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对轨道车辆非金属材料毒性要求的对比分析

文档作者：李存生1 楚斌2 文档来源： 1．铁道部驻南京车辆验收室 2．南京康尼机电股份有限公司		点击数：	更新时间： 2021年04月27日
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第41卷 第2期
、II1．4I NIl_2
标准化工作
、l{1)l ^¨(1N W (Jl{K
对轨道车辆非金属材料毒性要求的对比分析
李存生 ，楚斌2
(1．铁道部驻南京车辆验收室，江苏南京210031；2．南京康尼机电股份有限公司，江苏南京210038)
摘要：介绍德国标准、英国标准、法国标准和中国铁道行业标准对轨道车辆非金属材料毒性的不同要
求，以及参数的计算方法和试验方法，分析其异同点，以进一步完善我国的标准，更好地指导我国车辆制造
业的原材料生产和车辆设计。
关键词：轨道车辆；非金属材料；毒性
中图分类号：U270．42 文献标识码：B 文章编号：1006—9178(2013)02—0011-05
Abstract：This paper introduces the diferent requirements of German standard，British standard，French standard
and Chinese railway industry standard on toxicity of the non—metallic materials used on railway vehicle，and the
calculation methods of the parameters and testing methods，analyses the similarities and differences，in order to fur—
ther improve our standards and then better guide production of raw materials and vehicle design of vehicle manufac—
turing industry in China．
Keywords：Rail Vehicles；Non—metallic Material；Toxicity
0 引言
随着近几年我国高速铁路、城际铁路和地铁的
快速发展，越来越多的国外著名车辆制造商在中国
采购原材料和制造车辆。目前，世界三大车辆制造
商西门子、阿尔斯通和庞巴迪都在中国进行采购和
生产。无论是我国车辆制造商，还是国外车辆制造
商，对非金属材料的毒性都有具体要求。为此，通
过比较德国标准(DIN)、法国标准(NF)、英国标
准(BS)和我国铁道行业标准(TB)对非金属材料
的毒性要求，分析其异同点，以进一步完善我国的
标准，更好地指导车辆制造业的原材料生产和车辆
设计。
l 德国标准
德国标准DIN 5510—2：2009《轨道车辆防火
措施一第2部分：材料和构件的燃烧特性和燃烧并
发现象：分类、要求和测试方法》对轨道车辆防火
性能提出具体要求，同时规定了对材料毒性的要
求，使标准更加完善。该标准提出有效剂量百分数
(FED)概念，根据FED数值大小来评估非金属材
收稿日期：2012—04—25
作者简介：李存生，工程师；楚斌，工程师
料的毒性。评估的方法是当车辆发生火灾时，乘
客是否能够在允许的相应暴露时间(t )内独立逃
生，如果FED (t 。，)值小于等于1，则符合要求。
由于车辆中各零部件允许的t 数值不同，那么计
算出来的FED (t )也不同。DIN 5510—1：1988
《铁路机车车辆预防性防火一防火等级、防火技术
措施和证明》根据车辆运行环境的不同，将车辆分
为4种等级，DIN 5510—2标准对不同的零部件在
