第七章 液压基本回路? 任何一个液压系统，无论它所要完成的动作有多么复杂，总是由一些基本回路组成的。所谓基本回路，就是由一些液压元件组成，用来完成特定功能的油路结构。熟悉和掌握这些基本回路的组成、工作原理及应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。 第一节 速度控制回路 速度控制回路是研究液压系统的速度调节和变换问题，常用的速度控制回路有调速回路、快速回路、速度换接回路等，本节中分别对上述三种回路进行介绍。 一、调速回路 调速回路的基本原理 从液压马达的工作原理可知，液压马达的转速nm由输入流量和液压马达的排量Vm决定，即nm=q/V m，液压缸的运动速度v由输入流量和液压缸的有效作用面积A决定，即v=q/A。 通过上面的关系可以知道，要想调节液压马达的转速n m或液压缸的运动速度v，可通过改变输入流量q、改变液压马达的排量V m和改变缸的有效作用面积A等方法来实现。由于液压缸的有效面积A是定值，只有改变流量q的大小来调速，而改变输入流量q，可以通过采用流量阀或变量泵来实现，改变液压马达的排量V m，可通过采用变量液压马达来实现，因此，调速回路主要有以下三种方式： 1）节流调速回路：由定量泵供油，用流量阀调节进入或流出执行机构的流量来实现调速； 2）容积调速回路：用调节变量泵或变量马达的排量来调速； 3）容积节流调速回路：用限压变量泵供油，由流量阀调节进入执行机构的流量，并使变量泵的流量与调节阀的调节流量相适应来实现调速。此外还可采用几个定量泵并联，按不同速度需要，启动一个泵或几个泵供油实现分级调速。 1、节流调速回路  图7—1 节流调速原理。 节流调速回路是通过调节流量阀的通流截面积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。 如图7—1所示，如果调节回路里只有节流阀，则液压泵输出的油液全部经节流阀流进液压缸。改变节流阀节流口的大小，只能改变油液流经节流阀速度的大小，而总的流量不会改变，在这种情况下节流阀不能起调节流量的作用，液压缸的速度不会改变。 1)进油节流调速回路 进油调速回路是将节流阀装在执行机构的进油路上，起调速原理如图7-2所示. ? ?  ? 图7—2 (a)进油节流调速回路 A.?回路的特点 因为是定量泵供油，流量恒定，溢流阀调定压力为pt，泵的供油压力p0，进入液压缸的流量q1由节流阀的调节开口面积a确定,压力作用在活塞A1上，克服负载F，推动活塞以速度v=q1/A1向右运动。因为定量泵供油， q1小于qB ，所以p0=溢流阀调定供油压力pt=const ? 活塞受力平衡方程： p1 A1= F +p2 A2 进入油缸的流量 q1=Ka▽pm ▽p= pb-F/A1 q1=Ka (pb-F/A1)m B.进油节流调速回路的速度-负载特性方程为  （7-1） 式中：k为与节流口形式、液流状态、油液性质等有关的节流阀的系数；a为节流口的通流面积；m为节流阀口指数（薄壁小孔，m=0.5）。 由式（7-1）可知，当F增大,a一定时，速度v减小。 C.进油节流调速回路的速度-负载特性曲线  ?图7-2(c)速度负载特性 D.进油节流调速回路的优点是：液压缸回油腔和回油管中压力较低，当采用单杆活塞杆液压缸，使油液进入无杆腔中，其有效工作面积较大，可以得到较大的推力和较低的运动速度，这种回路多用于要求冲击小、负载变动小的液压系统中。 E.回路效率 η=FV/qBp0 qBp0= p0q1+p0qY = p1q1+▽p q1 +p0qY 如图：  ?p1q1= FV 有用功率 ▽p q1 节流损失 pbqY 溢流损失 所以在20%左右 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7-2（b）所示。 图7-2（b）回油节 ? A.回路的特点 因为是定量泵供油，流量恒定，溢流阀调定压力为pt，泵的供油压力p0，进入液压缸的流量q1，液压缸输出的流量q2，q2由节流阀的调节开口面积a确定,压力p1作用在活塞A1上，压力p２作用在活塞A２上，推动活塞以速度v=q1/A1向右运动，克服负载F做功。 因ｖ＝q１／A１＝q２／A２ q1＝q２A１／A２　　 q1小于qB， 所以p0=溢流阀调定供油压力pt=const＝p1 活塞受力平衡方程： p1 A1= F +p2 A2 p2 =（p1 A1 –F）/ A2 F=0时 p2 =p1 A1 / A2＞p1 q２=Ka▽pm ▽p＝p２= （p1A1－F）/ A２ q２=Ka[（p1A1－F）/ A２]m ? B. 回油节流调速回路的速度-负载特性方程为：  (7—2) 式中：k为与节流口形式、液流状态、油液性质等有关的节流阀的系数；a为节流口的通流面积；m为节流阀口指数（薄壁小孔，m=0.5）。 由式（7-1）可知，当F增大,a一定时，速度v减小。 C.回油节流调速回路的速度-负载特性曲线如图7—2c  图7-2(c)速度负载特性 D.回油节流调速回路的优点： 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。而且在a一定时，速度v随负载F增加而减小。 E.