现有的2D阀用电-机械转换器从磁路原理和结构而言均较为复杂,本文设计了一种单相励磁的轴向不对称磁路,并根据该磁路提出了一种新型的单相永磁力矩马达。首先通过磁路解析法推导了马达的力矩转角特性方程,随后建立有限元模型分析了该马达的磁场分布和力矩转角特性。基于数值模拟结果加工了样机,建立了测试台架对其作了力矩转角特性的测试。测试结果与模拟结果较为符合,表明该马达的电磁力矩较大,其力矩-转角特性曲线呈上升的线性关系,力矩幅值随励磁电流而增加,适合作为2D三通阀及其他类似元件的电-机械转换器。

提出了一种滚珠丝杠型压扭联轴器,该联轴器能将输出力放大约20倍,有效地解决了因比例电磁铁磁饱和造成直动比例方向阀无法实现大流量的问题。该联轴器将2D方向阀和比例电磁铁相连接,利用压扭放大驱动技术,将电磁力转化为阀芯左右两端不平衡的液压力,以克服摩擦力、卡紧力和液动力等非线性因素的影响。对主阀P-A处与导控级的压力分布和流场分布进行了仿真分析,理论与实验研究表明：压扭联轴器有效地放大了电磁力,在流量约为210L/min的情况下,阀的阶跃响应约为0.35s,该阀-90°频率为4Hz左右。叠加一定颤振对改善阀的阶跃响应不明显,但能较好保证阀芯位移与电磁铁位移之间的跟随性。

阐述了2D数字伺服阀的工作原理，建立了电一机械转换器的数学模型并进行了仿真分析，设计了2D数字伺服阀控制器，并对电一机械转换器及样阀进行了实验研究。理论和实验结果均表明，该电一机械转换器具有良好的频率特性，-3dB、-90°处的频宽约为250Hz。2D数字伺服阀在25％的最大阀开口下对应-3dB的频宽约为130Hz。

基于2D阀的基本工作原理—阀芯轴向运动对其旋转运动的跟随作用同时采用节能的、小推力的比例电磁铁作为电-机械转化器提出了一种2D电液比例阀的设计方案。设计了2D电液比例阀的结构和压扭联轴器并对其建立数学模型和进行仿真分析。仿真结果表明当系统压力为28 MPa时2D电液比例阀的阶跃响应时间为21 ms而-3 d B时对应的频宽为16.4 Hz。

为实现伺服阀的大流量,采用了2D阀的结构方案.2D阀利用伺服螺旋机构将阀芯的旋转运动转化为阀芯的直线运动,从而实现伺服阀的液压功率放大.采用步进电机作为电-机械转换器来驱动阀芯转动,为使阀芯获得较大的扭矩,采用了较大的传动比.设计了零位保持机构保证了伺服阀工作的稳定性和零位调节的精确性.对伺服阀的阀芯进行了力学分析,并建立了数学模型.最后利用MATLAB进行了仿真研究,仿真结果理想,符合设计要求.

阐述了一种新型2D电液比例方向阀的结构和工作原理。对基于该工作原理制成的4台6mm通径2D电液比例方向阀样阀进行实验研究．测试了阀在7MPa系统压力下的空载流量特性。研究结果表明这种2D比例方向阀具有良好的流量特性。

阀芯的遮盖量是影响2D换向阀静动态特性的关键要素，其加工精度和制造工艺将直接影响2D阀性能的好坏。而遮盖量的测量是加工制造中的难点之一，在实际加工制造过程中需要重复测量阀芯的遮盖量来改善2D阀的性能。该文基于气动测量原理采用压力法进行激光测距仪测量，同时在恒温环境下避免了温度对节流孔孔径大小的影响而造成的测量误差。所设计的2D阀流量配磨试验系统，具有精度高，操作方便等特点，能满足实际生产系统的需求。

压扭联轴器是2D电液比例换向阀机构中最为关键的部件。传统直动式电液比例换向阀由于比例电磁铁推力有限,无法实现高压大流量控制,针对此现象,在保证直动式阀结构简单基础上,设计了一体式弹性压扭联轴器,通过其自身的材料和几何变形,将比例电磁铁的直线推力转为阀芯的扭转力矩,应用ANSYS软件进行仿真,结果显示：在比例电磁铁输入直线推力80 N、输入位移为2 mm时,输出扭矩为2 N·m,在无摩擦的情况下实现了力的放大,仿真结果对优化其结构具有一定理论参考价值。

为解决高速开关阀响应速度和大流量之间的矛盾设计一种先导式结构的高速开关阀。先导控制阀采用高频响大流量的2D数字伺服阀主阀则采用滑阀结构并通过并联阀口双节流边的输出结构来提高开关阀的流量。在阐述该开关阀的工作原理和结构的基础上对该阀进行了零位泄漏特性、阀口流动特性以及阀芯动态响应特性的实验研究。结果表明:在系统压力为15 MPa时阀口开启时间为16.75 ms关闭时间为25 ms;在开关阀的阀口压力差为2 MPa时该阀的输出流量约为3 100 L/min。

阐述了2D数字伺服阀的工作原理，建立了电一机械转换器的数学模型并进行了仿真分析，设计了2D数字伺服阀控制器，并对电一机械转换器及样阀进行了实验研究。理论和实验结果均表明，该电一机械转换器具有良好的频率特性，-3dB、-90°处的频宽约为250Hz。2D数字伺服阀在25％的最大阀开口下对应-3dB的频宽约为130Hz。