Una breve discusión sobre la aplicación de las máquinas de tracción Nidec KDS en proyectos de metro

Abstracto

Con el acelerado proceso de urbanización global, la industria del transporte ferroviario se está desarrollando rápidamente. Como infraestructura urbana clave, el metro se enfrenta a tendencias de creciente flujo de pasajeros y demandas de viaje diversificadas, lo que plantea nuevos desafíos a la máquina de tracción, el componente central de los ascensores del metro. Estos desafíos incluyen cómo equilibrar la eficiencia y la seguridad en escenarios con un gran flujo de pasajeros, cómo satisfacer las crecientes necesidades de comodidad y conveniencia de los pasajeros, y cómo equilibrar los costos y el diseño de la vida. Este artículo analizará brevemente cómo Nidec KDS, como experto en diseño y fabricación de máquinas de tracción, ofrece soluciones profesionales para los clientes.

Palabras clave

Ascensores de metro, ciclo de trabajo, conservación de energía y protección ambiental, análisis de confiabilidad, capacidad de sobrecarga, diseño de vida útil

Según el método de clasificación de la Revisión de estadísticas y análisis de operaciones de tránsito ferroviario urbano mundial de 2021, el tránsito ferroviario urbano se puede dividir en tres categorías: metro, trenes ligeros y tranvías. Generalmente, el transporte ferroviario tiene ventajas como gran capacidad de transporte, alta velocidad, salidas frecuentes, seguridad y comodidad, alta puntualidad, tarifas bajas, conservación de energía y protección del medio ambiente. Sin embargo, también requiere altos estándares técnicos y costos de mantenimiento.[1]

Como parte crucial del tránsito ferroviario urbano, el metro desempeña sin duda un papel importante en el desarrollo del transporte urbano. Ayudan a aliviar la presión del tráfico urbano, ampliar el radio urbano y el radio de vida de los residentes mediante la construcción de una red de transporte integrada, mejorar la calidad de vida de los residentes, mejorar la imagen general de la ciudad y promover el desarrollo y el progreso urbano, así como la comunicación social y la prosperidad.

Los pasajeros pueden ingresar a las estaciones, hacer transferencias o salir de ellas de manera eficiente y conveniente tomando ascensores verticales. El nivel técnico de los motores de los ascensores desempeña un papel clave a la hora de garantizar la experiencia de conducción de los pasajeros. Nidec KDS lleva más de 60 años profundamente comprometida con la industria del motor. Sus productos integran diseño de tecnología avanzada internacional, excelente producción y gestión de calidad. Con productos de alta calidad y un sistema de servicio integral, ha suministrado de manera estable máquinas de tracción para ascensores a grandes clientes indios en proyectos de metro durante más de una década.

01 Escala global y perspectivas de la industria del transporte ferroviario urbano

Las estadísticas muestran que a finales de 2022, el transporte ferroviario urbano se había puesto en funcionamiento en 545 ciudades de 78 países y regiones de todo el mundo, con un kilometraje operativo superior a 41.386,12 kilómetros. En comparación con 2021, el kilometraje total del transporte ferroviario urbano mundial aumentó en 4.531,92 km, un crecimiento interanual del 11,0%.[1]

La Figura 1 muestra la escala general del tránsito ferroviario urbano en los principales continentes del mundo (Nota: todas las ciudades de Rusia están clasificadas en Europa para el cálculo). Los datos indican que el metro y los tranvías son los principales tipos de transporte ferroviario urbano a nivel mundial, y el tránsito ferroviario urbano mundial se concentra principalmente en Eurasia, con los metros distribuidos principalmente en los países asiáticos.[1]

Figura 1 Resumen del kilometraje operativo del transporte ferroviario urbano por continente en el mundo en 2022 (km)

A nivel mundial, la industria del transporte ferroviario urbano se encuentra en una etapa crítica de desarrollo. Los gobiernos y empresas de todo el mundo invierten continuamente en nuevas tecnologías e instalaciones para mejorar la eficiencia del transporte, reducir la contaminación ambiental y brindar mejores servicios a una gran cantidad de pasajeros. La construcción y aplicación del tránsito ferroviario global se están expandiendo constantemente, y algunos países en desarrollo también están promoviendo activamente la construcción del tránsito ferroviario.

India ha promovido la expansión del metro a gran escala desde 2014. Según The Times of India, en abril de 2022, la red de metro de la India había cubierto 870 km y daba servicio a 18 ciudades. Actualmente, se están construyendo aproximadamente 1.000 kilómetros de vías de metro en 27 ciudades, y cada mes se ponen en uso casi 6 kilómetros de nuevas vías. La velocidad y escala de la construcción del metro en la India durante la última década han sido impresionantes.

