Краткий обзор применения тяговых машин Nidec KDS в проектах метрополитена

Абстрактный

В условиях ускорения глобального процесса урбанизации отрасль железнодорожного транспорта развивается быстрыми темпами. Метро, ​​являясь ключевой городской инфраструктурой, сталкивается с тенденциями увеличения пассажиропотока и диверсифицированными потребностями пассажиров в поездках, что ставит новые задачи перед тяговой машиной — основным компонентом лифтов метро. Эти проблемы включают в себя то, как сбалансировать эффективность и безопасность в сценариях с большим пассажиропотоком, как удовлетворить растущие потребности пассажиров в комфорте и удобстве, а также как сбалансировать затраты и расчетный срок службы. В этой статье кратко обсуждается, как Nidec KDS, как эксперт в области проектирования и производства тяговых машин, предоставляет клиентам профессиональные решения.

Ключевые слова

Лифты метрополитена, Рабочий цикл, Энергосбережение и охрана окружающей среды, Анализ надежности, Перегрузочная способность, Расчет срока службы

Согласно методу классификации, приведенному в Обзоре мировой статистики и анализа операций городского железнодорожного транспорта за 2021 год, городской железнодорожный транспорт можно разделить на три категории: метро, ​​легкорельсовый транспорт и трамваи. Как правило, железнодорожный транзит имеет такие преимущества, как большая пропускная способность, высокая скорость, частые отправления, безопасность и комфорт, высокая своевременность, низкие тарифы, энергосбережение и защита окружающей среды. Однако это также требует высоких технических стандартов и затрат на техническое обслуживание.[1]

Будучи важнейшим звеном городского железнодорожного транспорта, метрополитен играет, несомненно, важную роль в развитии городского транспорта. Они помогают снизить нагрузку на городское движение, расширить радиус города и радиус жизни жителей за счет создания интегрированной транспортной сети, улучшить качество жизни жителей, улучшить общий имидж города, а также способствовать городскому развитию и прогрессу, а также социальному общению и процветанию.

Пассажиры могут эффективно и удобно заходить на станции, пересаживаться на станции или выходить из них, пользуясь вертикальными лифтами. Технический уровень двигателей лифта играет ключевую роль в обеспечении впечатлений пассажиров от поездки. Nidec KDS уже более 60 лет активно занимается автомобильной промышленностью. Ее продукция сочетает в себе передовые международные технологии, отличное производство и управление качеством. Благодаря высококачественной продукции и комплексной системе обслуживания компания уже более десяти лет стабильно поставляет тяговые машины для лифтов крупным индийским заказчикам в проектах метрополитена.

01 Глобальный масштаб и перспективы отрасли городского железнодорожного транспорта

Статистика показывает, что к концу 2022 года городской железнодорожный транспорт был введен в эксплуатацию в 545 городах в 78 странах и регионах мира, а эксплуатационный пробег превысил 41 386,12 км. По сравнению с 2021 годом общий общемировой пробег городского железнодорожного транспорта увеличился на 4 531,92 км, что на 11,0% больше, чем в прошлом году.[1]

На рисунке 1 показаны общие масштабы городского железнодорожного транспорта на основных континентах мира (Примечание: для расчета все города России отнесены к Европе). Данные показывают, что метро и трамваи являются основными видами городского железнодорожного транспорта во всем мире, а глобальный городской железнодорожный транспорт в основном сосредоточен в Евразии, а метро в основном распространено в азиатских странах.[1]

Рисунок 1. Сводная информация о пробеге городского железнодорожного транспорта по континентам в мире в 2022 г. (км)

В глобальном масштабе отрасль городского железнодорожного транспорта находится на критической стадии развития. Правительства и предприятия по всему миру постоянно инвестируют в новые технологии и средства для повышения эффективности перевозок, снижения загрязнения окружающей среды и предоставления более качественных услуг большому количеству пассажиров. Строительство и применение глобального железнодорожного транзита постоянно расширяются, и некоторые развивающиеся страны также активно продвигают строительство железнодорожного транзита.

Индия способствует масштабному расширению метро с 2014 года. По данным The Times of India, к апрелю 2022 года сеть метро Индии охватила 870 км, обслуживая 18 городов. В настоящее время в 27 городах ведется строительство около 1000 км путей метрополитена, ежемесячно вводится в эксплуатацию около 6 км новых путей. Скорость и масштабы строительства метро в Индии за последнее десятилетие были впечатляющими.

