气动系统一般由最简单的基本回路组成。虽然基本回路相同，但由于组合方式不同，故所得到的系统的性能也各有差异。按回路控制的不同功能可将气动回路分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路等。

（一）方向控制回路

方向控制回路是用换向阀控制压缩空气的流动方向，来实现控制执行机构运动方向的回路，简称换向回路。方向阀按通路数可分为二通、三通、四通及五通等，利用这些方向控制阀可构成各种换向控制回路。

1.单作用缸换向回路

图11-2（a）所示为二位三通电磁阀控制的单作用气缸上、下回路，该回路中，当电磁铁得电时，气缸向上伸出，失电时气缸在弹簧作用下返回。图11-2（b）所示为三位五通电磁阀控制的单作用气缸上、下和停止的回路，该阀在两电磁铁均失电时能自动对中，使气缸停于任何位置，但定位精度不高，且定位时间不长。

图11-2　单作用缸换向回路

2.双作用缸换向回路

图11-3所示为各种双作用缸的换向回路。

图11-3　双作用缸换向回路

图11-3（a）所示为简单换向回路；图11-3（b）中只有当A有气时，气缸才能伸出，反之则缩回；图11-3（c）中可用小通径手动换向阀控制二位五通阀换向回路；图11-3（d）所示为双电控二位五通阀换向回路；图11-3（e）所示为两个手动阀控制的二位五通阀换向回路；图11-3（f）所示为双电控三位五通阀换向回路。

双作用缸通常采用二位五通换向阀或三位五通换向阀来实现方向的控制。如图11-3（f）所示，用三位五通换向阀可控制双作用气缸的伸缩或任意位置停止，但定位精度不高。换向阀的控制方式也有单电控制和双电控制之分，对单电控制而言，如果气缸在伸出时突然失电，则换向阀立即复位，气缸返回；而双电控制相当于具有逻辑记忆功能，是双稳阀，当气缸伸出时突然失电，气缸将保持原有状态不变，双电控的两个电磁铁和两个按钮均不能同时动作。

（二）压力控制回路

在气动系统中，为了使系统正常工作，使系统中有关回路的压力保持在一定范围内，或者根据需要使回路得到高、低不同的气体压力，并且保证系统安全、可靠、经济，这就需要使用压力控制回路。所谓压力控制回路就是对系统压力进行调节和控制的回路。

1.一次压力回路

图11-4所示为一次压力回路，也称气源压力控制回路。此回路用于控制储气罐的压力，使之不超过规定的压力值。常用外控溢流阀1或电接点压力表2来控制空气压缩机的转、停，使储气罐内压力保持在规定范围内。一旦储气罐压力超过一定值，溢流阀即起安全保护作用。采用溢流阀结构简单、工作可靠，但气量浪费大；电接点压力表对电动机及控制要求高，常用于对小型空压机的控制。常用压力继电器代替电接点压力表，以简化控制回路。

图11-4　一次压力回路

1—外控溢流阀；2—电接点压力表

2.二次压力回路

图11-5所示为二次压力控制回路及图形符号。二次压力控制回路是每台气动设备的气源进口处的压力调节回路，用以控制和稳定设备气动控制系统的气源压力，是气动设备中必不可少的常用回路，主要采用溢流式减压阀来调整压力。如气动系统中不需要润滑，则可不用油雾器。

图11-5　二次压力回路及图形符号

3.高低压切换回路

图11-6所示为利用换向阀和减压阀实现高低压切换输出的回路。图11-6（a）回路中利用两个减压阀分别得到不同的气体压力；图11-6（b）是利用换向阀控制分时输出高低压不同的两个压力，适用于负载变化较大的场合。利用该回路的演化还可以实现远程多级压力控制。

图11-6　高低压切换回路

（三）速度控制回路

速度控制回路是用来调节气缸的运动速度或实现气缸的缓冲等的控制回路，其可通过控制进入或排出执行元件的气流量来控制气动执行元件的运动速度。

气压传动的速度控制所传递的功率不大，一般采用节流调速，但因气体的可压缩性和膨胀性远比液体大，故气压传动中气缸的节流调速在速度平稳性上的控制远比液压传动中的困难，速度负载特性差，动态响应慢。特别是在较大变负载同时又有比较高的速度控制要求的情况下，单纯的气压传动难以满足要求，此时可采用气-液联动的方法。

1.单作用缸速度控制回路

图11-7所示为单作用缸速度控制回路。在图11-7（a）中，升、降均通过节流阀调速，两个相反方向安装的单向节流阀可分别控制活塞杆的伸出及缩回速度。在图11-7（b）所示的回路中，气缸伸出时可调速，返回时则通过快排气阀排气，使气缸快速返回。

