轮轨接触几何关系是影响行车安全性与稳定性的直接因素,而轮轨型面是影响轮轨接触几何关系最关键的因素,高速道岔由于其复杂于区间线路的结构特点,难于普速道岔的技术性能要求,导致了高速铁路道岔轮轨关系的复杂和高要求,本文在总结国内外已有的相关研究的基础上,对高速道岔区轮轨接触几何关系进行了深入研究,本文主要研究内容如下:1.道岔区轮轨接触几何关系研究提出一种考虑道岔区钢轨变截面特点的轮轨接触几何算法——基于移动窗的法向切割法;并通过对比分析迹线法和法向切割法计算的区间线路中的轮轨几何接触点,验证法向切割法的正确性;并通过对比分析两种算法在有摇头的情况下计算的道岔区轮轨接触点的差异,论证了本文提出法向切割法考虑道岔区变截面钢轨特点计算道岔区轮轨接触点的必要性;利用法向切割法分析不同的轨道设计参数对轮轨接触点和轮轨接触几何参数的影响,为轨距的设计和左右轮半径差变化的安全范围提供参考。2.车辆-高速道岔空间耦合动力学以考虑道岔变截面特点的轮轨接触几何算法——法向切割法为前提,基于车辆动力学理论和道岔动力学理论,建立车辆-高速道岔空间耦合动力学模型,用于统计轮对横移分布规律,为高速道岔轮轨接触几何评价方法的确定提供参考,并用于分析车轮廓形的演变对高速道岔区轮轨动力性能的影响。耦合模型中,车辆子模型主要由1个车体,2个构架和4个轮对共7个刚体和一系、二系悬挂组成,其中轮对考虑侧滚、横移、沉浮及摇头等4个自由度,车体和构架则考虑侧滚、横移、沉浮、摇头和点头共5个自由度,一共有31个自由度;道岔子模型在包含转辙器、连接部分和辙叉的基本上,还考虑各个零部件如限位器、间隔铁、顶铁等部件对其振动影响,并考虑了尖轨和心轨的变截面特性和滑床台的非线性支承;轮轨接触模型中,应用第二章中的法向切割法实现道岔变截面钢轨几何关系的动态计算,基于哈密尔顿原理建立耦合振动方程。3.高速道岔轮轨接触几何评价方法将基于频域功率谱等效的算法和中国高速铁路无砟轨道不平顺谱繁衍出的不平顺样本作为系统激励,根据车辆-高速道岔振动方程分析不同入岔姿态对轮对横移的影响,并通过假设检验理论说明轮对横移动态分布规律;根据轮对蛇形运动波长公式推导出轮对与非对称钢轨截面匹配时的等效锥度,并依据重力刚度最小原则求解特殊状态下的等效锥度;将基于最大概率轮对横移的等效锥度定义为名义等效锥度,从车轮径向的角度反映不同横移量下左右轮径差信息,表征车辆运行的稳定性;利用基于最大概率轮对横移的结构不平顺反映道岔结构特点导致轮轨接触点在横向及竖向沿轨道纵向的变化规律;利用接触带宽从轨道坐标系横向上反映轮轨接触情况,表征轮轨表面磨耗状况。4.车轮廓形的演变对道岔区轮轨匹配的影响采用本文编制的轮轨接触几何算法程序、动力学数值仿真程序和CONTACT软件,对比分析不同运营里程下的实测车轮廓形与时速350km的18号高速道岔转辙器区匹配时的轮轨接触点对分布、轮轨接触几何评价指标、接触应力以及车辆运行安全性、平稳性和舒适性,表明车轮廓形的演变对轮轨接触几何关系影响很大。在一定条件下,车轮初始磨耗会增加钢轨和车轮型面的“共形度”,从而在一定程度上降低接触应力,随着车轮磨耗的加深,该共形度减小,而此时由于轮轨接触点位置的变化,车轮曲率的变化,导致接触应力呈“先减小后增大”。车轮廓形的演变降低了列车运行的舒适性,但对列车运行的安全性影响不大。5.高速道岔区轮轨关系的优化设计从动力学行为和轮轨磨耗性能两个方面分析了Kalker权重系数和摩擦系数对目前我国高速列车侧逆向过岔时的轮轨关系的影响,分别给出适合高速道岔转辙器区、辙叉区和连接部分轮轨接触关系的蠕滑参数;以提高列车过岔时平稳性为目的,以等效锥度作为优化目标,利用等效锥度—RRD曲线—钢轨廓形斜率的关系,提出一种轮轨廓形反向设计方法,用于指导服役状态下道岔尖轨的打磨。