Eine kurze Diskussion über den Einsatz von Nidec KDS-Traktionsmaschinen in U-Bahn-Projekten

Abstrakt

Mit dem beschleunigten globalen Urbanisierungsprozess entwickelt sich die Schienenverkehrsbranche rasant. Als wichtige städtische Infrastruktur sind U-Bahnen mit dem Trend steigender Fahrgastströme und vielfältigerer Reiseanforderungen der Fahrgäste konfrontiert, was neue Herausforderungen an die Traktionsmaschine – die Kernkomponente von U-Bahn-Aufzügen – mit sich bringt. Zu diesen Herausforderungen gehört die Frage, wie Effizienz und Sicherheit in Szenarien mit großem Passagieraufkommen in Einklang gebracht werden können, wie die wachsenden Bedürfnisse der Passagiere nach Komfort und Zweckmäßigkeit erfüllt werden können und wie Kosten und Lebensgestaltung in Einklang gebracht werden können. In diesem Artikel wird kurz erläutert, wie Nidec KDS als Experte für die Konstruktion und Herstellung von Traktionsmaschinen professionelle Lösungen für Kunden bietet.

Schlüsselwörter

U-Bahn-Aufzüge, Arbeitszyklus, Energieeinsparung und Umweltschutz, Zuverlässigkeitsanalyse, Überlastfähigkeit, Lebensdauerdesign

Gemäß der Klassifizierungsmethode im 2021 Review of World Urban Rail Transit Operation Statistics and Analysis kann der städtische Schienenverkehr in drei Kategorien unterteilt werden: U-Bahnen, Stadtbahnen und Straßenbahnen. Im Allgemeinen bietet der Schienenverkehr Vorteile wie große Transportkapazität, hohe Geschwindigkeit, häufige Abfahrten, Sicherheit und Komfort, hohe Pünktlichkeit, niedrige Fahrpreise, Energieeinsparung und Umweltschutz. Es erfordert jedoch auch hohe technische Standards und Wartungskosten.[1]

Als entscheidender Bestandteil des städtischen Schienenverkehrs spielen U-Bahnen zweifellos eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des städtischen Verkehrs. Sie tragen dazu bei, den städtischen Verkehrsdruck zu verringern, den städtischen Radius und den Lebensradius der Bewohner durch den Aufbau eines integrierten Verkehrsnetzes zu erweitern, die Lebensqualität der Bewohner zu verbessern, das Gesamtbild der Stadt zu verbessern und die Stadtentwicklung und den städtischen Fortschritt sowie die soziale Kommunikation und den Wohlstand zu fördern.

Passagiere können mit vertikalen Aufzügen effizient und bequem Bahnhöfe betreten, umsteigen oder aussteigen. Das technische Niveau der Aufzugsmotoren spielt eine Schlüsselrolle für das Fahrerlebnis der Fahrgäste. Nidec KDS engagiert sich seit mehr als 60 Jahren intensiv in der Automobilindustrie. Seine Produkte vereinen international fortschrittliches Technologiedesign, hervorragende Produktion und Qualitätsmanagement. Mit hochwertigen Produkten und einem umfassenden Servicesystem liefert das Unternehmen seit mehr als einem Jahrzehnt zuverlässig Aufzugsantriebsmaschinen für große indische Kunden in U-Bahn-Projekten.

01 Globale Größe und Perspektiven der städtischen Schienenverkehrsindustrie

Statistiken zeigen, dass der städtische Schienenverkehr bis Ende 2022 in 545 Städten in 78 Ländern und Regionen weltweit in Betrieb genommen wurde und eine Betriebsfahrleistung von mehr als 41.386,12 km aufweist. Im Vergleich zu 2021 ist die gesamte weltweite Kilometerleistung im städtischen Schienenverkehr um 4.531,92 km gestiegen, was einem Wachstum von 11,0 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.[1]

Abbildung 1 zeigt den Gesamtumfang des städtischen Schienenverkehrs auf den wichtigsten Kontinenten der Welt (Hinweis: Zur Berechnung werden alle Städte in Russland nach Europa klassifiziert). Daten deuten darauf hin, dass U-Bahnen und Straßenbahnen weltweit die wichtigsten Formen des städtischen Schienenverkehrs sind und dass sich der globale städtische Schienenverkehr hauptsächlich in Eurasien konzentriert, wobei U-Bahnen hauptsächlich in asiatischen Ländern verbreitet sind.[1]

