鹿中華，于連玉，柳文豪，李 烽

（中車山東機(jī)車車輛有限公司，濟(jì)南250022）

我國(guó)鐵路貨車越來(lái)越多地向歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家出口，在歐洲鐵路線上運(yùn)行的貨車，需要符合相應(yīng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。文中從鐵路貨車運(yùn)行安全性角度出發(fā)，對(duì)鐵路貨車需滿足的歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了梳理，供我國(guó)鐵路貨車生產(chǎn)企業(yè)在出口歐洲鐵路貨車設(shè)計(jì)、制造和認(rèn)證工作中參考。

1 歐洲鐵路互聯(lián)互通貨車子系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

為統(tǒng)一歐洲鐵路安全法規(guī)、安全評(píng)估和安全目標(biāo)，促進(jìn)歐洲鐵路互聯(lián)互通，EC（歐盟委員會(huì)）設(shè)立了ERA（歐洲鐵路局），專門(mén)負(fù)責(zé)歐洲鐵路互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范TSIs 的制定、修訂、評(píng)估、發(fā)布、協(xié)調(diào)、執(zhí)行等各項(xiàng)工作［1］。歐洲鐵路互聯(lián)互通貨車子系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱貨車TSI）是一個(gè)針對(duì)貨車子系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，制定該技術(shù)規(guī)范的目的是滿足歐洲鐵路系統(tǒng)互通性指令中規(guī)定的基本要求，確保歐洲鐵路系統(tǒng)的互通性。貨車TSI 規(guī)定了貨車子系統(tǒng)內(nèi)部以及該子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)接口的基本要求、功能等，從安全性、可靠性及可用性、健康、環(huán)境保護(hù)、技術(shù)兼容性方面提出要求，并與鐵路系統(tǒng)互通性指令建立關(guān)聯(lián)。自發(fā)布之日起經(jīng)歷了數(shù)次修訂、改進(jìn)和完善，最新發(fā)布的貨車TSI 是2019 年5 月修訂的。相對(duì)于之前的版本，最新版貨車TSI 對(duì)引用的標(biāo)準(zhǔn)做了更新，對(duì)之前版本存在的一些開(kāi)口項(xiàng)進(jìn)行了關(guān)閉。

互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范TSIs 是歐洲議會(huì)和歐盟理事會(huì)發(fā)布的鐵路法規(guī)，在歐盟成員國(guó)具有強(qiáng)制性法律效力。而被互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范TSIs 引用的歐洲標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范等，盡管大部分都是非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件，但一旦被TSIs 引用，即作為T(mén)SIs 的組成部分，成為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

1.1 貨車TSI 對(duì)扭曲軌道上抗脫軌安全性的要求

貨車TSI 第4.2.3.5.1 節(jié)規(guī)定車輛的設(shè)計(jì)應(yīng)確保在扭曲軌道上安全運(yùn)行，特別考慮水平軌道和具有超高軌道之間的過(guò)渡階段以及具有橫向水平偏差的線路。第6.2.2.2 節(jié)更是明確規(guī)定了證明車輛符合在扭曲線路上抗脫軌安全性的方法是根據(jù)EN 14363：2016《鐵路應(yīng)用—鐵路車輛運(yùn)行特性的試驗(yàn)和仿真—運(yùn)行特性和靜態(tài)試驗(yàn)》（以下簡(jiǎn)稱EN 14363）第4、5 節(jié)和6.1 節(jié)進(jìn)行證明。

1.2 貨車TSI 對(duì)縱向壓縮載荷下抗脫軌安全性的要求

貨車TSI 附錄C 的第8 條規(guī)定，車輛在縱向壓縮載荷下的抗脫軌安全性要求應(yīng)根據(jù)EN 15839：2012+A1：2015《鐵路應(yīng)用—鐵路車輛運(yùn)行特性驗(yàn)收—貨車—縱向壓縮力下運(yùn)行安全性試驗(yàn)》（以下簡(jiǎn)稱EN 15839）進(jìn)行證明。

