水液压传动技术具有对环境友好、价格低廉、安全可靠等众多优点,应用水液压技术研制的液压元件逐渐成为研究热点。在煤矿机械领域,用于液压支架电液控制系统的开关换向阀使用乳化液介质,其已经不满足煤矿综采工作面智能化和绿色化的发展需求。针对现有水压比例方向阀额定压力、流量较小,而多数油压比例阀不适用于纯水介质的情况,结合水压阀存在易泄露、气蚀、易腐蚀等技术难题,提出一种新型适用于高压大流量工况下的二位三通水压比例方向阀,并针对其静态、动态特性进行深入研究。首先介绍了水液压传动技术的发展,叙述了现有比例阀常用的级间控制原理和近年来比例阀的研究动态,分析了不同水压阀结构的优缺点,总结了比例阀的研究方法和现状,确定了研究路线与研究内容。新型的水压比例阀包含了两个先导级和两个主级,先导级和主级之间采用了位移随动反馈原理。其使用伺服电机和滚珠丝杠作为电机械转换装置用于实现线性位移的输入,将两个座阀作为先导级,主级采用通流能力大的锥阀结构,整体使用集成度较高的螺纹插装阀结构。对比例阀的关键结构参数进行设计计算,并基于压力流量方程、流量连续性方程等,建立比例阀的传递函数模型,分析系统的稳定性。基于比例阀的数值仿真模型,研究了比例阀的动静态特性。在稳态时,比例阀的主级阀芯位移始终等于先导级阀芯位移。在输入阶跃信号和负载阶跃信号下,研究了比例阀的动态特性,受到非线性液动力的影响,其动态响应过程也表现出非线性特征。在不同控制信号下,研究了三个阀芯之间的随动特性,并确定了影响阀芯随动特性的关键结构参数,并提出了不同工况下,先导级和主级之间的结构参数匹配方法。通过单因素和多因素分析方法,研究了比例阀结构参数对开始和关闭响应时间的影响,并最终确定了最优的结构参数值。进一步研究了比例阀在简单负载下的稳定性,以及比例阀的供液条件与负载不相匹配时,阀芯位移和压力变化特性,结果表明了比例阀具有良好的负载自适应能力。最后研制了比例阀样机,并搭建高压大流量液压阀试验台,对比例阀进行试验研究。在不同的额定压力下,分别进行密封试验、稳态特性试验、阶跃响应等动态特性试验。对比例阀的试验结果进行分析,并对比了仿真与试验结果,验证了仿真模型的可信性,进一步确定了设计的可行性。