Thảo luận ngắn gọn về ứng dụng máy kéo Nidec KDS trong các dự án tàu điện ngầm

Tóm tắt

Với quá trình đô thị hóa toàn cầu ngày càng nhanh, ngành vận tải đường sắt đang phát triển nhanh chóng. Là cơ sở hạ tầng đô thị quan trọng, tàu điện ngầm đang phải đối mặt với xu hướng tăng lưu lượng hành khách và nhu cầu đi lại đa dạng của hành khách, điều này mang đến những thách thức mới cho máy kéo—thành phần cốt lõi của thang máy tàu điện ngầm. Những thách thức này bao gồm làm thế nào để cân bằng giữa hiệu quả và an toàn trong các tình huống có lưu lượng hành khách lớn, làm thế nào để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của hành khách về sự thoải mái và thuận tiện cũng như cách cân bằng chi phí và thiết kế cuộc sống. Bài viết này sẽ thảo luận ngắn gọn về cách Nidec KDS, với tư cách là chuyên gia về thiết kế và sản xuất máy kéo, cung cấp các giải pháp chuyên nghiệp cho khách hàng.

Từ khóa

Thang máy tàu điện ngầm, Chu trình làm việc, Bảo tồn năng lượng và bảo vệ môi trường, Phân tích độ tin cậy, Khả năng quá tải, Thiết kế tuổi thọ sử dụng

Theo phương pháp phân loại trong Đánh giá và phân tích hoạt động vận tải đường sắt đô thị thế giới năm 2021, vận tải đường sắt đô thị có thể được chia thành ba loại: tàu điện ngầm, đường sắt nhẹ và xe điện. Nhìn chung, vận tải đường sắt có những ưu điểm như năng lực vận chuyển lớn, tốc độ cao, khởi hành thường xuyên, an toàn và thoải mái, tỷ lệ đúng giờ cao, giá vé thấp, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, nó cũng đòi hỏi tiêu chuẩn kỹ thuật cao và chi phí bảo trì.[1]

Là một phần quan trọng của vận tải đường sắt đô thị, tàu điện ngầm chắc chắn đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển giao thông đô thị. Chúng giúp giảm bớt áp lực giao thông đô thị, mở rộng bán kính đô thị và bán kính sống của người dân bằng cách xây dựng mạng lưới giao thông tích hợp, cải thiện chất lượng cuộc sống của người dân, nâng cao hình ảnh tổng thể của thành phố, thúc đẩy phát triển và tiến bộ đô thị cũng như giao tiếp xã hội và thịnh vượng.

Hành khách có thể vào ga, trung chuyển hoặc ra ga một cách hiệu quả và thuận tiện bằng thang máy thẳng đứng. Trình độ kỹ thuật của động cơ thang máy đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo trải nghiệm di chuyển của hành khách. Nidec KDS đã tham gia sâu vào ngành công nghiệp ô tô hơn 60 năm. Sản phẩm của nó tích hợp thiết kế công nghệ tiên tiến quốc tế, sản xuất xuất sắc và quản lý chất lượng. Với sản phẩm chất lượng cao và hệ thống dịch vụ toàn diện, công ty đã cung cấp ổn định máy kéo thang máy cho các khách hàng lớn Ấn Độ trong các dự án tàu điện ngầm trong hơn một thập kỷ.

01 Quy mô toàn cầu và triển vọng của ngành vận tải đường sắt đô thị

Thống kê cho thấy đến cuối năm 2022, hệ thống vận tải đường sắt đô thị đã được đưa vào hoạt động tại 545 thành phố trên 78 quốc gia và khu vực trên toàn thế giới, với quãng đường vận hành vượt quá 41.386,12 km. So với năm 2021, tổng quãng đường vận chuyển đường sắt đô thị toàn cầu đã tăng 4.531,92 km, tăng 11,0% so với cùng kỳ năm trước.[1]

Hình 1 thể hiện quy mô tổng thể của vận tải đường sắt đô thị qua các châu lục lớn trên thế giới (Lưu ý: Tất cả các thành phố ở Nga đều được phân loại vào Châu Âu để tính toán). Dữ liệu chỉ ra rằng tàu điện ngầm và xe điện là loại hình vận chuyển đường sắt đô thị chủ yếu trên toàn cầu và vận tải đường sắt đô thị toàn cầu chủ yếu tập trung ở Âu Á, còn tàu điện ngầm chủ yếu phân bố ở các nước châu Á.[1]

