汽车数量在不断增加。全世界每年登记注册的汽车数量增加1650万辆。尽管这对地球环境有负面影响,但人们为追求时尚和方便,仍在争相购车。这种趋势在发展中国家尤甚。在过去10年中,这些国家的汽车数量已增长1倍以上。经济学家估计,在第三世界国家,汽车数量仍将继续增加,并与其国内生产总值(GDP)成正比。
然而,由于汽车尾气造成的严重环境污染、噪声污染以及交通拥塞已到了不容忽视的程度,必须立即采取对策来制止地球变暖、酸雨和对臭氧层的破坏。
汽车排出的CO2占其总排放量的16%,排放的氮氧化物约占其总量的一半。正是这些有害气体破坏了臭氧层,并且是产生酸雨的主要原因之一。在世界能源日趋短缺的严峻形势下,最近10年中交通方面的能耗每年增长3. 8%,东南亚联盟诸国年增长则高达9. 4%。照此发展下去,煤、石油、天然气等资源将从地球上消失殆尽。鉴于上述环境危机和汽车造成的有害影响,可以预计,汽车将在21世纪被淘汰。那么,届时我们以什么作为日常交通工具呢?
从环保角度出发,铁路车辆较汽车更具优势。铁路车辆的CO2排放量比汽车少10倍,氮氧化物少5倍。列车的能量效率也高于汽车。考虑到这些因素,重新评价铁路车辆就成了21世纪引人注目的话题。
日本由于缺乏修筑公路的土地,铁路交通网相对比较发达。最近又通过增加车辆和铁轨、扩建车站、改进信号系统等手段来改善运营状况。1987年合并的7家私有公司之一的东日本铁路公司,已经开发出一种新型车型。其目标是车辆“使用周期减半、重量减半、成本减半”。新型的209系列列车已于1993年投入运营,东日本铁路公司自创建以来,就一直致力于新一代通勤列车的开发。上述三项目标是为研制无环境污染、节能、低成本车辆而制定的。
列车“使用周期减半”,有不少优点。因为传统列车的使用寿命为20~25年,这期间须经常进行保养、维修,耗费大量人力物力。而209车型的基本寿命约为13年,行驶200万公里之内无需大修。这不仅降低了维修费用,更重要的是让工程技术人员腾出时间和精力去搞技术革新,开发满足乘客最新要求的新型列车。
新型列车的“重量减半”和“成本减半”是通过每个部件的技术改进来实现的。以往的车体由坚固的钢骨架外覆钢罩板构成。为降低生产费用和车体重量,209系列车体采用冲压成型板代替笨重的骨架;以不锈钢薄板代替钢罩板,冲压成型的钢板为波纹状以分散压力和消除应变,上述两项新技术的采用,减少了部件和使用较薄的钢板,从而减轻了车体重量。零部件的装配更为便捷。还有不少类似的改进,使整套工艺过程更适合于大规模批量生产。209系列车体采用SUS304不锈钢板。由于更多通用部件的采用,与传统车型相比,生产成本下降约30%。209系列的另一优点是其电动门操作系统。以往采用的是气压直接操作方式。电动门是靠马达驱动的,其保养仅仅是润滑驱动机构,而无须像气动门那样拆卸整个装置。
为实现低成本、少维修之目的·对车辆的每个部件都做了认真的研究并采用先进技术制造。209车型最主要的改进,则在于牵引电机及其控制系统,电机改用3相笼式转子感应电动机。它不靠炭电刷传导电流,而以电磁感应方式传导。成本和维修费用均可降低,重量也大大减轻,重490公斤,仅为传统直流电机的60%。
在采用转子感应电机的同时,车辆控制系统也作了改进。以往仅靠1500 V的断/通装置来控制电压,而且这套带接触器的装置发热量大. 还需附带冷却系统,其结构复杂,需定期保养。改进后,所有部件在新的变频、变压转换系统中均缩小了体积。其结果是重量减轻80%,维修费用也大幅降低。
此外,车辆的制动系统也作了改进。刹车时产生的能量可转换为它用。新型209车辆总重减轻12吨(约40%),包括将6节牵引车减为4节。车辆能耗大为减少。例如,将一列行驶在东京至大宫的京浜东北线上的传统车辆更新为209型车辆,可节约相当于800户家庭的用电量。就是说若将东日本铁路公司的11000辆列车全部升级为209型,可节省相当于一座百万以上人口城市的用电量。
铁路运输已被证明是注重环境保护的21世纪更为理想的交通工具。在日本,兴建铁路的空间也十分有限。增加节能型列车的使用,无疑将减少环境污染。除东日本铁路公司外,其它各铁路公司也在不断推出更有利于人类和环境的新型列车。相信对列车的重新认识将成为21世纪全球共同感兴趣的课题。