液压与气压传动第6章液压基本回路

第六章液压基本回路

本章介绍液压基本回路，这些回路主要包括：压力控制回路:控制系统或某支路压力；方向控制回路:控制执行元件运动方向；调速回路:控制执行元件运动速度；多缸运动回路:控制多缸运动。

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。注意6.1概述

任何机械设备的液压传动系统，都是由一些基本回路组成。所谓基本回路，就是由相关元件组成的用来完成特定功能的典型管路结构。它是液压传动系统的基本组成单元。通常来讲，一个液压传动系统由若干个基本回路组成。6.2压力控制回路压力控制回路主要有：调压回路减压回路增压回路保压回路卸荷回路平衡回路释压回路压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统或系统某一部分的压力。调压回路使系统整体或某一部分的压力保持恒定数值。当把调压回路中的溢流阀换为比例溢流阀时,这种调压回路成为比例调压回路.通过比例溢流阀的输入电流来实现回路的无级调压,它还可实现系统的远距离控制。6.2.1调压回路二级调压回路二级调压回路

4.无级调压回路下图为通过电液比例溢流阀进行无级调压的比例调压回路。根据执行元件工作过程各个阶段的不同要求，调节输入比例溢流阀的电流，既可达到调节系统工作压力的目的。6.2.2减压回路

液压缸5的工作压力比液压缸4的工作压力高,为使液压缸4能够正常工作，在回路中并联了一个减压阀3，使液压缸4得到一稳定的、比液压缸5压力低的压力。减压阀如果采用前述溢流阀的类似安装方法，可得到两级或多级的减压回路。为使减压回路工作可靠，减压阀的最低调整压力不应低于0.5

MPa，最高调整压力至少比系统压力低0.5MPa。多级减压回路6.2.3增压回路

在液压系统增压回路中，压力为p1的油液进入增压缸的大活塞腔，这时在小活塞腔则可得到压力为p2的高压油液，增压的倍数是大小活塞的工作面积之比。6.2.4卸荷回路

当系统中执行元件短时间不工作时,常使液压泵在很小的功率下作空运转.这种卸荷可以减少液压泵磨损，降低功率消耗，减小温升.卸荷的方式有两类，一类是压力卸荷；另一类是流量卸荷。1.执行元件不需保压的卸荷回路

(1)用换向阀中位机能的卸荷回路用换向阀中位机能的卸荷回路

当换向阀处于中位时，液压泵出口直通油箱，泵卸荷。因回路需保持一定的控制压力以操纵执行元件，故在泵出口安装单向阀。

(2)用电磁溢流阀的卸荷回路用电磁溢流阀的卸荷回路

电磁溢流阀是带遥控口的先导式溢流阀与二位二通电磁阀的组合。当执行元件停止运动时，二位二通电磁阀得电，溢流阀的遥控口通过电磁阀接油箱，泵输出的油液以很低的压力经溢流阀回油箱，实现泵卸荷。

2.执行元件需要保压的卸荷回路(1)限压式变量泵的卸荷回路

当系统压力升高达到变量泵压力调节螺钉调定压力时，压力补偿装置动作，液压泵3输出流量随供油压力升高而减小，直到维持系统压力所必需的流量，回路实现保压卸荷，系统中的溢流阀1作安全阀用，以防止泵的压力补偿装置的失效而导致压力异常.用限压式变量泵的卸荷回路

(2)用卸荷阀的卸荷回路

当电磁铁1YA得电时，泵和蓄能器同时向液压缸左腔供油，推动活塞右移，接触工件后，系统压力升高。当系统压力升高到卸荷阀1的调定值时，卸荷阀打开，液压泵通过卸荷阀卸荷，而系统压力用蓄能器保持。图中的溢流阀2是当安全阀用。用卸荷阀的卸荷回路蓄能器保压卸荷阀使泵卸荷6.2.5保压回路(1）利用液压蓄能器保压的回路