Hình 1 Tóm tắt quãng đường khai thác vận tải đường sắt đô thị theo lục địa trên thế giới vào năm 2022 (km)

Trên toàn cầu, ngành vận tải đường sắt đô thị đang trong giai đoạn phát triển quan trọng. Chính phủ và doanh nghiệp trên khắp thế giới không ngừng đầu tư vào công nghệ và cơ sở vật chất mới để nâng cao hiệu quả vận tải, giảm ô nhiễm môi trường và cung cấp dịch vụ tốt hơn cho lượng lớn hành khách. Việc xây dựng và ứng dụng vận tải đường sắt toàn cầu không ngừng mở rộng và một số nước đang phát triển cũng đang tích cực thúc đẩy việc xây dựng vận tải đường sắt.

Ấn Độ đã thúc đẩy mở rộng tàu điện ngầm quy mô lớn kể từ năm 2014. Theo The Times of India, đến tháng 4 năm 2022, mạng lưới tàu điện ngầm của Ấn Độ đã phủ sóng 870 km, phục vụ 18 thành phố. Hiện tại, khoảng 1.000 km đường ray tàu điện ngầm đang được xây dựng tại 27 thành phố, với gần 6 km đường ray mới được đưa vào sử dụng mỗi tháng. Tốc độ và quy mô xây dựng tàu điện ngầm của Ấn Độ trong thập kỷ qua rất ấn tượng.

Là nhà cung cấp chuyên nghiệp các giải pháp động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cho thang máy, Nidec KDS đã cung cấp hơn 1.600 động cơ thang máy thẳng đứng cho các khách hàng lớn Ấn Độ trong thập kỷ qua. Các dự án trọng điểm được thể hiện trong Hình 2. Với năng lực kỹ thuật và sản xuất mạnh mẽ, Nidec KDS tham gia sâu vào lĩnh vực xây dựng đô thị và góp phần xây dựng hình ảnh quốc tế của các thành phố địa phương.

Hình 2 Các dự án tàu điện ngầm Ấn Độ do Nidec Kds thắng thầu

02 Chuỗi công nghiệp tàu điện ngầm và thang máy

Vận tải đường sắt kết nối các ngành công nghiệp đô thị, thúc đẩy mở rộng chuỗi công nghiệp và thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp hỗ trợ như sản xuất thiết bị và R&D công nghệ. Chuỗi công nghiệp tàu điện ngầm được thể hiện trong Hình 3, trong đó tất cả các liên kết đều phụ thuộc lẫn nhau và thúc đẩy sự phát triển kinh tế của các cụm đô thị và khu vực đô thị.[2]

Hình 3 Chuỗi công nghiệp tàu điện ngầm

Là một ngành công nghiệp thượng nguồn trong chuỗi cung ứng tàu điện ngầm, thang máy không chỉ mang lại sự tiện lợi và đảm bảo cho giao thông đô thị mà còn phản ánh sự quan tâm, chăm sóc của đất nước đối với người già, người khuyết tật và những công dân mang vác nặng. Sự phát triển trong tương lai của các thành phố gắn liền với việc xây dựng tàu điện ngầm. Xây dựng mạng lưới vận chuyển đường sắt là một dự án quan trọng của chính phủ và mức độ xây dựng của mạng lưới này sẽ để lại dấu ấn sâu sắc cho hình ảnh của thành phố.

Hình 4 Ứng dụng của Động cơ Nidec KDS trong Thang máy Tàu điện ngầm

03 Điểm Kỹ Thuật Của Động Cơ Thang Máy Tàu Điện Ngầm

Là thành phần cốt lõi của thang máy thẳng đứng tàu điện ngầm, thiết kế của máy kéo phải tính đến môi trường dịch vụ và các kịch bản ứng dụng của thang máy tàu điện ngầm. Hiệu suất vượt trội của máy kéo Nidec KDS bắt nguồn từ sự nắm bắt chính xác môi trường ứng dụng và sự tích lũy kỹ thuật của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, như được trình bày chi tiết dưới đây:

1. Yêu cầu đối với chu trình làm việc cao và hiệu suất năng lượng cao

Trong bối cảnh toàn cầu ủng hộ du lịch xanh và ít carbon, việc xây dựng hệ thống vận tải đường sắt đã đặt ra yêu cầu cao hơn về bảo tồn năng lượng. Do đó, so với các thang máy khác, thang máy tàu điện ngầm yêu cầu máy kéo phải có hiệu suất cao hơn để đáp ứng các kịch bản đô thị có lưu lượng hành khách lớn. Đối với thang máy có tốc độ xấp xỉ 1 m/s, hiệu suất của chúng có thể đạt tới 90%. Hơn nữa, theo yêu cầu lắp đặt thang máy, phải kiểm soát trọng lượng và kích thước của máy kéo. Do đó, các kỹ sư thiết kế máy kéo cần phải có kinh nghiệm phong phú về thiết kế điện từ, tối ưu hóa thiết kế điện từ bằng phần mềm phân tích trường điện từ tiên tiến (Hình 5) và lựa chọn vật liệu điện từ phù hợp để đáp ứng yêu cầu.

Do yêu cầu về năng lực vận chuyển nên máy kéo hoạt động thường xuyên nên có yêu cầu cao về chu kỳ làm việc, thường là S5-60% trở lên. Đồng thời, yêu cầu về độ tăng nhiệt độ (Hình 6) cũng rất cao.

Điều này đòi hỏi việc thiết kế máy kéo tàu điện ngầm phải tuân thủ các nguyên tắc nhỏ gọn và tiết kiệm bên cạnh việc đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất là bảo tồn năng lượng và tăng nhiệt độ thấp.

Hình 5 Phân tích trường điện từ

Hình 6 Mô phỏng tăng nhiệt độ

2. Yêu cầu về độ an toàn và độ tin cậy cao

Độ an toàn và độ tin cậy cao là các yêu cầu và thuộc tính cơ bản của thang máy, và mọi người thậm chí còn có yêu cầu cao hơn về độ an toàn và độ tin cậy của thang máy tàu điện ngầm. Do đó, chúng tôi tiến hành phân tích chi tiết về độ bền cơ học (Hình 7), đồng thời đưa ra các yêu cầu và nâng cấp đặc biệt về khả năng chịu tải cơ học và hiệu suất phanh. Hệ số an toàn chịu tải của các bộ phận cơ khí quan trọng như đế máy, trục bánh xe, puly kéo và trục cũng được tăng lên tương ứng.

Hiện nay, hầu hết các máy kéo tàu điện ngầm do chúng tôi xuất khẩu đều sử dụng phanh tang trống, có biên độ mô men phanh lớn và hiệu suất phanh ổn định. Chúng được kết hợp với bộ điều khiển nguồn đã được xác minh đầy đủ. Điện áp và dòng điện đầu vào của phanh không bị ảnh hưởng bởi sự dao động của lưới điện hoặc nhiễu từ các thiết bị điện khác, đảm bảo cho hoạt động đáng tin cậy của máy kéo.

Hình 7 Phân tích độ bền cơ học

3. Độ ổn định khi quá tải cao và yêu cầu cao về sự thoải mái khi lái xe

Một trong những mục đích của việc trang bị thang máy thẳng đứng tàu điện ngầm là mang lại sự thuận tiện cho hành khách. Những công dân mang vác nặng và các nhóm cần được chăm sóc đặc biệt, chẳng hạn như người già và người khuyết tật, là đối tượng phục vụ chính của thang máy thẳng đứng. Vì vậy, máy kéo thang máy tàu điện ngầm cần phải có khả năng chịu quá tải mạnh. Theo phân tích quá tải, khả năng quá tải lớn hơn 2 lần và yêu cầu mô-men xoắn có thể được tạo ra ổn định bất kể tốc độ cao hay tốc độ thấp, tải nhẹ hay tải nặng.

Để mang lại trải nghiệm lái thoải mái, thiết kế của máy kéo cũng đặc biệt chú ý đến việc triệt tiêu sóng hài, đặc biệt là triệt tiêu và giảm các sóng hài bậc thấp (có tác động lớn đến sự thoải mái) và biên độ sóng lực của chúng (Hình 8), cũng như giảm gợn sóng mô-men xoắn ở tốc độ thấp (Hình 9) và mô-men xoắn bánh răng. Điều này đảm bảo thang máy vận hành trơn tru trong suốt quá trình với độ ồn và độ rung thấp, mang đến cho hành khách trải nghiệm di chuyển tốt.