Como proveedor profesional de soluciones de motores síncronos de imanes permanentes para ascensores, Nidec KDS ha suministrado más de 1.600 motores de ascensores verticales a grandes clientes indios en la última década. Los proyectos clave se muestran en la Figura 2. Con sólidas capacidades técnicas y de fabricación, Nidec KDS participa profundamente en la construcción urbana y contribuye a la construcción de la imagen internacional de las ciudades locales.

Figura 2 Proyectos de metro de la India ganados por Nidec Kds

02 Cadena de la industria del metro y ascensores

El transporte ferroviario conecta las industrias urbanas, promueve la extensión de la cadena industrial e impulsa el rápido desarrollo de industrias de apoyo, como la fabricación de equipos y la investigación y desarrollo tecnológico. La cadena de la industria del metro se muestra en la Figura 3, donde todos los eslabones son interdependientes e impulsan el desarrollo económico de las aglomeraciones urbanas y áreas metropolitanas.[2]

Figura 3 Cadena de la industria del metro

Como industria ascendente en la cadena de suministro del metro, los ascensores no sólo brindan gran comodidad y garantía para el transporte urbano, sino que también reflejan el cuidado y la atención del país hacia los ancianos, los discapacitados y los ciudadanos que transportan cargas pesadas. El futuro desarrollo de las ciudades está estrechamente ligado a la construcción del metro. La construcción de una red de transporte ferroviario es un proyecto gubernamental importante y su nivel de construcción dejará una profunda huella en la imagen de la ciudad.

Figura 4 Aplicación de motores Nidec KDS en ascensores de metro

03 puntos técnicos clave de los motores de ascensores de metro

Como componente central de los ascensores verticales del metro, el diseño de la máquina de tracción debe tener en cuenta el entorno de servicio y los escenarios de aplicación de los ascensores del metro. El excelente rendimiento de las máquinas de tracción Nidec KDS se debe a la comprensión precisa del entorno de aplicación y a la acumulación técnica de motores síncronos de imanes permanentes, como se detalla a continuación:

1. Requisitos para un ciclo de trabajo elevado y una alta eficiencia energética

En el contexto de la promoción mundial de viajes ecológicos y con bajas emisiones de carbono, la construcción del transporte ferroviario ha planteado requisitos más altos para la conservación de energía. Por lo tanto, en comparación con otros ascensores, los ascensores del metro requieren que las máquinas de tracción tengan una mayor eficiencia para afrontar escenarios urbanos con un gran flujo de pasajeros. Para ascensores con una velocidad de aproximadamente 1 m/s, su eficiencia puede alcanzar hasta el 90%. Además, según los requisitos de la instalación de ascensores, se debe controlar el peso y el tamaño de la máquina de tracción. Por lo tanto, los ingenieros de diseño de máquinas de tracción deben tener una amplia experiencia en diseño electromagnético, optimizar el diseño electromagnético con software avanzado de análisis de campos electromagnéticos (Figura 5) y seleccionar materiales electromagnéticos apropiados para cumplir con los requisitos.

Debido al requisito de capacidad de transporte, las máquinas de tracción operan con frecuencia, por lo que tienen altos requisitos para el ciclo de trabajo, generalmente S5-60% o superior. Al mismo tiempo, los requisitos para el aumento de temperatura (Figura 6) también son muy altos.

Esto requiere que el diseño de las máquinas de tracción del metro cumpla con los principios de compacidad y economía, además de cumplir con los requisitos de rendimiento de conservación de energía y bajo aumento de temperatura.

Figura 5 Análisis del campo electromagnético

Figura 6 Simulación de aumento de temperatura

2. Requisitos para alta seguridad y confiabilidad

La alta seguridad y confiabilidad son los requisitos y atributos básicos de los ascensores, y las personas tienen requisitos aún más altos para la seguridad y confiabilidad de los ascensores del metro. Por lo tanto, llevamos a cabo un análisis detallado de la resistencia mecánica (Figura 7) y presentamos requisitos y mejoras especiales para la capacidad de carga mecánica y el rendimiento de frenado. En consecuencia, se han aumentado los factores de seguridad para soportar cargas de componentes mecánicos clave, como la base de la máquina, el cubo de la rueda, la polea de tracción y el eje.

En la actualidad, la mayoría de las máquinas de tracción del metro que exportamos adoptan frenos de tambor, que tienen un gran margen de par de frenado y un rendimiento de frenado estable. Se combinan con controladores de potencia que han sido completamente verificados. El voltaje y la corriente de entrada de los frenos no se ven afectados por las fluctuaciones de la red eléctrica ni por interferencias de otros equipos eléctricos, lo que garantiza el funcionamiento confiable de la máquina de tracción.

