Demiryolları ve Bilgisayar: İdeal Evlilik
L. Fletcher Prouty
Danışman
4201 Peachtree Place
Alexandria, VA 22304
Noel'de elektrikli tren almış olan her çocuk, transformatörü fazla açıp oyuncak treni çok hızlı çalıştırırsa virajlarda raydan çıkacağını kısa sürede öğrenir; oyuncak ya da gerçek tüm ray sistemleri aynı soruna sahiptir.
Süperyükselti
"Süperyükselti" milyarlarca dolarlık bir kelimedir. "Savunma", "füze", "nükleer", "donanma", "Üçüncü Dünya" ve daha pek çoğuyla birlikte pahalı kavramlar listesinin en üstlerinde yer alır. Burada kullanıldığı bağlamda demiryolu sistemleriyle ilgilidir. Karayolu sektöründe de aynı derecede maliyetlidir.
Yanlış uygulanması, eskiden "Firestone" faktörü olarak bilinen olgunun, yani düz virajlarda lastiklerin hızla yanarak aşınmasının nedenidir. Demiryolu işinde ise, bunun kendisi ya da eksikliği, bir zamanların büyük bir demiryolu sisteminin bozulmasına ve Kuzey Amerika'daki yolcu demiryolu işletmeciliğinin kesin çöküşüne yol açmıştır.
Yük Taşımacılığı Operasyonları
Çok ağır vagonlara, çok uzun trenlere ve düşük hızlara sahip yük taşımacılığı, rayları tahrip eder. ABD'de işletilen tüm yük trenlerinin ortalama hızı 20,1 mph'dir.
Yıllık yaklaşık 35 milyar dolar ciro yapan, bir buçuk milyondan fazla ağır ağır ilerleyen vagondan oluşan ve kendine demiryolu ağı diyen hareketli bir depo endüstrimiz vardır. Kâr etmektedir; ancak işini "defterin borç hanesi" üzerinden yürüttüğü için bankalara yılda yaklaşık 10 milyar dolar faiz ödemek zorundadır. Mali açıdan olduğu kadar başka açılardan da çok daha iyi durumda olabilirdi.
Noel'de elektrikli tren seti almış olan her çocuk, transformatörü fazla açıp oyuncak treni çok hızlı çalıştırırsa virajlarda raydan çıkacağını çabucak öğrenir. Oyuncak ya da gerçek tüm ray sistemleri aynı soruna sahiptir. Tüm virajlarda hassas biçimde süperyükseltiye ihtiyaç duyarlar.
Bir Demiryolunun Tasarımı
Demiryolu işinde bu karmaşık bir konudur. Sistem, başlangıçtan bitişe kadar güzergâh boyunca değişen, önceden programlanmış bir hızlar dizisi tarafından zorunlu olarak yönetilir ve verimlilik, güvenlik ve kârlılık için bu aynı hız rejiminin her tren tarafından her zaman izlenmesi gerekir.
Her şey malikle başlar. Malik, inşaat mühendislerine güzergâh üzerindeki her istasyon çifti arasındaki geçiş süresinin ne olmasını istediğini söylemelidir. Mühendisler bu zaman faktörünü bir hız verileri setine dönüştürmeli ve ardından tüm ray sistemini bu hızlar için tasarlamalıdır.
Flanşlar ve tekerlek yuvarlanma yüzeyleri, konik bir kesit üzerine işlendiği, yani pahlandığı için düz ve yatay raylarda işi görür. Bir viraja yaklaşıldığında raylar bir spiral şeklinde döşenmiştir; yani biri aşağı inmeye başlarken diğeri göreli olarak yukarı çıkmaya başlar. Raylar ve flanşlar, vagonu viraja yönlendirir ve spiral içinde vagonu yatırmaya başlar.
Virajın içinde, rayın yatıklığı tasarım hızında oluşan merkezkaç kuvvetiyle örtüşür. Trenin hızıyla oluşan kuvvet vektörü ile yerçekimi kuvveti birleşerek vagonun merkezinden düşey olarak geçer (yolcunun bakış açısından düşeydir, yerçekimine göre tam düşey olmasa bile).
Bu, süperyükseltinin rolüdür ve hız oranı ile ray tasarımı birbiriyle örtüştüğünde tekerlekler ve raylar üzerindeki aşınma en aza iner. Örtüşmediğinde ise, 700 ila 800 milyon ton-mil hizmet üretmek üzere imal edilmiş bir ray, 100 milyon ton-milden önce tükenir; mevcut sistem tarafından rayların büyük bir kısmı bu şekilde tahrip edilmiştir.
Peki demiryolları bunu neden yapıyor?
