Krótka dyskusja na temat zastosowania maszyn trakcyjnych Nidec KDS w projektach metra

Abstrakcyjny

Wraz z przyspieszonym globalnym procesem urbanizacji, branża transportu kolejowego szybko się rozwija. Jako kluczowa infrastruktura miejska metro musi stawić czoła trendom zwiększania się przepływu pasażerów i zróżnicowanym wymaganiom podróżnym pasażerów, co stawia nowe wyzwania przed maszyną trakcyjną – głównym elementem wind w metrze. Wyzwania te obejmują zrównoważenie wydajności i bezpieczeństwa w scenariuszach z dużym przepływem pasażerów, zaspokojenie rosnących potrzeb pasażerów w zakresie komfortu i wygody oraz zrównoważenie kosztów i trwałości. W tym artykule pokrótce omówimy, w jaki sposób Nidec KDS, jako ekspert w projektowaniu i produkcji maszyn trakcyjnych, zapewnia klientom profesjonalne rozwiązania.

Słowa kluczowe

Windy metra, cykl pracy, oszczędzanie energii i ochrona środowiska, analiza niezawodności, zdolność przeciążeniowa, projekt żywotności

Zgodnie z metodą klasyfikacji zawartą w przeglądzie statystyk i analiz dotyczących światowej komunikacji miejskiej w zakresie transportu kolejowego z 2021 r. Miejski transport kolejowy można podzielić na trzy kategorie: metro, lekka kolej i tramwaje. Ogólnie rzecz biorąc, tranzyt kolejowy ma zalety, takie jak duża przepustowość, duża prędkość, częste odjazdy, bezpieczeństwo i komfort, wysoka punktualność, niskie opłaty, oszczędność energii i ochrona środowiska. Wymaga to jednak również wysokich standardów technicznych i kosztów utrzymania.[1]

Metro, jako kluczowy element miejskiego transportu kolejowego, odgrywa niewątpliwie ważną rolę w rozwoju transportu miejskiego. Pomagają złagodzić natężenie ruchu miejskiego, zwiększyć promień miejski i promień życia mieszkańców poprzez budowę zintegrowanej sieci transportowej, poprawić jakość życia mieszkańców, poprawić ogólny wizerunek miasta oraz promować rozwój i postęp miast, a także komunikację społeczną i dobrobyt.

Pasażerowie mogą sprawnie i wygodnie wjeżdżać na stacje, przesiadki lub wysiadać, korzystając z wind pionowych. Poziom techniczny silników wind odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu pasażerom wrażeń z jazdy. Nidec KDS jest głęboko zaangażowany w przemysł motoryzacyjny od ponad 60 lat. Jej produkty integrują zaawansowane w skali międzynarodowej projektowanie technologiczne, doskonałą produkcję i zarządzanie jakością. Dzięki wysokiej jakości produktom i kompleksowemu systemowi usług od ponad dziesięciu lat stabilnie dostarcza maszyny trakcyjne do wind dla dużych indyjskich klientów w projektach metra.

01 Globalna skala i perspektywy branży kolei miejskiej

Statystyki pokazują, że do końca 2022 roku kolej miejska została uruchomiona w 545 miastach w 78 krajach i regionach świata, a przebieg eksploatacyjny przekroczył 41 386,12 km. W porównaniu z 2021 r. łączny przebieg globalnego transportu koleją miejską wzrósł o 4531,92 km, co oznacza wzrost o 11,0% rok do roku[1].

Rysunek 1 przedstawia ogólną skalę miejskiego tranzytu kolejowego na głównych kontynentach świata (Uwaga: w celach obliczeniowych wszystkie miasta w Rosji są klasyfikowane jako europejskie). Dane wskazują, że metro i tramwaje są głównymi rodzajami miejskiego transportu kolejowego na całym świecie, a globalny miejski transport kolejowy koncentruje się głównie w Eurazji, przy czym metro jest dystrybuowane głównie w krajach azjatyckich.[1]

Rycina 1 Podsumowanie przebiegu operacyjnego kolei miejskiej według kontynentów na świecie w 2022 r. (km)

Na całym świecie branża transportu kolejowego w miastach znajduje się w krytycznej fazie rozwoju. Rządy i przedsiębiorstwa na całym świecie nieustannie inwestują w nowe technologie i obiekty, aby poprawić efektywność transportu, zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska i zapewnić lepsze usługi dużej liczbie pasażerów. Budowa i zastosowanie globalnego tranzytu kolejowego stale się rozwija, a niektóre kraje rozwijające się również aktywnie promują budowę tranzytu kolejowego.

Indie promują rozbudowę metra na dużą skalę od 2014 r. Według The Times of India do kwietnia 2022 r. indyjska sieć metra liczyła 870 km, obsługując 18 miast. Obecnie w 27 miastach w budowie jest około 1000 km torów metra, a miesięcznie oddawanych jest do użytku blisko 6 km nowych torów. Tempo i skala budowy metra w Indiach w ciągu ostatniej dekady były imponujące.

