Una breve discussione sull'applicazione delle macchine di trazione Nidec KDS nei progetti di metropolitana

Astratto

Con l’accelerato processo di urbanizzazione globale, l’industria del trasporto ferroviario si sta sviluppando rapidamente. Essendo un’infrastruttura urbana chiave, le metropolitane si trovano ad affrontare le tendenze di aumento del flusso di passeggeri e di richieste di viaggio diversificate dei passeggeri, che pongono nuove sfide alla macchina di trazione, il componente principale degli ascensori della metropolitana. Queste sfide includono come bilanciare efficienza e sicurezza in scenari con grandi flussi di passeggeri, come soddisfare le crescenti esigenze dei passeggeri in termini di comfort e comodità e come bilanciare i costi e progettare la vita. Questo articolo discuterà brevemente di come Nidec KDS, in qualità di esperto nella progettazione e produzione di macchine per trazione, fornisce soluzioni professionali ai clienti.

Parole chiave

Ascensori metropolitani, ciclo di lavoro, risparmio energetico e protezione ambientale, analisi di affidabilità, capacità di sovraccarico, progettazione della durata di servizio

Secondo il metodo di classificazione della Review of World Urban Rail Transit Operation Statistics and Analysis del 2021, il trasporto ferroviario urbano può essere suddiviso in tre categorie: metropolitane, ferrovie leggere e tram. In generale, il trasporto ferroviario presenta vantaggi quali grande capacità di trasporto, alta velocità, partenze frequenti, sicurezza e comfort, puntualità elevata, tariffe basse, risparmio energetico e protezione ambientale. Tuttavia, richiede anche standard tecnici e costi di manutenzione elevati.[1]

Essendo una parte cruciale del trasporto ferroviario urbano, le metropolitane svolgono un ruolo indubbiamente importante nello sviluppo del trasporto urbano. Aiutano ad alleviare la pressione del traffico urbano, espandere il raggio urbano e il raggio di vita dei residenti costruendo una rete di trasporti integrata, migliorare la qualità della vita dei residenti, migliorare l'immagine complessiva della città e promuovere lo sviluppo e il progresso urbano, nonché la comunicazione sociale e la prosperità.

I passeggeri possono entrare nelle stazioni, trasferirsi o uscire in modo efficiente e conveniente utilizzando gli ascensori verticali. Il livello tecnico dei motori dell'ascensore gioca un ruolo chiave nel garantire l'esperienza di viaggio dei passeggeri. Nidec KDS è profondamente impegnata nel settore automobilistico da oltre 60 anni. I suoi prodotti integrano design tecnologico avanzato a livello internazionale, produzione eccellente e gestione della qualità. Con prodotti di alta qualità e un sistema di assistenza completo, da oltre un decennio fornisce stabilmente macchine per la trazione di ascensori a grandi clienti indiani in progetti di metropolitana.

01 Scala globale e prospettive del settore del trasporto ferroviario urbano

Le statistiche mostrano che entro la fine del 2022, il trasporto ferroviario urbano era stato messo in funzione in 545 città in 78 paesi e regioni in tutto il mondo, con un chilometraggio operativo superiore a 41.386,12 km. Rispetto al 2021, il chilometraggio totale del transito ferroviario urbano globale è aumentato di 4.531,92 km, una crescita su base annua dell'11,0%.[1]

La Figura 1 mostra la scala complessiva del transito ferroviario urbano nei principali continenti del mondo (Nota: tutte le città russe sono classificate in Europa per il calcolo). I dati indicano che metropolitane e tram sono i tipi principali di trasporto ferroviario urbano a livello globale e che il trasporto ferroviario urbano globale è concentrato principalmente in Eurasia, con le metropolitane distribuite principalmente nei paesi asiatici.[1]

Figura 1 Riepilogo del chilometraggio operativo del transito ferroviario urbano per continente nel mondo nel 2022 (km)

A livello globale, il settore del trasporto ferroviario urbano si trova in una fase di sviluppo critica. I governi e le imprese di tutto il mondo investono continuamente in nuove tecnologie e strutture per migliorare l’efficienza dei trasporti, ridurre l’inquinamento ambientale e fornire servizi migliori a un gran numero di passeggeri. La costruzione e l’applicazione del trasporto ferroviario globale sono in costante espansione e anche alcuni paesi in via di sviluppo stanno promuovendo attivamente la costruzione del trasporto ferroviario.

L'India ha promosso l'espansione della metropolitana su larga scala dal 2014. Secondo The Times of India, nell'aprile 2022, la rete metropolitana indiana aveva coperto 870 km, servendo 18 città. Attualmente, circa 1.000 km di binari della metropolitana sono in costruzione in 27 città, con quasi 6 km di nuovi binari in uso ogni mese. La velocità e la portata della costruzione della metropolitana indiana negli ultimi dieci anni sono state impressionanti.

