Een korte discussie over de toepassing van Nidec KDS-tractiemachines in metroprojecten

Abstract

Met het versnelde mondiale verstedelijkingsproces ontwikkelt de spoorvervoerindustrie zich snel. Als belangrijke stedelijke infrastructuur worden metro's geconfronteerd met de trends van toenemende passagiersstromen en gediversifieerde reisbehoeften van passagiers, wat nieuwe uitdagingen met zich meebrengt voor de tractiemachine, het kernonderdeel van metroliften. Tot deze uitdagingen behoren onder meer de vraag hoe efficiëntie en veiligheid in evenwicht kunnen worden gebracht in scenario's met een grote passagiersstroom, hoe tegemoet kan worden gekomen aan de groeiende behoefte van passagiers aan comfort en gemak, en hoe de kosten in evenwicht kunnen worden gebracht met het ontwerp van de levensduur. In dit artikel wordt kort besproken hoe Nidec KDS, als expert in het ontwerp en de productie van tractiemachines, professionele oplossingen voor klanten biedt.

Trefwoorden

Metroliften, inschakelduur, energiebesparing en milieubescherming, betrouwbaarheidsanalyse, overbelastingscapaciteit, levensduurontwerp

Volgens de classificatiemethode in de 2021 Review of World Urban Rail Transit Operation Statistics and Analysis kan het stadsvervoer per spoor worden onderverdeeld in drie categorieën: metro's, lightrails en trams. Over het algemeen heeft het spoorvervoer voordelen zoals een grote transportcapaciteit, hoge snelheid, frequent vertrek, veiligheid en comfort, hoge punctualiteit, lage tarieven, energiebesparing en milieubescherming. Het vereist echter ook hoge technische normen en onderhoudskosten.[1]

Als cruciaal onderdeel van het stedelijke spoorvervoer spelen metro's ongetwijfeld een belangrijke rol in de ontwikkeling van stedelijk vervoer. Ze helpen de stedelijke verkeersdruk te verlichten, vergroten de stedelijke straal en de woonradius van de bewoners door een geïntegreerd transportnetwerk op te bouwen, verbeteren de levenskwaliteit van de bewoners, versterken het algemene imago van de stad en bevorderen de stedelijke ontwikkeling en vooruitgang, evenals sociale communicatie en welvaart.

Passagiers kunnen efficiënt en gemakkelijk stations betreden, overstappen of vertrekken door verticale liften te nemen. Het technische niveau van liftmotoren speelt een sleutelrol bij het garanderen van de rijervaring van passagiers. Nidec KDS is al meer dan 60 jaar nauw betrokken bij de auto-industrie. De producten integreren internationaal geavanceerd technologieontwerp, uitstekende productie en kwaliteitsmanagement. Met hoogwaardige producten en een uitgebreid servicesysteem levert het al meer dan tien jaar op stabiele wijze lifttractiemachines aan grote Indiase klanten in metroprojecten.

01 Mondiale schaal en vooruitzichten van de stedelijke spoorvervoerindustrie

Uit statistieken blijkt dat eind 2022 het stedelijk spoorvervoer in 545 steden in 78 landen en regio's over de hele wereld in gebruik was genomen, met een operationeel aantal kilometers van meer dan 41.386,12 km. Vergeleken met 2021 is het totale aantal kilometers per spoor in de wereld met 4.531,92 km toegenomen, een groei op jaarbasis van 11,0%.[1]

Figuur 1 toont de algehele omvang van het stedelijke spoorvervoer over de belangrijkste continenten van de wereld (Opmerking: alle steden in Rusland zijn voor berekening geclassificeerd in Europa). Uit gegevens blijkt dat metro's en trams wereldwijd de belangrijkste vormen van stedelijk spoorvervoer zijn, en dat het mondiale stedelijke spoorvervoer voornamelijk geconcentreerd is in Eurazië, terwijl metro's voornamelijk in Aziatische landen worden verspreid.[1]

Figuur 1 Samenvatting van het aantal kilometers dat stedelijk spoorvervoer per continent in de wereld aflegt in 2022 (km)

Wereldwijd bevindt de stedelijke spoorwegvervoersector zich in een kritieke ontwikkelingsfase. Overheden en bedrijven over de hele wereld investeren voortdurend in nieuwe technologieën en faciliteiten om de transportefficiëntie te verbeteren, de milieuvervuiling terug te dringen en betere diensten te bieden aan een groot aantal passagiers. De constructie en toepassing van het mondiale spoorvervoer breiden zich voortdurend uit, en sommige ontwikkelingslanden bevorderen ook actief de aanleg van spoorvervoer.

India heeft sinds 2014 grootschalige uitbreiding van de metro gepromoot. Volgens The Times of India had het Indiase metronetwerk in april 2022 870 km bestreken en 18 steden bediend. Momenteel is er in 27 steden ongeveer 1.000 km aan metrospoor in aanbouw, waarbij maandelijks bijna 6 km aan nieuwe spoorlijnen in gebruik worden genomen. De snelheid en omvang van de aanleg van de Indiase metro in de afgelopen tien jaar zijn indrukwekkend geweest.

