道岔作为铁路线路的重要组成部分和关键设备,集成了轨道结构的薄弱环节与技术特征。列车过岔时,钢轨与车轮直接接触,其几何状态的好坏将直接影响列车过岔的平稳性与安全性,若岔区轨件廓形不良,将导致轮轨接触关系不匹配,加剧轮轨间的相互磨耗,严重时甚至会造成列车脱轨事故。轮轨型面廓形优化作为一种重要的减磨措施,一直是轨道结构研究的热点问题。通过对磨耗钢轨的廓形优化改进,将理论计算得到的优化廓形作为指导现场钢轨打磨的目标型面,对于新线设计和既有线运维养护均具有重要意义。本文在综合分析国内外岔区轮轨接触及钢轨廓形优化研究现状的基础上,基于轮轨接触理论和车辆-道岔耦合动力学理论,对高速铁路岔区轮轨接触特性及其轨件廓形优化进行了研究。本文的主要研究工作及成果如下:(1)根据我国高速铁路60kg/m钢轨18号单开道岔的结构组成和特点,基于轮轨接触理论和车辆-道岔耦合动力学理论,以岔区轨件的标准廓形和现场实测的磨耗廓形为例,运用UM软件分别建立了两种廓形工况下的车辆-道岔动力学分析模型。通过与现有研究成果对比,验证了本文所建模型的正确性。(2)基于所建立的车辆-道岔动力学分析模型,针对标准廓形和磨耗廓形,对比分析了列车高速过岔时的轮轨接触动力特性。结果表明:与标准廓形相比,磨耗廓形脱轨系数和轮重减载率计算结果分别增加了30.27%和70.51%,车体横向及垂向振动加速度分别增加了50%和57.69%,列车过岔时的安全性及平稳性均有所下降,工务部门应加强对岔区轨件的打磨作业。(3)以轮轨型面轮廓线一阶导数差异最小为原则,构造了磨耗廓形的优化目标函数,完成了对磨耗廓形的优化设计。针对磨耗廓形和优化廓形,对比分析了列车高速过岔时的动力特性。结果表明:与磨耗廓形相比,优化廓形工况下列车的脱轨系数和轮重减载率分别降低了8.5%和15.4%,车体的横向及垂向振动加速度分别降低了33.3%和28.4%,列车过岔的安全性及平稳性均得到了有效提高,验证了本文岔区轨件磨耗廓形优化方法的正确性,为我国既有线路岔区轨件廓形的维修打磨提供了理论支持。(4)基于岔区轮轨接触关系及轮轨系统动力学理论,以18号高速道岔可动辙叉为例,研究分析了翼轨加高值对列车高速过岔动力特性的影响。结果表明:通过设置合理的翼轨加高值,可有效解决轮对质心垂向位置降低的问题,从而提高列车过岔平稳性及旅客乘车舒适度。与无加高设计相比,翼轨加高后,列车第一轮对垂向轮轨力及减载率分别降低了18.16%和35.8%,轮对和车体的垂向振动加速度分别降低了48.1%和34.7%,列车过岔时的垂向振动特性得到了有效改善。研究成果可为我国铁路线路道岔可动辙叉的结构优化设计提供理论参考。