重载运输更是尤以大运量、高效率、低运价见长，因而为许多幅员辽阔、资源丰富、大宗货物运量大的国家所青睐。根据我国2013年颁布的《铁路主要技术政策》：“今后专用线要按30吨轴重标准设计，既有线要开行27吨轴重货车”，在既有普通铁路开行重载货运车辆是大势所趋，但同时也会带来诸多难题。道岔是铁路结构中的薄弱部位，其内轮轨相互作用复杂，结构易发生病害，养护维修频繁，当列车轴重提升时更会加剧此类问题。
　　本文以27t轴重重载货车和12号60kg/m钢轨混凝土枕单开道岔为研究对象，从道岔转辙区轮轨接触特性和动力学两方面入手，一方面提出道岔区动态轮对切片投影法和应力非线性修正法研究了转辙区静态轮岔接触特性，并引入负斜率摩擦特性以考虑道岔区内轮轨大滑动情形对其切向力的影响；另一方面通过多体动力学理论建立27t轴重重载货车-12号道岔耦合动力学模型，研究了转辙区内轮岔动力相互作用的一般规律以及行车速度和轮轨摩擦系数对动力作用的影响规律，最后将动力学计算的结果输入至动态轮对切片投影法和切向力计算程序，研究分析了行车速度和轮轨摩擦系数对动态轮岔接触特性的影响。本文主要工作如下：
　　(1)提出了道岔区的动态轮对切片投影法(DWSP)。通过轮岔静态接触计算发现了在不考虑轮对摇头角和横移量的情况下轮轨接触点从基本轨向尖轨转移的过程发生在尖轨尖端后2.15m~2.28m范围内，并且该范围长度会随摇头角的正大而缩短，随车辆轴重的增大而延长；随着轮对向曲尖轨侧的横移量增大，接触点位置逐渐全部转移至尖轨。
　　(2)将动态轮对切片投影法计算得到的转辙区轮轨接触斑内的法向应力分布与权威的轮轨接触程序CONTACT和Hertz理论的计算结果对比验证了该方法的有效性。
　　(3)将应力非线性修正法计算得到的转辙区轮轨接触斑内的切向应力分布与权威的轮轨接触程序CONTACT和Kalker简化算法FASTSIM的计算结果对比验证了方法的正确性。结果表面：随着尖轨顶面宽度的增大、轮对摇头角的正向增大、轮对向曲尖轨侧的横移量增大尖轨上的切向接触应力均呈现增大趋势。
　　(4)考虑到道岔转辙区内大滑动情形频繁出现，为反映滑动区占主导后对轮轨切向力的影响，引入负斜率摩擦接触特性对转辙区内轮轨切向力的计算结果进行修正，研究发现：基本轨和尖轨内切向接触力随车轮运动状态的变化规律不变，切向接触力最大值均下降了30%。
　　(5)采用多体动力学理论建立典型27t轴重货车与12号单开道岔的耦合动力学模型，研究分析了重载货车侧逆向通过道岔转辙区的动力响应。结果表面：轮对1轮轨动力作用最为剧烈，轮轨垂向力峰值可达160kN，横向力峰值60kN；进入转辙区后由于尖轨型面的变化引起轮轨作用激扰，车辆系统和道岔系统的振动加速度均增大，且横向加速度的量级要大于垂向振动加速度；行车速度的增大对转辙区内的轮轨作用力的增大作用显著，进而增大转辙区内车量和道岔系统的横向振动加速度，但是会减小3位和4位轮对的横向位移；增大轮轨摩擦后转辙区内轮轨作用力也会增大，但是轮位1外轮外轮轮轨作用力会随摩擦系数增大先增后减，轮位3外轮横向力在摩擦系数0.1时较大摩擦系数情况大，且当摩擦系数为0.1时轮位2和轮位3发生打滑。
　　(6)将车辆-道岔耦合动力作用代入到轮岔动态接触模型中，研究分析了车轮与道岔转辙区动态接触行为，计算结果表明：动力荷载情况下轮轨接触点从基本轨向尖轨的转移过程比静态荷载情况会提早完成，4个轮位轮对轮轨接触点完全转移至尖轨对应的距尖轨尖端距离分别为1.20m、1.42m、2.08m和2.31m，轮轨接触点过早转移至尖轨将对其产生较大的损伤；1位至4位轮对下钢轨最大法向接触应力值分别为6.63GPa、5.32GPa、4.65GPa和2.11GPa，最大值出现的位置与接触点完全转移至尖轨的位置相近；最大切向接触应力值分别为1.99GPa、1.60GPa、1.40GPa和0.63GPa，修正后为1.32GPa、1.45GPa、1.32GPa和0.49GPa，负斜率摩擦特性对1位轮对的修正效果最为明显。行车速度的增大会使3位和4位轮对的接触点转移发生0.08m的滞后，同时使1位和2位轮对下钢轨法向和切向接触动应力小幅增加，3位和4位轮对下钢轨法向和切向接触动应力减小；摩擦系数的减小会使轮轨接触点转移位置延后，减小2位至4位轮对下钢轨法向接触动应力，但是会增大1位轮对下钢轨法向接触动应力。