VYUŽITÍ DAT ZE SÍTĚ DIAGNOSTIKY ZÁVAD JEDOUCÍCH ŽELEZNIČNÍCH VOZIDEL Ing. Ondřej Kovář STARMON s.r.o. Choceň 1. ÚVOD V uplynulých letech dochází k nárůstu počtu dopravců, kteří využívají železniční síť ČR. Rostoucí počet dopravců sebou nese i rostoucí potřebu neustálého zkvalitňování dopravy, a to jak osobní tak i nákladní dopravy, a to jde v konečném důsledku ruku v ruce i s potřebou zajištění kvalitní dopravní cesty a bezpečnosti na ní ze strany správce infrastruktury - SŽDC. Udržování dopravní cesty a zajištění bezpečnosti dopravy ovšem vyžaduje nemalé finanční prostředky, které je nutné na tyto účely každoročně vynakládat. Snahou správce infrastruktury je tyto náklady optimalizovat a efektivně využívat přidělené finanční prostředky. Jedním ze způsobů jak toho dosáhnout, je provozování kvalitního vozového parku dopravci z hlediska technického stavu podvozků. V roce 2008 vznikla koncepce vybudování stabilních technologických zařízení po celé železniční síti v České republice s cílem zajistit kontrolu technického stavu železničních vozidel za jízdy. Návrh této koncepce vycházel ze zkušeností na dříve provozovaných systémech s tím, že vybudování rozsáhlejší sítě lokalit tuto kontrolu zajistí a umožní detailnější rozbory výskytu i možného vývoje takových závad. Projekty Diagnostika jedoucích železničních vozidel (DJŽV) a Řídicí systém diagnostiky vozidel (ŘSDV) realizované v letech 2015-2016 tuto koncepci pomohly naplnit. 2. SÍŤ LOKALIT Koncepce vybudování sítě diagnostických lokalit je zakotvena ve Směrnici SŽDC č. 36 z roku 2008 (novelizována v roce 2013). Směrnice navrhuje výstavbu diagnostických stanovišť pro detekci horkých ložisek (IHL), obručí (IHO) a nekorektnosti jízdy (INJ, dříve indikace plochých kol). Celkově bylo na základě této směrnice již nainstalováno 61 diagnostických stanovišť, přičemž poslední 4 jsou budovány v lokalitách kolem železničního uzlu Plzeň. V rámci novelizace směrnice došlo k rozšíření indikace nekorektnosti jízdy a osazení některých dalších traťových úseků. Důraz byl kladen na pokrytí tratí na příjezdech z okolních států. 3. DETEKOVANÉ ZÁVADY NA JEDOUCÍCH VOZIDLECH. 3.1 Indikace horkých ložisek Přehřáté ložisko představuje pro bezpečnost provozu nejrizikovější závadu. Důsledkem přehřátého ložiska může být dokonce i ukroucení čepu vozu, následné vykolejení a škody na infrastruktuře i vozidlech samotných mohou šplhat do milionů. Příčinami zadření ložisek může být více, např. použití nesprávného maziva. Pro detekci této závady je v podmínkách SŽDC nejvíce rozšířena technologie ASDEK/Phoenix. Pracuje na principu IR paprsků v 8 skupinách, které obsáhnou celý ložiskový domek všech typů vozidel. Rychlost vlaku max. 250 km/h Rozsah měření 0 C až 150 C 109
Obr. 1: Mapa lokalit indikátorů v systému ROSA-TDS. 3.2 Indikace horkých obručí Vysoká teplota obručí se vyskytuje v případech, kdy dojde z nějakého důvodu k zablokování brzdy v aktivní poloze. Tyto případy mohou vést do stavů, kdy dochází k majetkovým škodám na vozidlech (škody dopravce), jako například poškození samotné brzdy, obruče kola a ve výsledku poškození celého vozu nebo jeho nákladu po zahoření vozidla. Škody mohou vzniknout i třetím osobám, pokud je okolí tratě vystaveno létajícím jiskrám ze zadřené brzdy nebo pokud se požár z vozidla rozšíří. To jsou případy, kdy se už nejedná pouze o majetkové škody, ale jde už i o bezpečnost provozu. Princip měření je založen také na využití IR paprsků. Rychlost vlaku max. 250 km/h Rozsah měření 80 C až 500 C Obr. 2: Způsob měření teploty ložiskového domku a teploty obruče kola. 110