不同等级的车辆上规定有不同的t 数值，表1为
部分非金属材料的t 数值。
表1 部分非金属材料 数值
序 需要进行试验的DIN 5510—1 允许暴露
号 车辆零部件名称 防火等级 时间／min
· 车辆构架(包顶、 惯4壁、 括蘸底壁者 )． 驾车帮驶秒室 护除板外 、 2叫1 鬟 嚣 3■o
一 。 一 x¨ ∞
外门、前门、挡板、驾驶室构架 1
和护板、安装件 2—4
4 运动) 冀 用过程中会2—4 15
， 车前门密封条
试验方法依据DIN EN ISO 5659—2《复合材
料一冒烟一第2部分：通过单燃烧室试验确定光密
度》的规定，把标准试样放在热强度为25 kW／mz
的试验箱内，通过对试样加热后散发出气体的分
标准化工作
析，评估其毒性是否满足要求。电缆的烟气毒性也
可根据DIN EN 50266—2—4 《发生火灾时电缆和
绝缘导线的一般测试方法—垂直放置的电缆束和
绝缘导线束火焰垂直蔓延试验一第2—4部分：测
试方法；试验类型C》或DIN EN 50266—2—5《发生
火灾时电缆和绝缘导线的一般测试方法—垂直放置
的电缆束和绝缘导线束火焰垂直蔓延试
验一第2—5部分：测试方法；细电缆；
试验类型D》所述的试验方法测定。
试验时，首先利用常规毒性指数
(Ctr)值来测定烟气毒性，CIT值是无量
纲量，其值由经燃烧后排出的8种烟气成
份含量值与参考值之比相加。规定的8种
气体分别是CO，，CO，HF，HC1，HBr，
HCN，SO 和NO 参考值以美国职业安
全与健康研究所(NIOSH)规定的暴露时
间为30 min时立即危及生命和健康值
(IDLH)为基础。德国、英国和法国标准
规定的8种气体成份基准浓度参考值见表2，
采用不同试验方法，参考值单位不同。
表2 各种标准毒性计算烟气成分的基准浓度
式(3)中， 为试验4 min后常规毒性指数测量
计算值，c 为试验8 min后常规毒性指数测量计
算值。
计算FED时，取3次试验的平均值。例如，
对车辆等级为4的外门密封胶条的试验，查表1得
t 为15，根据试验收集的气体浓度见表3。
表3 密封胶条试验烟气浓度数据 mg／m3
时 次数 c0 c0 HF HC1 }IB HcN N0 s0
2 丁
m ln
1 15 657
2 l7 321
8
3 13 210
平均15 396
2 107
1 718
1 350
l 725
87 7l
67 2O
35 56
63 49
根据C／T值计算公式，分别计算出C／T4和
由于 CIT8，然后根据下式计算FED值：
ciT4=o．556，C／ =0．996，
标准与参数 c02 cO HF HC1 HBr HCN NO2 SO
c ． ’ 。00 zs。 ． s 20 ． ss
住：NOz成分为NO 与NO的总和。
CIT值可通过2个因数计算，即G， 校准因
素×各成分比例和。
CIT=f~Σ Ci， (1)
0．080 5xΣc／。 (2)
C
式(1)、式(2)中，c 为试验箱中i类气体的浓度，
mg／m ；Ci为 类气体的基准浓度，mg／m ；／为校
准因数，根据试样表面与空间容量之比得出，其值
为0．080 5。
计算CIT数值后，根据下式计算FED：
FED(tzu1)：—(C
—
IT
—
4+0
—
．5
—
CI
—
T8 )x4
—
+C
—
IT
—
sx
—
(t
一
~-8)
，
(3)
· 12 ·
FEDl5=—
(C
—
IT4
—
+0
—
．5C
—
IT_g) x4
一
+CIT8x
—
(15-
—
8)
=
—
4CIT4+
—
9CIT8 O．372 9
30 ⋯ 。 (4。 )
经计算，该密封胶条毒性符合DIN 5510：
2009的要求。
2 英国标准
英国标准BS 6853：1999《客车设计和构造防火
操作规程》，根据车辆不同运行环境对车辆进行分
类，具体分类如下：① 种类Ia，指在地下没有紧
急疏散人行通道的单线隧道中运行的列车，或相当