Abbildung 1 Zusammenfassung der Betriebskilometer des städtischen Schienenverkehrs nach Kontinenten in der Welt im Jahr 2022 (km)

Weltweit befindet sich die städtische Schienenverkehrsbranche in einer kritischen Entwicklungsphase. Regierungen und Unternehmen auf der ganzen Welt investieren kontinuierlich in neue Technologien und Einrichtungen, um die Transporteffizienz zu verbessern, die Umweltverschmutzung zu verringern und einer großen Anzahl von Passagieren bessere Dienstleistungen zu bieten. Der Bau und die Anwendung des globalen Schienenverkehrs werden ständig ausgeweitet, und einige Entwicklungsländer fördern den Bau des Schienenverkehrs ebenfalls aktiv.

Indien fördert seit 2014 den groß angelegten U-Bahn-Ausbau. Laut The Times of India hatte das indische U-Bahn-Netz bis April 2022 eine Länge von 870 km und bediente 18 Städte. Derzeit befinden sich in 27 Städten rund 1.000 km U-Bahn-Gleise im Bau, wobei jeden Monat fast 6 km neue Gleise in Betrieb genommen werden. Die Geschwindigkeit und der Umfang des U-Bahn-Baus in Indien im letzten Jahrzehnt waren beeindruckend.

Als professioneller Anbieter von Permanentmagnet-Synchronmotorlösungen für Aufzüge hat Nidec KDS im letzten Jahrzehnt mehr als 1.600 Vertikalaufzugsmotoren an große indische Kunden geliefert. Die wichtigsten Projekte sind in Abbildung 2 dargestellt. Mit starken technischen und Fertigungskapazitäten beteiligt sich Nidec KDS intensiv am Städtebau und trägt zum Aufbau des internationalen Images lokaler Städte bei.

Abbildung 2: Indische U-Bahn-Projekte, die Nidec Kds gewonnen hat

02 U-Bahn-Industriekette und Aufzüge

Der Schienenverkehr verbindet städtische Industrien, fördert die Erweiterung der Industriekette und treibt die schnelle Entwicklung unterstützender Industrien wie der Geräteherstellung und der technologischen Forschung und Entwicklung voran. Die U-Bahn-Industriekette ist in Abbildung 3 dargestellt, wobei alle Glieder voneinander abhängig sind und die wirtschaftliche Entwicklung städtischer Ballungsräume und Ballungsräume vorantreiben.[2]

Abbildung 3: Subway-Industriekette

Als vorgelagerte Industrie in der U-Bahn-Lieferkette bieten Aufzüge nicht nur großen Komfort und Garantie für den städtischen Transport, sondern spiegeln auch die Fürsorge und Aufmerksamkeit des Landes gegenüber älteren Menschen, Behinderten und Bürgern mit schweren Lasten wider. Die zukünftige Entwicklung der Städte ist eng mit dem Bau von U-Bahnen verknüpft. Der Bau eines Schienenverkehrsnetzes ist ein wichtiges Regierungsprojekt, dessen Bauniveau das Image der Stadt nachhaltig prägen wird.

Abbildung 4 Anwendung von Nidec KDS-Motoren in U-Bahn-Aufzügen

03 Technische Eckpunkte von U-Bahn-Aufzugsmotoren

Als Kernkomponente von U-Bahn-Vertikalaufzügen muss die Konstruktion der Traktionsmaschine die Betriebsumgebung und Anwendungsszenarien von U-Bahn-Aufzügen berücksichtigen. Die hervorragende Leistung der Nidec KDS-Traktionsmaschinen beruht auf dem genauen Verständnis der Anwendungsumgebung und der technischen Entwicklung von Permanentmagnet-Synchronmotoren, wie nachstehend beschrieben:

