回路。图中第一个液压缸回油腔排出的油液，被送入第二个液压缸的进油腔。如果串联油腔活塞的有效面积相等，便可实现同步运动。这种回路两缸能承受不同的负载，但泵的供油压力要大于两缸工作压力之和。

采用补偿措施的串联液压缸同步回路 图6-42是两个单作用缸串联，并带有补偿装置的同步回路。

2. 流量控制式同步回路 (1) 用调速阀控制的同步回路 图6-43是两个并联的液压缸，分别用调速阀控制的同步回路。两个调速阀分别调节两缸活塞的运动速度，当两缸有效面积相等时，则流量也调整得相同；若两缸面积不等时，则改变调速阀的流量也能达到同步的运动。

(2) 采用分流集流阀的同步回路 图6-44所示 ，当换向阀左位接回路时，压力油经分流集流阀3分成两股等量的油液进入缸5和缸6，使两缸活塞同步上升；当换向阀右位接回路时，阀3起集流作用，控制两缸活塞同步下降。回路中的单向节流阀2是用来控制活塞下降速度增加背压用。

3. 用同步缸或同步马达的同步回路

4. 用电液比例调速阀控制的同步回路

三、快慢速互不干扰回路 在一泵多缸的液压系统中,往往由于其中一个液压缸快速运动时,会造成系统的压力下降,影响其他液压缸工作进给的稳定性。因此,在工作进给要求比较稳定的多缸液压系统中,必须采用快慢速互不干涉回路。 图6-47 为多缸快慢速互不干扰回路

多缸快慢速互不干扰回路

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