Krátka diskusia o aplikácii trakčných strojov Nidec KDS v projektoch metra

Abstraktné

So zrýchleným globálnym urbanizačným procesom sa priemysel železničnej dopravy rýchlo rozvíja. Ako kľúčová mestská infraštruktúra čelia podchody trendom rastúceho toku cestujúcich a diverzifikovaným cestovným požiadavkám cestujúcich, čo prináša nové výzvy pre trakčný stroj – základný komponent výťahov metra. Medzi tieto výzvy patrí, ako vyvážiť efektivitu a bezpečnosť v scenároch s veľkým tokom cestujúcich, ako uspokojiť rastúce potreby cestujúcich v oblasti pohodlia a pohodlia a ako vyvážiť náklady a životnosť návrhu. Tento článok bude stručne diskutovať o tom, ako Nidec KDS, ako odborník na konštrukciu a výrobu trakčných strojov, poskytuje profesionálne riešenia pre zákazníkov.

Kľúčové slová

Výťahy metra, Pracovný cyklus, Úspora energie a ochrana životného prostredia, Analýza spoľahlivosti, Kapacita preťaženia, Návrh životnosti

Podľa klasifikačnej metódy v Prehľade štatistík a analýzy svetovej mestskej železničnej dopravy z roku 2021 možno mestskú železničnú dopravu rozdeliť do troch kategórií: metro, električky a električky. Vo všeobecnosti má železničná doprava výhody, ako je veľká prepravná kapacita, vysoká rýchlosť, časté odchody, bezpečnosť a pohodlie, vysoká rýchlosť, nízke cestovné, úspora energie a ochrana životného prostredia. Vyžaduje si to však aj vysoké technické štandardy a náklady na údržbu.[1]

Podchody ako kľúčová súčasť mestskej železničnej dopravy zohrávajú nepochybne dôležitú úlohu v rozvoji mestskej dopravy. Pomáhajú zmierniť tlak mestskej dopravy, rozširujú mestský okruh a životný okruh obyvateľov vybudovaním integrovanej dopravnej siete, zlepšujú kvalitu života obyvateľov, zlepšujú celkový obraz mesta a podporujú mestský rozvoj a pokrok, ako aj sociálnu komunikáciu a prosperitu.

Cestujúci môžu efektívne a pohodlne vstúpiť do staníc, prestupných alebo výstupných staníc pomocou vertikálnych výťahov. Technická úroveň výťahových motorov hrá kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní zážitku z jazdy pre cestujúcich. Nidec KDS sa už viac ako 60 rokov intenzívne angažuje v automobilovom priemysle. Jej produkty integrujú medzinárodne vyspelý technologický dizajn, vynikajúcu výrobu a riadenie kvality. Vďaka vysokokvalitným produktom a komplexnému servisnému systému už viac ako desať rokov stabilne dodáva výťahové trakčné stroje pre veľkých indických zákazníkov v projektoch metra.

01 Globálny rozsah a vyhliadky odvetvia mestskej železničnej dopravy

Štatistiky ukazujú, že do konca roku 2022 bola mestská železničná doprava uvedená do prevádzky v 545 mestách v 78 krajinách a regiónoch sveta s prevádzkovým počtom najazdených kilometrov presahujúcim 41 386,12 km. V porovnaní s rokom 2021 sa celkový počet najazdených kilometrov mestskej železničnej dopravy zvýšil o 4 531,92 km, čo predstavuje medziročný nárast o 11,0 %.[1]

Obrázok 1 zobrazuje celkový rozsah mestskej železničnej dopravy naprieč hlavnými kontinentmi sveta (Poznámka: Všetky mestá v Rusku sú na výpočet zaradené do Európy). Údaje naznačujú, že metro a električky sú hlavným prúdom mestskej železničnej dopravy na celom svete a globálna mestská železničná doprava sa sústreďuje najmä v Eurázii, pričom podchody sú distribuované najmä v ázijských krajinách.[1]

Obrázok 1 Súhrn prevádzkových kilometrov mestskej železničnej dopravy podľa kontinentov vo svete v roku 2022 (km)

Globálne je odvetvie mestskej železničnej dopravy v kritickom štádiu rozvoja. Vlády a podniky na celom svete neustále investujú do nových technológií a zariadení na zlepšenie efektívnosti dopravy, zníženie znečistenia životného prostredia a poskytovanie lepších služieb veľkému počtu cestujúcich. Výstavba a aplikácia globálneho železničného tranzitu sa neustále rozširuje a niektoré rozvojové krajiny tiež aktívne podporujú výstavbu železničného tranzitu.

India presadzuje rozsiahlu expanziu metra od roku 2014. Podľa denníka The Times of India do apríla 2022 pokryla sieť indického metra 870 km a obsluhuje 18 miest. V súčasnosti je vo výstavbe približne 1 000 km tratí metra v 27 mestách, pričom každý mesiac sa uvádza do prevádzky takmer 6 km nových tratí. Rýchlosť a rozsah výstavby indického metra za posledné desaťročie boli pôsobivé.