(3）用液控单向阀的保压回路

(2）用液压泵的保压回路

6.2.6释压回路为使高压大容量液压缸中储存的能量缓慢释放,以免在突然释放时产生很大的液压冲击,可采用释压回路.6.2.7平衡回路

为了防止立式液压缸与垂直运动的工作部件由于自重而自行下落造成事故或冲击，可以采用平衡回路。

1.用单向顺序阀的平衡回路

用单向顺序阀的平衡回路

用单向顺序阀的平衡回路

调节单向顺序阀1的开启压力,使其稍大于立式液压缸下腔的背压.活塞下行时,由于回路上存在一定背压支承重力负载,活塞将平稳下落;换向阀处于中位时,活塞停止运动.此处的单向顺序阀又称为平衡阀2.采用液控单向阀的平衡回路6.3速度控制回路6.3.1概述

在液压与气压传动系统中，调速回路占有重要地位例如在机床液压传动系统中，用于主运动和进给运动的调速回路对机床加工质量有着重要的影响，而且，它对其它液压回路的选择起着决定性的作用。在不考虑泄漏的情况下，缸的运动速度由进入（或流出）缸的流量q及其有效工作面积A决定，即：

V=q/A

同样，马达的转速n由进入马达的流量q和马达的单转排量V决定：

n=q/v6.3.2调速回路1.调速方法概述

液压系统常常需要调节液压缸和液压马达的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液压缸和液压马达的速度决定于排量及输入流量。液压缸的速度为：

液压马达的转速:

式中

q—输入液压缸或液压马达的流量；

A—液压缸的有效面积（相当于排量）；

VM—液压马达的每转排量。由以上两式可以看出，要控制缸和马达的速度，可以通过改变流入流量来实现，也可以通过改变排量来实现。

对于液压缸来说，通过改变其有效作用面积A（相当于排量）来调速是不现实的，一般只能用改变流量的方法来调速。

对变量马达来说，调速既可以改变流入流量，也可改变马达排量。目前常用的调速回路主要有以下几种：(1)节流调速回路采用定量泵供油，通过改变回路中节流面积的大小来控制流量，以调节其速度。(2)容积调速回路

通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。(3)容积节流调速回路（联合调速）

下面主要讨论节流调速回路和容积调速回路。

①速度负载特性

当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为：

(7-1)

活塞受力方程为：

缸的流量方程为：

p2—液压缸回油腔压力，p20。F—外负载力；

式中：②功率特性液压泵输出功率即为该回路的输入功率为：

回路的功率损失为：

==而缸的输出功率为：式中—溢流阀的溢流量,。

进油路节流调速回路的功率损失由两部分组成：溢流功率损失和节流功率损失1qpqpPTpD+D=DpqpqpPPPppp11=-=Dh(2)出口节流调速回路

出口节流调速回路采用同样的分析方法可以得到与进油路节流调速回路相似的速度负载特性.节流阀串联在液压缸的出口油路上进口和出口节流调速的比较承受负值负载的能力出口节流调速能承受一定的负值负载运动平稳性出口节流调速回路运动平稳性好.油液发热对回路的影响进油节流调速的油液发热会使缸的内外泄漏增加；启动性能

出口节流调速回路中重新启动时背压不能立即建立，会引起瞬间工作机构的前冲现象.(3)旁油路节流调速回路旁油路节流调速回路

节流阀装在与液压缸并联的支路上，利用节流阀把液压泵供油的一部分排回油箱实现速度调节溢流阀作安全阀用,液压泵的供油压力Pp取决于负载。

①速度负载特性

考虑到泵的工作压力随负载变化，泵的输出流量qp应计入泵的泄漏量随压力的变化,采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为：

式中

qpt—泵的理论流量；

k—泵的泄漏系数，其余符号意义同前。

②功率特性

回路的输入功率回路的输出功率回路的功率损失回路效率

用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合6.3.3调速阀式节流调速回路

6.3.4容积式调速回路液压系统的油液循环,有开式和闭式两种方式。按液压执行元件的不同，容积调速回路可分为泵―缸式和泵―马达式两类容积调速回路。绝大部分泵―缸式容积调速回路和泵―马达式容积调速回路的油液循环采用闭式循环方式。泵―缸式容积调速回路的开式循环回路结构如图所示。它由变量泵、液压缸和起安全作用的溢流阀组成。通过改变液压泵的排量,便可调节液压缸的运动速度u。当不考虑管路、液压缸的泄漏和压力损失时，液压缸的速度为：11111AAFknVAAFkqAqlppltp-=-==u6.3.4.1泵―缸式容积调速回路泵―缸式容积调速回路