回路效率 η=FV/qBpb qBpb= pbq1+pbqY 　　　　　　　　　　　　 = q1（Ｆ＋A２ p２）／Ａ１+▽p q1 +pbqY 　　　　　 ＝ｖＦ＋ｑ２ｐ２＋ｐｂｑｙ　　　　　　　　　　　　如图：  ? p1q1= FV 有用功率 ｑ２ｐ２＝▽p q２ 节流损失 　 pbqY 溢流损失 所以在20%左右 如图7—2（a）、（b）所示，将节流阀串联在回路中，节流阀和溢流阀相当于并联的两个液阻，定量泵输出的流量q B不变，经节流阀流入液压缸的流量q 1和经溢流阀流回油箱的流量q的大小，由节流阀和溢流阀液阻的相对大小决定。节流阀通过改变节流口的通流截面，可以在较大范围内改变其液阻，从而改变进入液压缸的流量，调节液压缸的速度。 ? 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7-3所示。   图7—3旁路节流调速回路 (a)回路简图 (b)速度负载特性 定油泵输出的流量q B，一部分（q1） 进入液压缸，一部分（q2）通过节流阀流回油箱。溢流阀在这里起安全作用，回路正常工作时，溢流阀不打开，当供油压力超过正常工作压力时，溢流阀才打开，以防过载。溢流阀的调节压力应大于回路正常工作压力，在这种回路中，缸的进油压力p1等于泵的供油压力p B，溢流阀的调节压力一般为缸克服最大负载所需的工作压力的p1max1.1~1.3倍。 4）采用调速阀的节流调速回路 前面介绍的三种基本回路其速度的稳定性均随负载的变化而变化，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起速度-负载特性。  图7—4调速阀进油节流调速回路 ? 采用调速阀也可按其安装位置不同，分为进油节流、回油节流、旁路节流三种基本调速回路。 图7-4为调速阀进油调速回路。图7-4(a)为回路简图，图7-4(b)为其速度—负载特性曲线图。 其工作原理与采用节流的进油节流阀调速回路相似。在这里当负载F变化而使p1变化时，由于调速阀中的定差输出减压阀的调节作用，使调速阀中的节流阀的前后压差Δp保持不变，从而使流经调速阀的流量q1不变，所以活塞的运动速度v也不变。 其速度—负载特性曲线如图7-4(b)所示。由于泄漏的影响，实际上随负载F的增加，速度v有所减小。 在此回路中，调速阀上的压差Δp包括两部分：节流口的压差和定差输出减压口上的压差。 所以调速阀的调节压差比采用节流阀时要大，一般Δp≥5×105Pa，高压调速阀则达10×105Pa。这样泵的供油压力pB相应地比采用节流阀时也要调得高些，故其功率损失也要大些。 这种回路其他调速性能的分析方法与采用节流阀时基本相同。 综上所述，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，所以它在机床液压系统中获得广泛的应用。 ? 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(没有溢流损失和节流损失)且其工作压力随负载变化，所以效率高、油的温度低，适用于高速、大功率系统。 按油路循环方式不同，容积调速回路有开式回路和闭式回路两种。开式回路中泵从油箱吸油，执行机构的回油直接回到油箱，油箱容积大，油液能得到较充分冷却，但空气和脏物易进入回路。闭式回路中，液压泵将油输出进入执行机构的进油腔，又从执行机构的回油腔吸油。闭式回路结构紧凑，只需很小的补油箱，但冷却条件差。为了补偿工作中油液的泄漏，一般设补油泵，补油泵的流量为主泵流量的10%～15%。压力调节为3×105～10×105Pa。容积调速回路通常有三种基本形式：变量泵和定量液动机的容积调速回路；定量泵和变量马达的容积调速回路；变量泵和变量马达的容积调速回路。 (1)变量泵和定量液动机的容积调速回路 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。其回路原理图如图7-5所示，图7-5(a)为变量泵与液压缸所组成的开式容积调速回路；图7-5(b)为变量泵与定量液压马达组成的闭式容积调速回路。  图7-5变量泵定量液动机容积调速回路 (a)开式回路 (b)闭式回路 (c)闭式回路的特性曲线 其工作原理是：图7-5(a)中活塞5的运动速度v由变量泵1调节，2为安全阀，4为换向阀，6为背压阀。图7-5(b)所示为采用变量泵3来调节液压马达5的转速，安全阀4用以防止过载，低压辅助泵1用以补油，其补油压力由低压溢流阀6来调节。 其主要工作特性： ①速度特性：当不考虑回路的容积效率时，执行机构的速度nm或(Vm)与变量泵的排量VB的关系为： nm=nBVB/Vm或vm=nBVB/A (7-5) 上式表明：因马达的排量Vm和缸的有效工作面积A是不变的，当变量泵的转速nB不变，则马达的转速nm(或活塞的运动速度)与变量泵的排量成正比，是一条通过坐标原点的直线，如图7-5(c)中虚线所示。实际上回路的泄漏是不可避免的，在一定负载下，需要一定流量才能启动和带动负载。所以其实际的nm(或Vm)与VB的关系如实线所示。这种回路在低速下承载能力差，速度不稳定。 ②转矩特性、功率特性：当不考虑回路的损失时，液压马达的输出转矩Tm(或缸的输出推力F)为Tm=VmΔp/2π或F=A(pB-p0)。它表明当泵的输出压力pB和吸油路(也即马达或缸的排油)压力p0不变，马达的输出转矩Tm或缸的输出推力F理论上是恒定的，与变量泵的VB无关。但实际上由于泄漏和机械摩擦等的影响，也存在一个“死区”，如图7-5(c)所示。 