车轮和钢轨的滚动接触是承载、导向、牵引及制动的基础。在列车运行时,轮轨接触会产生磨耗,从而影响车辆动力学性能。研究检测钢轨磨耗及轨底坡的便携式仪器,对于轮轨技术的科学研究,铁路安全经济运行有着重要意义。本论文就增大便携式仪器对钢轨的测量范围及提高精度展开研究,主要完成以下工作：1、根据测量范围及精度要求,建立测量机构的数学模型及逆解模型,利用Matlab进行运动学仿真,设计了双L型五连杆测量机构,并优化结构参数,使其可测量75kg、60kg、50kg三种钢轨包括双侧下颚的轨头外形曲线。2、根据仿真结果,利用Auto CAD对钢轨外形测量仪的机械结构进行研究设计,包括外形、双L型测量机构、测头、停靠位及连接杆的设计,并进行干涉检测,进一步确保选取参数的合理性。3、利用Matlab对测量仪的数据处理算法进行仿真分析,确定半径补偿、数字对齐等算法,编程实现对钢轨磨耗和轨底坡参数的测量。4、分析钢轨外形测量仪的误差来源,对其实际测量过程进行仿真,分析其量化误差及各单因素误差,给出仿真结果。仿真分析表明,设计的基于双L型五连杆测量机构的便携式钢轨外形磨耗测量仪一次测量能够得到钢轨轨头、双侧下颚、及双侧侧面的外形曲线。实际仪器试验表明：所研究的数字处理算法可得出符合精度要求的钢轨侧面、垂向磨耗及轨底坡参数。