随着铁路运输在国民经济发展中的作用日益显著，人们对铁路运输安全的要求也越来越高，列车轮对是承载列车运行的重要部分，在运行过程中易产生磨损、裂纹和剥离等伤损，严重影响列车安全运行。为此本文研制了一种基于电磁超声的列车轮对踏面在线探伤系统，该系统可以对行进中的列车轮对进行在线探伤，不影响列车的正常运行，探伤效率高。本文研究了激发电磁超声表面波的洛伦兹力机理和磁致伸缩力机理，在研究电磁超声表面波的探伤方法的基础上，依据电磁超声特点和实际探伤需求，提出了系统的技术指标并设计了系统的总体方案。本文推导电磁超声表面波洛伦兹力机理和磁致伸缩力机理的数学模型，建立电磁超声表面波换能器在平板中的二维有限元模型。通过仿真分析确定钢板中洛伦兹力作用的接收信号是磁致伸缩力的6.4倍，因此仿真时可以忽略钢板中磁致伸缩力作用的影响，能够极大地减少仿真时间。利用建立的二维仿真模型分别对发射线圈和接收线圈进行参数仿真实验，分析不同参数对换能器探伤性能的影响，为换能器设计提供理论依据。通过对比分析，确定骨架线圈的发射接收性能均优于PCB线圈。为了提高电磁超声换能器的探伤性能，本文对常见的轮对踏面伤损类型进行研究，将其等效为矩形伤损、三角形伤损和半椭圆形截面伤损三种类型。根据伤损特点，建立伤损的等效仿真模型。针对三种不同伤损类型，分别对发射线圈和接收线圈的槽数、每层导体数、层数和线径共8个参数进行正交试验，得到了对三种类型伤损具有最优综合检测性能的电磁超声线圈参数组合，并确定了各参数对换能器探伤性能影响的显著性。本文设计并开发了电磁超声轮对踏面在线探伤系统的硬件、软件和机械装置，并利用设计的探伤系统对拆卸后的轮对进行了离线实验以及现场的在线实验。实验结果表明，本文设计的轮对踏面在线探伤系统，能够对轮对踏面的裂纹伤损进行有效检测，系统具有可行性。