此回路中执行机构的输出功率： Pm=(pB-p0)qB=(pB-p0)nBvB或Pm=nmTm=VBnBTm/Vm (7-6) 式(7-6)表明：马达或缸的输出功率Pm随变量泵的排量VB的增减而线性地增减。其理论与实际的功率特性亦见图7-6(c)。 ③调速范围：这种回路的调速范围，主要决定于变量泵的变量范围，其次是受回路的泄漏和负载的影响。采用变量叶片泵可达10，变量柱塞泵可达20。 综上所述，变量泵和定量液动机所组成的容积调速回路为恒转矩输出，可正反向实现无级调速，调速范围较大。适用于调速范围较大，要求恒扭矩输出的场合，如大型机床的主运动或进给系统中。 (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7-6所示。图7-6(a)为开式回路：由定量泵1、变量马达2、安全阀3、换向阀4组成；图7-6(b)为闭式回路：1、2为定量泵和变量马达，3为安全阀，4为低压溢流阀，5为补油泵。此回路是由调节变量马达的排量Vm来实现调速。  图7-6定量泵变量马达容积调速回路 (a)开式回路(b)闭式回路(c)工作特性 ①速度特性：在不考虑回路泄漏时，液压马达的转速nm为： nm=qB/Vm 式中qB为定量泵的输出流量。可见变量马达的转速nm与其排量Vm成正比，当排量Vm最小时，马达的转速nm最高。其理论与实际的特性曲线如图7-6(c)中虚、实线所示。 由上述分析和调速特性可知：此种用调节变量马达的排量的调速回路，如果用变量马达来换向，在换向的瞬间要经过“高转速—零转速—反向高转速”的突变过程，所以，不宜用变量马达来实现平稳换向。 ②转矩与功率特性： 液压马达的输出转矩：Tm=Vm(pB-p0)/2π 液压马达的输出功率：Pm=nmTm=qB(pB-p0) 上式表明：马达的输出转矩Tm与其排量Vm成正比；而马达的输出功率Pm与其排量Vm无关，若进油压力pB与回油压力p0不变时，Pm=C，故此种回路属恒功率调速。其转矩特性和功率特性见图7-6(c)所示。 综上所述，定量泵变量马达容积调速回路，由于不能用改变马达的排量来实现平稳换向，调速范围比较小(一般为3～4)，因而较少单独应用。 (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7-7变量泵变量马达的容积调速回路 (a)工作原理 (b)调速特性 图7-7所示为其工作原理与调速特性，由双向变量泵2和双向变量马达9等组成闭式容积调速回路。 该回路的工作原理：调节变量泵2的排量VB和变量马达9的排量Vm，都可调节马达的转速nm；补油泵1通过单向阀3和4向低压腔补油，其补油压力由溢流阀10来调节；安全阀5和6分别用以防止正反两个方向的高压过载。液控换向阀7和溢流阀8用于改善回路工作性能，当高、低压油路压差(pB-p0)大于一定值时，液动滑阀7处于上位或下位，使低压油路与溢流阀8接通，部分低压热油经7、8流回油箱。因此溢流阀8的调节压力应比溢流阀10的调节压力低些。为合理地利用变量泵和变量马达调速中各自的优点，克服其缺点，在实际应用时，一般采用分段调速的方法。 第一阶段将变量马达的排量Vm调到最大值并使之恒定，然后调节变量泵的排量VB从最小逐渐加大到最大值，则马达的转速nm便从最小逐渐升高到相应的最大值(变量马达的输出 转矩Tm不变，输出功率Pm逐渐加大)。这一阶段相当于变量泵定量马达的容积调速回路。第二阶段将已调到最大值的变量泵的排量VB固定不变，然后调节变量马达的排量Vm， 之从最大逐渐调到最小，此时马达的转速nm便进一步逐渐升高到最高值(在此阶段中，马达的输出转矩Tm逐渐减小，而输出功率Pm不变)。这一阶段相当于定量泵变量马达的容积调速回路。 上述分段调速的特性曲线如图7-7(b)所示。 这样，就可使马达的换向平稳，且第一阶段为恒转矩调速，第二阶段为恒功率调速。这种容积调速回路的调速范围是变量泵调节范围和变量马达调节范围之乘积，所以其调速范围大(可达100)，并且有较高的效率，它适用于大功率的场合，如矿山机械、起重机械以及大型机床的主运动液压系统。 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：限压式变量泵与调速阀等组成的容积节流调速回路；变压式变量泵与节流阀等组成的容积调速回路。  图7-8限压式变量泵调速阀容积节流调速回路 (a)调速原理图(b)调速特性图 图7-8所示为限压式变量泵与调速阀组成的调速回路工作原理和工作特性图。在图示位置，活塞4快速向右运动，泵1按快速运动要求调节其输出流量qmax，同时调节限压式变量泵的压力调节螺钉，使泵的限定压力pC大于快速运动所需压力〔图7-8(b)中AB段〕。当换向阀3通电，泵输出的压力油经调速阀2进入缸4，其回油经背压阀5回油箱。调节调速阀2的流量q1就可调节活塞的运动速度v，由于q1＜qB，压力油迫使泵的出口与调速阀进口之间的油压憋高，即泵的供油压力升高，泵的流量便自动减小到qB≈q1为止。 这种调速回路的运动稳定性、速度负载特性、承载能力和调速范围均与采用调速阀的节流调速回路相同。图7-8(b)所示为其调速特性，由图可知，此回路只有节流损失而无溢流损失。 当不考虑回路中泵和管路的泄漏损失时，回路的效率为： ηc=〔p1-p2(A2/A1)〕q1/pBq1=[p1-p2(A2/A1)]/pB 上式表明：泵的输油压力pB调得低一些，回路效率就可高一些，但为了保证调速阀的正常工作压差，泵的压力应比负载压力p1至少大5×105Pa。