En kort diskussion om anvendelsen af ​​Nidec KDS-traktionsmaskiner i undergrundsprojekter

Abstrakt

Med den accelererede globale urbaniseringsproces udvikler jernbanetransitindustrien sig hurtigt. Som en vigtig byinfrastruktur står undergrundsbaner over for tendenserne med stigende passagerflow og diversificerede rejsekrav fra passagerer, hvilket bringer nye udfordringer til traktionsmaskinen - kernekomponenten i metroelevatorer. Disse udfordringer omfatter, hvordan man balancerer effektivitet og sikkerhed i scenarier med stort passagerflow, hvordan man opfylder passagerernes voksende behov for komfort og bekvemmelighed, og hvordan man balancerer omkostninger og designliv. Denne artikel vil kort diskutere, hvordan Nidec KDS, som ekspert i design og fremstilling af traktionsmaskiner, leverer professionelle løsninger til kunderne.

Nøgleord

Metroelevatorer, Duty Cycle, Energibesparelse og Miljøbeskyttelse, Pålidelighedsanalyse, Overbelastningskapacitet, Service Life Design

Ifølge klassificeringsmetoden i 2021 Review of World Urban Rail Transit Operation Statistics and Analysis kan bybanetransit opdeles i tre kategorier: undergrundsbaner, letbaner og sporvogne. Generelt har jernbanetransit fordele såsom stor transportkapacitet, høj hastighed, hyppige afgange, sikkerhed og komfort, høj rettidig rate, lave priser, energibesparelse og miljøbeskyttelse. Det kræver dog også høje tekniske standarder og vedligeholdelsesomkostninger.[1]

Som en afgørende del af transit i byer spiller undergrundsbaner en utvivlsomt vigtig rolle i udviklingen af ​​bytransport. De hjælper med at afhjælpe bytrafikpres, udvider byradius og beboernes boligradius ved at opbygge et integreret transportnetværk, forbedrer beboernes livskvalitet, forbedrer det overordnede billede af byen og fremmer byudvikling og fremskridt samt social kommunikation og velstand.

Passagerer kan effektivt og bekvemt komme ind på stationer, forflytnings- eller udgangsstationer ved at tage lodrette elevatorer. Det tekniske niveau af elevatormotorer spiller en nøglerolle for at sikre passagerernes køreoplevelse. Nidec KDS har været dybt engageret i bilindustrien i mere end 60 år. Dens produkter integrerer internationalt avanceret teknologidesign, fremragende produktion og kvalitetsstyring. Med produkter af høj kvalitet og et omfattende servicesystem har det stabilt leveret elevatortraktionsmaskiner til store indiske kunder i metroprojekter i mere end et årti.

01 Global skala og udsigter for bybanetransitindustrien

Statistikker viser, at ved udgangen af ​​2022 var bybanetransit blevet sat i drift i 545 byer fordelt på 78 lande og regioner verden over, med en driftskørsel på over 41.386,12 km. Sammenlignet med 2021 steg den samlede globale bybanetransport med 4.531,92 km, en år-til-år vækst på 11,0 %[1]

Figur 1 viser den overordnede skala for bybanetransit på tværs af store kontinenter i verden (Bemærk: Alle byer i Rusland er klassificeret i Europa til beregning). Data indikerer, at undergrundsbaner og sporvogne er de almindelige typer af bybanetransit globalt, og global bybanetransit er hovedsageligt koncentreret i Eurasien, med undergrundsbaner hovedsageligt distribueret i asiatiske lande.[1]

Figur 1 Opsummering af bybanetransitkørsel efter kontinent i verden i 2022 (km)

Globalt er bybanetransitindustrien i en kritisk udviklingsfase. Regeringer og virksomheder rundt om i verden investerer løbende i nye teknologier og faciliteter for at forbedre transporteffektiviteten, reducere miljøforurening og levere bedre tjenester til et stort antal passagerer. Konstruktionen og anvendelsen af ​​global jernbanetransit udvides konstant, og nogle udviklingslande fremmer også aktivt opførelsen af ​​jernbanetransit.

Indien har fremmet storstilet metroudvidelse siden 2014. Ifølge The Times of India havde Indiens undergrundsnetværk i april 2022 dækket 870 km, der betjener 18 byer. I øjeblikket er cirka 1.000 km metrospor under opførelse i 27 byer, hvor næsten 6 km nye spor tages i brug hver måned. Hastigheden og omfanget af Indiens undergrundskonstruktion i det sidste årti har været imponerende.

