En kort diskussion om tillämpningen av Nidec KDS-traktionsmaskiner i tunnelbaneprojekt

Abstrakt

Med den accelererade globala urbaniseringsprocessen utvecklas järnvägstransitindustrin snabbt. Som en viktig urban infrastruktur står tunnelbanor inför trenderna med ökat passagerarflöde och diversifierade resekrav från passagerare, vilket ger nya utmaningar för traktionsmaskinen - kärnkomponenten i tunnelbanehissar. Dessa utmaningar inkluderar hur man balanserar effektivitet och säkerhet i scenarier med stort passagerarflöde, hur man möter passagerarnas växande behov av komfort och bekvämlighet, och hur man balanserar kostnader och designlivslängd. Den här artikeln kommer kortfattat att diskutera hur Nidec KDS, som expert på design och tillverkning av dragmaskiner, tillhandahåller professionella lösningar för kunder.

Nyckelord

Tunnelbanehissar, arbetscykel, energibesparing och miljöskydd, tillförlitlighetsanalys, överbelastningskapacitet, design av livslängd

Enligt klassificeringsmetoden i 2021 Review of World Urban Rail Transit Operation Statistics and Analysis, kan stadstrafik delas in i tre kategorier: tunnelbanor, spårvägar och spårvagnar. Järnvägstransit har generellt fördelar som stor transportkapacitet, hög hastighet, täta avgångar, säkerhet och komfort, hög tid i tid, låga priser, energibesparing och miljöskydd. Men det kräver också höga tekniska standarder och underhållskostnader.[1]

Som en avgörande del av stadstrafiken spelar tunnelbanor en utan tvekan viktig roll i utvecklingen av stadstransporter. De hjälper till att lindra trafiktrycket i städerna, utökar stadsradien och invånarnas bostadsradie genom att bygga ett integrerat transportnätverk, förbättrar invånarnas livskvalitet, förbättrar den övergripande bilden av staden och främjar stadsutveckling och framsteg samt social kommunikation och välstånd.

Passagerare kan effektivt och bekvämt komma in på stationer, förflytta eller lämna stationer genom att ta vertikala hissar. Den tekniska nivån på hissmotorer spelar en nyckelroll för att säkerställa passagerarnas åkupplevelse. Nidec KDS har varit djupt engagerad i bilindustrin i mer än 60 år. Dess produkter integrerar internationellt avancerad teknologidesign, utmärkt produktion och kvalitetsstyrning. Med högkvalitativa produkter och ett omfattande servicesystem har man stabilt levererat hisstraktionsmaskiner till stora indiska kunder i tunnelbaneprojekt i mer än ett decennium.

01 Global skala och framtidsutsikter för den urbana järnvägstransitindustrin

Statistik visar att i slutet av 2022 hade stadstrafiken tagits i bruk i 545 städer i 78 länder och regioner över hela världen, med en körsträcka som översteg 41 386,12 km. Jämfört med 2021 ökade den totala globala trafiksträckan för stadstrafik med 4 531,92 km, en tillväxt på 11,0 % från år till år.[1]

Figur 1 visar den övergripande omfattningen av stadstrafik över stora kontinenter i världen (Obs: Alla städer i Ryssland klassificeras i Europa för beräkning). Data indikerar att tunnelbanor och spårvagnar är de vanligaste typerna av stadstrafik globalt, och global stadstrafik är huvudsakligen koncentrerad till Eurasien, med tunnelbanor huvudsakligen distribuerade i asiatiska länder.[1]

Figur 1 Sammanfattning av körsträcka för stadstrafik per kontinent i världen 2022 (km)

Globalt befinner sig transportbranschen för stadstrafik i ett kritiskt utvecklingsskede. Regeringar och företag runt om i världen investerar kontinuerligt i ny teknik och anläggningar för att förbättra transporteffektiviteten, minska miljöföroreningarna och ge bättre tjänster till ett stort antal passagerare. Konstruktionen och tillämpningen av global järnvägstransit expanderar ständigt, och vissa utvecklingsländer främjar också aktivt byggandet av järnvägstransitering.

Indien har främjat storskalig tunnelbaneutbyggnad sedan 2014. Enligt The Times of India hade Indiens tunnelbanenät i april 2022 täckt 870 km och betjänat 18 städer. För närvarande byggs cirka 1 000 km tunnelbanespår i 27 städer, med nästan 6 km nya spår som tas i bruk varje månad. Hastigheten och omfattningen av Indiens tunnelbanebygge under det senaste decenniet har varit imponerande.

