轨道交通信号设备是列车运行安全的核心保障，其可靠性直接关系到路网运营效率与乘客生命安全。温度循环振动测试作为机械环境试验的关键项目，通过模拟设备在实际运行中同时承受的温度波动与振动冲击（如列车启停、线路不平顺、环境温度变化等场景），验证设备结构强度、电气性能及元器件稳定性，是保障信号设备全生命周期安全的重要环节。

温度循环振动测试的定义与适用范围

温度循环振动测试是将温度循环试验与振动试验耦合进行的综合环境试验，旨在评估设备在温度变化与机械振动共同作用下的可靠性。与单一环境试验相比，该测试更贴近设备实际工作场景——例如车载信号设备（如ATP车载单元）在列车运行中，既会因外界环境温差（冬季零下数十度至夏季车厢内高温）产生温度应力，又会因车轮与轨道摩擦、牵引系统振动承受持续机械载荷。

该测试适用于轨道交通全类型信号设备：车载设备（ATP、ATO、TOD）需模拟列车运行中的宽温范围与复杂振动；轨旁设备（信号机、转辙机控制器）需考虑户外温度波动与轨道传递的振动；地面设备（联锁机、CTC中心设备）虽安装于室内，但仍需应对空调启停带来的温度变化与建筑结构传递的振动。

测试的核心目标包括：验证设备外壳密封性能（温度循环导致的内外压力差是否引发防尘防水失效）、结构部件抗疲劳能力（振动与温度应力共同作用下的螺栓松动、外壳变形）、电气元器件稳定性（温度变化导致的电阻漂移、电容失效，振动引发的接线端子松动）。

测试的核心标准依据

温度循环振动测试需严格遵循轨道交通行业专属标准，确保试验的规范性与可比性。国内常用标准包括GB/T 21563-2008《轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验》，该标准明确了振动试验的频率范围、加速度要求及温度循环的参数设计；TB/T 3453-2016《铁路信号设备环境试验方法》则针对铁路信号设备的特殊场景（如高原、高寒地区），补充了温度极值与循环次数的要求。

国际标准方面，IEC 61373:2010《Railway applications-Rolling stock equipment-Shock and vibration tests》是全球轨道交通行业的通用依据，其将振动分为“类别1（车载设备）”“类别2（轨旁设备）”“类别3（地面设备）”，分别规定了不同的振动量级与温度范围。例如类别1设备的温度循环范围为-40℃至+85℃，振动频率范围为1Hz至2000Hz。

此外，部分设备制造商还会结合自身产品特点制定企业标准，例如针对高速动车组的信号设备，会在国标基础上提高振动加速度（从2g提升至5g）与温度循环次数（从5次增加至10次），以适应高速运行中的更恶劣环境。

温度循环环节的参数设计

温度循环环节的参数需根据设备安装场景与标准要求定制，核心参数包括温度范围、循环次数、升降温速率及恒温时间。以车载ATP设备为例，温度范围通常设定为-40℃（模拟东北冬季极端低温）至+85℃（模拟夏季车厢内通风不良时的高温）；轨旁信号机因安装于户外，温度范围可调整为-25℃至+70℃（考虑冬季防风保温与夏季防晒）。

升降温速率是温度循环的关键参数——过快的速率会导致设备内外温差过大，引发严重热应力（如塑料外壳变形、玻璃显示屏碎裂）。根据GB/T 21563要求，升降温速率通常控制在5℃/min±2℃/min；部分敏感设备（如含有精密光学元件的信号机灯光模块）需降低至3℃/min，以减少热冲击。

恒温时间需确保设备内部温度达到稳定——例如在-40℃低温下，设备内部元器件温度需与环境温度一致，通常需要30分钟至60分钟；高温段（+85℃）因设备自身散热（如CPU工作发热），恒温时间可缩短至20分钟。循环次数通常设定为5次至10次，以模拟设备1至3年的使用周期内的温度波动。

振动测试的维度与参数设置

振动测试需覆盖设备实际承受的振动方向与类型，轨道交通信号设备的振动主要来自三个轴向：X轴（列车运行方向，如加速、制动时的惯性力）、Y轴（列车横向，如过曲线时的离心力）、Z轴（垂直方向，如过轨缝时的冲击）。测试需按三个轴向依次进行，每个轴向的试验时间根据标准要求设定（如IEC 61373要求每个轴向测试1小时）。

振动类型分为正弦振动与随机振动：正弦振动模拟周期性振动（如牵引电机的旋转振动），频率范围通常为1Hz至500Hz，加速度为2g至5g；随机振动模拟复杂非周期性振动（如轨道不平顺引发的多频率叠加振动），频率范围更宽（1Hz至2000Hz），加速度有效值（RMS）为1g至3g。