根据上式按不同值作图，可得一组速度―负载特性曲线如图所示。由于变量泵的泄漏系数较大，当负载增大时，液压缸的速度按线性规律下降。这样，当液压泵以小排量（低速）工作时，回路的承载能力变差。

由公式可得出该回路的速度刚性为：

变量泵-定量马达容积调速回路

变量泵-定量马达容积调速回路

工作特性曲线

防止回路过载

补偿泵3和马达5的泄漏

调定油泵1的供油压力2.定量泵-变量马达式容积调速回路

3.变量泵-变量马达式容积调速回路。

6.3.5容积节流式调速回路

容积调速回路虽然效率高，发热少，但仍存在速度―负载特性软的问题。调速阀式节流调速回路的速度负载特性好，但回路效率低。容积节流调速回路的效率虽然没有单纯的容积调速回路高，但它的速度负载特性好。因此，在低速稳定性要求高的机床进给系统得到了普遍地应用。

容积节流调速回路是采用压力补偿型变量泵供油，通过对节流元件的调整来改变流入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度；而液压泵输出的流量自动地与液压缸所需流量相适应。这种回路虽然有节流损失，但没有溢流损失，效率较高。

1.限压式变量泵―调速阀式容积节流调速回路

这种调速回路的速度刚性、运动平稳性、承载能力和调速范围都和与它对应的节流调速回路相同。

由限压式变量泵―调速阀式容积调速回路的调速特性可见，这种回路虽然没有溢流损失,但仍然有节流损失,其损失的大小与液压缸的工作腔压力p1有关。当进入液压缸的流量为q1时，液压泵的供油流量应为qp

=q1，供油压力为pP.液压缸工作腔压力的正常工作范围是：式中，pmin为保证调速阀正常工作的最小压差，一般它为0.5MPa左右，其它符号意义同前。当时，回路中的节流损失最小；越小，节流损失越大。当液压缸回油腔（背腔）压力时，回路的效率为：当时，回路的效率为：2.稳流量泵―节流阀式容积节流调速回路

这种回路只有节流损失,无溢流损失，而且，由于泵的输出压力随负载压力的变化而增减，节流阀工作压差不变。

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。实现快速运动可以有几种方法。6.3.6快速运动回路

这里仅介绍液压缸差动连接的快速运动回路和双泵供油的快速运动回路。1.液压缸差动连接的快速运动回路

换向阀2处于原位时，液压泵1输出的液压油同时与液压缸3的左右两腔相通,两腔压力相等。由于液压缸无杆腔的有效面积A1大于有杆腔的有效面积A2，使活塞受到的向右作用力大于向左的作用力，导致活塞向右运动。液压缸差动连接的快速运动回路

于是无杆腔排出的油液与泵1输出的油液合流进入无杆腔,即在不增加泵流量的前提下增加了供给无杆腔的油液量，使活塞快速向右运动。液压缸差动连接的快速运动回路

这种回路比较简单也比较经济，但液压缸的速度加快有限，差动连接与非差动连接的速度之比为:

有时仍不能满足快速运动的要求，常常要求和其它方法（如限压式变量泵）联合使用。

液压缸差动连接的快速运动回路图7－16液压缸差动连接快速运动回路

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当换向阀6处图示位置，并且由于外负载很小，使系统压力低于顺序阀3的调定压力时，两个泵同时向系统供油，活塞快速向右运动；

双泵供油的快速运动回路设定双泵供油时系统的最高工作压力低压大流量泵1和高压小流量泵2组成的双联泵作为系统的动力源。2.双泵供油的快速运动回路

换向阀6的电磁铁通电后,缸有杆腔经节流阀7回油箱，系统压力升高，达到顺序阀3的调定压力后,大流量泵1通过阀3卸荷,单向阀4自动关闭,只有小流量泵2单独向系统供油,活塞慢速向右运动.设定小流量泵2的最高工作压力