Bu soruya bakmadan önce dikkate alınması gereken bir konu daha vardır. Yükü 92 ton ya da daha fazla olan yük vagonları, raylarda anında metal yorulmasına neden olur. Her tekerleğin, her vagonun, her trenin geçişiyle ray bir miktar plastik deformasyona uğrar ve aşınma son derece fazladır. Bugün raylardaki kapalı yük vagonlarının %90'ından fazlası 92 ton ve üzeri yük taşımak üzere tasarlanmıştır. Sonuç olarak raylar ve tekerlekler üzerindeki aşınma aşırıdır.
Mülkiyet
Bugün süperyükselti vb. konulardan gerçekten anlayan kişilerin sahip olduğu demiryolları çok azdır, belki de hiç yoktur. Nitekim 1887'den beri demiryollarını düzenleyen Interstate Commerce Commission, kısa süre önce yayımladığı bir kılavuzda, kendilerinin de ABD hükümetindeki başka kimsenin de demiryollarının kime ait olduğunu bilmediğini kabul etmiştir.
Pratikte, mühendislere gidip ray sistemini doğru biçimde kurmalarını söyleyen kimse yoktur ve hikâye bununla da bitmez.
II. Dünya Savaşı: Bakım ve Kârlar
II. Dünya Savaşı sırasında demiryolları muazzam bir iş başardı. 1944 yılında, tüm zamanların en yüksek değeri olan 910.295.000 yolcu taşıdılar; buna ek olarak 737.246.000 ton-mil yük trafiğini de üstlendiler. Tüm bu işleri yaparken iş gücü yetersizdi ve bakımın önemli bir kısmını ertelemek zorunda kaldılar.
Savaş sona erdiğinde, devasa bir bakım birikimi, sistemi yeniden inşa etme gereksinimi, daha önce hiç olmadığı kadar yüksek ücret talepleri ve kârlılık için uzun vadeli planlar yapma zorunluluğu ile karşı karşıya kaldılar. Bu büyük sorunlarla yüz yüze geldiklerinde, yük taşımacılığına öncelik vermeyi ve bu iş kolundan olabildiğince hızlı biçimde en fazla parayı sıkıştırmayı seçtiler. Yolcu sisteminin bozulmasına izin verdiler.
Araçları, çok daha ağır yükler için çok daha büyük yapmaya karar verdiler. Artık sahip oldukları güç ve çeki tertibatı dayanımı sayesinde trenleri çok daha uzun yapmayı seçtiler. Daha uzun trenler ve daha ağır vagonlar yalnızca tek bir anlama geliyordu: trenler daha yavaş gitmek zorundaydı.
Yıllar önce bana yaşlı bir mühendis şöyle demişti:
İş panoları, tüm kurplarda hattı düzleştirmek, yani superelevasyonun büyük bir bölümünü kaldırmak için gönderilen bildirimlerin tipiyle vurulmuş gibiydi.
Yavaş trenler, dik banketli kurplardan güvenli biçimde yukarı çıkacak yeterli merkezkaç kuvveti geliştiremez ve lokomotiflerin muazzam ön uç çekişi, kurp yayı boyunca kirişe doğru güçlü bir içe dönük kuvvet vektörü üretir. Bu ek kuvvet, hattaki ağır aşınmayı daha da artırır.
Yolcu Hizmeti
Bu devasa 200.000 millik ağ, yavaş ve ağır trafiği taşımak üzere yeniden tasarlanırken, 1954’e kadar var olmuş mükemmel yolcu hizmetlerinin adeta rayları altından çekildi. Yolcu trenleri düz hatta daha yavaş gitmeye zorlandı ve rahatsız edici ve güvenilmez hâle geldiler.
Buna, sahiplerin neredeyse tamamen yeni vagon siparişi vermeyi bırakmış olması da eklenince, yolcu hizmetlerinin geleceği kesinleşmişti: ters yöndeki bazı hükümet çabalarına rağmen, hiç olmayacaktı. Amtrak, 45.000.000’a ulaşan bir demiryolu ağında 500’den az topluluğa hizmet vermektedir.
Son on yıl ya da biraz daha uzun bir sürede 10 milyar doların üzerinde bir maliyetle yürütülen Amtrak deneyi bile, yaşam destek sistemine bağlı bir terminal vakadan öte bir şey değildir.
Japon Yüksek Hızlı Demiryolu Yolcu Hizmeti
Sonra ufukta, denizaşırı bir yerde yeni bir sistem ortaya çıktı. Japonlar, yüksek hızlı demiryolu yolcu hizmetlerinin ikinci kuşağını harekete geçirdiler. Shinkansen sisteminin bu mermi trenleri hızlarıyla ünlüdür. Ancak bundan daha fazlasıdırlar.
Kesinlikle güvenlidirler, dakiktirler, güvenilirdirler ve kârlıdırlar. Gerçekten de geleceğin demiryolu sistemidirler.
Yukarıda sayılanlardan başka nedenlerle de benzersizdirler. Shinkansen bütüncül bir sistemdir ve bilgisayarları tam kapasiteyle kullanır.
