Uma breve discussão sobre a aplicação de máquinas de tração Nidec KDS em projetos de metrô

Resumo

Com o acelerado processo de urbanização global, a indústria do transporte ferroviário está a desenvolver-se rapidamente. Sendo uma infra-estrutura urbana fundamental, os metropolitanos enfrentam as tendências de aumento do fluxo de passageiros e de procura diversificada de viagens de passageiros, o que traz novos desafios à máquina de tracção – o componente central dos elevadores do metro. Esses desafios incluem como equilibrar eficiência e segurança em cenários com grande fluxo de passageiros, como atender às crescentes necessidades de conforto e conveniência dos passageiros e como equilibrar custos e projetar a vida. Este artigo discutirá brevemente como a Nidec KDS, como especialista em projeto e fabricação de máquinas de tração, fornece soluções profissionais para os clientes.

Palavras-chave

Elevadores de metrô, ciclo de trabalho, conservação de energia e proteção ambiental, análise de confiabilidade, capacidade de sobrecarga, projeto de vida útil

De acordo com o método de classificação da Revisão de Estatísticas e Análises da Operação de Trânsito Ferroviário Urbano Mundial de 2021, o trânsito ferroviário urbano pode ser dividido em três categorias: metrô, metrô leve e bonde. Geralmente, o transporte ferroviário tem vantagens como grande capacidade de transporte, alta velocidade, saídas frequentes, segurança e conforto, alta pontualidade, tarifas baixas, conservação de energia e proteção ambiental. No entanto, também exige elevados padrões técnicos e custos de manutenção.[1]

Como parte crucial do trânsito ferroviário urbano, os metrôs desempenham um papel indubitavelmente importante no desenvolvimento do transporte urbano. Ajudam a aliviar a pressão do tráfego urbano, a expandir o raio urbano e o raio de vida dos residentes através da construção de uma rede integrada de transportes, a melhorar a qualidade de vida dos residentes, a melhorar a imagem global da cidade e a promover o desenvolvimento e o progresso urbano, bem como a comunicação social e a prosperidade.

Os passageiros podem entrar nas estações, transferir ou sair das estações de maneira eficiente e conveniente usando elevadores verticais. O nível técnico dos motores do elevador desempenha um papel fundamental para garantir a experiência de condução dos passageiros. A Nidec KDS está profundamente envolvida na indústria automobilística há mais de 60 anos. Seus produtos integram design de tecnologia internacionalmente avançada, excelente produção e gerenciamento de qualidade. Com produtos de alta qualidade e um sistema de serviços abrangente, há mais de uma década fornece máquinas de tração de elevadores para grandes clientes indianos em projetos de metrô.

01 Escala Global e Perspectivas da Indústria de Transporte Ferroviário Urbano

As estatísticas mostram que, até ao final de 2022, o trânsito ferroviário urbano tinha sido colocado em operação em 545 cidades em 78 países e regiões em todo o mundo, com uma quilometragem operacional superior a 41.386,12 km. Em comparação com 2021, a quilometragem total global de trânsito ferroviário urbano aumentou 4.531,92 km, um crescimento anual de 11,0%.[1]

A Figura 1 mostra a escala geral do trânsito ferroviário urbano nos principais continentes do mundo (Nota: Todas as cidades da Rússia são classificadas na Europa para cálculo). Os dados indicam que os metropolitanos e os eléctricos são os principais tipos de transporte ferroviário urbano a nível mundial, e o trânsito ferroviário urbano global está concentrado principalmente na Eurásia, com os metropolitanos distribuídos principalmente nos países asiáticos.[1]

Figura 1 Resumo da quilometragem operacional do trânsito ferroviário urbano por continente no mundo em 2022 (km)

Globalmente, a indústria do transporte ferroviário urbano está numa fase crítica de desenvolvimento. Os governos e as empresas em todo o mundo investem continuamente em novas tecnologias e instalações para melhorar a eficiência dos transportes, reduzir a poluição ambiental e fornecer melhores serviços a um grande número de passageiros. A construção e aplicação do trânsito ferroviário global estão em constante expansão, e alguns países em desenvolvimento também estão promovendo ativamente a construção do trânsito ferroviário.

A Índia promoveu a expansão do metrô em grande escala desde 2014. De acordo com o The Times of India, em abril de 2022, a rede de metrô da Índia cobria 870 km, atendendo 18 cidades. Atualmente, aproximadamente 1.000 km de trilhos de metrô estão em construção em 27 cidades, com cerca de 6 km de novos trilhos colocados em uso a cada mês. A velocidade e a escala da construção do metrô na Índia na última década foram impressionantes.