Figura 7 Análisis de resistencia mecánica

3. Fuerte estabilidad ante sobrecargas y altos requisitos de comodidad de conducción

Uno de los propósitos de equipar ascensores verticales de metro es brindar comodidad a los pasajeros. Los ciudadanos que transportan cargas pesadas y los grupos que necesitan cuidados especiales, como las personas mayores y los discapacitados, son los principales objetos de servicio de los ascensores verticales. Por lo tanto, las máquinas de tracción de los ascensores del metro deben tener una gran capacidad de sobrecarga. Según el análisis de sobrecarga, la capacidad de sobrecarga es más de 2 veces y se requiere que el par pueda generarse de manera estable independientemente de la velocidad alta o baja, la carga liviana o la carga pesada.

Para proporcionar una experiencia de conducción cómoda, el diseño de la máquina de tracción también presta especial atención a la supresión de armónicos, especialmente la supresión y reducción de armónicos de bajo orden (que tienen un gran impacto en la comodidad) y su amplitud de onda de fuerza (Figura 8), así como la reducción de la ondulación del par a baja velocidad (Figura 9) y el par dentado. Esto garantiza que el ascensor funcione sin problemas durante todo el proceso con poco ruido y poca vibración, lo que proporciona a los pasajeros una buena experiencia de conducción.

Figura 8 Análisis de ondas de fuerza

Figura 9 Análisis de par

4. Requisitos para una vida útil prolongada y un mantenimiento humanizado

El diseño de las máquinas de tracción del metro también debe centrarse en la vida útil, que no se limita a los aspectos mencionados anteriormente, como el bajo aumento de temperatura y la alta resistencia mecánica para extender la vida útil de la máquina de tracción, sino que también incluye otros aspectos como el aislamiento del motor, los cojinetes, la grasa lubricante y los imanes permanentes. Por ejemplo, en términos de aislamiento, se selecciona papel aislante con altas propiedades mecánicas y rigidez dieléctrica como aislamiento de ranura, y se utilizan cables electromagnéticos con mayor resistencia a la tensión de impulso. En el proceso, se adopta el método de barnizado VPI (impregnación de presión al vacío), que mejora en gran medida la capacidad del estator de la máquina de tracción para resistir el impacto del voltaje y extiende la vida útil de la máquina de tracción.

La mayoría de los ascensores del metro se utilizan en aplicaciones sin sala de máquinas. Los principales modelos de motores Nidec KDS aplicados en proyectos de metro se muestran en la Figura 10. En el diseño, hacemos todo lo posible para adoptar un diseño integrado, un diseño sin mantenimiento y un diseño visual de partes vulnerables. Por ejemplo, cableado enchufable, diseño sin mantenimiento de piezas giratorias, diseño de alta protección de componentes eléctricos y visualización visual del desgaste de las pastillas de fricción de los frenos. Estos diseños extienden la vida útil de los componentes de la máquina de tracción y el intervalo entre reemplazos, reducen la dificultad del mantenimiento y hacen que la máquina de tracción funcione de manera más suave, silenciosa y duradera. La integración de múltiples tecnologías crea productos de alta calidad y ahorra a los clientes costos de mantenimiento.

Figura 10 Modelos principales de motores Nidec KDS aplicados en proyectos de metro

04 Perspectivas de futuro

El transporte ferroviario urbano en el mundo continúa desarrollándose. Se espera que para 2024, el kilometraje operativo del transporte ferroviario urbano del mundo supere los 44.500 km, y las perspectivas de desarrollo futuro de la industria del transporte ferroviario son muy amplias. En la era del rápido avance tecnológico, los requisitos técnicos y de calidad para los motores de ascensores serán cada vez más altos, lo que requerirá adaptación a diversas diferencias culturales y geográficas regionales en todo el mundo.

Con productos de alta calidad, soluciones profesionales y un excelente equipo de servicio, Nidec KDS ha estado profundamente involucrado en importantes proyectos de infraestructura urbana, como el metro, durante más de una década. Ha ayudado a clientes globales a ganar muchos proyectos gubernamentales importantes, ha brindado a los pasajeros una experiencia de viaje cómoda y segura y ha ayudado a los clientes a establecer una buena reputación y confianza.

En el futuro, Nidec KDS se adherirá a la filosofía empresarial de "La calidad primero, el éxito del cliente", se centrará en los clientes y, con sólidas capacidades de diseño y fabricación y servicios de alta calidad que superen las expectativas de los clientes, trabajará con ellos para crear más y mejores soluciones de ascensores.