In qualità di fornitore professionale di soluzioni di motori sincroni a magneti permanenti per ascensori, Nidec KDS ha fornito più di 1.600 motori per ascensori verticali a grandi clienti indiani negli ultimi dieci anni. I progetti chiave sono mostrati nella Figura 2. Con forti capacità tecniche e produttive, Nidec KDS partecipa profondamente alla costruzione urbana e contribuisce alla costruzione dell'immagine internazionale delle città locali.

Figura 2 Progetti della metropolitana indiana vinti da Nidec Kds

02 Catena del settore metropolitane e ascensori

Il trasporto ferroviario collega le industrie urbane, promuove l’estensione della catena industriale e guida il rapido sviluppo di industrie di supporto come la produzione di attrezzature e la ricerca e sviluppo tecnologico. La catena del settore metropolitano è mostrata nella Figura 3, dove tutti i collegamenti sono interdipendenti e guidano lo sviluppo economico degli agglomerati urbani e delle aree metropolitane.[2]

Figura 3 Catena industriale della metropolitana

In quanto settore a monte della catena di fornitura della metropolitana, gli ascensori non solo offrono grande comodità e garanzia per il trasporto urbano, ma riflettono anche la cura e l'attenzione del Paese verso gli anziani, i disabili e i cittadini che trasportano carichi pesanti. Il futuro sviluppo delle città è strettamente legato alla costruzione delle metropolitane. La costruzione di una rete di trasporto ferroviario è un importante progetto governativo e il suo livello di costruzione lascerà un segno profondo nell'immagine della città.

Figura 4 Applicazione dei motori Nidec KDS negli ascensori della metropolitana

03 Punti chiave tecnici dei motori per ascensori metropolitani

Essendo il componente principale degli ascensori verticali della metropolitana, la progettazione della macchina di trazione deve tenere conto dell'ambiente di servizio e degli scenari applicativi degli ascensori della metropolitana. Le eccellenti prestazioni delle macchine di trazione Nidec KDS derivano dall'accurata conoscenza dell'ambiente applicativo e dall'accumulo tecnico di motori sincroni a magneti permanenti, come dettagliato di seguito:

1. Requisiti per ciclo di lavoro elevato ed elevata efficienza energetica

Nel contesto della difesa globale dei viaggi verdi e a basse emissioni di carbonio, la costruzione del trasporto ferroviario ha proposto requisiti più elevati per il risparmio energetico. Pertanto, rispetto ad altri ascensori, gli ascensori della metropolitana richiedono che le macchine di trazione abbiano un’efficienza maggiore per soddisfare scenari urbani con un grande flusso di passeggeri. Per gli ascensori con una velocità di circa 1 m/s, la loro efficienza può arrivare fino al 90%. Inoltre, in base ai requisiti di installazione dell'ascensore, è necessario controllare il peso e le dimensioni della macchina di trazione. Pertanto, gli ingegneri progettisti di macchine di trazione devono avere una vasta esperienza nella progettazione elettromagnetica, ottimizzare la progettazione elettromagnetica con un software avanzato di analisi del campo elettromagnetico (Figura 5) e selezionare materiali elettromagnetici appropriati per soddisfare i requisiti.

A causa dei requisiti di capacità di trasporto, le macchine di trazione operano frequentemente, quindi hanno requisiti elevati per il ciclo di lavoro, generalmente S5-60% o superiore. Allo stesso tempo, anche i requisiti per l’aumento della temperatura (figura 6) sono molto elevati.

Ciò richiede che la progettazione delle macchine di trazione della metropolitana debba rispettare i principi di compattezza ed economia oltre a soddisfare i requisiti prestazionali di risparmio energetico e basso aumento di temperatura.

Figura 5 Analisi del campo elettromagnetico

Figura 6 Simulazione dell'aumento della temperatura

2. Requisiti di elevata sicurezza e affidabilità

Elevata sicurezza e affidabilità sono i requisiti e gli attributi di base degli ascensori e le persone hanno requisiti ancora più elevati per la sicurezza e l'affidabilità degli ascensori della metropolitana. Pertanto, conduciamo un'analisi dettagliata della resistenza meccanica (Figura 7) e proponiamo requisiti speciali e aggiornamenti per la capacità di carico meccanico e le prestazioni di frenata. I fattori di sicurezza per la portata dei principali componenti meccanici come il basamento della macchina, il mozzo della ruota, la puleggia di trazione e l'albero sono stati aumentati di conseguenza.

Allo stato attuale, la maggior parte delle macchine di trazione della metropolitana da noi esportate adottano freni a tamburo, che hanno un ampio margine di coppia frenante e prestazioni di frenata stabili. Sono abbinati a controller di potenza che sono stati completamente verificati. La tensione di ingresso e la corrente dei freni non sono influenzate dalle fluttuazioni della rete elettrica o dalle interferenze di altre apparecchiature elettriche, garantendo così il funzionamento affidabile della macchina di trazione.