Como fornecedora profissional de soluções de motores síncronos de ímã permanente para elevadores, a Nidec KDS forneceu mais de 1.600 motores de elevadores verticais para grandes clientes indianos na última década. Os principais projetos são mostrados na Figura 2. Com fortes capacidades técnicas e de fabricação, a Nidec KDS participa profundamente na construção urbana e contribui para a construção da imagem internacional das cidades locais.

Figura 2 Projetos de metrô indianos vencidos por Nidec Kds

02 Rede Metroviária e Elevadores

O trânsito ferroviário conecta as indústrias urbanas, promove a extensão da cadeia industrial e impulsiona o rápido desenvolvimento de indústrias de apoio, como a fabricação de equipamentos e a P&D tecnológica. A cadeia da indústria metroviária é mostrada na Figura 3, onde todos os elos são interdependentes e impulsionam o desenvolvimento económico das aglomerações urbanas e áreas metropolitanas.[2]

Figura 3 Cadeia da Indústria Metroviária

Como uma indústria a montante na cadeia de abastecimento do metrô, os elevadores não só proporcionam grande comodidade e garantia para o transporte urbano, mas também refletem o cuidado e a atenção do país aos idosos, aos deficientes e aos cidadãos que transportam cargas pesadas. O desenvolvimento futuro das cidades está intimamente ligado à construção de metrôs. A construção de uma rede ferroviária é um importante projecto governamental e o seu nível de construção deixará uma marca profunda na imagem da cidade.

Figura 4 Aplicação de motores Nidec KDS em elevadores de metrô

03 pontos-chave técnicos dos motores de elevadores de metrô

Como componente central dos elevadores verticais do metrô, o projeto da máquina de tração deve levar em consideração o ambiente de serviço e os cenários de aplicação dos elevadores do metrô. O excelente desempenho das máquinas de tração Nidec KDS decorre da compreensão precisa do ambiente de aplicação e do acúmulo técnico de motores síncronos de ímã permanente, conforme detalhado abaixo:

1. Requisitos para alto ciclo de trabalho e alta eficiência energética

No contexto da defesa global de viagens ecológicas e de baixo carbono, a construção do transporte ferroviário apresentou requisitos mais elevados para a conservação de energia. Portanto, em comparação com outros elevadores, os elevadores metroviários necessitam que máquinas de tração tenham maior eficiência para atender cenários urbanos com grande fluxo de passageiros. Para elevadores com velocidade aproximada de 1 m/s, sua eficiência pode chegar até 90%. Além disso, de acordo com os requisitos de instalação do elevador, o peso e o tamanho da máquina de tração devem ser controlados. Portanto, os engenheiros de projeto de máquinas de tração precisam ter vasta experiência em projeto eletromagnético, otimizar o projeto eletromagnético com software avançado de análise de campo eletromagnético (Figura 5) e selecionar materiais eletromagnéticos apropriados para atender aos requisitos.

Devido à exigência de capacidade de transporte, as máquinas de tração operam com frequência, portanto possuem altas exigências para o ciclo de trabalho, geralmente S5-60% ou superior. Ao mesmo tempo, os requisitos para o aumento da temperatura (Figura 6) também são muito elevados.

Isso exige que o projeto das máquinas de tração do metrô atenda aos princípios de compacidade e economia, além de atender aos requisitos de desempenho de conservação de energia e baixo aumento de temperatura.

Figura 5 Análise do Campo Eletromagnético

Figura 6 Simulação de aumento de temperatura

2. Requisitos para alta segurança e confiabilidade

Alta segurança e confiabilidade são os requisitos e atributos básicos dos elevadores, e as pessoas têm requisitos ainda mais elevados para a segurança e confiabilidade dos elevadores do metrô. Portanto, realizamos uma análise detalhada da resistência mecânica (Figura 7) e apresentamos requisitos especiais e atualizações para capacidade de suporte de carga mecânica e desempenho de frenagem. Os fatores de segurança para suporte de carga dos principais componentes mecânicos, como a base da máquina, o cubo da roda, a roldana de tração e o eixo, foram aumentados em conformidade.

Atualmente, a maioria das máquinas de tração subterrânea por nós exportadas adota freios a tambor, que possuem grande margem de torque de frenagem e desempenho de frenagem estável. Eles são combinados com controladores de energia que foram totalmente verificados. A tensão e a corrente de entrada dos freios não são afetadas por flutuações na rede elétrica ou interferências de outros equipamentos elétricos, garantindo o funcionamento confiável da máquina de tração.