Als professionele leverancier van synchrone motoroplossingen met permanente magneet voor liften heeft Nidec KDS de afgelopen tien jaar meer dan 1.600 verticale liftmotoren geleverd aan grote Indiase klanten. De belangrijkste projecten worden weergegeven in figuur 2. Met sterke technische en productiecapaciteiten neemt Nidec KDS intensief deel aan de stedelijke bouw en draagt ​​het bij aan de opbouw van het internationale imago van lokale steden.

Figuur 2 Indiase metroprojecten gewonnen door Nidec Kds

02 Metro-industrieketen en liften

Het spoorvervoer verbindt stedelijke industrieën, bevordert de uitbreiding van de industriële keten en stimuleert de snelle ontwikkeling van ondersteunende industrieën zoals de productie van apparatuur en technologische R&D. De keten van de metro-industrie wordt weergegeven in figuur 3, waar alle schakels onderling afhankelijk zijn en de economische ontwikkeling van stedelijke agglomeraties en grootstedelijke gebieden aansturen.[2]

Figuur 3 Metro-industrieketen

Als upstream-industrie in de toeleveringsketen van de metro bieden liften niet alleen groot gemak en garantie voor stadsvervoer, maar weerspiegelen ze ook de zorg en aandacht van het land voor ouderen, gehandicapten en burgers die zware lasten dragen. De toekomstige ontwikkeling van steden is nauw verbonden met de aanleg van metro's. De aanleg van een spoorwegnet is een belangrijk overheidsproject, en het bouwniveau ervan zal een diepgaande stempel drukken op het imago van de stad.

Figuur 4 Toepassing van Nidec KDS-motoren in metroliften

03 Technische kernpunten van metroliftmotoren

Als kerncomponent van verticale liften in de metro moet bij het ontwerp van de tractiemachine rekening worden gehouden met de serviceomgeving en toepassingsscenario's van metroliften. De uitstekende prestaties van Nidec KDS-tractiemachines komen voort uit het nauwkeurige inzicht in de toepassingsomgeving en de technische accumulatie van synchrone motoren met permanente magneet, zoals hieronder beschreven:

1. Vereisten voor een hoge bedrijfscyclus en hoge energie-efficiëntie

Tegen de achtergrond van de mondiale pleidooien voor groen en koolstofarm reizen heeft de aanleg van spoorvervoer hogere eisen gesteld aan energiebesparing. Daarom vereisen metroliften, vergeleken met andere liften, tractiemachines die een hogere efficiëntie hebben om te voldoen aan stedelijke scenario's met een grote passagiersstroom. Voor liften met een snelheid van ongeveer 1 m/s kan hun efficiëntie oplopen tot 90%. Bovendien moeten volgens de vereisten voor liftinstallatie het gewicht en de grootte van de tractiemachine worden gecontroleerd. Daarom moeten ontwerpingenieurs van tractiemachines een rijke ervaring hebben met elektromagnetisch ontwerp, het elektromagnetische ontwerp optimaliseren met geavanceerde software voor elektromagnetische veldanalyse (Figuur 5) en geschikte elektromagnetische materialen selecteren om aan de vereisten te voldoen.

Vanwege de vereiste transportcapaciteit zijn tractiemachines vaak in bedrijf, dus stellen ze hoge eisen aan de inschakelduur, over het algemeen S5-60% of hoger. Tegelijkertijd zijn de eisen voor temperatuurstijging (Figuur 6) ook erg hoog.

Dit vereist dat het ontwerp van metrotractiemachines moet voldoen aan de principes van compactheid en zuinigheid, naast het voldoen aan de prestatie-eisen van energiebesparing en lage temperatuurstijging.

Figuur 5 Elektromagnetische veldanalyse

Figuur 6 Simulatie van temperatuurstijging

2. Vereisten voor hoge veiligheid en betrouwbaarheid

Hoge veiligheid en betrouwbaarheid zijn de basisvereisten en kenmerken van liften, en mensen stellen zelfs nog hogere eisen aan de veiligheid en betrouwbaarheid van metroliften. Daarom voeren we een gedetailleerde analyse uit van de mechanische sterkte (Figuur 7) en stellen we speciale eisen en verbeteringen voor aan het mechanische draagvermogen en de remprestaties. De veiligheidsfactoren voor het dragen van belangrijke mechanische componenten zoals de machinebasis, wielnaaf, tractieschijf en as zijn dienovereenkomstig verhoogd.

Momenteel gebruiken de meeste door ons geëxporteerde metrotractiemachines trommelremmen, die een grote remkoppelmarge en stabiele remprestaties hebben. Ze zijn gekoppeld aan vermogenscontrollers die volledig zijn geverifieerd. De ingangsspanning en stroom van de remmen worden niet beïnvloed door schommelingen in het elektriciteitsnet of interferentie van andere elektrische apparatuur, wat een garantie biedt voor de betrouwbare werking van de tractiemachine.