Являясь профессиональным поставщиком синхронных двигателей с постоянными магнитами для лифтов, компания Nidec KDS за последнее десятилетие поставила более 1600 двигателей для вертикальных лифтов крупным индийским клиентам. Ключевые проекты показаны на рисунке 2. Обладая сильными техническими и производственными возможностями, Nidec KDS активно участвует в городском строительстве и вносит свой вклад в создание международного имиджа местных городов.

Рисунок 2. Индийские проекты метро, ​​выигранные компанией Nidec Kds

02 Сеть метрополитена и лифты

Железнодорожный транзит соединяет городские отрасли, способствует расширению производственной цепочки и способствует быстрому развитию вспомогательных отраслей, таких как производство оборудования и технологические исследования и разработки. Цепочка метрополитена показана на рисунке 3, где все звенья взаимозависимы и стимулируют экономическое развитие городских агломераций и мегаполисов.[2]

Рисунок 3. Отраслевая цепочка метрополитена.

Будучи восходящей отраслью в цепочке поставок метрополитена, лифты не только обеспечивают удобство и гарантию городского транспорта, но также отражают заботу и внимание страны к пожилым людям, инвалидам и гражданам, перевозящим тяжелые грузы. Будущее развитие городов тесно связано со строительством метрополитена. Строительство железнодорожной транзитной сети является важным государственным проектом, и уровень ее строительства оставит глубокий след на имидже города.

Рисунок 4. Применение двигателей Nidec KDS в лифтах метро.

03 Технические характеристики двигателей лифтов метро

Конструкция тяговой машины, являющейся основным компонентом вертикальных лифтов метро, ​​должна учитывать условия эксплуатации и сценарии применения лифтов метро. Превосходные характеристики тяговых машин Nidec KDS обусловлены точным пониманием условий применения и техническим набором синхронных двигателей с постоянными магнитами, как подробно описано ниже:

1. Требования к высокому рабочему циклу и высокой энергоэффективности.

На фоне глобальной пропаганды экологически чистых и низкоуглеродных путешествий строительство железнодорожного транспорта выдвинуло более высокие требования к энергосбережению. Таким образом, по сравнению с другими лифтами, лифты метро требуют, чтобы тяговые машины имели более высокую эффективность для удовлетворения городских сценариев с большим пассажиропотоком. Для лифтов со скоростью примерно 1 м/с их КПД может достигать 90%. Кроме того, согласно требованиям установки лифта, необходимо контролировать вес и размеры тяговой машины. Поэтому инженеры-проектировщики тяговых машин должны иметь богатый опыт в электромагнитном проектировании, оптимизировать электромагнитную конструкцию с помощью передового программного обеспечения для анализа электромагнитного поля (рис. 5) и выбирать подходящие электромагнитные материалы, соответствующие требованиям.

Из-за требований к транспортной мощности тяговые машины работают часто, поэтому к ним предъявляются высокие требования к рабочему циклу, обычно S5-60% или выше. При этом требования к повышению температуры (рис. 6) также очень высоки.

Это требует, чтобы конструкция тяговых машин метрополитена соответствовала принципам компактности и экономичности, а также отвечала требованиям энергосбережения и низкого повышения температуры.

Рисунок 5. Анализ электромагнитного поля.

Рисунок 6. Моделирование повышения температуры.

2. Требования высокой безопасности и надежности.

Высокая безопасность и надежность являются основными требованиями и атрибутами лифтов, а к безопасности и надежности лифтов метрополитена люди предъявляют еще более высокие требования. Поэтому мы проводим детальный анализ механической прочности (рис. 7), а также выдвигаем специальные требования и улучшения к механической несущей способности и тормозным характеристикам. Соответствующим образом были увеличены коэффициенты безопасности для нагрузки ключевых механических компонентов, таких как основание машины, ступица колеса, тяговый шкив и вал.

В настоящее время большинство экспортируемых нами тяговых машин метрополитена оснащены барабанными тормозами, которые имеют большой запас тормозного момента и стабильную эффективность торможения. Они совместимы с полностью проверенными контроллерами мощности. На входное напряжение и ток тормозов не влияют колебания электросети или помехи от другого электрооборудования, что обеспечивает гарантию надежной работы тяговой машины.