当此回路用于“死档铁停留”、压力继电器发讯实现快退时，泵的压力还应调高些，以保证压力继电器可靠发讯，故此时的实际工作特性曲线如图7-8(b)中AB′C′所示。此外，当pC不变时，负载越小，p1便越小，回路效率越低。 综上所述：限压式变量泵与调速阀等组成的容积节流调速回路，具有效率较高、调速较稳定、结构较简单等优点。目前已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 调速回路的比较。见表7-1。 (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。 一般来说，功率在3kW以下的液压系统宜采用节流调速；3～5kW范围宜采用容积节流调速；功率在5kW以上的宜采用容积调速回路。 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。所以需综合分析选用哪种回路。 表7-1 调速回路的比较 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 旁路 进回油 旁路     机械特性 速度稳定性 较差 差 好 较好 好   承载能力 较好 较差 好 较好 好  调速范围 较大 小 较大 大 较大  功率特性 效率 低 较高 低 较高 最高 较高 高   发热 大 较小 大 较小 最小 较小 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   二、快速运动回路 为了提高生产效率，机床工作部件常常要求实现空行程(或空载)的快速运动。这时要求液压系统流量大而压力低。这和工作运动时一般需要的流量较小和压力较高的情况正好相反。对快速运动回路的要求主要是在快速运动时，尽量减小需要液压泵输出的流量，或者在加大液压泵的输出流量后，但在工作运动时又不致于引起过多的能量消耗。以下介绍几种机床上常用的快速运动回路。? 1.差动连接回路 这是在不增加液压泵输出流量的情况下，来提高工作部件运动速度的一种快速回路，其实质是改变了液压缸的有效作用面积。  图7-9能实现差动连接工作进给回路 ? 图7-9是用于快、慢速转换的，其中快速运动采用差动连接的回路。当换向阀3左端的电磁铁通电时，阀3左位进入系统，液压泵1输出的压力油同缸右腔的油经3左位、5下位(此时外控顺序阀7关闭)也进入缸4的左腔，进入液压缸4的左腔，实现了差动连接，使活塞快速向右运动。当快速运动结束，工作部件上的挡铁压下机动换向阀5时，泵的压力升高，阀7打开，液压缸4右腔的回油只能经调速阀6流回油箱，这时是工作进给。当换向阀3右端的电磁铁通电时，活塞向左快速退回(非差动连接)。采用差动连接的快速回路方法简单，较经济，但快、慢速度的换接不够平稳。必须注意，差动油路的换向阀和油管通道应按差动时的流量选择，不然流动液阻过大，会使液压泵的部分油从溢流阀流回油箱，速度减慢，甚至不起差动作用。 2.双泵供油的快速运动回路 这种回路是利用低压大流量泵和高压小流量泵并联为系统供油，回路见图7-10。  图7-10 双泵供油回路 图中1为高压小流量泵，用以实现工作进给运动。2为低压大流量泵，用以实现快速运动。在快速运动时，液压泵2输出的油经单向阀4和液压泵1输出的油共同向系统供油。在工作进给时，系统压力升高，打开液控顺序阀(卸荷阀)3使液压泵2卸荷，此时单向阀4关闭，由液压泵1单独向系统供油。溢流阀5控制液压泵1的供油压力是根据系统所需最大工作压力来调节的，而卸荷阀3使液压泵2在快速运动时供油，在工作进给时则卸荷，因此它的调整压力应比快速运动时系统所需的压力要高，但比溢流阀5的调整压力低。 双泵供油回路功率利用合理、效率高，并且速度换接较平稳，在快、慢速度相差较大的机床中应用很广泛，缺点是要用一个双联泵，油路系统也稍复杂。 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。下面介绍几种回路的换接方法及特点。   图7-11用行程节流阀的速度换接回路 图7-12利用液压缸自身结构的速度换接回路 1.快速运动和工作进给运动的换接回路 图7-11是用单向行程节流阀换接快速运动(简称快进)和工作进给运动(简称工进)的速度换接回路。在图示位置液压缸3右腔的回油可经行程阀4和换向阀2流回油箱，使活塞快速向右运动。当快速运动到达所需位置时，活塞上挡块压下行程阀4，将其通路关闭，这时液压缸3右腔的回油就必须经过节流阀6流回油箱，活塞的运动转换为工作进给运动(简称工进)。当操纵换向阀2使活塞换向后，压力油可经换向阀2和单向阀5进入液压缸3右腔，使活塞快速向左退回。 在这种速度换接回路中，因为行程阀的通油路是由液压缸活塞的行程控制阀芯移动而逐渐关闭的，所以换接时的位置精度高，冲出量小，运动速度的变换也比较平稳。这种回路在机床液压系统中应用较多，它的缺点是行程阀的安装位置受一定限制(要由挡铁压下)，所以有时管路连接稍复杂。行程阀也可以用电磁换向阀来代替，这时电磁阀的安装位置不受限制(挡铁只需要压下行程开关)，但其换接精度及速度变换的平稳性较差。 图7-12是利用液压缸本身的管路连接实现的速度换接回路。在图示位置时，活塞快速向右移动，液压缸右腔的回油经油路1和换向阀流回油箱。当活塞运动到将油路1封闭后，液压缸右腔的回油须经节流阀3流回油箱，活塞则由快速运动变换为工作进给运动。 