1.3 貨車TSI 對(duì)運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性的要求

貨車TSI 第4.2.3.5.2 節(jié)規(guī)定車輛的設(shè)計(jì)應(yīng)確保在最大設(shè)計(jì)速度范圍內(nèi)保證運(yùn)行安全。車輛的運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性可以按照2 種方法進(jìn)行證明：第1 種是根據(jù)EN 14363 標(biāo)準(zhǔn)的第4、5 節(jié)和第7 節(jié)中給出的步驟進(jìn)行證明；第2 種是通過(guò)一個(gè)驗(yàn)證過(guò)的模型進(jìn)行仿真分析來(lái)證明。貨車TSI 沒(méi)有對(duì)驗(yàn)證過(guò)的模型有明確的規(guī)定，2016 版的EN 14363 對(duì)如何進(jìn)行模型驗(yàn)證做出了具體的規(guī)定。第6.2.2.3 節(jié)再次要求根據(jù)EN 14363 標(biāo)準(zhǔn)的第4、5 節(jié)和第7 節(jié)的規(guī)定進(jìn)行線路試驗(yàn)，同時(shí)，第4.2.3.5.2 節(jié)還規(guī)定使用6.1.2.1 節(jié)中所述的轉(zhuǎn)向架，車輛的運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性允許在互換性部件層面上進(jìn)行評(píng)估，在這種情況下，車輛特定試驗(yàn)或仿真不需要進(jìn)行，僅需要對(duì)參數(shù)的變化范圍進(jìn)行限制。

第6.1.2.1 節(jié)中規(guī)定，EN 16235：2013《鐵路應(yīng)用—鐵路車輛運(yùn)行特性驗(yàn)收試驗(yàn)—貨車—具有規(guī)定特性的貨車免于EN 14363 線路試驗(yàn)的條件》（以下簡(jiǎn)稱EN 16235）中列舉了滿足運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性要求的一些條件，如果走行裝置在其既定的使用區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，那么裝有EN 16235 第6 章中所述既有走行裝置的車輛是滿足運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性要求的。

由上述分析可知，貨車TSI 規(guī)定車輛應(yīng)當(dāng)具有安全的性能，證明貨車安全性的具體途徑通過(guò)引用其他EN 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體要求見(jiàn)表1。

表1 貨車TSI 對(duì)運(yùn)行安全性的要求

2 EN 14363 標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行的EN 14363 標(biāo)準(zhǔn)是由CEN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)）于2015 年9 月批準(zhǔn)通過(guò)，2016 年9 月生效的，它規(guī)定了鐵路機(jī)車車輛進(jìn)行安全性證明的試驗(yàn)或仿真分析時(shí)所需的評(píng)估條件、評(píng)估方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)及免除試驗(yàn)的方法等。

EN 14363 對(duì)車輛的評(píng)估可分為2 個(gè)階段：

第1 階段是車輛進(jìn)行線路試驗(yàn)之前所做的評(píng)估，包括車輛在扭曲線路上的抗脫軌安全性，車輛在縱向壓縮載荷下的抗脫軌安全性等，對(duì)車輛基本特性和低速性能進(jìn)行研究。

第2 階段的評(píng)估則是進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的評(píng)估，可通過(guò)物理試驗(yàn)、數(shù)值模擬、計(jì)算或與已知解決方案（豁免）進(jìn)行比較，根據(jù)上述要素對(duì)車輛進(jìn)行評(píng)估。EN 14363 詳細(xì)說(shuō)明了選擇適當(dāng)評(píng)估方法的要求。

貨車TSI 對(duì)車輛在扭曲線路上的抗脫軌安全性和運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性要求都引用了EN 14363 的第4、5 節(jié)內(nèi)容。EN 14363 第4 節(jié)規(guī)定了當(dāng)評(píng)估偏離本標(biāo)準(zhǔn)的一些要求時(shí)，只要能提供證據(jù)證明安全性至少等同于遵守這些規(guī)則所保證的安全性即可。例如英國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GMRT 2141 對(duì)車輛運(yùn)行安全性評(píng)估采用的方法與EN 14363 有差異，但是2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車輛的安全性做出的評(píng)估結(jié)論是等效的［2］。EN 14363 第5 節(jié)規(guī)定了試驗(yàn)的一些基本要求，包括試驗(yàn)的不確定度、試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)車輛、結(jié)果評(píng)估和報(bào)告記錄等。