Figuur 7 Mechanische sterkteanalyse

3. Sterke stabiliteit bij overbelasting en hoge eisen aan rijcomfort

Een van de doelen van het uitrusten van verticale liften in de metro is het bieden van gemak aan passagiers. Burgers die zware lasten dragen en groepen die speciale zorg nodig hebben, zoals ouderen en gehandicapten, zijn de belangrijkste serviceobjecten van verticale liften. Daarom moeten tractiemachines voor metroliften een sterke overbelastingscapaciteit hebben. Volgens overbelastingsanalyse is de overbelastingscapaciteit meer dan 2 keer en is het vereist dat het koppel stabiel kan worden afgegeven, ongeacht hoge of lage snelheid, lichte belasting of zware belasting.

Om een ​​comfortabele rijervaring te bieden, wordt bij het ontwerp van de tractiemachine ook speciale aandacht besteed aan de onderdrukking van harmonischen, vooral de onderdrukking en vermindering van harmonischen van lage orde (die een grote invloed hebben op het comfort) en hun krachtgolfamplitude (Figuur 8), evenals de vermindering van de koppelrimpel bij lage snelheid (Figuur 9) en het tandkoppel. Dit zorgt ervoor dat de lift tijdens het hele proces soepel loopt met weinig geluid en weinig trillingen, waardoor passagiers een goede rijervaring krijgen.

Figuur 8 Force Wave-analyse

Figuur 9 Koppelanalyse

4. Vereisten voor een lange levensduur en gehumaniseerd onderhoud

Het ontwerp van metrotractiemachines moet zich ook richten op de levensduur, die niet beperkt is tot de bovengenoemde aspecten zoals lage temperatuurstijging en hoge mechanische sterkte om de levensduur van de tractiemachine te verlengen, maar ook andere aspecten omvat, zoals motorisolatie, lagers, smeervet en permanente magneten. In termen van isolatie wordt bijvoorbeeld isolatiepapier met hoge mechanische eigenschappen en diëlektrische sterkte geselecteerd als sleufisolatie, en worden elektromagnetische draden met een sterkere impulsspanningsweerstand gebruikt. Daarbij wordt de VPI-lakmethode (Vacuum Pressure Impregnation) toegepast, die het vermogen van de stator van de tractiemachine om spanningsimpact te weerstaan ​​aanzienlijk verbetert en de levensduur van de tractiemachine verlengt.

De meeste metroliften worden gebruikt in toepassingen zonder machinekamers. De belangrijkste modellen van Nidec KDS-motoren die worden toegepast in metroprojecten worden weergegeven in figuur 10. Bij het ontwerp doen we ons best om een ​​geïntegreerd ontwerp, een onderhoudsvrij ontwerp en een visueel ontwerp van kwetsbare onderdelen toe te passen. Bijvoorbeeld plug-in bedrading, onderhoudsvrij ontwerp van roterende onderdelen, hoogbeschermend ontwerp van elektrische componenten en visuele weergave van slijtage van remfrictieblokken. Deze ontwerpen verlengen de levensduur van de onderdelen van de tractiemachine en het interval tussen vervangingen, verminderen de moeilijkheidsgraad van het onderhoud en zorgen ervoor dat de tractiemachine soepeler, stiller en duurzamer draait. Door de integratie van meerdere technologieën ontstaan ​​producten van hoge kwaliteit en worden onderhoudskosten voor klanten bespaard.

Figuur 10 Belangrijkste modellen van Nidec KDS-motoren toegepast in metroprojecten

04 Toekomstperspectief

Het stedelijke spoorvervoer in de wereld blijft zich opwaarts ontwikkelen. Er wordt verwacht dat tegen 2024 het operationele aantal kilometers van het stedelijke spoorwegvervoer in de wereld groter zal zijn dan 44.500 km, en het toekomstige ontwikkelingsperspectief van de spoorwegvervoersector is zeer breed. In het tijdperk van snelle technologische vooruitgang zullen de technische en kwaliteitseisen voor liftmotoren steeds hoger zijn, waardoor aanpassing aan diverse regionale culturele en geografische verschillen over de hele wereld nodig is.

Met hoogwaardige producten, professionele oplossingen en een uitstekend serviceteam is Nidec KDS al meer dan tien jaar nauw betrokken bij belangrijke stedelijke infrastructuurprojecten zoals metro's. Het heeft wereldwijde klanten geholpen veel grote overheidsprojecten binnen te halen, passagiers een comfortabele en veilige rijervaring te bieden en klanten te helpen een betrouwbare en goede reputatie op te bouwen.

In de toekomst zal Nidec KDS zich houden aan de bedrijfsfilosofie van "Kwaliteit eerst, klantsucces", focus op klanten, en met solide ontwerp- en productiemogelijkheden en hoogwaardige diensten die de verwachtingen van de klant overtreffen, samenwerken met klanten om meer en betere liftoplossingen te creëren.