Som en professionell leverantör av permanentmagnetiska synkronmotorlösningar för hissar, har Nidec KDS levererat mer än 1 600 vertikala hissmotorer till stora indiska kunder under det senaste decenniet. Nyckelprojekt visas i figur 2. Med stark teknisk och tillverkningsförmåga deltar Nidec KDS djupt i stadsbyggande och bidrar till att bygga den internationella bilden av lokala städer.

Figur 2 Indiska tunnelbaneprojekt som vann Nidec Kds

02 Tunnelbanekedja och hissar

Järnvägstransitering förbinder stadsindustrier, främjar utvidgningen av industrikedjan och driver på den snabba utvecklingen av stödjande industrier som utrustningstillverkning och teknisk FoU. Tunnelbaneindustrins kedja visas i figur 3, där alla länkar är beroende av varandra och driver den ekonomiska utvecklingen av tätorter och storstadsområden.[2]

Figur 3 Tunnelbana industrikedja

Som en uppströmsindustri i försörjningskedjan för tunnelbanan ger hissar inte bara stor bekvämlighet och garanti för stadstransporter utan speglar också landets omsorg och uppmärksamhet på äldre, funktionshindrade och medborgare som bär tunga laster. Städernas framtida utveckling är nära kopplad till byggandet av tunnelbanor. Att bygga ett järnvägsnät är ett viktigt statligt projekt, och dess konstruktionsnivå kommer att sätta djupa spår i stadens image.

Figur 4 Användning av Nidec KDS-motorer i tunnelbanehissar

03 Tekniska nyckelpunkter för tunnelbanehissmotorer

Som kärnkomponenten i tunnelbanehissar måste utformningen av dragmaskinen ta hänsyn till servicemiljön och tillämpningsscenarier för tunnelbanehissar. Den utmärkta prestandan hos Nidec KDS-traktionsmaskiner härrör från det exakta greppet om applikationsmiljön och den tekniska ackumuleringen av permanentmagnetsynkronmotorer, som beskrivs nedan:

1. Krav på hög driftcykel och hög energieffektivitet

Mot bakgrund av globalt förespråkande för miljövänliga resor och resor med låga koldioxidutsläpp har järnvägskonstruktioner lagt fram högre krav på energibesparing. Jämfört med andra hissar kräver därför tunnelbanehissar att dragmaskiner har högre effektivitet för att möta urbana scenarier med stort passagerarflöde. För hissar med en hastighet på cirka 1 m/s kan deras effektivitet nå upp till 90 %. Dessutom, enligt kraven för hissinstallation, måste vikten och storleken på traktionsmaskinen kontrolleras. Därför måste konstruktionsingenjörer för dragmaskiner ha rik erfarenhet av elektromagnetisk design, optimera den elektromagnetiska designen med avancerad programvara för elektromagnetisk fältanalys (Figur 5) och välja lämpliga elektromagnetiska material för att uppfylla kraven.

På grund av kravet på transportkapacitet fungerar dragmaskiner ofta, så de har höga krav på arbetscykeln, vanligtvis S5-60 % eller högre. Samtidigt är kraven på temperaturhöjning (Figur 6) också mycket höga.

Detta kräver att utformningen av tunnelbanetraktionsmaskiner måste följa principerna om kompakthet och ekonomi förutom att uppfylla prestandakraven för energibesparing och låg temperaturökning.

Figur 5 Elektromagnetisk fältanalys

Figur 6 Simulering av temperaturstegring

2. Krav på hög säkerhet och tillförlitlighet

Hög säkerhet och tillförlitlighet är hissars grundläggande krav och egenskaper, och människor har ännu högre krav på säkerhet och tillförlitlighet hos tunnelbanehissar. Därför genomför vi en detaljerad analys av mekanisk hållfasthet (Figur 7), och lägger fram speciella krav och uppgraderingar för mekanisk bärförmåga och bromsprestanda. Säkerhetsfaktorerna för bärande av viktiga mekaniska komponenter som maskinbas, hjulnav, dragskiva och axel har ökats i enlighet med detta.

För närvarande använder de flesta tunnelbanetraktionsmaskiner som exporteras av oss trumbromsar, som har stor bromsmomentmarginal och stabil bromsprestanda. De matchas med effektkontroller som har verifierats helt. Bromsarnas inspänning och ström påverkas inte av fluktuationer i elnätet eller störningar från annan elektrisk utrustning, vilket ger en garanti för tillförlitlig drift av traktionsmaskinen.