长时间在地下运行的列车；②种类Ib，指在地下
多线隧道中运行的列车，或有紧急疏散人行通道的
地下隧道中运行的列车，或在地下运行时间不长的
列车；③种类II，指在地面上运行的列车，或在隧
道中没有实质性运行的列车。
BS 6853：1999对零部件安装部位的分类如
下：① 天花板类(水平向下)，指表面朝下与水
平方向成45 o角以内的面，类似于“天花板类”；
⑦ “墙类”(垂直)，指表面与垂直方向成45。角以
内的面，类似“墙类”；③ “地面类”(水平向上)，
指表面与水平方向成45。角以内的面，类似于“地
6
O
卯
∞ 甜"
7
1m 8 3 O
3
2 7m 6 8
铁道技术监督
板类”。
BS 6853：1999通过计算有毒气体重量总和
(R)值来评价材料毒性指标，在不同种类的车辆
上，不同安装部位的零部件的R最大值也有所不
同，具体见表4。
表4 有毒气体重量总和(R)最大值
安装车辆方位 兰 兰 堕坌 试验方法
la Ib II
内部使用较少材料(100—500 g) 1．0 1．6 3．6
外部使用较少材料(4oo 000 g) 1．7 2．7 nc
纺织品 1．0 1．6 3．6 NFx 70—100
内部电缆 1．0 1．6 3．6
外部电缆 1．7 2．7 nc
注： “nc”表示不做要求。
表4明确规定不同种类材料、不同安装部位零
部件的尺最大值和试验方法，兄值的计算方法类似
于德国标准中FED的计算方法，也是一种有毒烟气
加权累积计算。BS 6853：1999规定了2种试验方
法，NF X 70—100《毒性测试与分析》是基于重量的
试验方法，采用管式炉高温分解，通常选取重量为
1 g的标准试样进行试验，如果材料密度很小，也
可以选取0．5 g或0．25 g试样进行试验；PrEN 2824
《辐射热源和火焰影响下材料的烟密度及气体成分
确定—仪器及装置》、PrEN 2825《辐射热源和火焰
影响下材料的烟密度及气体成分确定一光密度的测
试》和PrEN 2826《辐射热源和火焰影响下材料的烟
密度及气体成分确定一烟雾气体成分确定》是基于
面积的试验方法，试验装置与DIN 55 10—2要求相
同。由于需要在烟释放量达到最大值的85％时开
始收集有毒烟气，因此在试验前必须先对试样进行
试验，来确定最大烟释放量以及达到最大烟释放量
的时间，如果不能达到最大烟释放量，则测量试验
20 min值。
计算 时，先用每种气体成份含量值除以其
参考值，得出该种气体的指数r(参考值见表2)，
然后对每种气体的指数求和，尺的计算公式如下：
rx=cx／fx， (5)
尺=Σr。 (6)
式(5)、式(6)中， 为第 种气体的单个指数；c
为用适当的单位表示的第 种气体的释放； 为如
表2中给出的第 种气体浓度的参考值。
3 法国标准
法国标准NF F 16—101：1988 《铁路车辆防
火材料的选择》对于不同车辆有不同的要求，车辆
的类型分为A1，A2和B共3种。A1种类车辆，
指经常运行在隧道里的所有车辆以及驾驶室车辆；
A2种类车辆，指很少运行在隧道里的城郊车辆、
驾驶室车辆、车厢和拖车；B种类车辆，指很少运
行在隧道里的带座位的干线车辆、驾驶室车辆、车
厢和拖车。
毒性指标通过烟指数(S，)的计算来考核，烟指
数由最大的可视度值(Ore)、模糊值(VOS4)和毒
性指数值(CIT)综合计算获得。根据 不同，将材
料分为6个级别，具体级别气体的参考值见表5。
表5 不同气体的参考值
级别 数值 级别 数值
F0 ≤ 5 F3 ≤ 8O
F1 ≤ 2O F4 ≤ 12O
F2 ≤40 F5 > 12O
计算公式为
Ls，_D 1OO+ DJs4／3O+C， 2。 (7)
Dm和VOS4主要用于考核烟密度，采用NF X
10—702《防火测试方法一烟的散发一通过燃烧测量
烟的可视度或通过高温分解测量固体材料测量试
验》进行试验。C／T主要考核非金属材料毒性，采