图11-7　单作用缸速度控制回路

2.双作用缸速度控制回路

1）单向调速回路

双作用缸有节流供气和节流排气两种调速方式。

图11-8（a）所示为节流供气调速回路，当气控换向阀不换向时，进入气缸A腔的气流流经节流阀，而B腔排出的气体直接经换向阀快排。当节流阀开度较小时，由于进入A腔的流量较小，压力上升缓慢，当气压达到能克服负载时，活塞前进，此时A腔容积增大，使压缩空气膨胀，压力下降，作用在活塞上的力小于负载，因而活塞停止前进。待压力再次上升时，活塞才再次前进。这种由于负载及供气的原因使活塞忽走忽停的现象，称为气缸的“爬行”。

节流供气的不足之处主要表现为：

（1）当负载方向与活塞运动方向相反时，活塞运动易出现不平稳现象，即“爬行”现象。

（2）当负载方向与活塞运动方向一致时，由于排气经换向阀快排，几乎没有阻尼，负载易产生“跑空”现象，使气缸失去控制。所以节流供气多用于垂直安装的气缸的供气回路中，在水平安装的气缸的供气回路中一般采用如图11-8（b）所示的节流排气的回路。当气控换向阀不换向时，从气源来的压缩空气经气控换向阀直接进入气缸的A腔，而B腔排出的气体必须经节流阀到气控换向阀而排入大气，因而B腔中的气体就具有一定的压力。此时活塞在A腔与B腔的压力差作用下前进，减少了“爬行”发生的可能性。调节节流阀的开度，即可控制不同的排气速度，从而也就控制了活塞的运动速度。

排气节流调速回路的特点是气缸的速度随负载变化较小，运动较平稳，并能承受与活塞运动方向相同的负载（反向负载）。

以上所述，适用于负载变化不大的情况。当负载突然增大时，由于气体的可压缩性，就迫使气缸内的气体压缩，使活塞运动速度减慢；反之，当负载突然减小时，气缸内被压缩的空气必然膨胀，使活塞运动加快，把这种现象称为气缸的“自走”现象。因此，在要求气缸具有准确而平稳的速度时（尤其在负载变化较大的场合），就要采用气-液相结合的调速方式了。

2）双向调速回路

在气缸的进、排气口各装设节流阀，就组成了双向调速回路。图11-9（a）所示为采用单向节流阀的双向节流调速回路，图11-9（b）所示为采用排气节流阀的双向节流调速回路。

图11-8　双作用缸单向调速回路

图11-9　双作用缸双向调速回路

3）速度换接回路

如图11-10所示的速度换接回路，利用两个二位二通阀与单向节流阀并联，当撞块压下行程开关时，发出电信号，使二位二通阀换向，改变排气通路，从而使气缸速度改变。行程开关的位置可根据需要选定。图11-10中二位二通阀也可改用行程阀。

4）快速往复运动回路

将图11-9（a）中两个单向节流阀换成快速排气阀就构成了快速往复运动回路，如图11-11所示。若欲实现气缸单向快速运动，可只采用一个快速排气阀。

图11-10　速度换接回路

图11-11　快速往复运动回路

（四）其他控制回路

1.同步动作回路(www.daowen.com)

同步控制是指驱动两个或两个以上的执行机构时，使它们在运动过程中位置或速度保持一致。同步控制实质上也是一种速度控制。当各个执行机构的负载发生变化时，要使其同步比较困难。为使多个机构实现同步，通常采用的方法包括：一是使进入或排出执行机构的气体流量尽可能保持一致；二是利用机械连接使各执行结构同步动作。

1）刚性连接的同步回路

图11-12所示为刚性连接的同步回路，即采用刚性零件把两尺寸相同的气缸的活塞杆连接起来，使其同步动作。

该回路对机械精度要求高，否则会影响同步精度，同时两缸距离不能太大，否则机构较复杂。

2）气-液缸同步回路

图11-13所示为由气-液组合缸串联的同步回路，其特点是能保证速度同步，即使两缸负载不等时，也能保证运动同步。该回路的要求是缸2有杆腔的面积必须与缸1无杆腔的面积相等。

图11-12　刚性连接的同步回路

图11-13　气-液组合缸串联的同步回路

2.安全保护回路

1）过载保护回路

图11-14所示为过载保护回路。此回路中，按下手动换向阀1，在活塞杆伸出的过程中若遇到障碍6，无杆腔压力升高，打开顺序阀3，使换向阀2换向，阀4随即复位，活塞立即退回，实现过载保护。若无障碍6，则气缸向前运动时压下阀5，活塞即刻返回。