注意：顺序阀3的调定压力至少应比溢流阀5的调定压力低10%-20%。

图6－17双泵供油快速运动回路

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２.速度换接回路

速度换接回路用于执行元件实现速度地切换，因切换前后速度地不同，有快速－慢速、慢速－慢速地换接。这种回路应该具有较高地换接平稳性和换接精度。

（1）快、慢速换接回路实现快、慢速换接的方法很多，图所示的三种快速运动回路是通过压力变化来实现快、慢速度切换的，更多的则是采用换向阀实现快、慢速换接。１）行程阀（电磁阀）的速度换接回路

这种回路速度切换过程比较平稳，换接点位置准确。但行程阀的安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂。

回首页图6－20用行程阀的速度换接回路如图6－20所示，换向阀处于图示位置，液压缸活塞快进到预定位置，活塞杆上挡块压下行程阀，行程阀关闭，液压缸右腔油液必须通过节流阀才能流回油箱，活塞运动转为慢速工进。换向阀左位接入回路时，压力油经单向阀进入液压缸右腔，活塞快速向左返回。

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2）液压马达串、并联双速换接回路在液压驱动的行走机械中，根据路况往往需要两档速度：在平地行驶时为高速，上坡时需要输出转矩增加，转速降低。为此采用两个液压马达串联或并联，以达到上述目的。

图6－21a为液压马达并联回路，两液压马达1、2主轴刚性连接在一起。手动换向阀3左位时，压力油只驱动马达1，马达2空转，手动换向阀3右位时，马达1和2并联，若两马达排量相等，并联时进入每个马达的流量减少一半，转速相应降低一半，而转矩增加一倍。手动阀实现马达速度的切换，不管阀处于何位，回路的输出功率相同。图6－21a为液压马达并联回路

回首页图6-21b液压马达双速换接回路图6－21b为液压马达串、并联回路。用二位四通阀1使两马达串连或并联来实现快慢速切换。二位四通阀1上位接入回路，两马达并联；下位接入回路，两马达串连。串连时为高速;并联时为低速，输出转矩相应增加。串连和并联两种情况下回路的输出功率相同。

回首页（２）两种慢速的换接回路某些机床要求工作行程有两种进给速度，一般第一进给速度大于第二进给速度，为实现两次工进速度，常用于两个调速阀串连或并联在油路中，用换向阀进行切换。图6－22a为两个调速阀串连来实现两次进给速度的换接回路，它只能用于第二进给速度小于第一进给速度的场合，故调速阀B的开口小于调速阀A。这种回路速度换接平稳性较好。

回首页串联式图6-22b

图6－22b为两个调速阀并联来实现两次进给速度的换接回路，这里两个进给速度可以分别调整，互不影响。但一个调整阀工作时另一个调速阀无油通过，其定差减压阀处于最大开口位置，因而在速度转换瞬间，通过调速阀的流量过大会造成进给部件突然前冲。因此这种回路不宜用在同一行程两次进给速度的转换上，只可用在速度预选的场合。

回首页6.4方向控制回路6.4.1一般方向控制回路

方向控制回路的作用是利用各种方向阀来控制流体的通断和变向，以便使执行元件启动、停止和换向.一般方向控制回路只需在动力元件与执行元件之间采用普通换向阀.

在闭式回路中可用双向变量泵变更供油方向来实现液压缸（马达）换向。如图6－24示，执行元件是单杆双作用液压缸5，活塞向右运动时，其进油量大于排油油量，双向变量泵1吸油侧流量不足，可用辅助泵2通过单向阀3来补充；变更双向变量泵1的供油方向，活塞向左运动时，排油油量大于进油油量，泵1吸油侧多余的油液通过由缸5进油侧压力控制的二位二通阀4和溢流阀6排回油箱。溢流阀6和8既使活塞向左或向右运动时泵吸油侧有一定的吸入压力又可使活塞运动平稳。溢流阀7是防止系统过载的安全阀。这种回路适用于压力较高、流量较大的场合。图6－24采用双向变量泵的换向回路２.采用双向变量泵的换向回路