Jako profesjonalny dostawca rozwiązań w zakresie silników synchronicznych z magnesami trwałymi do wind, firma Nidec KDS dostarczyła w ciągu ostatniej dekady ponad 1600 silników do wind pionowych dużym indyjskim klientom. Kluczowe projekty przedstawiono na rysunku 2. Dzięki dużym możliwościom technicznym i produkcyjnym Nidec KDS głęboko uczestniczy w budownictwie miejskim i przyczynia się do budowania międzynarodowego wizerunku lokalnych miast.

Rysunek 2 Projekty metra w Indiach wygrane przez firmę Nidec Kds

02 Sieć metra i windy

Tranzyt kolejowy łączy gałęzie przemysłu miejskiego, sprzyja rozbudowie łańcucha przemysłowego i napędza szybki rozwój branż wspierających, takich jak produkcja sprzętu oraz technologiczne badania i rozwój. Łańcuch przemysłu metra pokazano na rysunku 3, gdzie wszystkie ogniwa są współzależne i napędzają rozwój gospodarczy aglomeracji miejskich i obszarów metropolitalnych.[2]

Rysunek 3 Łańcuch przemysłu metra

Jako branża wyższego szczebla w łańcuchu dostaw metra, windy nie tylko zapewniają dużą wygodę i gwarancję transportu miejskiego, ale także odzwierciedlają dbałość kraju i dbałość o osoby starsze, niepełnosprawne i obywateli przewożących ciężkie ładunki. Przyszły rozwój miast jest ściśle powiązany z budową metra. Budowa sieci transportu kolejowego to ważny projekt rządowy, a poziom jego realizacji odciśnie piętno na wizerunku miasta.

Rysunek 4 Zastosowanie silników Nidec KDS w windach metra

03 Kluczowe punkty techniczne silników wind metra

Jako główny element pionowych wind metra, konstrukcja maszyny trakcyjnej musi uwzględniać środowisko usług i scenariusze zastosowań wind metra. Doskonała wydajność maszyn trakcyjnych Nidec KDS wynika z dokładnego zrozumienia środowiska aplikacji i technicznej akumulacji silników synchronicznych z magnesami trwałymi, jak opisano poniżej:

1. Wymagania dotyczące wysokiego cyklu pracy i wysokiej efektywności energetycznej

W kontekście światowego wsparcia dla ekologicznych i niskoemisyjnych podróży, budowa transportu kolejowego postawiła wyższe wymagania w zakresie oszczędzania energii. Dlatego w porównaniu z innymi windami, windy metra wymagają od maszyn trakcyjnych wyższej wydajności, aby sprostać scenariuszom miejskim z dużym przepływem pasażerów. W przypadku wind o prędkości około 1 m/s ich sprawność może sięgać nawet 90%. Ponadto, zgodnie z wymogami instalacji windy, należy kontrolować masę i rozmiar maszyny trakcyjnej. Dlatego inżynierowie projektujący maszyny trakcyjne muszą mieć bogate doświadczenie w projektowaniu elektromagnetycznym, optymalizować projekt elektromagnetyczny za pomocą zaawansowanego oprogramowania do analizy pola elektromagnetycznego (rysunek 5) i wybierać odpowiednie materiały elektromagnetyczne, aby spełnić wymagania.

Ze względu na wymagania dotyczące wydajności transportowej maszyny trakcyjne pracują często, dlatego mają wysokie wymagania dotyczące cyklu pracy, zwykle S5-60% lub więcej. Jednocześnie wymagania dotyczące wzrostu temperatury (ryc. 6) są również bardzo wysokie.

Wymaga to, aby konstrukcja maszyn trakcyjnych metra była zgodna z zasadami zwartości i oszczędności, a także spełniała wymagania eksploatacyjne dotyczące oszczędzania energii i niskiego wzrostu temperatury.

Rysunek 5 Analiza pola elektromagnetycznego

Rysunek 6 Symulacja wzrostu temperatury

2. Wymagania dotyczące wysokiego bezpieczeństwa i niezawodności

Wysokie bezpieczeństwo i niezawodność to podstawowe wymagania i atrybuty wind, a ludzie mają jeszcze wyższe wymagania co do bezpieczeństwa i niezawodności wind metra. Dlatego przeprowadzamy szczegółową analizę wytrzymałości mechanicznej (rysunek 7) i przedstawiamy specjalne wymagania i ulepszenia w zakresie nośności mechanicznej i skuteczności hamowania. Odpowiednio zwiększono współczynniki bezpieczeństwa dotyczące nośności kluczowych elementów mechanicznych, takich jak podstawa maszyny, piasta koła, koło napędowe i wał.

Obecnie większość eksportowanych przez nas maszyn trakcyjnych metra wykorzystuje hamulce bębnowe, które mają duży margines momentu hamowania i stabilną skuteczność hamowania. Są dopasowane do sterowników mocy, które zostały w pełni zweryfikowane. Na napięcie wejściowe i prąd hamulców nie mają wpływu wahania sieci energetycznej ani zakłócenia pochodzące od innych urządzeń elektrycznych, co daje gwarancję niezawodnej pracy maszyny trakcyjnej.

