随着铁路现代化建设的快速发展,特别是无缝线路以及高速重载运输技术的发展,钢轨焊接技术在我国铁路建设中正扮演着越来越重要的角色。铝热焊作为无缝线路轨道接头现场焊接的焊接方法之一,在无缝线路铺设线路锁定、道岔连接作业及断轨复焊作业中有着广泛的运用。但其接头质量的影响因素较多,并较闪光焊、气压焊等钢轨焊接方法的质量差距较大,断头率高,因此研究提升铝热焊接头性能质量,特别是从根本上改善铝热焊接头组织性能来提升焊接质量的研究便具有重要意义。本论文通过开展基于ANSYS Workbench的钢轨铝热焊和小试样铝热焊的温度场数值模拟研究,为钢轨铝热加压焊的研究建立理论基础,并为小试样铝热加压焊试验方案的设计提供理论依据。设计了四种能够用于小试样铝热加压焊的试验装置方案,并采用了正交试验方案进行了小试样铝热加压焊的研究,得到了不同试验方案下接头的金相、硬度结果。同时,进行了钢轨铝热加压焊设备的机电液一体化设计。结果表明：对于钢轨铝热焊和小试样铝热焊的温度场数值模拟研究,其结果均能与实际结果有着较好的一致性,其中小试样铝热加压焊的模拟结果与实际试验结果的相对误差均小于6.6%。通过小试样铝热加压焊的试验研究,找到了钢轨铝热加压焊最佳工艺的规律,当顶锻量为预留间隙的2倍左右时,可得到较好质量的铝热加压焊接头。采用三维仿真设计和PLC软件,所设计完成的钢轨铝热加压焊设备的机械系统、液压系统、PLC控制系统,具有一定的实用性。