Впровадження та оцінка ефективності систем моніторингу стану плітей безстикової колії в умовах Львівської залізниці.

Abstract

Магістерська робота присвячена дослідженню, розробці та обґрунтуванню ефективної системи моніторингу стану плітей безстикової колії в умовах мережі Львівської залізниці. Актуальність теми зумовлена тим, що безстикова колія, попри значні експлуатаційні переваги, є конструкцією з підвищеною чутливістю до температурних і механічних впливів. Порушення температурно-напруженого стану, угон плітей, дефекти баластної призми та зварних стиків можуть призвести до викидів, зламів рейок і аварійних ситуацій. Це вимагає переходу від традиційних періодичних оглядів до застосування сучасних систем безперервного моніторингу. Об’єкт дослідження – безстикова колія та умови її експлуатації. Предмет дослідження –процеси формування температурно-напруженого стану рейкових плітей та методи й системи моніторингу, які забезпечують контроль температури, поздовжніх переміщень, напружень та стану баластної призми в умовах реальної експлуатації. Мета дослідження – обґрунтувати необхідність, розробити та запропонувати рекомендації щодо впровадження комплексної системи моніторингу стану плітей безстикової колії на Львівській залізниці. У першому розділі проаналізовано конструкцію та принцип роботи безстикової колії, а також вимоги українських і європейських нормативних документів. Показано, що стабільність безстикової колії визначається контролем температури рейок, нейтральної температури плітей, стану баластної призми та ефективністю проміжних скріплень. Традиційні методи огляду забезпечують лише вибірковий контроль і не дозволяють оперативно реагувати на небезпечні зміни. Другий розділ присвячений дослідженню сучасних методів моніторингу в Україні та за кордоном. Порівняння показало суттєву різницю між ручними процедурами, що домінують в Україні, та автоматизованими системами безперервного контролю, які використовують США, країни ЄС та Японія (RSMS, DFOS, Senceive, Pandrol). Міжнародні технології дають змогу визначати напруження та переміщення плітей у реальному часі й прогнозувати розвиток небезпечних станів. У третьому розділі розроблено концепцію комплексної системи моніторингу, адаптованої до умов Львівської залізниці. Запропоновано архітектуру, що включає сенсорний рівень, канали зв’язку, аналітичний сервер і користувацький інтерфейс. Описано алгоритм: збір параметрів, передача, обробка, аналіз, прогнозування ризиків, формування попереджень та автоматичних звітів. Наведено вимоги до датчиків, їх точності, автономності та захисту. Четвертий розділ містить практичні рекомендації щодо впровадження системи моніторингу. Обґрунтовано вибір місць розміщення датчиків відповідно до рівня ризику (криві малого радіуса, підходи до мостів, ділянки зі зниженим плечем баластної призми, зони з повторним угоном). Описано вимоги до технічного обслуговування системи та визначено очікувані результати: зменшення випадків угону плітей, підвищення стійкості колії, оптимізація регламентних робіт та узгодження з європейськими стандартами. У цілому робота пропонує комплексне техніко-аналітичне рішення щодо цифрового моніторингу безстикової колії та доводить, що впровадження такої системи здатне суттєво підвищити безпеку руху, зменшити витрати та забезпечити стабільність роботи інфраструктури.

The master’s thesis is devoted to the study, development and justification of an effective monitoring system for continuously welded rail (CWR) strings under the operating conditions of the Lviv Railway network. The relevance of the topic arises from the fact that although CWR track has significant operational advantages, it is highly sensitive to temperature and mechanical impacts. Violations of the stress–temperature state, rail creep, ballast degradation, and weld defects can lead to track buckling, rail breaks, and hazardous situations. This necessitates a shift from traditional periodic inspections toward the use of modern continuous monitoring systems. Object of the study – continuously welded rail track and its operating conditions. Subject of the study – the processes of forming the thermal–stress state of rail strings and the monitoring methods and systems that ensure control of temperature, longitudinal displacements, stresses, and ballast condition under real operating conditions. Purpose of the study – to substantiate the necessity, develop, and propose recommendations for implementing an integrated monitoring system for continuously welded rail strings on the Lviv Railway. The first chapter analyzes the construction and operating principles of CWR track, as well as Ukrainian and European regulatory requirements. It is shown that CWR stability depends on controlling rail temperature, neutral temperature of rail strings, ballast condition, and fastening performance. Traditional inspection methods provide only selective control and do not allow timely detection of dangerous changes. The second chapter investigates modern monitoring methods used in Ukraine and abroad. The comparison shows a significant gap between manual procedures dominant in Ukraine and automated continuous monitoring systems used in the USA, EU countries, and Japan (RSMS, DFOS, Senceive, Pandrol). International technologies enable real-time stress and displacement measurement and forecasting of hazardous conditions. The third chapter presents the concept of a comprehensive monitoring system adapted to the Lviv Railway. The proposed architecture includes a sensor layer, communication channels, an analytical server, and a user interface. The algorithm includes: parameter collection, transmission, processing, analysis, risk prediction, generation of alerts and automatic reports. Requirements for sensors, their accuracy, autonomy, and protection are specified. The fourth chapter provides practical recommendations for implementing the monitoring system. The selection of sensor locations is justified based on risk level (small-radius curves, bridge approaches, sections with reduced ballast shoulder width, zones with repeated rail creep). Requirements for technical maintenance and expected results are described: reduction in rail creep cases, increased track stability, optimization of maintenance operations, and alignment with European standards. Overall, the thesis offers a comprehensive technical and analytical solution for digital monitoring of CWR track and demonstrates that the implementation of such a system can significantly enhance traffic safety, reduce costs, and ensure long-term infrastructure stability.