Som en professionel leverandør af permanentmagnet synkronmotorløsninger til elevatorer har Nidec KDS leveret mere end 1.600 vertikale elevatormotorer til store indiske kunder i det seneste årti. Nøgleprojekter er vist i figur 2. Med stærke tekniske og produktionsmæssige evner deltager Nidec KDS dybt i bybyggeri og bidrager til opbygningen af ​​det internationale billede af lokale byer.

Figur 2 Indiske undergrundsprojekter vundet af Nidec Kds

02 Undergrundsindustrikæde og elevatorer

Jernbanetransit forbinder byindustrien, fremmer udvidelsen af ​​den industrielle kæde og driver den hurtige udvikling af understøttende industrier såsom udstyrsfremstilling og teknologisk F&U. Metroindustriens kæde er vist i figur 3, hvor alle led er indbyrdes afhængige og driver den økonomiske udvikling af byområder og storbyområder.[2]

Figur 3 Subway Industry Chain

Som en opstrømsindustri i metroens forsyningskæde giver elevatorer ikke kun stor bekvemmelighed og garanti for bytransport, men afspejler også landets omsorg og opmærksomhed på ældre, handicappede og borgere, der bærer tunge byrder. Den fremtidige udvikling af byer er tæt forbundet med bygningen af ​​undergrundsbaner. Opbygning af et jernbanetransitnet er et vigtigt regeringsprojekt, og dets konstruktionsniveau vil sætte et dybt præg på byens image.

Figur 4 Anvendelse af Nidec KDS-motorer i metroelevatorer

03 Tekniske nøglepunkter for undergrunds elevatormotorer

Som kernekomponenten i lodrette metroelevatorer skal trækmaskinens design tage hensyn til servicemiljøet og anvendelsesscenarier for metroelevatorer. Den fremragende ydeevne af Nidec KDS-traktionsmaskiner stammer fra den nøjagtige forståelse af applikationsmiljøet og den tekniske akkumulering af permanentmagnet-synkronmotorer, som beskrevet nedenfor:

1. Krav til høj driftscyklus og høj energieffektivitet

På baggrund af global fortalervirksomhed for grønne og kulstoffattige rejser har jernbanetransitbyggeri stillet højere krav til energibesparelse. Sammenlignet med andre elevatorer kræver metroelevatorer derfor, at traktionsmaskiner har højere effektivitet for at imødekomme byscenarier med stor passagerstrøm. For elevatorer med en hastighed på ca. 1 m/s kan deres effektivitet nå op til 90 %. Under kravene til elevatorinstallation skal vægten og størrelsen af ​​traktionsmaskinen desuden kontrolleres. Derfor skal traktionsmaskinedesigningeniører have rig erfaring med elektromagnetisk design, optimere det elektromagnetiske design med avanceret elektromagnetisk feltanalysesoftware (figur 5) og vælge passende elektromagnetiske materialer for at opfylde kravene.

På grund af kravet om transportkapacitet kører traktionsmaskiner ofte, så de har høje krav til arbejdscyklussen, generelt S5-60% eller derover. Samtidig er kravene til temperaturstigning (Figur 6) også meget høje.

Dette kræver, at designet af undergrundstraktionsmaskiner skal overholde principperne om kompakthed og økonomi ud over at opfylde ydeevnekravene om energibesparelse og lav temperaturstigning.

Figur 5 Elektromagnetisk feltanalyse

Figur 6 Simulering af temperaturstigning

2. Krav til høj sikkerhed og pålidelighed

Høj sikkerhed og pålidelighed er de grundlæggende krav og egenskaber ved elevatorer, og folk har endnu højere krav til sikkerhed og pålidelighed af metroelevatorer. Derfor foretager vi en detaljeret analyse af mekanisk styrke (figur 7) og fremsætter særlige krav og opgraderinger til mekanisk bæreevne og bremseevne. Sikkerhedsfaktorerne for belastning af vigtige mekaniske komponenter såsom maskinbasen, hjulnav, trækskiven og aksel er blevet øget tilsvarende.

På nuværende tidspunkt anvender de fleste af de undergrundstraktionsmaskiner, der eksporteres af os, tromlebremser, som har stor bremsemomentmargin og stabil bremseevne. De er matchet med strømcontrollere, der er blevet fuldt verificeret. Bremsernes indgangsspænding og strøm påvirkes ikke af udsving i elnettet eller interferens fra andet elektrisk udstyr, hvilket giver en garanti for pålidelig drift af traktionsmaskinen.

