高速开关阀是液压系统的重要元件,具有结构简单、响应速度快、抗污染能力强、价格低廉等优点,有广泛的应用前景。近年来,液压技术的发展对高速开关阀流量提出了更高稳定性的要求,高速开关阀流量稳定性受开关频率影响,提高开关频率可以显著降低流量脉动。现有高速开关阀多为滑阀、锥阀或者球阀,它们利用阀芯做往复运动实现快速开关功能,但是由于阀芯往复运动结构原理的限制,难以解决开关频率与阀芯惯性、阀芯行程之间的矛盾,使得开关频率难以提高,从而导致阀口输出流量不稳定。本文提出了一种双电机驱动的阀芯旋转式高速开关阀,阀芯由两个相互独立的电机驱动,能同时进行旋转运动和轴向运动。伺服电机驱动阀芯做旋转运动,通过调节电机转速来控制阀的开关频率。阀套配合阀芯的高速转动,实现阀芯沟槽与阀套窗口的周期性通断。步进电机驱动阀芯做轴向运动,通过调节占空比的大小来控制阀口输出流量。阀芯旋转式高速开关阀利用阀芯旋转实现快速开关功能,可以突破阀芯往复运动结构对开关频率的限制,获得更高的开关频率。论文根据阀芯旋转式高速开关阀的结构和工作原理,建立阀的数学模型,获得阀口面积特征、开关频率以及占空比的数学表达式,分析阀口面积特征的变化规律以及开关频率和占空比的影响因素。建立阀芯旋转式高速开关阀的压力-流量方程,分析开关频率、占空比和阀口几何特征等参数对阀静态特性的影响,得到阀口流量的调控方法。建立流量脉动的数学模型和阀芯受力模型,对阀的动态特性进行分析。针对阀芯转速过高会引起阀口产生气穴的情况,运用Solid Works建立流体模型,利用Fluent对阀口气穴现象进行仿真计算,分析仿真结果中阀口压力、速度以及气穴分布云图和气相含量的变化规律,得到气穴发生的主要位置及气穴特性的影响因素。由于气穴现象主要发生在阀套窗口靠近阀芯一侧,基于此提出一种通过调整窗口轴线的倾斜角度来抑制气穴现象的方案,结果表明优化后的阀口流道结构可以有效抑制气穴的产生,提高阀输出流量的稳定性。建立阀芯旋转式高速开关阀控缸系统的数学模型,利用AMESim对阀芯旋转式高速开关阀控缸系统进行仿真计算,分析开关频率、占空比、阀口几何特征、供油压力等参数对系统动态特性的影响,研究表明适当增大开关频率、占空比、矩形窗口边长和数量或减小供油压力,可以减小负载速度的调整时间和波动幅度,从而有效提高阀输出流量的稳定性。