Figur 7 Mekanisk hållfasthetsanalys

3. Stark överbelastningsstabilitet och höga krav på åkkomfort

Ett av syftena med att utrusta vertikala hissar i tunnelbanan är att ge passagerarna bekvämlighet. Medborgare som bär tunga laster och grupper i behov av särskild vård, såsom äldre och funktionshindrade, är de främsta serviceobjekten för vertikala hissar. Därför måste traktionsmaskiner för tunnelbanehiss ha stark överbelastningskapacitet. Enligt överbelastningsanalys är överbelastningskapaciteten mer än 2 gånger, och det krävs att vridmomentet kan matas ut stabilt oavsett hög hastighet eller låg hastighet, lätt belastning eller tung belastning.

För att ge en bekväm körupplevelse, ägnar dragmaskinens design också särskild uppmärksamhet åt övertonsdämpning, särskilt undertryckandet och minskningen av övertoner av låg ordning (som har stor inverkan på komforten) och deras kraftvågsamplitud (Figur 8), såväl som minskningen av låghastighetsvridmomentrippel (Figur 9) och kuggvridmoment. Detta säkerställer att hissen går smidigt under hela processen med lågt ljud och låga vibrationer, vilket ger passagerarna en bra åkupplevelse.

Figur 8 Kraftvågsanalys

Figur 9 Momentanalys

4. Krav på lång designlivslängd och humaniserat underhåll

Utformningen av tunnelbanetraktionsmaskiner måste också fokusera på livslängden, som inte är begränsad till de ovan nämnda aspekterna såsom låg temperaturökning och hög mekanisk hållfasthet för att förlänga livslängden för traktionsmaskinen, utan inkluderar även andra aspekter såsom motorisolering, lager, smörjfett och permanentmagneter. Till exempel, när det gäller isolering, väljs isolerande papper med höga mekaniska egenskaper och dielektrisk styrka som slitsisolering, och elektromagnetiska ledningar med starkare impulsspänningsmotstånd används. I processen används VPI-lackeringsmetoden (Vacuum Pressure Impregnation), vilket avsevärt förbättrar traktionsmaskinens stators förmåga att motstå spänningspåverkan och förlänger traktionsmaskinens livslängd.

De flesta tunnelbanehissar används i applikationer utan maskinrum. Huvudmodellerna av Nidec KDS-motorer som används i tunnelbaneprojekt visas i figur 10. I designen gör vi vårt bästa för att anta integrerad design, underhållsfri design och visuell design av sårbara delar. Till exempel plug-in ledningar, underhållsfri design av roterande delar, högskyddad design av elektriska komponenter och visuell visning av bromsfriktionsbeläggsslitage. Dessa konstruktioner förlänger livslängden för traktionsmaskinkomponenter och intervallet mellan byten, minskar svårigheterna med underhåll och gör att traktionsmaskinen går smidigare, tystare och mer hållbart. Integrationen av flera teknologier skapar högkvalitativa produkter och sparar kundernas underhållskostnader.

Figur 10 Huvudmodeller av Nidec KDS-motorer som används i tunnelbaneprojekt

04 Framtidsutsikter

Världens stadstrafik fortsätter att utvecklas uppåt. Det förväntas att 2024 kommer den operativa körsträckan för världens stadstrafik att överstiga 44 500 km, och framtidsutsikterna för järnvägstransitbranschen är mycket breda. I en tid präglad av snabba tekniska framsteg kommer de tekniska och kvalitetskraven för hissmotorer att bli allt högre, vilket kräver anpassning till olika regionala kulturella och geografiska skillnader runt om i världen.

Med högkvalitativa produkter, professionella lösningar och ett utmärkt serviceteam har Nidec KDS varit djupt engagerad i viktiga urbana infrastrukturprojekt som tunnelbanor i mer än ett decennium. Det har hjälpt globala kunder att vinna många stora statliga projekt, gett passagerare en bekväm och säker åkupplevelse och hjälpt kunder att skapa ett pålitligt och gott rykte.

Nidec KDS kommer i framtiden att hålla fast vid affärsfilosofin "Quality First, Customer Success", fokusera på kunderna och med gedigen design- och tillverkningskapacitet och högkvalitativa tjänster som överträffar kundernas förväntningar, arbeta med kunderna för att skapa fler och bättre hisslösningar.