这种速度换接回路方法简单，换接较可靠，但速度换接的位置不能调整，工作行程也不能过长以免活塞过宽，所以仅适用于工作情况固定的场合。这种回路也常用作活塞运动到达端部时的缓冲制动回路。  图7-13两个调速阀并联式速度换接回路 ? 2.两种工作进给速度的换接回路 对于某些自动机床、注塑机等，需要在自动工作循环中变换两种以上的工作进给速度，这时需要采用两种(或多种)工作进给速度的换接回路。 图7-13是两个调速阀并联以实现两种工作进给速度换接的回路。在图7-13(a)中，液压泵输出的压力油经调速阀3和电磁阀5进人液压缸。当需要第二种工作进给速度时，电磁阀5通电，其右位接入回路，液压泵输出的压力油经调速阀4和电磁阀5进入液压缸。这种回路中两个调速阀的节流口可以独调节，互不影响，即第一种工作进给速度和第二种工作进给速度互相间没有什么限制。但一个调速阀工作时，另一个调速阀中没有油液通过，它的减压阀则处于完全打开的位置，在速度换接开始的瞬间不能起减压作用，容易出现部件突然前冲的现象。 图7-13(b)为另一种调速阀并联的速度换接回路。在这个回路中，两个调速阀始终处于工作状态，在由一种工作进给速度转换为另一种工作进给速度时，不会出现工作部件突然前冲现象，因而工作可靠。但是液压系统在工作中总有一定量的油液通过不起调速作用的那个调速阀流回油箱，造成能量损失，使系统发热。 图7-14是两个调速阀串联的速度换接回路。图中液压泵输出的压力油经调速阀3和电磁阀5进入液压缸，这时的流量由调速阀3控制。当需要第二种工作进给速度时，阀5通电，其右位接入回路，则液压泵输出的压力油先经调速阀3，再经调速阀4进入液压缸，这时的流量应由调速阀4控制，所以这种图7-14两个调速阀串联式 回路中调速阀4的节流口应调得比调速阀3小，否则调速阀4 速度换接回路将不起作用。这种回路在工作时调速阀3一直工作，它限制着进入液压 缸或调速阀4的流量，因此在速度换接时不会使液压缸产生前冲现象，换接平稳性较好。在调速阀4工作时，油液需经两个调速阀，故能量损失较大。系统发热也较大，但却比图7-13(b)所示的回路要小。  图7-14两个调速阀串联的速度换接回路. 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的要求。利用压力控制回路可实现对系统进行调压(稳压)、减压、增压、卸荷、保压与平衡等各种控制。 一、调压及限压回路 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。当液压泵一直工作在系统的调定压力时，就要通过溢流阀调节并稳定液压泵的工作压力。在变量泵系统中或旁路节流调速系统中用溢流阀(当安全阀用)限制系统的最高安全压力。当系统在不同的工作时间内需要有不同的工作压力，可采用二级或多级调压回路。  图7-15调压回路 1.单级调压回路 如图7-15(a)所示，通过液压泵1和溢流阀2的并联连接，即可组成单级调压回路。通过调节溢流阀的压力，可以改变泵的输出压力。当溢流阀的调定压力确定后，液压泵就在溢流阀的调定压力下工作。从而实现了对液压系统进行调压和稳压控制。如果将液压泵1改换为变量泵，这时溢流阀将作为安全阀来使用，液压泵的工作压力低于溢流阀的调定压力，这时溢流阀不工作，当系统出现故障，液压泵的工作压力上升时，一旦压力达到溢流阀的调定压力，溢流阀将开启，并将液压泵的工作压力限制在溢流阀的调定压力下，使液压系统不至因压力过载而受到破坏，从而保护了液压系统。 2.二级调压回路 图7-15(b)所示为二级调压回路，该回路可实现两种不同的系统压力控制。由先导型溢流阀2和直动式溢流阀4各调一级，当二位二通电磁阀3处于图示位置时系统压力由阀2调定，当阀3得电后处于右位时，系统压力由阀4调定，但要注意：阀4的调定压力一定要小于阀2的调定压力，否则不能实现；当系统压力由阀4调定时，先导型溢流阀2的先导阀口关闭，但主阀开启，液压泵的溢流流量经主阀回油箱，这时阀4亦处于工作状态，并有油液通过。应当指出：若将阀3与阀4对换位置，则仍可进行二级调压，并且在二级压力转换点上获得比图7-15(b)所示回路更为稳定的压力转换。 3.多级调压回路 图7-15(c)所示为三级调压回路，三级压力分别由溢流阀1、2、3调定，当电磁铁1YA、2YA失电时，系统压力由主溢流阀调定。当1YA得电时，系统压力由阀2调定。当2YA得电时，系统压力由阀3调定。在这种调压回路中，阀2和阀3的调定压力要低于主溢流阀的调定压力，而阀2和阀3的调定压力之间没有什么一定的关系。当阀2或阀3工作时，阀2或阀3相当于阀1上的另一个先导阀。 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，如机床液压系统中的定位、夹紧、回路分度以及液压元件的控制油路等，它们往往要求比主油路较低的压力。减压回路较为简单，一般是在所需低压的支路上串接减压阀。采用减压回路虽能方便地获得某支路稳定的低压，但压力油经减压阀口时要产生压力损失，这是它的缺点。  图7-16减压回路 最常见的减压回路为通过定值减压阀与主油路相连，如图7-16(a)所示。回路中的单向阀为主油路压力降低(低于减压阀调整压力)时防止油液倒流，起短时保压作用，减压回路中也可以采用类似两级或多级调压的方法获得两级或多级减压。图7-16(b)所示为利用先导型减压阀1的远控口接一远控溢流阀2，则可由阀1、阀2各调得一种低压。