Figura 7 Análise de Resistência Mecânica

3. Forte estabilidade de sobrecarga e altos requisitos para conforto de condução

Um dos objetivos de equipar os elevadores verticais do metrô é proporcionar comodidade aos passageiros. Cidadãos que transportam cargas pesadas e grupos que necessitam de cuidados especiais, como idosos e deficientes, são os principais objetos de serviço dos elevadores verticais. Portanto, as máquinas de tração de elevadores de metrô precisam ter forte capacidade de sobrecarga. De acordo com a análise de sobrecarga, a capacidade de sobrecarga é superior a 2 vezes e é necessário que o torque possa ser produzido de forma estável, independentemente de alta ou baixa velocidade, carga leve ou carga pesada.

Para proporcionar uma experiência de pilotagem confortável, o design da máquina de tração também dá atenção especial à supressão de harmônicos, especialmente a supressão e redução de harmônicos de baixa ordem (que têm grande impacto no conforto) e sua amplitude de onda de força (Figura 8), bem como a redução da ondulação de torque em baixa velocidade (Figura 9) e do torque de engrenagem. Isso garante que o elevador funcione suavemente durante todo o processo, com baixo ruído e baixa vibração, proporcionando aos passageiros uma boa experiência de condução.

Figura 8 Análise de Ondas de Força

Figura 9 Análise de Torque

4. Requisitos para longa vida útil e manutenção humanizada

O projeto das máquinas de tração subterrânea também deve focar na vida útil, que não se limita aos aspectos acima mencionados, como baixo aumento de temperatura e alta resistência mecânica para prolongar a vida útil da máquina de tração, mas também inclui outros aspectos como isolamento do motor, rolamentos, graxa lubrificante e ímãs permanentes. Por exemplo, em termos de isolamento, papel isolante com altas propriedades mecânicas e rigidez dielétrica é selecionado como isolamento de fenda, e são usados ​​fios eletromagnéticos com maior resistência à tensão de impulso. No processo, é adotado o método de envernizamento VPI (Impregnação por Pressão a Vácuo), que melhora muito a capacidade do estator da máquina de tração de resistir ao impacto da tensão e prolonga a vida útil da máquina de tração.

A maioria dos elevadores de metrô são usados ​​em aplicações sem casa de máquinas. Os principais modelos de motores Nidec KDS aplicados em projetos metroviários são mostrados na Figura 10. No projeto, tentamos ao máximo adotar design integrado, design livre de manutenção e design visual de peças vulneráveis. Por exemplo, fiação plug-in, design livre de manutenção de peças rotativas, design de alta proteção de componentes elétricos e exibição visual do desgaste das pastilhas de fricção do freio. Esses projetos prolongam a vida útil dos componentes da máquina de tração e o intervalo entre as substituições, reduzem a dificuldade de manutenção e fazem com que a máquina de tração funcione de maneira mais suave, silenciosa e durável. A integração de múltiplas tecnologias cria produtos de alta qualidade e economiza custos de manutenção aos clientes.

Figura 10 Principais modelos de motores Nidec KDS aplicados em projetos metroviários

04 Perspectivas Futuras

O trânsito ferroviário urbano mundial continua a desenvolver-se para cima. Espera-se que, até 2024, a quilometragem operacional do trânsito ferroviário urbano mundial exceda 44.500 km, e a perspectiva de desenvolvimento futuro da indústria do trânsito ferroviário seja muito ampla. Na era do rápido avanço tecnológico, os requisitos técnicos e de qualidade para motores de elevadores serão cada vez mais elevados, exigindo adaptação às diversas diferenças regionais, culturais e geográficas em todo o mundo.

Com produtos de alta qualidade, soluções profissionais e uma excelente equipe de serviços, a Nidec KDS está profundamente envolvida em importantes projetos de infraestrutura urbana, como metrôs, há mais de uma década. Ajudou clientes globais a vencer muitos projetos governamentais importantes, proporcionou aos passageiros uma experiência de condução confortável e segura e ajudou os clientes a estabelecer uma reputação confiável e boa.

No futuro, a Nidec KDS aderirá à filosofia empresarial de "Qualidade em primeiro lugar, sucesso do cliente", com foco nos clientes e com sólidas capacidades de design e fabricação e serviços de alta qualidade que excedem as expectativas dos clientes, trabalhará com os clientes para criar mais e melhores soluções de elevadores.