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6.4.２锁紧回路

１.用液控单向阀的锁紧回路锁紧回路的功用是通过切断执行元件的进油、出油通道来使它停在任意位置，并防止停止运动后因外界因素而发生窜动。使液压缸锁紧的最简单的方法是利用三位换向阀的M型或O型中位机能来封闭缸的两腔，使活塞在行程范围内任意位置停止。但由于滑阀的泄漏，不能长时间保持锁紧位置不动，锁紧精度不高。最常用的方法是采用液控单向阀作锁紧元件，如图示。

回首页图6－25用液控单向阀的锁紧回路

当执行元件是液压马达时，切断其进、出油口后理应停止转动，但因马达还有一泄油口直接通回油箱，当马达在重力负载力矩的作用下变成泵工况时，其出口油液将经泄油口流回油箱，使马达出现滑转。为此，在切断液压马达进、出油口的同时，需通过液压制动器来保证马达可靠地停转，如图6－26示。图6－26用制动器的马达锁紧回路２.用制动器的马达锁紧回路

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6.4.３制动回路

制动回路的功用在于使执行元件平稳地由运动状态转换成静止状态。要求对油路中出现的异常高压和负压作出迅速反应，应使制动时间尽可能短，冲击尽可能少。图6－27a为采用溢流阀的液压缸制动回路。在液压缸两侧油路上设置反应灵敏的小型直动型溢流阀2和4，换向阀切换时，活塞在溢流阀2或4的调定压力值下实现制动。活塞向右运动时，活塞右侧油液压力突然升高，当超过阀4的调定压力，阀4打开溢流阀，缓和管路中的液压冲击，同时液压缸左腔通过单向阀3补油。活塞向左运动，由溢流阀2和单向阀5起缓冲和补油作用。缓冲溢流阀2和4的调定压力一般比主油路溢流阀1的调定压力高5％～10％。图6－27a

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图6－27b为采用溢流阀的液压马达制动回路。在液压马达的回路上串接一溢流阀2。换向阀4电磁铁得电时，马达由泵供油而旋转，马达排油通过被压阀3回油箱，被压阀调定压力一般为0.3～0.7MPa。当电磁铁失电时，切断马达回路，马达制动。由于惯性负载作用，马达将继续旋转为泵工况，马达的最大出口压力由溢流阀2限定，即出口压力超过阀2的调定压力时阀2打开溢流，缓和管路中的液压冲击。泵在阀3调定的压力下地压卸荷，并在马达制动时实现有压补油，使其不致吸空。溢流阀2的调定压力不宜调的过高，一般等于系统的额定工作压力。溢流阀1为系统的安全阀。图6－27b

回首页6.5多缸运动控制回路

在液压与气压传动系统中，用一个能源向两个或多个缸（或马达）提供液压油或压缩空气，并按各缸之间运动关系要求进行控制，完成预定功能的回路，被称为多缸运动回路。多缸运动回路分为顺序运动回路同步运动回路互不干扰回路6.5.1顺序回路

顺序动作回路，根据其控制方式的不同，分为行程控制、压力控制和时间控制三类，这里只对前两种进行介绍。

1.压力控制顺序动作回路2.压力控制顺序动作回路按启动按钮，1YA得电，阀1左位工作，液压缸7的活塞向右移动，实现动作顺序1;动作1到右端后，缸7左腔压力上升，达到压力继电器3的调定压力时发讯,1YA断电,3YA得电,阀2左位工作,压力油进入缸8的左腔,其活塞右移，实现动作顺序2动作2到行程端点后，缸8左腔压力上升，达到压力继电器5的调定压力时发讯，3YA断电，4YA得电,阀2右位工作，压力油进入缸8的右腔，其活塞左移,实现动作顺序3;动作3到行程端点后，缸8右腔压力上升，达到压力继电器6的调定压力时发讯，4YA断电，2YA得电,阀1右位工作，缸7的活塞向左退回，实现动作顺序4。动作4到左端后，缸7右端压力上升，达到压力继电器4的调定压力时发讯，2YA断电，1YA得电，阀1左位工作，压力油进入缸7左腔，自动重复上述动作循环,直到按下停止按钮为止。循环至动作13.行程控制顺序动作回路用行程开关和电磁阀配合的顺序回路