Otomatik Bilgisayarlı Bakım
On altı vagonlu trenlerin, tek tek vagonlar olarak değil, tren olarak eşzamanlı biçimde üzerinde çalışıldığı dev bakım atölyelerini hayal edin. Atölyeye girdiklerinde tren iki adet sekiz vagonlu birime ayrılır. Ardından, bilgisayar denetimli bir kriko sistemi yerden yükselir ve sekiz vagonluk tüm trenleri birlikte ve kusursuz bir şekilde terazide kaldırır.
Bu yapılırken, devasa bir kablo çoklu bir fişe bağlanır ve 1.100’den fazla araç üzeri unsur, test ve kontrol için bir bilgisayara bağlanır. Bu, gerçekten ikinci kuşak hareketli araç bakımının bir örneğidir. Yirmi dört saat sonra, bu trenin tamamı, yeni gibi, gelir getiren hizmete geri döner.
Lokomotif Yok
Bu trenlerde lokomotif yoktur. Her vagon, aks bölgesine yerleştirilmiş küçük elektrik motorlarıyla tahrik edilir. Her aks bir motor tarafından döndürülür ve tümü, her zaman en yüksek işletme verimliliğini sağlamak için bir bilgisayar tarafından denetlenir ve izlenir.
Merkezi Sistem Denetimi
Makinist/sürücü ile öne gidin ve yolculuk boyunca trenin hız oranını hassas biçimde kontrol ettiğine dikkat edin. Aynı zamanda Tokyo’daki bir komuta bilgisayarı, tüm sistemdeki bütün trenleri izlemektedir.
Sürücü, gaz kolunu ileri iterek sistemin tam etkinliğini gösterir. Tren hızlanır ve neredeyse hemen bir telefon çalar. Sürücü telefonu açar ve gaz kolu, Tokyo’daki bilgisayarın denetimi altında, atanmış seyir hızını oluşturmak üzere otomatik olarak geriye hareket eder. Sürücü, Trafik Kontrol’e yalnızca sistemi gösterdiğini bildirir.
Zamanlama, son derece karmaşık bir işlev olup bilgisayarların yardımıyla yapılır; bu işin neredeyse tüm diğer yönleri de böyledir. Bu, demiryolu işinde yüksek teknolojinin ve bilgisayar işinde yüksek teknolojinin — sinerjik biçimde — gerçekten ideal bir uygulamasıdır.
Personel Maliyeti: %18
Alt satır her şeyi anlatır. Amerikan demiryolu sisteminde personel maliyetleri toplam giderlerin yaklaşık yüzde 60’ını oluştururken, Shinkansen yüksek hızlı demiryolu yolcu sisteminde personelin toplam maliyeti yüzde 18’i geçmez. Sistemin kârlı olmasına şaşmamalı!
Öyleyse, neden ABD’de böyle bir sistem yok?
Bugün, bu tamamen yeni yüksek hızlı demiryolu yolcu sistemi ABD’ye getirilmek istenseydi, yeni bir yol altyapısına ve yeni bir hat sistemine sahip olması gerekirdi. Yavaş ve ağır yük sistemi bu yüksek hızlı rejimle uyumlu değildir ve ABD hat ağındaki toleransların gevşek durumu, böyle bir işletmeyi güvenli biçimde asla destekleyemez.
ABD hatlarında çalışan vagonların tekerlek takımlarına ölçüm cihazları yerleştirilmiş ve oldukça sık olarak 15.000 pound’u aşan yanal ivme anları ölçülmüştür. Bu denli hizadan çıkmış bir hat üzerinde hiçbir yolcu hizmeti işletilemez.
Amerika Birleşik Devletleri’nde Yalnızca Hayaller
Birçok şehir, bölge ve eyalet bu tür yeni hizmetler için hayaller üzerinde çalışmaktadır. Bunlar güzel hayallerdir, ama bundan öte değildir. Yüksek hızlı demiryolu yolcu sistemi, deneyimli uzmanlar tarafından tasarlanması ve işletilmesi gereken son derece talepkâr, karmaşık ve yüksek teknolojili bir endüstridir. Bu uzmanlar bugün bu ülkede mevcut değildir.
Zamanları gelecektir, çünkü bu ülkenin insanları yüksek hızlı demiryolu sistemlerine ihtiyaç duymaktadır. Ulaşım ticaret oluşturur ve bu ülkenin, silahlanmaya aşırı vurgunun yerine canlanmaya ve yeniden sanayileşmeye ihtiyacı vardır.
Otomobil, otobüs ve hava taşımacılığı sistemleri aşırı doygunluğa ulaşmıştır ve 2000 yılının taleplerini karşılayamayacaktır. Bu kapasiteye sahip olan tek sistem yüksek hızlı demiryoludur ve teknoloji, bunu özel, girişimci bir temelde peşinden gidecek sağduyulu kişiler tarafından kullanılmaya hazırdır. Sonuçta bu, Amerikan tarzıdır.