Rysunek 7 Analiza wytrzymałości mechanicznej

3. Wysoka stabilność przeciążeniowa i wysokie wymagania dotyczące komfortu jazdy

Jednym z celów wyposażenia wind pionowych w metrze jest zapewnienie wygody pasażerom. Głównymi obiektami obsługi wind pionowych są obywatele przewożący ciężkie ładunki oraz grupy wymagające szczególnej opieki, takie jak osoby starsze i niepełnosprawne. Dlatego maszyny trakcyjne wind metra muszą mieć dużą zdolność przeciążania. Zgodnie z analizą przeciążenia, zdolność do przeciążenia jest ponad 2-krotna i wymagane jest, aby moment obrotowy mógł być stabilnie wytwarzany niezależnie od dużej lub niskiej prędkości, małego lub dużego obciążenia.

Aby zapewnić komfort jazdy, w konstrukcji maszyny trakcyjnej szczególną uwagę zwrócono również na tłumienie harmonicznych, zwłaszcza tłumienie i redukcję harmonicznych niskiego rzędu (które mają ogromny wpływ na komfort) i amplitudy ich fali sił (rysunek 8), a także redukcję tętnienia momentu obrotowego przy niskich prędkościach (rysunek 9) i momentu zaczepowego. Zapewnia to płynną pracę windy przez cały proces, niski poziom hałasu i wibracji, zapewniając pasażerom dobre wrażenia z jazdy.

Rysunek 8 Analiza fali siłowej

Rysunek 9 Analiza momentu obrotowego

4. Wymagania dotyczące długiego okresu użytkowania i humanizowanej konserwacji

Projekt maszyn trakcyjnych metra musi również koncentrować się na żywotności, która nie ogranicza się do wyżej wymienionych aspektów, takich jak niski wzrost temperatury i wysoka wytrzymałość mechaniczna w celu przedłużenia żywotności maszyny trakcyjnej, ale obejmuje również inne aspekty, takie jak izolacja silnika, łożyska, smar i magnesy trwałe. Przykładowo, jeśli chodzi o izolację, jako izolację szczelinową wybiera się papier izolacyjny o wysokich właściwościach mechanicznych i wytrzymałości dielektrycznej, a jako izolację szczelinową stosuje się przewody elektromagnetyczne o większej odporności na napięcie udarowe. Przy tym zastosowano metodę lakierowania VPI (impregnacja próżniowa), która znacznie poprawia odporność stojana maszyny trakcyjnej na uderzenia napięcia i wydłuża żywotność maszyny trakcyjnej.

Większość wind metra jest używana w zastosowaniach bez maszynowni. Główne modele silników Nidec KDS stosowane w projektach metra pokazano na rysunku 10. W projekcie staramy się zastosować konstrukcję zintegrowaną, konstrukcję bezobsługową i konstrukcję wizualną wrażliwych części. Na przykład okablowanie wtykowe, bezobsługowa konstrukcja części obrotowych, konstrukcja elementów elektrycznych zapewniająca wysoki poziom ochrony oraz wizualne wyświetlanie zużycia klocków ciernych hamulców. Konstrukcje te wydłużają żywotność elementów maszyn trakcyjnych i okresy między wymianami, zmniejszają trudność konserwacji oraz sprawiają, że maszyna trakcyjna pracuje płynniej, ciszej i trwalej. Integracja wielu technologii pozwala uzyskać produkty wysokiej jakości i zaoszczędzić klientom koszty utrzymania.

Rysunek 10 Główne modele silników Nidec KDS stosowane w projektach metra

04 Perspektywy na przyszłość

Światowy transport kolejowy w miastach stale się rozwija. Oczekuje się, że do 2024 roku przebieg eksploatacyjny światowego transportu kolejowego w miastach przekroczy 44 500 km, a perspektywy rozwoju branży transportu kolejowego na przyszłość są bardzo szerokie. W dobie szybkiego postępu technologicznego wymagania techniczne i jakościowe stawiane silnikom dźwigów będą coraz wyższe, wymagające dostosowania do różnorodnych regionalnych różnic kulturowych i geograficznych na całym świecie.

Dzięki wysokiej jakości produktom, profesjonalnym rozwiązaniom i doskonałemu zespołowi serwisowemu, Nidec KDS od ponad dekady jest głęboko zaangażowana w ważne projekty infrastruktury miejskiej, takie jak metro. Pomogło klientom na całym świecie wygrać wiele dużych projektów rządowych, zapewniło pasażerom wygodną i bezpieczną jazdę oraz pomogło klientom zdobyć dobrą reputację godną zaufania.

W przyszłości Nidec KDS będzie przestrzegać filozofii biznesowej „Najpierw jakość, sukces klienta”, koncentrować się na klientach, a dzięki solidnym możliwościom projektowym i produkcyjnym oraz wysokiej jakości usługom, które przekraczają oczekiwania klientów, współpracować z klientami w celu tworzenia większej liczby lepszych rozwiązań dźwigowych.