但要注意，阀2的调定压力值一定要低于阀1的调定减压值。 为了使减压回路工作可靠，减压阀的最低调整压力不应小于0.5MPa，最高调整压力至少应比系统压力小0.5MPa。当减压回路中的执行元件需要调速时，调速元件应放在减压阀的后面，以避免减压阀泄漏(指由减压阀泄油口流回油箱的油液)对执行元件的速度产生影响。 三、增压回路 如果系统或系统的某一支油路需要压力较高但流量又不大的压力油，而采用高压泵又不经济，或者根本就没有必要增设高压力的液压泵时，就常采用增压回路，这样不仅易于选择液压泵，而且系统工作较可靠，噪声小。增压回路中提高压力的主要元件是增压缸或增压器。  图7-17增压回路 图7-18M型中位机能卸荷回路 1.单作用增压缸的增压回路如图7-17(a)所示为利用增压缸的单作用增压回路，当系统在图示位置工作时，系统的供油压力p1进入增压缸的大活塞腔，此时在小活塞腔即可得到所需的较高压力p2； 当二位四通电磁换向阀右位接入系统时，增压缸返回，辅助油箱中的油液经单向阀补入小活塞。因而该回路只能间歇增压，所以称之为单作用增压回路。 2.双作用增压缸的增压回路如图7-17(b)所示的采用双作用增压缸的增压回路，能连续输出高压油，在图示位置，液压泵输出的压力油经换向阀5和单向阀1进入增压缸左端大、小活塞腔，右端大活塞腔的回油通油箱，右端小活塞腔增压后的高压油经单向阀4输出，此时单向阀2、3被关闭。当增压缸活塞移到右端时，换向阀得电换向，增压缸活塞向左移动。同理，左端小活塞腔输出的高压油经单向阀3输出，这样，增压缸的活塞不断往复运动，两端便交替输出高压油，从而实现了连续增压。 四、卸荷回路 在液压系统工作中，有时执行元件短时间停止工作，不需要液压系统传递能量，或者执行元件在某段工作时间内保持一定的力，而运动速度极慢，甚至停止运动，在这种情况下，不需要液压泵输出油液，或只需要很小流量的液压油，于是液压泵输出的压力油全部或绝大部分从溢流阀流回油箱，造成能量的无谓消耗，引起油液发热，使油液加快变质，而且还影响液压系统的性能及泵的寿命。为此，需要采用卸荷回路，即卸荷回路的功用是指在液压泵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。因为液压泵的输出功率为其流量和压力的乘积，因而，两者任一近似为零，功率损耗即近似为零。因此液压泵的卸荷有流量卸荷和压力卸荷两种，前者主要是使用变量泵，使变量泵仅为补偿泄漏而以最小流量运转，此方法比较简单，但泵仍处在高压状态下运行，磨损比较严重；压力卸荷的方法是使泵在接近零压下运转。 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7-18所示为采用M型中位机能的电液换向阀的卸荷回路，这种回路切换时压力冲击小，但回路中必须设置单向阀，以使系统能保持0.3MPa左右的压力，供操纵控制油路之用。 2.用先导型溢流阀的远程控制口卸荷图7-19中若去掉远程调压阀4，使先导型溢流阀的远程控制口直接与二位二通电磁阀相连，便构成一种用先导型溢流阀的卸荷回路，这种卸荷回路卸荷压力小，切换时冲击也小。  图7-19溢流阀远控口卸荷 图7-20利用蓄能器的保压回路 五、保压回路 在液压系统中，常要求液压执行机构在一定的行程位置上停止运动或在有微小的位移下稳定地维持住一定的压力，这就要采用保压回路。最简单的保压回路是密封性能较好的液控单向阀的回路，但是，阀类元件处的泄漏使得这种回路的保压时间不能维持太久。常用的保压回路有以下几种： 1.利用液压泵的保压回路 利用液压泵的保压回路也就是在保压过程中，液压泵仍以较高的压力(保压所需压力)工作，此时，若采用定量泵则压力油几乎全经溢流阀流回油箱，系统功率损失大，易发热，故只在小功率的系统且保压时间较短的场合下才使用；若采用变量泵，在保压时泵的压力较高，但输出流量几乎等于零，因而，液压系统的功率损失小，这种保压方法能随泄漏量的变化而自动调整输出流量，因而其效率也较高。 2.利用蓄能器的保压回路 如图7-20(a)所示的回路，当主换向阀在左位工作时，液压缸向前运动且压紧工件，进油路压力升高至调定值，压力继电器动作使二通阀通电，泵即卸荷，单向阀自动关闭，液压缸则由蓄能器保压。缸压不足时，压力继电器复位使泵重新工作。保压时间的长短取决于蓄能器容量，调节压力继电器的工作区间即可调节缸中压力的最大值和最小值。图7-20(b)所示为多缸系统中的保压回路，这种回路当主油路压力降低时，单向阀3关闭，支路由蓄能器保压补偿泄漏，压力继电器5的作用是当支路压力达到预定值时发出信号，使主油路开始动作。  图7-21自动补油的保压回路 ? 3.自动补油保压回路 如图7-21所示为采用液控单向阀和电接触式压力表的自动补油式保压回路，其工作原理为：当1YA得电，换向阀右位接入回路，液压缸上腔压力上升至电接触式压力表的上限值时，上触点接电，使电磁铁1YA失电，换向阀处于中位，液压泵卸荷，液压缸由液控单向阀保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，电接触式压力表又发出信号，使1YA得电，液压泵再次向系统供油，使压力上升。当压力达到上限值时，上触点又发出信号，使1YA失电。因此，这一回路能自动地使液压缸补充压力油，使其压力能长期保持在一定范围内。 