Nápady a objevy

25. ledna 2021

Chytré výhybky dokážou upozornit na svůj horšící se stav a zabránit i vykolejení vlaku

Prozatím probíhá testování chytrých snímačů přímo na místě, v budoucnu by mělo vše fungovat vzdáleně. | Autor: archiv Lukáše Raifa
Zatímco dnes se několik desítek tisíc výhybek v české železniční síti musí kontrolovat přímo na místě v jakémkoliv počasí, do budoucna by mohla rutinní práci zastat čidla a umělá inteligence od odborníků z Fakulty stavební VUT. Snímače by dokázaly upozornit na horší kondici výhybky ještě předtím, než by byla potřebná nákladná oprava a zastavení tratě. Zároveň by se čidla dokázala sama dobíjet z vibrací vzniklých při průjezdu vlaku.

Čekáte na nástupišti, vlak nepřijíždí a avizované zpoždění se stále zvětšuje. Důvodem jsou často laikům nicneříkající technické, nebo provozní problémy. Může se jednat od nalomené kolejnice až po planý poplach zabezpečovacího systému. Oběma jmenovaným situacím chtějí předcházet stavaři a strojaři z VUT. „Cílem je zlepšit vlastnosti výhybek tak, aby byla výhybka sama sebe schopná hlídat, diagnostikovat a posílat informace o svém technickém stavu. Na základě informací by také mělo být možné plánovat údržbu,“ vyzdvihuje hlavní přínos vyvíjeného systému Otto Plášek, vedoucí Ústavu železničních konstrukcí a staveb na Fakultě stavební. „Dnes musí k výhybce přijít člověk, který třeba ultrazvukem změří kolejnicové vady. Zavádí se vyšší rychlosti na železnici, budou se stavět vysokorychlostní tratě, první už v roce 2025, a samozřejmě při vyšších rychlostech je ještě více nebezpečné, aby se v kolejišti pohyboval zaměstnanec údržby a kontroloval výhybky. Je nezbytné, aby tam byly snímače, které nebudou vyžadovat manuální inspekci. Navíc je dnes stejně jako jinde nedostatek zaměstnanců.“

Pohyb v kolejišti může být při stále se zvyšující rychlosti vlaků nebezpečný, proto mají čidla velký význam pro bezpečnost obsluhy. | Autor: archiv Lukáše Raifa
K existujícím výhybkám dokáží vývojáři připojit čidla, která provádí kontrolu ne jednou za půl roku, ale neustále. Údaje by se posílaly do počítače, který by obsluhu včas upozornil. „Umělá inteligence bude data zpracovávat a bude říkat, jestli je výhybka v pořádku, jestli se v ní děje něco hodného pozornosti a případně označí výhybky, které vyžadují okamžitý zásah,“ připodobňuje Plášek systém k semaforu. „Základní je dynamická odezva při průjezdu vlaku. Vozidlo přejede přes část výhybky, třeba přes srdcovku, ta se vlivem rázů zachvěje. Chceme snímat tento signál a sledovat křivku vibrací v čase. Na základě znalostí křivek dokážeme vady odhalit dopředu,“ vysvětluje princip kontroly chytrými snímači Lukáš Raif, který působí na Fakultě stavební jako doktorand a zároveň je výzkumníkem ve firmě DT – Výhybkárna a strojírna.

Vlak nemusí hned vykolejit, aby byl problém

A co že se může s výhybkou stát? „Nejcitlivější z hlediska účinků na trati je srdcovka, místo, kde se kříží kolejnice. Může dojít třeba k problému s geometrií, kdy se kolejnice zdeformují, nebo se objeví trhlinky, které můžou ve výjimečném případě skončit lomem kolejnice. Může vzniknout ojetí na pohyblivých částech, kdy v extrémním případě hrozí vykolejení vlaku. Je tam řada možných poruch od praskání svěrek až po upevnění na pražcích. Horší stav jedné části výhybky navíc může ovlivňovat i další součásti. Cílem projektu je odhalit tyto problémy nejlépe ještě dříve, než nastanou. Tak aby údržba mohla zasáhnout, problém vyřešit nebo včas zastavit provoz na trati. Pokud by vznikla trhlinka, chceme o ní jednoduše vědět ještě dříve, než dojde k lomu kolejnice,“ doplňuje Raif.

V současnosti se v oblasti srdcovky používá až deset čidel. Odborníci hledají možnost, jak jejich počet snížit. | Autor: archiv Lukáše Raifa
Narušení může vést třeba k lomu jazyků, tedy pohyblivých částí výhybky. Pokud k tomu dojde, přestane náhle fungovat několik metrů koleje a vlak může vykolejit. Odborníci z VUT ví za posledních deset let o třech vážných nehodách, zároveň ale Otto Plášek dodává, že nepříjemné jsou i mnohem méně závažné události: „Úplně stačí, když z nějakých důvodů vyhodnotí zabezpečovací zařízení, že výhybka není bezpečně přestavená. V takovém případě se většinou zastaví provoz na trati. Stanice dnes nejsou obsazeny, ale výhybku je potřeba zkontrolovat, a než se k ní někdo dostane, trvá to třeba hodinu a půl. Vlaky stojí, a nakonec se často zjistí, že s výhybkou nic není. Pokud je to frekventovaná trať, máte najednou zpoždění třeba u třiceti vlaků.“

Vědci dnes osazují výhybku jen v oblasti srdcovky deseti snímači. „Chceme zjistit, co dokážeme z dat vyvodit a jestli by třeba nestačily snímače jen tři. Data zatím sbíráme nárazově, což by se také do budoucna mělo změnit,“ doufá Lukáš Raif. Zároveň odborníci pracují na vývoji autonomního napájení. Protože není možné ke každé výhybce zajistit přívod elektřiny, čidla by se dobíjela sama pomocí takzvaných energy harvestorů, které umějí vyrábět energii například z vibrací při průjezdu vlaku.

Součástí projektu jsou kromě DT - Výhybkárna a strojírna a Fakulty stavební VUT také odborníci z Fakulty strojního inženýrství VUT, Univerzita Pardubice a společnost RETIA, která zajišťuje spolupráci se Správou železnic.

(tk)

Témata

Související články:
Vláda na dva týdny pro studenty zcela uzavírá vysoké školy
Nový systém pro pracovní příležitosti ve školství
V nové kampani VUT jde o záchranu světa, studenti z FaVU vytvořili i počítačovou hru
Interní grantová soutěž
Poslední šance se přihlásit do Ceny Wernera von Siemense