2.1 車輛在扭曲線路上的抗脫軌安全性

EN 14363 第6.1 節(jié)規(guī)定了3 種試驗(yàn)方法，用于車輛通過(guò)扭曲軌道時(shí)研究車輛的抗脫軌性能。

方法1，需要一條具有特定扭曲量的半徑為150 m 的曲線線路，直接測(cè)量輪軌橫向力和垂向力來(lái)計(jì)算脫軌系數(shù)。

方法2，需要一條半徑為150 m 且沒(méi)有扭曲和超高的曲線線路測(cè)量輪軌橫向力，然后通過(guò)特定的試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生扭曲，測(cè)量輪軌垂向力，最終計(jì)算脫軌系數(shù)。

方法3，不需要特定的線路，需要通過(guò)特定的試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生扭曲，測(cè)量輪軌垂向力，計(jì)算扭曲時(shí)的輪重減載率，試驗(yàn)臺(tái)能夠使轉(zhuǎn)向架繞心盤(pán)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，測(cè)量轉(zhuǎn)向架回轉(zhuǎn)阻力矩并計(jì)算回轉(zhuǎn)系數(shù)。

所有這3 種方法均來(lái)自O(shè)RE（歐洲鐵路研究協(xié)會(huì)，后來(lái)的ERRI）研究報(bào)告。測(cè)試方法的目的是一致的，但每種方法是獨(dú)立的，不能直接比較。此外，每種方法中提到的數(shù)值和條件僅適用于該方法，各測(cè)試方法之間的數(shù)值結(jié)果沒(méi)有可比性。

在具體介紹3 種試驗(yàn)方法之前，EN 14363 給出了免除車輛在扭曲線路上抗脫軌安全性試驗(yàn)和仿真分析的條件：對(duì)于貨車來(lái)講，如果走行裝置的參數(shù)和類型與既有走行裝置相匹配，且輪緣角度為70°，允許免除抗脫軌安全性的試驗(yàn)和仿真分析。符合所要求標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)和走行裝置類型在UIC 530-2：2008《貨車—運(yùn)行安全性》的附錄A、附錄B和附錄C 中給出。

2.1.1 方法1 規(guī)定的免除試驗(yàn)條件

EN 14363 第6.1.5.1.8 節(jié)規(guī)定，基于參考車輛的試驗(yàn)結(jié)果，如果符合以下2 種情況之一，可以免除試驗(yàn)：

（1）與參考車輛相比，被評(píng)估車輛的參數(shù)變化影響能夠得到證明，且證明結(jié)果符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

（2）計(jì)算參考車輛的脫軌安全性并且與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，確保計(jì)算的可靠性；在方法2 試驗(yàn)條件下進(jìn)行參考車輛和評(píng)估車輛的計(jì)算，以量化參數(shù)變化的影響；在方法2 試驗(yàn)條件下，被評(píng)估車輛的計(jì)算結(jié)果距極限值依然有至少10%的裕度；在方法2 的試驗(yàn)條件下，被評(píng)估車輛的計(jì)算結(jié)果增加量不會(huì)超過(guò)參考車輛的計(jì)算結(jié)果與極限值之間余量的1/3。

2.1.2 方法2 規(guī)定的免除試驗(yàn)條件

EN 14363 第6.1.5.2.6 節(jié)規(guī)定，基于參考車輛的試驗(yàn)結(jié)果，方法2 免除試驗(yàn)的條件與方法1一致。

2.1.3 方法3 的規(guī)定

方法3 沒(méi)有給出免除試驗(yàn)的條件，但是如果根據(jù)方法3 完成試驗(yàn)之后不能證明車輛在扭曲線路上的抗脫軌安全性，那么可以用1 個(gè)根據(jù)EN 14363附錄B 的方法驗(yàn)證過(guò)的模型來(lái)進(jìn)行仿真計(jì)算。如果仿真計(jì)算也不能證明車輛在扭曲線路上的抗脫軌安全性，那么就需要選擇方法1 或者方法2 來(lái)進(jìn)行證明。

2.2 車輛受縱向壓縮載荷時(shí)的抗脫軌安全性

EN 14363 第6.2 節(jié)中，對(duì)于某些貨車和列車運(yùn)行方式，在通過(guò)S 形曲線時(shí)有脫軌的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于EN 15839 范圍內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)貨車，應(yīng)使用EN 15839 中規(guī)定的方法進(jìn)行安全性評(píng)估。