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7-22(a)所示为采用单向顺序阀的平衡回路，当1YA得电后活塞下行时，回油路上就存在着一定的背压；只要将这个背压调得能支承住活塞和与之相连的工作部件自重，活塞就可以平稳地下落。当换向阀处于中位时，活塞就停止运动，不再继续下移。这种回路当活塞向下快速运动时功率损失大，锁住时活塞和与之相连的工作部件会因单向顺序阀和换向阀的泄漏而缓慢下落，因此它只适用于工作部件重量不大、活塞锁住时定位要求不高的场合。图7-21(b)为采用液控顺序阀的平衡回路。当活塞下行时，控制压力油打开液控顺序阀，背压消失，因而回路效率较高；当停止工作时，液控顺序阀关闭以防止活塞和工作部件因自重而下降。这种平衡回路的优点是只有上腔进油时活塞才下行，比较安全可靠；缺点是，活塞下行时平稳性较差。这是因为活塞下行时，液压缸上腔油压降低，将使液控顺序阀关闭。当顺序阀关闭时，因活塞停止下行，使液压缸上腔油压升高，又打开液控顺序阀。因此液控顺序阀始终工作于启闭的过渡状态，因而影响工作的平稳性。这种回路适用于运动部件重量不很大、停留时间较短的液压系统中。  图7-22采用顺序阀的平衡回路 图7-23 采用二位三通换向阀使单作用缸换向的回路 ? 第三节 方 向 控 制 回 路 在液压系统中,起控制执行元件的起动、停止及换向作用的回路,称方向控制回路。方向控制回路有换向回路和锁紧回路。关于机动—液动换向回路的控制方式和换向精度等问题,在磨床液压系统中叙述。 一、换向回路 运动部件的换向,一般可采用各种换向阀来实现。在容积调速的闭式回路中,也可以利用双向变量泵控制油流的方向来实现液压缸(或液压马达)的换向。 依靠重力或弹簧返回的单作用液压缸,可以采用二位三道换向阀进行换向，如图7-23所示。双作用液压缸的换向,一般都可采用二位四通(或五通)及三位四通(或五通)换向阀来进行换向,按不同用途还可选用各种不同的控制方式的换向回路。  图7-24先导阀控制液动换向阀的换向回路 电磁换向阀的换向回路应用最为广泛,尤其在自动化程度要求较高的组合机床液压系统中被普遍采用,这种换向回路曾多次出现于上面许多回路中,这里不再赘述。对于流量较大和换向平稳性要求较高的场合,电磁换向阀的换向回路已不能适应上述要求,往往采用手动换向阀或机动换向阀作先导阀，而以液动换向阀为主阀的换向回路,或者采用电液动换向阀的换向回路。 图7-24所示为手动转阀(先导阀)控制液动换向阀的换向回路。回路中用辅助泵2提供低压控制油,通过手动先导阀3(三位四通转阀)来控制液动换向阀4的阀芯移动,实现主油路的换向,当转阀3在右位时,控制油进入液动阀4的左端,右端的油液经转阀回油箱,使液动换向阀4左位接入工件,活塞下移。当转阀3切换至左位时,即控制油使液动换向阀4换向,活塞向上退回。当转阀3中位时,液动换向阀4两端的控制油通油箱,在弹簧力的作用下,其阀芯回复到中位、主泵1卸荷。这种换向回路,常用于大型压机上。 在液动换向阀的换向回路或电液动换向阀的换向回路中,控制油液除了用辅助泵供给外,在一般的系统中也可以把控制油路直接接入主油路。但是,当主阀采用M型或H型中位机能时,必须在回路中设置背压阀,保证控制油液有一定的压力,以控制换向阀阀芯的移动。 在机床夹具、油压机和起重机等不需要自动换向的场合,常常采用手动换向阀来进行换向。 二、锁紧回路 为了使工作部件能在任意位置上停留,以及在停止工作时,防止在受力的情况下发生移动,可以采用锁紧回路。 采用O型或M型机能的三位换向阀,当阀芯处于中位时,液压缸的进、出口都被封闭,可以将活塞锁紧,这种锁紧回路由于受到滑阀泄漏的影响,锁紧效果较差。  图7-25采用液控单向阀的锁紧回路 图7-25是采用液控单向阀的锁紧回路。在液压缸的进、回油路中都串接液控单向阀(又称液压锁),活塞可以在行程的任何位置锁紧。其锁紧精度只受液压缸内少量的内泄漏影响，因此，锁紧精度较高。采用液控单向阀的锁紧回路,换向阀的中位机能应使液控单向阀的控制油液卸压(换向阀采用H型或Y型),此时,液控单向阀便立即关闭,活塞停止运动。假如采用O型机能,在换向阀中位时,由于液控单向阀的控制腔压力油被闭死而不能使其立即关闭,直至由换向阀的内泄漏使控制腔泄压后,液控单向阀才能关闭,影响其锁紧精度。 第四节 多 缸 动 作 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。例如,自动车床中刀架的纵横向运动,夹紧机构的定位和夹紧等。 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,其中前两类用得较多。 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。 ? 图7-26压力继电器控制的顺序回路 ? (1)用压力继电器控制的顺序回路。图7-26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,动作循环开始时,二位四通电磁阀处于图示位置,液压泵输出的压力油进入夹紧缸的右腔,左腔回油,活塞向左移动,将工件夹紧。夹紧后,液压缸右腔的压力升高,当油压超过压力继电器的调定值时,压力继电器发出讯号,指令电磁阀的电磁铁2DT、4DT通电,进给液压缸动作(其动作原理详见速度换接回路)。油路中要求先夹紧后进给,工件没有夹紧则不能进给,这一严格的顺序是由压力继电器保证的。