随着我国国民经济的发展,提高铁路货运效率迫在眉睫,重载铁路的发展,是必然趋势,近几年我国的重载铁路发展逐步加速,车辆轴重不断提高,列车编组长度和行车密度也不断增加,诸如大秦线、朔黄线等重载线路年运量都已经达到几亿吨,这些都使得重载线路要经受越来越大的考验。道岔是重载线路上的薄弱环节,尤其是转辙器尖轨部分,目前重载铁路道岔曲尖轨的平均寿命大约在0.1到0.3亿吨,远低于普通钢轨,甚至只有道岔辙叉寿命的五分之一,因此尖轨的寿命一直以来都是重载铁路的短板。重载线路上,频繁的维修更换道岔尖轨,一方面给工务维修造成沉重的负担,同时也严重影响了铁路货运的效率。因此,道岔尖轨已经是发展重载铁路技术的瓶颈之一,不断对重载道岔尖轨结构设计进行优化,提高尖轨使用寿命,已经是重载铁路发展的必然趋势。本文基于轮轨型面测量仪实地跟踪测量的大秦线轮轨型面数据,以大秦线75kg/m钢轨12号单开道岔尖轨为研究对象,根据弹塑性有限元理论,建立重载货车轮对与道岔尖轨的三维弹塑性有限元模型,对不同工况下的车轮尖轨接触问题进行仿真计算,通过对轮轨接触最大等效应力以及接触斑等结果进行分析,得到了车轮尖轨接触的相应规律,并且依据结果提出了尖轨几何参数优化方案,并对优化方案进行了理论验证。本文对尖轨轨底坡的研究,进一步证明了对12号道岔设置合理的轨底坡,能够进一步改善货车过尖轨时的轮轨接触性能,尤其是能够对尖轨的轨头进行保护,减轻车辆过岔时车轮轮缘和踏面对尖轨的直接冲击。通过建模计算,在比较不同的轨底坡参数后,发现1:40的轨底坡参数,轮轨的接触性能最理想,得到的结论可以为道岔尖轨的几何参数优化提供依据。在对尖轨轨头型面的研究中,计算了大秦线上不同磨耗阶段的尖轨与车轮接触的情况,与实际磨耗情况相比较,得到了尖轨在整个使用过程中的磨耗规律,以及分析了造成这种规律的原因。同时,以不同磨耗阶段尖轨与车轮的接触情况为依据,提出了优化改进轨头型面,并且对新的设计型面进行了理论验证,通过最大等效应力、接触斑情况等结果,分析了改进优化型面的轮轨接触性能。通过对运动学轨距优化方案进行建模仿真,得到了轨距优化前后,车辆过尖轨时的不同的接触情况,并且深入分析了计算结果。同时,通过调整运动学轨距优化的轨距参数,得到了不同的轨距优化方案,通过仿真计算,比较分析了各个方案工况下的接触性能,为轨距优化技术在重载道岔上的使用提供了重要依据。