用NF X 70—100规定的试验方法收集有毒气体，
该标准对于二氧化氮的毒性不做要求，计算公式如
下：
CIT=lOOxΣti／Cci， (8)
式(8)中，ti为单个气体浓度；Cci为参考危险浓
度，见表2。
NF F 16—101：1988中的表8规定了不同车
辆内部非金属材料需要达到的防火要求，表9规
定了不同车辆外部非金属材料需要达到的防火要
求。
· 13·
标准化工作
4 中国铁道行业标准
中国铁道行业标准TB／T 3139-2006《机车车
辆内装材料及室内空气有害物质限量》在环保方
面对车辆非金属材料做出相应规定，对结构材料、
装饰材料、胶粘剂、油漆涂料类、橡塑制品、纺
织品和地毯等7类材料的有害物质限量和试验方
法提出具体要求，其中，对橡塑产品的具体要求
见表6。
表6 TB／T 3139_-2006对于橡塑产品的具体要求
表7 TB／T 3237-2010内装材料燃烧后毒性气体指标
气体种类 ( ) 气体种类 ( )
C0 <4 0OH0 HCl < 150
C0， <90 000 NOx(以NO 计) < 190
HF <82 SO2 < 260
HBr <330 HCN < l10
后有害气体限量的试验，依据GB／T 8323．2—2008
《塑料烟生成第2部分：单室法测定烟密度试验
项目 要求 试验方法标准 方法简介
TB／T 3139-2006对环保方面做出规定，适用
于运行速度小于200 km／h的机车车辆。TB／T
3237-2010《动车组用内装材料阻燃技术条件》规
定了运行速度大于或等于200 km／h的动车组用内
装阻燃材料燃烧后有害气体的限量，其有害气体浓
度指标见表7。
TB／T 3237-2010规定，对内装阻燃材料燃烧
方法》和ASTM E 662—09《固体材料
产烟的比光密度试验方法》指定的方法
在烟密度箱中进行试验。试验采用有焰
燃烧方式，在试验开始后1．5～4 min内
采集气体，然后对采集气体进行分析，
将分析结果对照表7做出判定。
5 对比分析
上述3种国外标准对于非金属毒性的要求，均
基于NIOSH的IDLH值。但这3种标准在具体考核
指标、试验方法、材料分类和计算方法上有所区别，
且对于非金属重量和尺寸大小有不同要求，甚至有
的标准对于重量和尺寸较小的零部件不做要求。我
国铁道行业标准相对简单一些，规定的项目指标和
试验方法也非常明确。对5种标准的对比见表8。
表8 5种标准对比
标准 车辆分类 测试项目 要求 试验方法
碧蒜秘 l 焉 l秘．- 麓婚 竹勰馥 雅怒 登 酾 秘l嚣 一 'l E l翳n 焉磊 0
英国BS 6853：I999 分为3类 R值 位不 脊斗要
眦
PrE N 282
2
4
6
, PrEN
x
2
7
8
0_1
25
。
,
。
一一 ‘一一一一一一⋯ ～ 一一 ’ 一一 一～ 紧塑￡ I藤 一一 一
帽
TB／T 3139 < z 嚣 黧 测 GB 1840ss1,一GB 858s0 ,一GB 8 58s1 ,
佃，r szs ≥zoo ： a’曩 气体含量限值见脚GB／TM8E3 ’
从表8可以看出，大部分标准根据车辆运行环
境的不同，将车辆分为不同的类别或级别。这种规
定比较合理，因为车辆发生火灾时，乘客能否安全
逃生与所处环境密切相关。对于在地下或者在隧道
运行的车辆，由于烟不容易散发，烟对人体的影响
较大；对于在地面且不在隧道运行的车辆，烟比较
容易散发，烟对人体的影响要小一些。
对气体的分析，除TB／T 3139以外，其他4种
· 14·
标准均通过比较CO、CO 等8种有毒气体与基准
气体溶度后加权累积。这种方法比较合理，因为这
些气体对人体都有害。例如，CO会使人窒息；过
高含量的CO 会导致人休克窒息，甚至死亡；HC1
对眼睛和呼吸道粘膜有强烈的刺激作用，会影响逃
生。
法国标准对毒性衡量指标烟指数的计算，采用
毒性和烟密度2项相叠的方法。 (下转第35页)
铁道技术监督