3.3 Indikace nekorektnosti jízdy Měření nekorektnosti jízdy je založeno na principu měření doby ztráty kontaktu kola s kolejnicí, způsobené odskoky kola od kolejnice. Ty způsobují dynamické rázy poškozující železniční svršek, stavby i samotné vozy. Jejich odhalování pomáhá chránit infrastrukturu před nežádoucím mechanickým působením vadného vozidla na jeho okolí. Rychlost vlaku max. 250 km/h Příčin odskoku kola od kolejnice je několik. 16 z nich je součástí Pokynu provozovatele dráhy k zajištění plynulé a bezpečné drážní dopravy č. 4/2017 a jsou uvedeny níže: Plocha na obvodu kola - plocha na kole vzniká smykem kola s kolejnicí spojeným s úběrem materiálu a vznikem (zvětšením) plošky. Nápeč - na jízdní ploše kola vzniká při intenzivním smyku kola s lokálním natavením materiálu a shrnutím za místo styku kola s kolejnicí, kde se navaří k základnímu materiálu kola. Projetý profil kola (změna profilu) - je změna profilu kola, způsobená provozem, opotřebením a vyválcováním materiálu, kde může dojít až ke vzniku falešného okolku. Ovalita kola - je změna poloměru kola v daném místě. V provozu často vzniká příčným pohybem kola vůči koleji. Excentricita kola - je nesouosost styčné kružnice kola vůči ose ložiska, což způsobuje kmitání. Různý průměr styčných kružnic kol nápravy - kola ujedou různou dráhu, vzpříčí se ve vedení a následně se snaží poskočením a skluzem kola chybu vyrovnat. Prohnutá osa nápravy - způsobí nevyváženost rotujících hmot s následným kmitáním. Dynamicky nevyvážené nápravy - způsobí kmitání rotujících hmot. Výdrolky na oběžné ploše kola - vznikají vytvrzením materiálu při jeho odvalování, jeho následné zkřehnutí se vznikem prasklin a posléze vydrolení materiálu. Polygonizace kol - je velký počet malých plošek, vzniklých účinkem ohřevu materiálu, jeho rekrystalizací, kdy materiál má snahu se vrátit v rámci paměťového efektu polotovaru po třískovém obrábění do původního tvaru. Špatné tlumení a vypružení vozu - může být příčinou příčného nebo podélného kmitání vozu, kdy může dosáhnout i vysokých amplitud a následně krátkou ztrátou kontaktu s kolejnicí. Příčné kmitání (sinusový pohyb) vozidla - je nedefinované chování vozu jedoucího po vlnovce spojené s velkými rázy okolků a kolejnice v příčném směru (nejčastěji vozidla na konci vlaku). Sypající se substrát (neutěsnění vozu před naložením) materiál, který se dostává na jízdní plochu a je drcen koly, kdy poškozuje kolejnici a kolo na jejich plochách (tvrdší substrát vytváří vrypy). Materiál izoluje elektrický kontakt s kolejnicí. Nevyváženost nákladu - jednostranné odlehčení nápravy s následnými odskoky. Znečištěná jízdní plocha kola - může vzniknout dlouhodobým odstavením vozidla se vznikem produktů koroze, která zůstane na jízdní ploše, nanesením znečišťujících látek a jejich zaválcováním do jízdní plochy, atd. Všechny tyto varianty je při záchytu vozidla a následném odstavení soupravy nutné prověřit, aby byla zjištěna přesná příčina. Rozsah i počet detekovaných odskoků je závislý na několika dalších faktorech, z nichž je třeba jmenovat především rychlost, zatížení soupravy, okolní teplota, stav pojížděné koleje. Dynamické projevy vozů při jízdě jsou tedy závislé na kombinaci všech těchto faktorů a mohou se měnit. 111
Obr. 3: Příklady nesprávného chování nápravy při jízdě změny úhlu. Obr. 4: Příklady nesprávného chování nápravy při jízdě posuny. Obr. 5: Kombinace změn úhlu a posunu nápravy sinusový pohyb vozidla při jízdě. Zařízení pro měření nekorektnosti jízdy poskytuje data o reálném chování vozidel na trati. Zařízení ASDEK (DJŽV) je schopno tyto projevy odhalit, nicméně je to pouze část cesty k dosažení cíle, kterým je snaha provozovat vozy v dobrém technickém stavu. Dalším, neméně důležitým krokem, je příčinu takového chování odhalit. Zde již musí přijít na řadu účinná spolupráce dopravce a správce infrastruktury. Jedině dopravce má informace o tom, co proběhlo po vyřazení vozidla ze soupravy, zda byl vůz odvezen do depa na kontrolu, co se kontrolovalo a jaké závady byly odhaleny. Je tedy nutné do procesu vyhodnocení závady na vozidle začlenit i zpětnou vazbu od dopravců. 4. Ř ÍDICÍ SYSTÉM DIAGNOSTIKY VOZIDEL (Ř SDV) ROSA-TDS Při navrhování a budování jednotlivých lokalit diagnostiky závad na jedoucích železničních vozidlech byl kladen velký důraz na co nejvyšší míru automatizace celého procesu. Jedním z dílčích kroků tohoto směřování bylo vybudování centrálního systému sběru dat z jednotlivých indikátorů (ŘSDV) s názvem ROSA-TDS. 112