1. Anforderungen an hohe Einschaltdauer und hohe Energieeffizienz

Vor dem Hintergrund der weltweiten Befürwortung umweltfreundlicher und kohlenstoffarmer Reisen stellt der Schienenverkehrsbau höhere Anforderungen an die Energieeinsparung. Daher erfordern U-Bahn-Aufzüge im Vergleich zu anderen Aufzügen eine höhere Effizienz der Traktionsmaschinen, um städtischen Szenarien mit großem Passagieraufkommen gerecht zu werden. Bei Aufzügen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 m/s kann ihr Wirkungsgrad bis zu 90 % erreichen. Darüber hinaus müssen je nach den Anforderungen der Aufzugsinstallation das Gewicht und die Größe der Traktionsmaschine kontrolliert werden. Daher müssen Konstrukteure von Traktionsmaschinen über umfassende Erfahrung im elektromagnetischen Design verfügen, das elektromagnetische Design mit fortschrittlicher Software zur Analyse elektromagnetischer Felder optimieren (Abbildung 5) und geeignete elektromagnetische Materialien auswählen, um die Anforderungen zu erfüllen.

Aufgrund der Anforderungen an die Transportkapazität sind Traktionsmaschinen häufig im Einsatz und stellen daher hohe Anforderungen an die Einschaltdauer, im Allgemeinen 5–60 % oder mehr. Gleichzeitig sind auch die Anforderungen an den Temperaturanstieg (Abbildung 6) sehr hoch.

Dies erfordert, dass die Konstruktion von U-Bahn-Traktionsmaschinen den Grundsätzen der Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit sowie den Leistungsanforderungen der Energieeinsparung und des geringen Temperaturanstiegs gerecht wird.

Abbildung 5 Analyse des elektromagnetischen Feldes

Abbildung 6 Simulation des Temperaturanstiegs

2. Anforderungen an hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit

Hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit sind die grundlegenden Anforderungen und Merkmale von Aufzügen, und die Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit von U-Bahn-Aufzügen sind sogar noch höher. Daher führen wir eine detaillierte Analyse der mechanischen Festigkeit durch (Abbildung 7) und schlagen spezielle Anforderungen und Verbesserungen für die mechanische Belastbarkeit und Bremsleistung vor. Die Sicherheitsfaktoren für die Belastung wichtiger mechanischer Komponenten wie Maschinenbasis, Radnabe, Treibscheibe und Welle wurden entsprechend erhöht.

Derzeit verwenden die meisten von uns exportierten U-Bahn-Traktionsmaschinen Trommelbremsen, die über einen großen Bremsmomentspielraum und eine stabile Bremsleistung verfügen. Sie sind auf vollständig verifizierte Leistungsregler abgestimmt. Die Eingangsspannung und der Eingangsstrom der Bremsen werden nicht durch Schwankungen im Stromnetz oder Störungen durch andere elektrische Geräte beeinflusst, wodurch ein zuverlässiger Betrieb der Traktionsmaschine gewährleistet ist.

Abbildung 7: Analyse der mechanischen Festigkeit

3. Starke Überlaststabilität und hohe Anforderungen an den Fahrkomfort

Einer der Zwecke der Ausstattung von U-Bahn-Vertikalaufzügen besteht darin, den Fahrgästen Komfort zu bieten. Die wichtigsten Einsatzzwecke von Vertikalaufzügen sind Bürger, die schwere Lasten befördern, und Gruppen mit besonderem Pflegebedarf, wie z. B. ältere Menschen und Behinderte. Daher müssen Traktionsmaschinen für U-Bahn-Aufzüge über eine starke Überlastfähigkeit verfügen. Laut Überlastanalyse beträgt die Überlastkapazität mehr als das Zweifache und es ist erforderlich, dass das Drehmoment unabhängig von hoher oder niedriger Geschwindigkeit, leichter oder schwerer Last stabil ausgegeben werden kann.

Um ein komfortables Fahrerlebnis zu bieten, wird bei der Konstruktion der Traktionsmaschine auch besonderes Augenmerk auf die Unterdrückung von Oberwellen gelegt, insbesondere auf die Unterdrückung und Reduzierung von Oberwellen niedriger Ordnung (die einen großen Einfluss auf den Komfort haben) und ihrer Kraftwellenamplitude (Abbildung 8) sowie auf die Reduzierung der Drehmomentwelligkeit bei niedriger Geschwindigkeit (Abbildung 9) und des Rastmoments. Dadurch wird sichergestellt, dass der Aufzug während des gesamten Vorgangs reibungslos, geräuscharm und vibrationsarm läuft und den Fahrgästen ein gutes Fahrerlebnis bietet.