Figura 7 Analisi della resistenza meccanica

3. Forte stabilità al sovraccarico e requisiti elevati per il comfort di guida

Uno degli scopi dell'equipaggiamento degli ascensori verticali della metropolitana è fornire comodità ai passeggeri. I cittadini che trasportano carichi pesanti e i gruppi che necessitano di cure speciali, come gli anziani e i disabili, sono i principali oggetti di servizio degli ascensori verticali. Pertanto, le macchine per la trazione degli ascensori della metropolitana devono avere una forte capacità di sovraccarico. Secondo l'analisi del sovraccarico, la capacità di sovraccarico è più di 2 volte ed è necessario che la coppia possa essere erogata in modo stabile indipendentemente dall'alta o dalla bassa velocità, dal carico leggero o dal carico pesante.

Per offrire un'esperienza di guida confortevole, la progettazione della macchina di trazione presta particolare attenzione anche alla soppressione delle armoniche, in particolare alla soppressione e alla riduzione delle armoniche di ordine basso (che hanno un grande impatto sul comfort) e alla loro ampiezza delle onde di forza (Figura 8), nonché alla riduzione dell'ondulazione della coppia a bassa velocità (Figura 9) e della coppia di cogging. Ciò garantisce che l'ascensore funzioni senza intoppi durante tutto il processo con un basso rumore e basse vibrazioni, offrendo ai passeggeri una buona esperienza di guida.

Figura 8 Analisi dell'onda di forza

Figura 9 Analisi della coppia

4. Requisiti per una lunga durata di progettazione e una manutenzione umanizzata

La progettazione delle macchine di trazione della metropolitana deve concentrarsi anche sulla durata di servizio, che non si limita agli aspetti sopra menzionati come il basso aumento della temperatura e l'elevata resistenza meccanica per prolungare la vita di servizio della macchina di trazione, ma comprende anche altri aspetti come l'isolamento del motore, i cuscinetti, il grasso lubrificante e i magneti permanenti. Ad esempio, in termini di isolamento, come isolamento delle fessure viene selezionata carta isolante con elevate proprietà meccaniche e rigidità dielettrica e vengono utilizzati fili elettromagnetici con una maggiore resistenza alla tensione impulsiva. Nel processo, viene adottato il metodo di verniciatura VPI (Vacuum Pressure Impregnation), che migliora notevolmente la capacità dello statore della macchina di trazione di resistere agli impatti della tensione e prolunga la durata della macchina di trazione.

La maggior parte degli ascensori della metropolitana vengono utilizzati in applicazioni senza locale macchina. I principali modelli di motori Nidec KDS applicati nei progetti della metropolitana sono mostrati nella Figura 10. Nella progettazione, facciamo del nostro meglio per adottare una progettazione integrata, una progettazione esente da manutenzione e una progettazione visiva delle parti vulnerabili. Ad esempio, cablaggio a innesto, progettazione esente da manutenzione delle parti rotanti, progettazione ad alta protezione dei componenti elettrici e visualizzazione visiva dell'usura delle pastiglie dei freni. Questi design prolungano la durata dei componenti della macchina di trazione e l'intervallo tra le sostituzioni, riducono la difficoltà di manutenzione e fanno sì che la macchina di trazione funzioni in modo più fluido, silenzioso e duraturo. L'integrazione di più tecnologie crea prodotti di alta qualità e consente ai clienti di risparmiare sui costi di manutenzione.

Figura 10 Modelli principali di motori Nidec KDS applicati nei progetti di metropolitana

04 Prospettive future

Il trasporto ferroviario urbano mondiale continua a svilupparsi verso l'alto. Si prevede che entro il 2024 il chilometraggio operativo del trasporto ferroviario urbano mondiale supererà i 44.500 km e le prospettive di sviluppo futuro del settore del trasporto ferroviario sono molto ampie. Nell'era del rapido progresso tecnologico, i requisiti tecnici e di qualità per i motori degli ascensori saranno sempre più elevati, richiedendo l'adattamento alle diverse differenze culturali e geografiche regionali in tutto il mondo.

Con prodotti di alta qualità, soluzioni professionali e un eccellente team di assistenza, Nidec KDS è profondamente impegnata in importanti progetti di infrastrutture urbane come le metropolitane da oltre un decennio. Ha aiutato i clienti globali a vincere molti importanti progetti governativi, ha fornito ai passeggeri un'esperienza di guida confortevole e sicura e ha aiutato i clienti a stabilire una buona reputazione affidabile.

In futuro, Nidec KDS aderirà alla filosofia aziendale "Qualità prima di tutto, successo del cliente", si concentrerà sui clienti e, con solide capacità di progettazione e produzione e servizi di alta qualità che superano le aspettative dei clienti, lavorerà con i clienti per creare nuove e migliori soluzioni di ascensori.