阀门是流程工业自动化领域最为重要的流体介质控制设备。阀门执行机构是控制阀门启闭的关键驱动装置。深水阀门执行机构主要采用液压驱动,具有复杂服役工况下长时稳定工作的高可靠性要求。本文结合吴忠仪表有限责任公司的实际工程需求,介绍一种单拨叉水下阀门液压执行机构,建立三维模型,并对影响输出力矩特性的参数进行仿真优化分析,以帮助企业提高阀门关键部件的设计水平。首先,系统分析了执行机构的结构特点、适用工况和工作原理,介绍了一种500m深水单作用活塞式液压执行机构,对单拨叉水下阀门液压执行机构各零部件进行了详细的结构设计和计算校核,运用Solidworks软件初步建立了水下阀门执行机构的三维模型。其次,按照执行机构工作机制,采用机理建模方法对执行机构进行建模,通过力平衡方程,得出了力臂、活塞面积、弹簧刚度与扭矩之间的关系式。在MATLAB/Simulink软件中进行了仿真模拟,得到了执行机构在关键参数变化过程中对输出扭矩的影响。最后,利用MATLAB自带的优化工具fmincon()对弹簧和液压缸进行了设计优化,在缺少足够的给定条件的情况下,借助多参数优化的思路进行了设计,根据模型特点编制优化设计程序完成了对弹簧和液压缸的优化设计。对优化后的整机模型进行了有限元分析并通过仿真模拟估计了输出扭矩,验证了执行机构的结构优化可行。结论:当力臂、活塞直径变大时,执行机构输出扭矩变大,弹簧刚度增大,在相同的工作条件下,需要更大的液压压力才能开启阀门,过小则不满足工作要求。优化后的执行机构弹簧总重量减少了 8%,液压缸部件总体积减小了 23%。优化后的输出扭矩比优化前减小了 250Nm,优化后执行机构各零件最大应力均有所减小,最大位移减小了 22.1mm,在保证执行机构能正常工作的前提下,避免了扭矩过剩造成的资源浪费,使得机构变得更加紧凑,提高了执行机构工作稳定性,延长了使用寿命。