重载铁路轴重和运量的提高给轨道设备，特别是道岔带来严峻挑战，重载道岔的曲尖轨、辙叉磨耗快，伤损多，寿命短，更换频繁，一方面给工务维修造成沉重负担，另一方影响了铁路运营，成为重载铁路轨道的最短板。本文以延长重载道岔曲尖轨和辙叉使用寿命为研究方向，结合国家和铁道部相关科研项目，在总结和吸取前人研究成果的基础上，系统研究了延长重载道岔及其部件使用寿命的关键技术，并依托大秦铁路27t轴重12号重载道岔和朔黄铁路30t轴重12号重载道岔的试制、试铺和试验，实践并验证了上述关键技术。主要研究工作如下。（1）系统分析总结了国外重载道岔应用情况、结构特点及为延长使用寿命而研发的关键技术。对国内外重载道岔理论研究、结构设计及应用情况进行了系统调研，统计分析了尖轨及辙叉的使用寿命，掌握了道岔伤损种类和影响使用寿命的主要因素，总结出重载道岔面临的核心技术问题，提出发展重载道岔技术应遵循的基本原则。（2）采用NUCARS软件建立了30t轴重重载车辆-道岔动力学耦合模型，通过实测数据对仿真模型进行了验证。运用该仿真模型指导道岔结构优化设计并进行理论验证。（3）研究并实践了直曲组合型曲尖轨技术。分析了既有道岔曲尖轨的磨耗特性，探明了曲尖轨寿命短的原因，提出延长曲线尖轨前端直线段长度和加宽尖轨来提高尖轨耐磨性的研究思路。新尖轨采用相离半切线线型，相离量突破性的增大至40.8mm，在尖轨轨头宽66.8mm处作切线，尖轨前端直线段长度为5439mm，是原曲尖轨前端直线段长度的2倍。重载车辆-道岔动力学仿真数据表明，该设计可显著减小作用在尖轨前端的横向力及磨耗指标，从而改变尖轨磨耗特性，延长尖轨使用寿命。（4）研究并实践了切削基本轨加宽尖轨技术。运用重载车辆-道岔动力学仿真模型对尖轨加宽方案进行计算分析，在保证直侧向行车安全的前提下提出了12号道岔基本轨最大刨切量、刨切起始和终止位置，尖轨藏尖量等结构设计参数。采用直曲组合型曲尖轨技术和切削基本轨以加宽尖轨技术的12号道岔铺设于大秦铁路进行了尖轨磨耗和寿命观测试验。长期磨耗测试数据表明：新尖轨最大磨耗发生在尖轨宽60～70mm断面，表现出和既有曲尖轨不同的磨耗特性，新尖轨使用寿命是既有曲尖轨的3～4倍。（5）基于轮轨匹配优化设计了心轨降低值和翼轨抬高值并进行了实践。本文实测了一定数量的大包铁路和朔黄铁路正在使用的机车车辆踏面，并根据实测数据生成了“实测磨耗型踏面”用以指导辙叉设计。根据动力学仿真计算结果，综合考虑LM型踏面和“实测磨耗型踏面”的要求，优化了心轨降低值和翼轨抬高值。新型辙叉在大秦铁路进行了试验，磨耗数据表明新型辙叉心轨和翼轨同步磨耗，匹配良好。（6）优化了固定型辙叉心轨和翼轨轨顶轮廓并进行了实践。根据轮轨匹配优化设计了固定型辙叉心轨和翼轨顶面轮廓。优化后接触应力可降低至原接触应力的54%，可减少辙叉心轨和翼轨在辙叉使用早期的磨耗。（7）研究并实践了固定型辙叉心轨加宽技术。根据辙叉参数计算原理和公式，基于中国机车及车辆轮对尺寸和容差，计算和建议了新的辙叉及护轨各部间隔尺寸，特别是修订了固定型辙叉查照间隔。通过长期观测试验证明了推荐辙叉参数的正确性。以建议的辙叉参数为基础，设计了心轨加宽辙叉。心轨加宽后，心轨轨头宽10mm至40mm断面承载面积可增加32%。对上述辙叉参数和心轨加宽技术，运用仿真模型进行计算分析，证明了其安全性和可行性。在朔黄铁路铺设了多组采用心轨加宽技术的固定型辙叉，采用轮轨型面测量仪Miniprof对辙叉心轨和翼轨的磨耗特性和使用寿命进行了长期观测，测试结果表明心轨加宽可显著延长辙叉的使用寿命。（8）设计和制造了60kg/m和75kg/m钢轨12号固定型辙叉单开道岔，在大秦铁路和朔黄铁路各铺设了2组并进行了30t轴重重载车辆-道岔动力学综合试验及尖轨与辙叉使用寿命长期观测。通过新型道岔和原道岔使用寿命的比较，验证了重载道岔结构优化技术和相关设计方法在延长曲尖轨和固定型辙叉使用寿命方面的作用。