4.1 Identifikace vozidel V počátečních etapách provozování indikátorů bylo nalezení vadné nápravy prováděno odečtem pořadí nápravy od začátku vlaku. Pro zajištění automatické identifikace vozidel byly v rámci ŘSDV implementovány vazby na provozní informační systémy SŽDC, které s potřebnými identifikačními daty pracují. Číslo vlaku představuje první stupeň identifikace. Bylo realizováno společně s instalací jednotlivých diagnostických lokalit prostřednictvím rozhraní se systémy GTN nebo GRADO. Při realizaci ŘSDV došlo i k napojení na systém ISOŘ, který kromě čísla vlaku poskytuje i informaci o čísle vozidla. Číslo vozidla zajištěno v projektu ŘSDV napojením na systém ISOŘ. Data o vozidlech, kterými ISOŘ disponuje, jsou využívána pro párování s naměřenými daty DJŽV. 4.2 Sledování vývoje závady V návaznosti na identifikaci vozidla systém ROSA-TDS umožňuje sledování vývoje závad na základě čísla vozidla. Uživateli tak nabízí komfortní možnost analýzy vývoje závady během průjezdu vozidla po železniční síti SŽDC. Systém umožňuje generování uživatelských reportů a grafů a jejich porovnávání napříč jednotlivými lokalitami. 4.3 Centrální dohled nad provozem přes indikátory Systém ROSA TDS umožňuje vytvoření statistik a sestav pro vyhodnocení uplynulého období z hlediska četnosti průjezdů, četnosti závad, a zatížení trati. Například součástí zařízení ASDEK jsou počítače náprav, které zajišťují pro celkovou funkci zařízení nezbytná data. Při průjezdu soupravy dojde k identifikaci jednotlivých náprav a jejich počet je pak možné využít v navázaných provozních informačních systémech pro kontrolu skutečné délky vlaku. Takto získaná data jsou následně využívána v ekonomické oblasti provozování dopravní cesty. 5. PŘ ÍPADY Z PRAXE V následujících odstavcích jsou uvedeny některé případy z roku 2017, u kterých se podařilo zjistit příčinu závady: 1) 5. 9. 2017 České Zlatníky - u jednoho vozu soupravy detekovány horké obruče. Při analýze se zjistilo, že po pravidelné kontrole vozů nebyl jeden vůz odbržděn. 2) 4. 7. 2017 Vojkovice Ve Vojkovicích byla detekována horká obruč i ložisko. K nárůstu teploty došlo již v Lanžhotě na indikátoru teploty obručí. Následně byla závada potvrzena ve Vojkovicích (došlo k nárůstu teploty) a vysoká teplota byla indikována i na ložisku. Při analýze bylo zjištěno, že při manipulaci se soupravou ve stanici nebyl odbržděn jeden vůz. 113
Obr. 6: Ukázka naměřených dat ve Vojkovicích z 4. 7. 2017. 3) 28. 6. 2017 Bystřice detekována plocha na 6 nápravě. Detekce se opakovala v Jeseníku nad Odrou. Vůz byl poté vyřazen a převezen do depa. Při opravě bylo zjištěno velké množství ploch na jednom kole. 4) 16. 3. 2017 více lokalit opakované detekce na všech indikátorech. Bylo potvrzeno, že podvozky byly před koncem životního cyklu a byla v plánu jejich výměna. Obr. 7: Ukázka naměřených dat na více lokalitách průjezdy jednoho vlaku z 16. 3. 2017. 6. ZÁVĚ R Masivní výstavbou zařízení pro diagnostiku závad na jedoucích železničních vozidlech od roku 2015 až do současnosti bylo dosaženo naplnění myšlenky Směrnice SŽDC č. 36. Železniční síť v ČR nyní disponuje technologií, které je schopna účinně odhalovat nebezpečné stavy na jedoucích vozidlech a ve výsledku tak napomáhat k udržování kvalitní úrovně technického stavu vozového parku na síti SŽDC. Důležitým aspektem pro budoucí 114
využití naměřených dat je také hustota diagnostických lokalit. Právě díky odpovídající hustotě vyhodnocení lze na konkrétních jedoucích vozidlech sledovat vývoj závad nebo dokonce předcházet nebezpečným situacím. Technologie sama o sobě však takový cíl není schopna zajistit. Je zapotřebí nastavit procesy pro hledání příčin vzniku závad a zajištění tak zpětné vazby u odhalených vozů. Toho lze dosáhnout pouze vzájemnou spoluprací dopravců a správců infrastruktury. 115