Ako profesionálny poskytovateľ riešení synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi pre výťahy, Nidec KDS dodal v poslednom desaťročí viac ako 1 600 vertikálnych výťahových motorov veľkým indickým zákazníkom. Kľúčové projekty sú znázornené na obrázku 2. So silnými technickými a výrobnými schopnosťami sa Nidec KDS hlboko podieľa na mestskej výstavbe a prispieva k budovaniu medzinárodného obrazu miestnych miest.

Obrázok 2 Projekty indického metra vyhral Nidec Kds

02 Priemyselný reťazec a výťahy metra

Železničná doprava spája mestské odvetvia, podporuje rozšírenie priemyselného reťazca a poháňa rýchly rozvoj podporných odvetví, ako je výroba zariadení a technologický výskum a vývoj. Priemyselný reťazec metra je znázornený na obrázku 3, kde sú všetky prepojenia vzájomne závislé a poháňajú ekonomický rozvoj mestských aglomerácií a metropolitných oblastí.[2]

Obrázok 3 Priemyselný reťazec metra

Výťahy, ktoré sú prvotriednym odvetvím v dodávateľskom reťazci metra, poskytujú nielen veľké pohodlie a záruku mestskej dopravy, ale odrážajú aj starostlivosť a pozornosť krajiny voči starším, zdravotne postihnutým a občanom prepravujúcim ťažké bremená. Budúci rozvoj miest je úzko spätý s výstavbou podchodov. Vybudovanie železničnej dopravnej siete je dôležitým vládnym projektom a jej stavebná úroveň zanechá výraznú stopu na obraze mesta.

Obrázok 4 Aplikácia motorov Nidec KDS vo výťahoch metra

03 Technické kľúčové body motorov výťahov metra

Ako základná súčasť vertikálnych výťahov metra musí návrh trakčného stroja brať do úvahy servisné prostredie a aplikačné scenáre výťahov metra. Vynikajúci výkon trakčných strojov Nidec KDS pramení z presného uchopenia aplikačného prostredia a technickej akumulácie synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi, ako je podrobne uvedené nižšie:

1. Požiadavky na vysoký pracovný cyklus a vysokú energetickú účinnosť

Na pozadí globálneho presadzovania ekologického a nízkouhlíkového cestovania kladie výstavba železničnej dopravy vyššie požiadavky na úsporu energie. V porovnaní s inými výťahmi preto výťahy metra vyžadujú, aby mali trakčné stroje vyššiu účinnosť, aby vyhovovali mestským scenárom s veľkým tokom cestujúcich. Pri výťahoch s rýchlosťou približne 1 m/s môže ich účinnosť dosiahnuť až 90 %. Okrem toho podľa požiadaviek na inštaláciu výťahu sa musí kontrolovať hmotnosť a veľkosť ťažného stroja. Preto konštruktéri trakčných strojov musia mať bohaté skúsenosti s elektromagnetickým dizajnom, optimalizovať elektromagnetický dizajn pomocou pokročilého softvéru na analýzu elektromagnetického poľa (obrázok 5) a vybrať vhodné elektromagnetické materiály, aby vyhovovali požiadavkám.

Kvôli požiadavke na prepravnú kapacitu sú trakčné stroje často v prevádzke, preto majú vysoké požiadavky na pracovný cyklus, spravidla S5-60% alebo viac. Zároveň sú požiadavky na zvýšenie teploty (obrázok 6) tiež veľmi vysoké.

To si vyžaduje, aby konštrukcia trakčných strojov metra okrem splnenia výkonnostných požiadaviek na úsporu energie a nízky nárast teploty vyhovovala aj zásadám kompaktnosti a hospodárnosti.

Obrázok 5 Analýza elektromagnetického poľa

Obrázok 6 Simulácia nárastu teploty

2. Požiadavky na vysokú bezpečnosť a spoľahlivosť

Vysoká bezpečnosť a spoľahlivosť sú základné požiadavky a atribúty výťahov a ľudia majú ešte vyššie požiadavky na bezpečnosť a spoľahlivosť výťahov metra. Preto vykonávame podrobnú analýzu mechanickej pevnosti (obrázok 7) a predkladáme špeciálne požiadavky a vylepšenia na mechanickú nosnosť a brzdný výkon. Bezpečnostné faktory pre nosnosť kľúčových mechanických komponentov, ako je základňa stroja, náboj kolesa, trakčná kladka a hriadeľ, boli primerane zvýšené.

V súčasnosti väčšina nami vyvážaných trakčných strojov metra používa bubnové brzdy, ktoré majú veľkú rezervu brzdného momentu a stabilný brzdný výkon. Sú zladené s regulátormi výkonu, ktoré boli plne overené. Vstupné napätie a prúd bŕzd nie sú ovplyvnené kolísaním elektrickej siete alebo rušením iných elektrických zariadení, čo poskytuje záruku spoľahlivej prevádzky hnacieho stroja.