Abbildung 8 Kraftwellenanalyse

Abbildung 9 Drehmomentanalyse

4. Anforderungen an eine lange Lebensdauer und humanisierte Wartung

Bei der Konstruktion von U-Bahn-Traktionsmaschinen muss auch die Lebensdauer im Mittelpunkt stehen. Diese beschränkt sich nicht nur auf die oben genannten Aspekte wie geringer Temperaturanstieg und hohe mechanische Festigkeit zur Verlängerung der Lebensdauer der Traktionsmaschine, sondern umfasst auch andere Aspekte wie Motorisolierung, Lager, Schmierfett und Permanentmagnete. Beispielsweise wird im Hinblick auf die Isolierung Isolierpapier mit hohen mechanischen Eigenschaften und Spannungsfestigkeit als Schlitzisolierung gewählt und elektromagnetische Drähte mit höherer Stoßspannungsfestigkeit verwendet. Dabei kommt das VPI-Lackierungsverfahren (Vacuum Pressure Impregnation) zum Einsatz, das die Spannungsfestigkeit des Stators der Traktionsmaschine erheblich verbessert und die Lebensdauer der Traktionsmaschine verlängert.

Die meisten U-Bahn-Aufzüge werden in maschinenraumlosen Anwendungen eingesetzt. Die Hauptmodelle der Nidec KDS-Motoren, die in U-Bahn-Projekten zum Einsatz kommen, sind in Abbildung 10 dargestellt. Bei der Konstruktion versuchen wir unser Bestes, um integriertes Design, wartungsfreies Design und visuelles Design gefährdeter Teile zu übernehmen. Zum Beispiel steckbare Verkabelung, wartungsfreie Ausführung rotierender Teile, hochsichere Ausführung elektrischer Komponenten und visuelle Anzeige des Bremsbelagverschleißes. Diese Konstruktionen verlängern die Lebensdauer der Komponenten der Traktionsmaschine und verkürzen die Austauschintervalle, verringern die Wartungsschwierigkeiten und sorgen dafür, dass die Traktionsmaschine ruhiger, leiser und langlebiger läuft. Die Integration mehrerer Technologien führt zu qualitativ hochwertigen Produkten und spart Kunden Wartungskosten.

Abbildung 10 Hauptmodelle von Nidec KDS-Motoren, die in U-Bahn-Projekten eingesetzt werden

04 Zukunftsausblick

Der weltweite städtische Schienenverkehr entwickelt sich weiterhin positiv. Es wird erwartet, dass die Betriebskilometer des weltweiten städtischen Schienenverkehrs bis 2024 44.500 km überschreiten werden, und die zukünftigen Entwicklungsaussichten der Schienenverkehrsbranche sind sehr breit gefächert. Im Zeitalter des rasanten technologischen Fortschritts werden die technischen und qualitativen Anforderungen an Aufzugsmotoren immer höher und erfordern eine Anpassung an vielfältige regionale, kulturelle und geografische Unterschiede auf der ganzen Welt.

Mit hochwertigen Produkten, professionellen Lösungen und einem exzellenten Serviceteam engagiert sich Nidec KDS seit mehr als einem Jahrzehnt intensiv in wichtigen städtischen Infrastrukturprojekten wie U-Bahnen. Es hat Kunden auf der ganzen Welt geholfen, viele große Regierungsprojekte zu gewinnen, den Fahrgästen ein komfortables und sicheres Fahrerlebnis geboten und den Kunden dabei geholfen, einen vertrauenswürdigen und guten Ruf aufzubauen.

In Zukunft wird Nidec KDS an der Geschäftsphilosophie „Qualität zuerst, Kundenerfolg“ festhalten, sich auf die Kunden konzentrieren und mit soliden Design- und Fertigungskapazitäten sowie hochwertigen Dienstleistungen, die die Erwartungen der Kunden übertreffen, mit den Kunden zusammenarbeiten, um mehr und bessere Aufzugslösungen zu entwickeln.