2.3 車輛的運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性

車輛的運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性評(píng)估是EN 14363 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的第2 階段評(píng)估內(nèi)容，可通過(guò)線路試驗(yàn)來(lái)評(píng)估，線路試驗(yàn)又分為完整的線路試驗(yàn)和簡(jiǎn)化的線路試驗(yàn)2 種情況。選擇哪種試驗(yàn)方法是根據(jù)車輛具體參數(shù)決定的，2 種方法的區(qū)別是：完整的線路試驗(yàn)是需要用測(cè)力輪對(duì)測(cè)量輪軌力和某些部位的加速度，簡(jiǎn)化的線路試驗(yàn)不需要測(cè)力輪對(duì)，僅需測(cè)量軸箱力和某些部位的加速度。無(wú)論選擇哪種試驗(yàn)方法，給企業(yè)帶來(lái)的困難和成本都是很高的［3］，歐洲其他地方（指英國(guó)之外）批準(zhǔn)的絕大多數(shù)貨運(yùn)車輛沒(méi)有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，因?yàn)樗鼈兪褂玫氖恰芭鷾?zhǔn)”轉(zhuǎn)向架，因此是豁免的［2］，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定盡可能免除線路試驗(yàn)。免除線路試驗(yàn)有2 種方法，第1 種是基于EN 16235 的方法，第2 種是基于EN 14363 附錄U 的方法。

2.3.1 基于EN 16235 免除線路試驗(yàn)

對(duì)于配備EN 16235 中所述的既定或標(biāo)準(zhǔn)化走行裝置的貨車，如果滿足EN 16235 中描述的要求，則可以免除EN 14363 第7 節(jié)規(guī)定的線路試驗(yàn)，EN 16235 標(biāo)準(zhǔn)將在下文中具體介紹。

2.3.2 基于EN 14363 的附錄U 免除線路試驗(yàn)

對(duì)于具有相同設(shè)計(jì)或已獲得認(rèn)證且隨后經(jīng)歷工程變更的車輛，可以擴(kuò)展認(rèn)證。擴(kuò)展認(rèn)證應(yīng)通過(guò)部分線路試驗(yàn)或通過(guò)模擬線路試驗(yàn)或兩者組合來(lái)進(jìn)行，EN 14363 附錄U 規(guī)定了適用于部分線路試驗(yàn)的條件，包括免除線路試驗(yàn)的條件。

車輛如果免于線路試驗(yàn)，車輛的安全系數(shù)λ 應(yīng)滿足一定的條件。安全系數(shù)λ 定義為每個(gè)裝載條件、試驗(yàn)區(qū)段的評(píng)估指標(biāo)比值（標(biāo)準(zhǔn)限值/實(shí)測(cè)最大值）的最小值，評(píng)估指標(biāo)根據(jù)試驗(yàn)的方法和車輛的類型來(lái)確定。

對(duì)于軸重不大于22.5 t 的車輛，如果λ≥1.1，且車輛參數(shù)變化范圍滿足EN 14363 附錄U 的要求，則可以免除線路試驗(yàn)；如果1 ＜λ＜1.1，車輛參數(shù)的允許變化范圍會(huì)相應(yīng)變窄，如果車輛參數(shù)變化符合變窄后的范圍，則可以免除線路試驗(yàn)。對(duì)于軸重大于22.5 t 的車輛，如果λ≥1，且車輛的參數(shù)變化范圍滿足EN 14363 附錄U 的要求，則可以免除線路試驗(yàn)。如果車輛不滿足上述條件，則應(yīng)根據(jù)車輛實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行部分線路試驗(yàn)或完整的線路試驗(yàn)，以證明其動(dòng)態(tài)特性滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 EN 16235 標(biāo)準(zhǔn)

EN 16235 標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)關(guān)鍵性的標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了貨車免除線路試驗(yàn)的條件。貨車TSI 規(guī)定，符合EN 16235 標(biāo)準(zhǔn)的貨車可以免除運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性的評(píng)估（試驗(yàn)和模擬分析），EN 14363 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，符合EN 16235 標(biāo)準(zhǔn)的貨車可以免除線路試驗(yàn)。