Obrázok 7 Analýza mechanickej pevnosti

3. Silná stabilita pri preťažení a vysoké požiadavky na komfort jazdy

Jedným z účelov vybavenia vertikálnych výťahov metra je poskytnúť cestujúcim pohodlie. Občania prepravujúci ťažké bremená a skupiny, ktoré potrebujú špeciálnu starostlivosť, ako sú starší ľudia a osoby so zdravotným postihnutím, sú hlavnými prevádzkovými objektmi vertikálnych výťahov. Preto musia mať trakčné stroje výťahov metra veľkú kapacitu preťaženia. Podľa analýzy preťaženia je kapacita preťaženia viac ako 2-násobná a vyžaduje sa, aby krútiaci moment mohol byť stabilný bez ohľadu na vysokú rýchlosť alebo nízku rýchlosť, malé zaťaženie alebo veľké zaťaženie.

Aby sa zabezpečil komfortný zážitok z jazdy, konštrukcia trakčného stroja venuje osobitnú pozornosť aj potlačeniu harmonických, najmä potlačeniu a zníženiu harmonických nižších rádov (ktoré majú veľký vplyv na komfort) a ich amplitúdy silových vĺn (obrázok 8), ako aj zníženiu zvlnenia krútiaceho momentu pri nízkych otáčkach (obrázok 9) a krútiaceho momentu. To zaisťuje, že výťah beží hladko počas celého procesu s nízkou hlučnosťou a nízkymi vibráciami, čo cestujúcim poskytuje dobrý zážitok z jazdy.

Obrázok 8 Analýza silových vĺn

Obrázok 9 Analýza krútiaceho momentu

4. Požiadavky na dlhú životnosť konštrukcie a humanizovanú údržbu

Konštrukcia trakčných strojov metra sa musí zamerať aj na životnosť, ktorá sa neobmedzuje len na vyššie uvedené aspekty, ako je nízky nárast teploty a vysoká mechanická pevnosť na predĺženie životnosti trakčného stroja, ale zahŕňa aj ďalšie aspekty, ako sú izolácia motora, ložiská, mazacie tuky a permanentné magnety. Napríklad z hľadiska izolácie sa ako štrbinová izolácia volí izolačný papier s vysokými mechanickými vlastnosťami a dielektrickou pevnosťou a používajú sa elektromagnetické vodiče so silnejším odporom impulzného napätia. V procese sa používa metóda lakovania VPI (Vacuum Pressure Impregnation), ktorá výrazne zlepšuje schopnosť statora trakčného stroja odolávať nárazom napätia a predlžuje životnosť trakčného stroja.

Väčšina výťahov metra sa používa v aplikáciách bez strojovne. Hlavné modely motorov Nidec KDS aplikované v projektoch metra sú znázornené na obrázku 10. Pri návrhu sa snažíme čo najlepšie prijať integrovaný dizajn, bezúdržbový dizajn a vizuálny dizajn zraniteľných častí. Napríklad zásuvná kabeláž, bezúdržbový dizajn rotujúcich častí, vysokoochranné prevedenie elektrických komponentov a vizuálne zobrazenie opotrebovania brzdových trecích doštičiek. Tieto konštrukcie predlžujú životnosť komponentov trakčného stroja a intervaly medzi výmenami, znižujú náročnosť údržby a chod trakčného stroja je plynulejší, tichší a trvácnejší. Integrácia viacerých technológií vytvára vysokokvalitné produkty a šetrí zákazníkom náklady na údržbu.

Obrázok 10 Hlavné modely motorov Nidec KDS aplikovaných v projektoch metra

04 Výhľad do budúcnosti

Svetová mestská železničná doprava sa naďalej rozvíja smerom nahor. Očakáva sa, že do roku 2024 prevádzkový počet najazdených kilometrov svetovej mestskej železničnej dopravy presiahne 44 500 km a perspektíva budúceho rozvoja odvetvia železničnej dopravy je veľmi široká. V ére rýchleho technologického pokroku budú technické a kvalitatívne požiadavky na motory výťahov čoraz vyššie, čo si vyžaduje prispôsobenie sa rôznym regionálnym kultúrnym a geografickým rozdielom po celom svete.

Vďaka vysokokvalitným produktom, profesionálnym riešeniam a vynikajúcemu servisnému tímu sa Nidec KDS už viac ako desať rokov intenzívne angažuje v dôležitých projektoch mestskej infraštruktúry, ako sú podchody. Pomohla globálnym zákazníkom vyhrať mnoho veľkých vládnych projektov, poskytla cestujúcim pohodlnú a bezpečnú jazdu a pomohla zákazníkom vybudovať si dôveryhodnú a dobrú povesť.

V budúcnosti bude Nidec KDS dodržiavať obchodnú filozofiu „Kvalita na prvom mieste, úspech zákazníka“, zamerať sa na zákazníkov a vďaka solídnym konštrukčným a výrobným schopnostiam a vysokokvalitným službám, ktoré presahujú očakávania zákazníkov, bude spolupracovať so zákazníkmi na vytváraní väčšieho počtu a lepších riešení výťahov.