在利用电液伺服系统实现位移或力加载的试验仪中,伺服阀的额定流量和分辨率限制了大范围加载时的动态／静态精度。以土工三轴试验仪为例,试验中为了测试土壤的强度和变形特性,需要通过电液伺服系统加载不同幅值位移或力,检测其应力应变之间的关系。为此针对不同试样一般预备不同额定流量的伺服阀,这样才能保证试验时的控制精度以得到理想的试验数据。但是频繁更换伺服阀过程中易将灰尘、杂质等物质混入液压系统油路中,造成伺服阀失灵。即使采用几个不同流量的伺服阀并联并在其中切换的方式也由于结构尺寸较大、切换繁琐、成本较高而在很多场合无法采用。为解决这一问题,本论文主要从以下几个方面进行了研究：首先,本文在综述国内外转阀相关研究成果的基础上,为了使同一伺服阀实现不同额定流量以满足各种试验仪加载精度要求而提出两维流量控制思想,其通过阀芯转动与轴向移动两个自由度以改变阀口面积来实现。依此原理本文设计了三种不同的方案,确定了一种直动式可变面积梯度转阀的新型结构。然后,本文对转阀的规格进行了设计,确定关键部件的参数,得到转阀的不同额定流量时曲线图并对阀芯进行校核。根据确定的转阀参数,利用Pro/E进行三维建模,并提出阀各部件的加工技术要求。此外,本文对转阀的受力进行了分析,建立其数学模型,分析转阀卡紧力的产生原因并提出了减小措施。其中重点分析稳态液动力,对阀的内部流场进行了建模,利用Fluent软件进行仿真,对仿真结果和理论结果进行对比分析。通过仿真发现转阀稳态液动力与阀芯转角呈现非线性,实际值比理论值要小,这就使转阀所需的驱动力矩大大减小；流量的仿真值也比理论值小,无法满足设计要求。分析流场的压力和速度矢量分布图发现阀芯弓形槽形状以及阀口的角度影响控制阀口的过流面积,阀口射流角随阀芯转角变化而变化,然后提出了三种改进方案,并对方案中阀内流场进行建模分析,选择最优方案。最后,本文对转阀静态特性和动态特性进行了研究分析。根据最优结构方案中转阀所需的驱动力矩,选择合适的伺服电机型号并建立数学模型然后进行了仿真。根据实验室现有的动三轴仪试验平台,将设计的转阀应用到动三轴仪中建立了动三轴仪轴向加载系统的模型。利用Matlab对整个系统进行了动态仿真,进一步研究转阀面积梯度的改变对系统动态性能的影响。仿真结果显示系统的频宽可达10Hz,满足试验要求。