首先按动启动按钮,使电磁铁1YA得电，压力油进入油缸3的左腔,使活塞按箭头1所示方向向右运动。

动作1

活塞杆上的挡块压下行程开关6S后,通过电气上的连锁使1YA断电,3YA得电.油缸3的活塞停止运动，压力油进入油缸4的左腔,使其按箭头2所示的方向向右运动;

动作2当活塞杆上的挡块压下行程开关8S,使3YA断电,2YA得电，压力油进入缸3的右腔,使其活塞按箭头3所示的方向向左运动；

动作3当活塞杆上的挡块压下行程开关5,使2YA断电,4YA得电,压力油进入油缸4右腔,使其活塞按箭头4的方向返回.

当挡块压下行程开关7S时,4YA断电,活塞停止运动,至此完成一个工作循环。

动作44.时间控制顺序动作回路

6.5.2同步回路

同步运动包括速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相同；而位置同步是指各执行元件在运动中或停止时都保持相同的位移量。1.液压缸机械联结的同步回路

用机械联结的同步回路

由于机械零件在制造,安装上的误差，同步精度不高。同时，两个液压缸的负载差异不宜过大，否则会造成卡死现象.

这种同步回路是用刚性梁`齿轮`齿条等机械零件在两个液压缸的活塞杆间实现刚性联结以便来实现位移的同步。

2.采用调速阀的同步回路

这种同步回路结构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦,而且还受油温`泄漏等的影响故同步精度不高,不宜用在偏载或负载变化频繁的场合。用调速阀的同步回路

3.用串联液压缸的同步回路用串联液压缸的同步回路

当两缸同时下行时,若缸5活塞先到达行程端点,则挡块压下行程开关1S，电磁铁3YA得电,换向阀3左位投入工作,压力油经换向阀3和液控单向阀4进入缸6上腔,进行补油,使其活塞继续下行到达行程端点，从而消除累积误差。

4.用同步马达的同步回路用同步马达的同步回路

两个马达轴刚性连接，把等量的油分别输入两个尺寸相同的液压油缸中，使两液压缸实现同步。消除行程端点两缸的位置误差5.容积式同步运动回路6.节流式同步运动回路

（1）用分流阀控制的同步回路

（2）电液比例阀同步运动回路

6.5.3运动互不干扰回路

1YA、3YA2YA、4YA快进+-工进-+快退--小结

本章所介绍的是一些比较典型和比较常用的基本回路。对于其他一些基本回路，感兴趣的读者可以根据书后所列的参考文献查阅。学习基本回路的目的，就是要掌握它的基本原理、特点，并能将它们有机的组合应用于复杂液压系统的设计当中，以满足所设计系统特定的工作要求。测评5锁紧回路属方向控制回路，可采用M型或O型中位机能的换向阀来实现。（）凡液压系统中有减压阀，则必定有减压动作回路。（）凡液压系统中有顺序阀，则必定有顺序动作回路。（）凡液压系统中有节流阀或调速阀，则必定有节流调速回路。（）调压回路主要由溢流阀等组成。（）增压回路的增压比取决于大、小液压缸直径之比。()利用液压缸差动连接实现的快速运动的回路，一般用于空载。（）利用远程调压阀的远程调压回路中，只有在溢流阀的调定压力高于远程调压阀的调定压力时，远程调压阀才能起调压作用。（）系统要求有良好的低速稳定性，可采用容积节流调速回路。（）在旁路节流回路中，若发现溢流阀在系统工作时不溢流，说明溢流阀有故障。（

）二.选择题以下哪种回路停车后起动冲击最小（）。

A、旁路节流调速回路

B、进油路节流调速回路

C、回油路节流调速回路

D、旁油路调速阀调速回路如某元件须得到此主系统油压高得多的压力时，可采用（）。A、压力调定回路B、多级压力回路C、减压回路D、增压回路增压回路的增压比等于（）

A、大、小两液压缸直径之比B、大、小两液压缸直径之反比

C、大、小两活塞有效作用面积之比D、大、小两活塞有效作用面积之反比回油节流调速回路（）

A、调