Рисунок 7. Анализ механической прочности

3. Высокая устойчивость к перегрузкам и высокие требования к комфорту езды.

Одной из целей оснащения метрополитена вертикальными лифтами является обеспечение удобства пассажиров. Основными объектами обслуживания вертикальных лифтов являются граждане, перевозящие тяжелые грузы, и группы людей, нуждающиеся в особом уходе, например, пожилые люди и инвалиды. Поэтому тяговые машины лифтов метро должны иметь высокую перегрузочную способность. Согласно анализу перегрузки, перегрузочная способность превышает 2 раза, и требуется, чтобы крутящий момент мог стабильно выдаваться независимо от высокой или низкой скорости, легкой или тяжелой нагрузки.

Чтобы обеспечить комфортную езду, в конструкции тяговой машины особое внимание уделяется подавлению гармоник, особенно подавлению и уменьшению гармоник низшего порядка (которые оказывают большое влияние на комфорт) и амплитуды их силовой волны (рис. 8), а также уменьшению пульсаций крутящего момента на низких скоростях (рис. 9) и зубчатого момента. Это гарантирует бесперебойную работу лифта на протяжении всего процесса с низким уровнем шума и вибрации, обеспечивая пассажирам приятные впечатления от поездки.

Рис. 8. Анализ силовых волн

Рисунок 9. Анализ крутящего момента

4. Требования к длительному сроку службы и гуманному обслуживанию.

При проектировании тяговых машин метрополитена также необходимо уделять внимание сроку службы, который не ограничивается вышеупомянутыми аспектами, такими как низкое повышение температуры и высокая механическая прочность для продления срока службы тяговых машин, но также включает в себя другие аспекты, такие как изоляция двигателя, подшипники, смазка и постоянные магниты. Например, в качестве изоляции в качестве изоляции пазов выбирают изоляционную бумагу с высокими механическими свойствами и диэлектрической прочностью, а электромагнитные провода применяют с более высокой стойкостью к импульсному напряжению. При этом применяется метод лакирования VPI (вакуумная пропитка под давлением), который значительно повышает способность статора тяговой машины противостоять воздействию напряжения и продлевает срок службы тяговой машины.

Большинство лифтов метро используются в помещениях без машинных помещений. Основные модели двигателей Nidec KDS, применяемых в проектах метрополитена, показаны на рисунке 10. При проектировании мы стараемся использовать комплексный дизайн, не требующий обслуживания дизайн и визуальный дизайн уязвимых частей. Например, разъемная проводка, конструкция вращающихся частей, не требующая обслуживания, конструкция электрических компонентов с высокой степенью защиты и визуальное отображение износа фрикционных колодок тормоза. Такие конструкции продлевают срок службы компонентов тяговой машины и интервал между заменами, уменьшают сложность обслуживания, делают тяговую машину более плавной, тихой и долговечной. Интеграция нескольких технологий позволяет создавать высококачественную продукцию и экономить затраты на обслуживание клиентов.

Рисунок 10. Основные модели двигателей Nidec KDS, применяемых в проектах метрополитена.

04 Перспективы на будущее

Мировой городской железнодорожный транзит продолжает развиваться вверх. Ожидается, что к 2024 году эксплуатационный пробег мирового городского железнодорожного транспорта превысит 44 500 км, а перспективы дальнейшего развития отрасли железнодорожного транспорта очень широки. В эпоху быстрого технологического прогресса технические и качественные требования к лифтовым двигателям будут все выше, что потребует адаптации к разнообразным региональным культурным и географическим различиям по всему миру.

Благодаря высококачественной продукции, профессиональным решениям и отличной сервисной команде Nidec KDS уже более десяти лет активно участвует в важных проектах городской инфраструктуры, таких как метро. Он помог клиентам со всего мира выиграть множество крупных государственных проектов, обеспечил пассажирам комфортную и безопасную поездку, а также помог клиентам создать надежную и хорошую репутацию.

В будущем Nidec KDS будет придерживаться бизнес-философии «Качество прежде всего, успех клиента», ориентироваться на клиентов и, обладая надежными проектными и производственными возможностями, а также высококачественными услугами, которые превосходят ожидания клиентов, работать с клиентами над созданием все большего и лучшего лифтового решения.