压力继电器的调整压力应比减压阀的调整压力低3×105～5×105Pa.  图7-27顺序阀控制的顺序回路 ? (2)用顺序阀控制的顺序动作回路。图7-27是采用两个单向顺序阀的压力控制顺序动作回路。其中单向顺序阀4控制两液压缸前进时的先后顺序,单向顺序阀3控制两液压缸后退时的先后顺序。当电磁换向阀通电时,压力油进入液压缸1的左腔,右腔经阀3中的单向阀回油,此时由于压力较低,顺序阀4关闭,缸1的活塞先动。当液压缸1的活塞运动至终点时,油压升高,达到单向顺序阀4的调定压力时,顺序阀开启,压力油进入液压缸2的左腔,右腔直接回油,缸2的活塞向右移动。当液压缸2的活塞右移达到终点后,电磁换向阀断电复位,此时压力油进入液压缸2的右腔,左腔经阀4中的单向阀回油,使缸2的活塞向左返回,到达终点时,压力油升高打开顺序阀3再使液压缸1的活塞返回。 这种顺序动作回路的可靠性,在很大程度上取决于顺序阀的性能及其压力调整值。顺序阀的调整压力应比先动作的液压缸的工作压力高8×105～10×105Pa,以免在系统压力波动时,发生误动作。 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。 图7-28是利用电气行程开关发讯来控制电磁阀先后换向的顺序动作回路。其动作顺序是:按起动按钮,电磁铁1DT通电,缸1活塞右行;当挡铁触动行程开关2XK,使2DT通电,缸2活塞右行;缸2活塞右行至行程终点，触动3XK,使1DT断电,缸1活塞左行;而后触动1XK,使2DT断电,缸2活塞左行。至此完成了缸1、缸2的全部顺序动作的自动循环。采用电气行程开关控制的顺序回路,调整行程大小和改变动作顺序均甚方便,且可利用电气互锁使动作顺序可靠。 二、同步回路 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。  图7-28行程开关控制的顺序回路 图7-29串联液压缸的同步回路 1.串联液压缸的同步回路 图7-29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。 由于泄漏和制造误差,影响了串联液压缸的同步精度,当活塞往复多次后,会产生严重的失调现象,为此要采取补偿措施。图7-30是两个单作用缸串联,并带有补偿装置的同步回路。为了达到同步运动,缸1有杆腔A的有效面积应与缸2无杆腔B的有效面积相等。在活塞下行的过程中,如液压缸1的活塞先运动到底,触动行程开关1XK发讯,使电磁铁1DT通电,此时压力油便经过二位三通电磁阀3、液控单向阀5,向液压缸2的B腔补油,使缸2的活塞继续运动到底。如果液压缸2的活塞先运动到底,触动行程开关2XK,使电磁铁2DT通电,此时压力油便经二位三通电磁阀4进入液控单向阀的控制油口,液控单向阀5反向导通,使缸1能通过液控单向阀5和二位三通电磁阀3回油,使缸1的活塞继续运动到底,对失调现象进行补偿。  图7-30采用补偿措施的串联液压缸同步回路 图7-31调速阀控制的同步回路 2.流量控制式同步回路 (1)用调速阀控制的同步回路。图7-31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。 用调速阀控制的同步回路,结构简单,并且可以调速,但是由于受到油温变化以及调速阀性能差异等影响,同步精度较低,一般在5%～7%左右。 (2)用电液比例调速阀控制的同步回路。图7-32所示为用电液比例调整阀实现同步运动的回路。回路中使用了一个普通调速阀1和一个比例调速阀2,它们装在由多个单向阀组成的桥式回路中,并分别控制着液压缸3和4的运动。当两个活塞出现位置误差时,检测装置就会发出讯号,调节比例调速阀的开度,使缸4的活塞跟上缸3活塞的运动而实现同步。 这种回路的同步精度较高,位置精度可达0.5mm,已能满足大多数工作部件所要求的同步精度。比例阀性能虽然比不上伺服阀,但费用低,系统对环境适应性强,因此,用它来实现同步控制被认为是一个新的发展方向。  图7-32电液比例调整阀控制式同步回路 图7-33防干扰回路 三、多缸快慢速互不干涉回路 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。 在图7-33所示的回路中,各液压缸分别要完成快进、工作进给和快速退回的自动循环。回路采用双泵的供油系统,泵1为高压小流量泵,供给各缸工作进给所需的压力油;泵2为低压大流量泵,为各缸快进或快退时输送低压油,它们的压力分别由溢流阀3和4调定。 当开始工作时,电磁阀1DT、2DT和3DT、4DT同时通电,液压泵2输出的压力油经单向阀6和8进入液压缸的左腔,此时两泵供油使各活塞快速前进。当电磁铁3DT、4DT断电后,由快进转换成工作进给,单向阀6和8关闭,工进所需压力油由液压泵1供给。如果其中某一液压缸(例如缸A)先转换成快速退回,即换向阀9失电换向,泵2输出的油液经单向阀6、换向阀9和阀11的单向元件进入液压缸A的右腔,左腔经换向阀回油,使活塞快速退回。 而其他液压缸仍由泵1供油,继续进行工作进给。这时,调速阀5(或7)使泵1仍然保持溢流阀3的调整压力,不受快退的影响，防止了相互干扰。在回路中调速阀5和7的调整流量应适当大于单向调速阀11和13的调整流量,这样,工作进给的速度由阀11和13来决定,这种回路可以用在具有多个工作部件各自分别运动的机床液压系统中。换向阀10用来控制B缸换向，换向阀12、14分别控制A、B缸快速进给。