Figur 7 Mekanisk styrkeanalyse

3. Stærk overbelastningsstabilitet og høje krav til kørekomfort

Et af formålene med at udstyre lodrette elevatorer i metroen er at give passagererne bekvemmelighed. Borgere, der bærer tunge byrder og grupper med behov for særlig pleje, såsom ældre og handicappede, er de vigtigste serviceobjekter for vertikale elevatorer. Derfor skal metroelevatortraktionsmaskiner have stærk overbelastningskapacitet. Ifølge overbelastningsanalyse er overbelastningskapaciteten mere end 2 gange, og det kræves, at drejningsmomentet kan afgives stabilt uanset høj hastighed eller lav hastighed, let belastning eller tung belastning.

For at give en behagelig køreoplevelse lægger trækmaskinens design også særlig vægt på harmonisk undertrykkelse, især undertrykkelse og reduktion af lavordens harmoniske (som har stor indflydelse på komforten) og deres kraftbølgeamplitude (Figur 8), samt reduktionen af ​​lavhastighedsmomentrippel (Figur 9) og tandhjulsmoment. Dette sikrer, at elevatoren kører jævnt gennem hele processen med lav støj og lav vibration, hvilket giver passagererne en god køreoplevelse.

Figur 8 Kraftbølgeanalyse

Figur 9 Momentanalyse

4. Krav til lang designlevetid og humaniseret vedligeholdelse

Designet af undergrundstraktionsmaskiner skal også fokusere på levetiden, som ikke er begrænset til ovennævnte aspekter såsom lav temperaturstigning og høj mekanisk styrke for at forlænge traktionsmaskinens levetid, men omfatter også andre aspekter såsom motorisolering, lejer, smørefedt og permanente magneter. For eksempel med hensyn til isolering vælges isolerende papir med høje mekaniske egenskaber og dielektrisk styrke som slidsisolering, og der anvendes elektromagnetiske ledninger med stærkere impulsspændingsmodstand. I processen anvendes VPI-lakeringsmetoden (Vacuum Pressure Imprægnering), hvilket i høj grad forbedrer traktionsmaskinens statorens evne til at modstå spændingspåvirkning og forlænger traktionsmaskinens levetid.

De fleste metroelevatorer bruges i applikationer uden maskinrum. De vigtigste modeller af Nidec KDS-motorer anvendt i metroprojekter er vist i figur 10. I designet gør vi vores bedste for at anvende integreret design, vedligeholdelsesfrit design og visuelt design af sårbare dele. For eksempel plug-in ledninger, vedligeholdelsesfrit design af roterende dele, højbeskyttelsesdesign af elektriske komponenter og visuel visning af bremsefriktionsbelægningsslid. Disse designs forlænger levetiden af ​​traktionsmaskinkomponenter og intervallet mellem udskiftninger, reducerer vanskeligheden ved vedligeholdelse og får traktionsmaskinen til at køre mere jævnt, støjsvagt og holdbart. Integrationen af ​​flere teknologier skaber produkter af høj kvalitet og sparer kundernes vedligeholdelsesomkostninger.

Figur 10 Hovedmodeller af Nidec KDS-motorer anvendt i undergrundsprojekter

04 Fremtidsudsigter

Verdens bybanetransit fortsætter med at udvikle sig opad. Det forventes, at i 2024 vil driftskilometeret for verdens bybanetransit overstige 44.500 km, og fremtidsudsigterne for udvikling af jernbanetransitindustrien er meget brede. I en tid med hurtige teknologiske fremskridt vil de tekniske krav og kvalitetskrav til elevatormotorer blive stadig højere, hvilket kræver tilpasning til forskellige regionale kulturelle og geografiske forskelle rundt om i verden.

Med produkter af høj kvalitet, professionelle løsninger og et fremragende serviceteam har Nidec KDS været dybt engageret i vigtige byinfrastrukturprojekter såsom undergrundsbaner i mere end et årti. Det har hjulpet globale kunder med at vinde mange store offentlige projekter, givet passagerer en behagelig og sikker køreoplevelse og hjulpet kunder med at etablere et troværdigt og godt omdømme.

I fremtiden vil Nidec KDS overholde forretningsfilosofien om "Quality First, Customer Success", fokusere på kunderne og med solide design- og produktionsevner og service af høj kvalitet, der overgår kundernes forventninger, arbejde sammen med kunderne om at skabe flere og bedre elevatorløsninger.