2）双手操作回路

图11-15所示为双手操作回路，只有同时按下两个启动用手动换向阀气缸才动作，对操作人员的手起到安全保护作用，主要应用在冲床、锻压机床上。

图11-14　过载保护回路

1—手动换向阀；2，4—气控换向阀；3—顺序阀；5—机控换向阀；6—挡铁

图11-15　双手操作回路

3）互锁回路

图11-16所示为互锁回路。四通阀的换向受三个串联的机动三通阀控制，只有三个都接通，主控阀才能换向。

3.力控制回路

气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执行元件的受力面积来增加输出力的。

1）串联气缸回路

图11-17所示为串联缸增力回路，即通过控制电磁阀的通电个数，实现对分段式活塞缸的活塞杆输出推力的控制。

图11-16　互锁回路

图11-17　串联缸增力回路

2）利用气-液增压器的增力回路

如图11-18所示，利用气-液增压器1把较低的气压变为较高的液压力，提高了气液缸2的输出力。

图11-18　气-液增压器增力

1—气-液增压器；2—气液缸

4.缓冲回路

气缸驱动较大负载高速运动时，会产生很大的动能，将此动能从某一位置开始逐渐减少，最终使负载在指定位置平稳停止的回路称为缓冲回路。要获得气缸行程末端的缓冲，除采用带缓冲的气缸外，特别是在行程长、速度快、惯性大的情况下，往往需要采用缓冲回路来满足气缸运动速度的要求。

如图11-19（a）所示的缓冲回路能实现快进→慢进→缓冲→停止→快退的循环，行程阀可根据需要来调整缓冲开始位置，这种回路常用于惯性力大的场合。如图11-19（b）所示的缓冲回路，当活塞返回到行程末端时，其左腔压力已降至打不开顺序阀2的程度，余气只能经节流阀1排出，因此活塞也能得到缓冲。

如图11-19所示的回路只能实现一个运动方向上的缓冲，若两侧均安装此回路，则可达到双向缓冲的目的。

图11-19　缓冲回路

1—节流阀；2—顺序阀

5.气-液联动调速回路

由于空气的可压缩性，在低速及传动负载变化较大的场合可采用气-液转换回路，达到传动平稳、定位精度高和速度控制容易的目的，从而克服难以实现气动低速控制的缺点。

如图11-20所示，利用气-液转换器将气压变成液压，驱动液压缸运动，从而得到平稳易控制的活塞运动速度，来调节节流阀的开度，即可改变液压缸的运动速度。这种回路充分发挥了气动供气方便和液压速度容易控制的特点。

图11-21所示为气-液阻尼缸的速度控制回路。图11-21（a）所示为慢进快退回路，改变单向节流阀的开度，即可控制活塞的前进速度；活塞返回时，气-液阻尼缸中液压缸的无杆腔的油液通过单向阀快速流入有杆腔，故返回速度较快，高位油箱起补充泄漏油液的作用。如图11-21（b）所示回路能实现机床工作循环中常用的快进→工进→快退的动作。当有信号K2时，五通阀换向，活塞向左运动，液压缸无杆腔中的油液通过a口进入有杆腔，气缸快速向左前进；当活塞将a口关闭时，液压缸无杆腔中的油液被迫从b口经节流阀进入有杆腔，活塞工作进给；当信号K2消失，有信号K1输入时，五通阀换向，活塞向右快速返回。

图11-20　气-液转换器的速度控制回路

图11-21　气-液阻尼缸的速度控制回路

6.往复控制回路

往复控制回路指在气动回路中，各个气缸按一定程序完成各自的动作，也称为顺序动作回路。例如，单缸有单往复动作、二次往复动作和连续往复动作等；多缸按一定顺序进行，有单往复或多往复顺序动作等。

1）单缸单往复动作回路

图11-22（a）所示为行程阀控制的单缸单往复动作回路，当按下阀1的手动按钮后压缩空气使阀3换向，活塞杆向前伸出，当活塞杆上的挡铁碰到行程阀2时，阀3复位，活塞杆返回。图11-22（b）所示为压力控制的往复动作回路，当按下阀1的手动按钮后，阀3阀芯右移，气缸无杆腔进气使活塞杆伸出（右行），同时气压还作用在顺序阀4上。当活塞到达终点后，无杆腔压力升高并打开顺序阀，使阀3又切换至右位，活塞杆缩回（左行）。图11-22（c）所示为利用延时回路形成的时间控制单缸单往复动作回路，当按下阀1的手动按钮后，阀3换向，气缸活塞杆伸出，当压下行程阀2后，延时一段时间后阀3才能换向，然后活塞杆再缩回。

由以上可知，在单往复动作回路中，每按下一次按钮，气缸就完成一次往复动作。

图11-22　单缸单往复动作回路

2）连续往复动作回路

图11-23所示为连续往复动作回路，它能完成连续的动作循环。当按下阀1的按钮后，阀4换向，活塞向前运动，这时由于阀3复位而将气路封闭，使阀4不能复位，活塞继续前进；到行程终点压下行程阀2，使阀4控制气路排气，在弹簧作用下阀4复位，气缸返回，在终点压下阀3，在控制压力下阀4又被切换到左位，活塞再次前进。就这样一直连续往复，当提起阀1的按钮后，阀4复位，活塞返回而停止运动。

图11-23　连续往复动作回路