水压直驱式高速开关阀采用音圈电机作为作动器，在结构上具有简单小巧、质量轻等特点，在控制上具有响应速度快、控制精度高以及力控制精确性高等优点，同时还具有使用周期长、运动频率高等特点，其结构原理如图1所示.音圈电机与开关阀阀芯通过螺钉固连在一起，能够实现音圈电机一开关阀阀芯的直接快速驱动控制，降低音圈电机动子和阀芯之间的振动冲击噪声。

水压高速开关阀阀芯采用分体平衡结构，即主阀芯和补偿密封活塞通过锁紧螺母压紧，锁紧螺母和补偿密封活塞之间由密封圈进行密封，保证流经阀口的介质不泄漏，最终在锁紧螺母的连接作用下使主阀芯和补偿密封活塞共同构成水压高速开关阀阀芯.该分体阀芯平衡结构能够保证水压高速开关阀在关闭状态下阀芯轴向面上保持压力平衡，使阀芯不受压力的作用，从而降低音圈电机的推拉力需求;同时在开启时保证作用在水压高速开关阀阀芯上的压力能够与作用在补偿密封活塞上的压力相抵消。

所研制的水压高速开关阀具有流量大、响应速度快等显著特点，在开启关闭过程中能够保证作用在阀芯上的压力平衡，同时可实现水压高速开关阀的快速开启和关闭.为了增强系统的抗污染能力，开关阀阀芯和阀座之间采用锥面密封结构，大大提高了阀口的密封可靠性 水压直驱式高速开关阀工作原理如图2所示.当水压高速开关阀关闭时(如图2(a)所示)，即音圈电机推动阀芯向下运动，流经进口的高压介质作用在阀芯的上端周向面上，阀芯在轴向方向不受介质压力作用，在音圈电机推力的作用下阀芯和阀座能够紧密关闭;当水压高速开关阀向上开启时(如图2 (b)所示)，即音圈电机拉动阀芯向上运动，此时音圈电机只需克服阀芯上下两端密封圈的摩擦力即可，使高速开关阀在音圈电机拉力的作用下快速向上开启;当开关阀开启后，由于阀芯下端密封直径和阀座与阀口上端密封处的直径相等，即阀芯下端A1环形作用面积与阀口处的A2轴向投影作用面积相等，因此流经阀口的高压介质作用在阀芯A1环形作用面积和A2轴向投影作用面积上的液压力大小相等，在音圈电机拉力的作用下高速开关阀阀口始终开启，此时当开关阀再次关闭时在音圈电机向下的推力作用下仅需克服密封圈的摩擦力即可，从而降低了音圈电机所需推力要求，保证水压高速开关阀在音圈电机推拉力的作用下快速开启、关闭，并且密封可靠。

为了实现水压直驱式高速开关阀关键结构参数的优化，根据其结构原理，在AMESim仿真软件中构建了水压直驱式高速开关阀的AMESim仿真模型，如图3所示.其中，设置压力源大小为8MPa，即高速开关阀进口压力为恒定值，其中弹簧力起到阀芯的预紧作用，可忽略其对高速开关阀动态性能的影响.将在MATLAB/Simulink中求得的音圈电机数学模型与AMESim进行联合仿真，使水压高速开关阀在音圈电机推拉力的作用下能够快速开启、关闭.

在水压直驱式高速开关阀AMESim仿真模型的基础上，对开关阀的主要结构参数进行设置，开展开关阀的动态性能仿真研究.通过改变开关阀关键结构参数的大小，分析高速开关阀关键结构参数(如锥面阀芯直径、锥面阀芯锥角以及阀套孔直径等)对开关阀动态响应性能的影响，实现高速开关阀结构参数的优化，从而提高水压高速开关阀的动态性能。