扫频速率是正弦振动的关键参数——过快的扫频速率（如2oct/min）会导致设备无法响应某些共振频率（如设备外壳的固有频率为100Hz，扫频过快会跳过该频率，无法验证共振时的可靠性）；通常设定为1oct/min，确保设备在每个频率点都能承受足够的振动时间。随机振动的功率谱密度（PSD）需符合实际场景——例如车载设备的Z轴振动PSD在10Hz至100Hz范围内需高于X、Y轴，以模拟垂直方向的冲击。

温度-振动耦合的试验逻辑

温度循环与振动的耦合方式需遵循“先温度稳定，后启动振动”的原则——即设备在温度循环的恒温阶段（如-40℃恒温30分钟后）启动振动测试，确保温度应力与振动应力同时作用。若在温度升降过程中启动振动，会因设备内部温度不均匀导致额外的热-机械耦合应力（如外壳因热胀冷缩产生的变形与振动应力叠加，引发裂纹）。

耦合试验的顺序需模拟实际场景：例如车载设备的试验顺序为“低温恒温→振动→高温恒温→振动→常温恒温→振动”，对应列车冬季运行（低温+振动）、夏季运行（高温+振动）、春秋季运行（常温+振动）的场景。

耦合试验的关键在于控制两个环境参数的同步性——例如在低温振动阶段，环境箱的温度需保持稳定（波动不超过±1℃），避免因温度变化导致设备振动响应发生变化（如低温下塑料部件刚度增加，振动加速度传递率提高）。

试件的安装与固定要求

试件的安装方式需与实际使用场景一致，否则会导致试验结果无效。例如车载ATP设备需使用原车支架固定，螺栓扭矩需符合车辆制造商的要求（如M6螺栓扭矩为8N·m）；轨旁转辙机控制器需安装在模拟轨道基础的刚性平台上，平台的固有频率需高于2000Hz（避免平台共振影响试验结果）。

固定部件需使用与实际一致的材料——例如车载设备的支架若为铝合金，试验中不得改用钢支架（铝合金的减震性能与钢不同，会导致振动传递率差异）；轨旁设备的固定螺栓需使用防松垫圈（如弹簧垫圈），模拟实际安装中的防松措施。

试件的电缆连接需遵循实际布线方式——例如ATP设备的电源线、通信线需使用原车电缆，电缆长度与走向需与实际一致，避免因电缆重量或走向改变导致的额外振动载荷（如过长的电缆会在振动中摆动，对设备接口产生拉力）。

测试过程中的数据采集要点

数据采集需覆盖环境参数与设备性能参数，环境参数包括温度（环境箱内温度、设备内部关键元器件温度，如CPU、电源模块）、振动（三个轴向的加速度、频率、相位）；设备性能参数包括输入输出信号（如ATP的速度信号、联锁机的开关量信号）、电气参数（电压、电流、功耗）、功能状态（如是否出现误报警、信号中断）。

温度采集需使用多点布置——例如在设备外壳的顶部、底部、侧面各布置一个温度传感器，内部关键元器件（如CPU）需粘贴贴片式温度传感器，确保采集到设备的温度分布；振动采集需使用三轴向加速度传感器，安装在设备的重心位置（如ATP车载单元的中心），避免因安装位置偏差导致的加速度测量误差。

数据采集的精度需满足标准要求——温度传感器精度需≥±0.5℃，振动传感器精度需≥±5%，电气参数采集设备（如万用表、示波器）精度需≥±1%。采样频率需满足Nyquist定理：例如振动频率上限为2000Hz，采样频率需≥4000Hz，以避免频率混叠。

异常情况的判定与处理

测试过程中需实时监控数据，及时判定异常情况：温度循环阶段的异常包括环境箱温度超出设定范围（如-40℃时实际温度为-35℃）、设备内部温度与环境温度差超过5℃（说明密封不良或散热失效）；振动阶段的异常包括加速度超过设定值±10%（如要求2g，实际达到2.2g）、设备出现共振（如某频率点加速度突然增大至5g）。

设备性能异常的判定需基于产品技术要求：例如ATP车载单元在温度循环振动测试中，速度信号输出误差需≤0.5km/h，若超过该值则判定为异常；联锁机的开关量输出响应时间需≤10ms，若延长至20ms则需停机检查。

异常处理需遵循“记录-分析-整改-复验”流程：首先暂停试验，记录异常发生的时间、环境参数（如温度-40℃、振动频率100Hz）、设备状态（如信号中断、外壳变形）；然后分析原因——例如信号中断可能是接线端子松动（振动导致）或电容失效（温度循环导致）；整改后需重新进行全流程测试，确保异常已解决。