Hình 8 Phân tích sóng lực

Hình 9 Phân tích mô-men xoắn

4. Yêu cầu về tuổi thọ thiết kế dài và bảo trì nhân đạo

Thiết kế của máy kéo tàu điện ngầm cũng phải tập trung vào tuổi thọ sử dụng, không chỉ giới hạn ở các khía cạnh nêu trên như độ tăng nhiệt độ thấp và độ bền cơ học cao để kéo dài tuổi thọ của máy kéo mà còn bao gồm các khía cạnh khác như cách điện động cơ, vòng bi, mỡ bôi trơn và nam châm vĩnh cửu. Ví dụ, về mặt cách điện, giấy cách điện có tính chất cơ học và độ bền điện môi cao được chọn làm vật liệu cách nhiệt khe và sử dụng dây điện từ có điện trở xung mạnh hơn. Trong quá trình này, phương pháp đánh vecni VPI (Ngâm áp suất chân không) được áp dụng, giúp cải thiện đáng kể khả năng của stato máy kéo trong việc chống lại tác động điện áp và kéo dài tuổi thọ của máy kéo.

Hầu hết các thang máy tàu điện ngầm được sử dụng trong các ứng dụng không có phòng máy. Các mô hình chính của động cơ Nidec KDS được áp dụng trong các dự án tàu điện ngầm được thể hiện trong Hình 10. Trong thiết kế, chúng tôi cố gắng hết sức áp dụng thiết kế tích hợp, thiết kế không cần bảo trì và thiết kế trực quan của các bộ phận dễ bị tổn thương. Ví dụ: hệ thống dây cắm, thiết kế các bộ phận quay không cần bảo trì, thiết kế bảo vệ cao cho các bộ phận điện và hiển thị trực quan độ mòn của má phanh ma sát. Những thiết kế này giúp kéo dài tuổi thọ của các bộ phận máy kéo và khoảng thời gian giữa các lần thay thế, giảm bớt khó khăn trong việc bảo trì và giúp máy kéo chạy trơn tru, êm ái và bền bỉ hơn. Việc tích hợp nhiều công nghệ tạo ra sản phẩm chất lượng cao và giúp khách hàng tiết kiệm chi phí bảo trì.

Hình 10 Các mẫu động cơ Nidec KDS chính được áp dụng trong các dự án tàu điện ngầm

04 Triển vọng tương lai

Vận tải đường sắt đô thị trên thế giới tiếp tục phát triển đi lên. Dự kiến ​​đến năm 2024, quãng đường vận hành của vận tải đường sắt đô thị trên thế giới sẽ vượt quá 44.500 km và triển vọng phát triển trong tương lai của ngành vận tải đường sắt là rất rộng lớn. Trong thời đại công nghệ phát triển nhanh chóng, các yêu cầu về kỹ thuật và chất lượng đối với động cơ thang máy sẽ ngày càng cao hơn, đòi hỏi phải thích ứng với sự khác biệt về văn hóa và địa lý khu vực trên toàn thế giới.

Với sản phẩm chất lượng cao, giải pháp chuyên nghiệp và đội ngũ dịch vụ xuất sắc, Nidec KDS đã tham gia sâu vào các dự án cơ sở hạ tầng đô thị quan trọng như tàu điện ngầm trong hơn một thập kỷ. Nó đã giúp khách hàng toàn cầu giành được nhiều dự án lớn của chính phủ, mang đến cho hành khách trải nghiệm lái xe thoải mái và an toàn, đồng thời giúp khách hàng tạo dựng được danh tiếng tốt và đáng tin cậy.

Trong tương lai, Nidec KDS sẽ tuân thủ triết lý kinh doanh "Chất lượng là trên hết, Thành công của khách hàng", tập trung vào khách hàng và với khả năng thiết kế và sản xuất vững chắc cũng như dịch vụ chất lượng cao vượt quá mong đợi của khách hàng, hợp tác với khách hàng để tạo ra nhiều giải pháp thang máy ngày càng tốt hơn.