根據(jù)EN 16235 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，貨車免除線路試驗(yàn)可以分以下3 種情況：

（1）車輛使用既有的走行裝置，且車體參數(shù)在允許變化范圍之內(nèi)。

（2）車輛使用標(biāo)準(zhǔn)類型的走行裝置，且車體參數(shù)在允許變化范圍之內(nèi)。

（3）車輛使用了以標(biāo)準(zhǔn)類型走行裝置為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的走行裝置，走行裝置的變化在允許的范圍之內(nèi)，且車體參數(shù)在允許變化范圍之內(nèi)。

其中，既有的走行裝置是先前經(jīng)過(guò)UIC 認(rèn)證的走行裝置，例如Niesky 2、Y25 系列轉(zhuǎn)向架等；標(biāo)準(zhǔn)類型的走行裝置則是根據(jù)EN 14363 的線路試驗(yàn)方法，裝配2 種不同類型的車體進(jìn)行了線路試驗(yàn)，且試驗(yàn)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的走行裝置。EN 16235給出了將走行裝置標(biāo)準(zhǔn)化的具體方法，如果將要認(rèn)證的走行裝置是新設(shè)計(jì)的且具有廣闊的市場(chǎng)前景，那么可以考慮將該走行裝置標(biāo)準(zhǔn)化。

貨車動(dòng)態(tài)特性的評(píng)估流程如圖1 所示［4］。

圖1 貨車動(dòng)態(tài)特性評(píng)估流程

4 EN 15839 標(biāo)準(zhǔn)

EN 15839 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在能夠產(chǎn)生較高縱向力的列車編組中運(yùn)行的車輛應(yīng)遵循的驗(yàn)收程序，這些車輛的設(shè)計(jì)易受縱向力的影響而導(dǎo)致脫軌，它包括了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)條件以及試驗(yàn)免除條件。

EN 15839 標(biāo)準(zhǔn)引用EN 14363 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)車輛在扭曲線路上的抗脫軌安全性試驗(yàn)的免除條件也做了規(guī)定，這與文中2.1 節(jié)的內(nèi)容是一致的。

關(guān)于在縱向力作用下的車輛安全性試驗(yàn)，EN 15839 標(biāo)準(zhǔn)給出了詳細(xì)的試驗(yàn)方法，同時(shí)給出了免除試驗(yàn)的2 條路徑。

（1）對(duì) 于 具 有 在EN 15839 標(biāo) 準(zhǔn) 第7.2.2、7.2.3、7.2.4 節(jié)中定義的特定參數(shù)的貨車，可以免除試驗(yàn)。

（2）參考經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的類似車輛，被評(píng)估車與參考車輛的關(guān)鍵參數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)第7.2.2、7.2.3、7.2.4 節(jié)中定義的特定參數(shù)）相同，可以免除試驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

出口歐洲鐵路貨車運(yùn)行安全性的驗(yàn)證可以通過(guò)試驗(yàn)、模擬分析、參數(shù)對(duì)比等多種途徑實(shí)現(xiàn)，從貨車TSI 出發(fā)，車輛在扭曲軌道上的抗脫軌安全性評(píng)估依據(jù)EN 14363 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，車輛在S 形曲線上受縱向力作用的安全性評(píng)估依據(jù)EN 15839 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，車輛運(yùn)行的動(dòng)態(tài)特性依據(jù)EN 14363 和EN 16235 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有多種解決方案可選。通過(guò)上述分析，我們可以得到以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)于貨車裝備生產(chǎn)者來(lái)說(shuō)，出口歐洲鐵路貨車在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)當(dāng)考慮盡可能符合免除安全性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)要求，這對(duì)于節(jié)省項(xiàng)目成本，縮短項(xiàng)目周期具有非常積極的作用。

（2）免除安全性試驗(yàn)的方法有多種，生產(chǎn)者可以根據(jù)自身情況選擇最合適有效的方法。

（3）從我國(guó)鐵路貨車行業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，可借鑒歐洲相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，制定我國(guó)鐵路貨車免除安全性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)降低企業(yè)研發(fā)負(fù)擔(dān)，釋放研發(fā)活力會(huì)有促進(jìn)作用。