测量机油进口压力。柴油机台架试验机油冷却系统
与机车不一样，台架试验时机油热交换器换热能力
比机车要强得多，柴油机台架试验机油出口与进口
温差一般超过1O℃，还可以通过调节进入机油热
交换器的冷却水阀门的开度提高温差，而机车受空
间位置的影响冷却能力受到一定的限制。这样就形
成柴油机出口温度都是75℃，但进口油温不一样，
机车进口油温高于台架试验时的油温，从而造成机
车机油压力低。
(2)机车本身冷却能力低，机油热交换器换热
能力差，特别是修理次数较多的热交换器，造成机
油温度偏高。
(3)环境温度的影响。夏季高温天气发生机油
压力低的情况较多，因为环境温度高，机车冷却能
力下降，机油系统热交换能力降低，造成机油温度
偏高。
3 对策措施
3．1 小流量机油泵更新换代
目前，戚机公司新研制一种C型主机油泵，
主要针对早期生产的分体式小流量泵因流量小而造
成机油压力低的问题，不用对油底壳改造完全可以
互换。
3．2 控制轴承间隙
(1)把主轴承、连杆轴承及凸轮轴承的间隙，
由原来的上限控制在中间范围，适当缩小轴承的问
隙。
(2)完善曲轴检修工艺：①增加轴颈中间位置
的测量点，真实反映轴颈尺寸，以利于轴承间隙的
控制；② 曲轴尽量进行同等级磨修或降级磨修，提
高曲轴轴颈表面质量。
3．3 提高冷却装置和热交换器的检修质量
明确冷却装置和热交换器的检修标准，提高检
修质量，尤其是检查管道内壁的水垢情况，加强对
水垢的清除，确保其热交换能力。
3．4 修订完善技术条件
完善技术条件，对柴油机机油出口温度的要求
修改为机油进口温度，这样进口压力对应于进口油
温，二者统一。
3．5 提高机油系统热交换能力
在不改变机车辅助系统的前提下，将柴油机
中冷水泵更换成高温水泵，加大机油系统冷却水
流量，提高机油系统热交换能力，降低机油温
度。
4 结语
机油系统直接影响柴油机能否正常工作，如果
机油系统的工作不正常，可能引起柴油机更大的故
障。因此需要对机油系统的主要参数供油压力和机
油温度进行监测，以判断柴油机是否正常工作。一
旦发现供油压力、机油温度异常，应对机车尤其是
柴油机进行检查，消除故障。戚机公司通过采取以
上措施，从根本上解决了机油压力低的问题，2012
年以来大修的280系列柴油机机车没有发生机油压
力低的质量问题。
参考文献
[1]中国南车集团戚墅堰机车有限公司．16V280ZJA柴油机主要技
术规格JR]．1989．
[2]朱仙鼎．中国内燃机工程师手册[M]．上海：上海科学技术出版
社，2OOO．
[3]西南交通大学．机车柴油机结构设计[M]．北京：中国铁道出版
社，1981．
(上接第14页)这种方法不是很合理，因为毒性和
烟密度是从不同角度来衡量非金属材料的安全性，
毒性用于衡量对人体是否有直接毒害，烟密度用于
衡量发生火灾时是否影响视力从而影响逃生。对于
安装在不同部位的不同零部件，对毒性和烟密度应
有不同的要求，因为不同部位燃烧所产生的烟对人
的影响不同，如天花板和地板的位置不同，其燃烧
产生的烟对人造成的影响也不一样，德国标准、英
国标准和法国标准在这方面的规定都比较合理。
参考文献
[1]BS 6853：1999客车设计和构造防火操作规程Is]．
[2]DIN 5510—1：1988铁路机车车辆预防性防火一防火等级、防
火技术措施和证明Is]．
[3]DIN 5510-2：2009轨道车辆防火措施—第2部分：材料和构
件的燃烧特性和燃烧并发现象：分类、要求和测试方法[s]．
[4]NF F 16-101：1988铁路车辆防火材料的选择Is]．
[5]TB／T 3139--2006机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量
IS]．
[6] I卫，I'3237-2010动车组用内装材料阻燃技术条件[s]．
· 35 ·

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