Основы эксплуатации горных машин и оборудования

Министерство образования и науки  Российской Федерации 
 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ  
ГОРНЫХ МАШИН  
И ОБОРУДОВАНИЯ 
 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов 
Российской Федерации по образованию  в области горного дела в качестве учебного пособия для  студентов 
вузов, обучающихся по специальности «Горные машины и оборудование» направления подготовки дипломированных специалистов «Технологические машины           
и оборудование» 25.03.2010 г. 
 
Под общей редакцией  
доктора технических наук, профессора А. В. Гилева 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2011 
 

УДК 622.6(07) 
ББК 33.16 я73 
О-75 
 
 
А в т о р ы: А. В. Гилёв, В. Т. Чесноков, Н. Б. Лаврова,  
                    Л. В. Хомич, Н. Н. Гилёва,  Л. П. Коростовенко 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: А. И. Косолапов, д-р техн. наук, проф. Сибирского федерального университета; А. Н. Анушенков, д-р техн. наук, проф. ведущий научный сотрудник Института горного дела СО РАН. 
 
 
 
 
 
О-75            Основы эксплуатации горных машин и оборудования : учеб. 
пособие / А. В. Гилёв, В. Т. Чесноков, Н. Б. Лаврова и др.; под общ. 
ред. А. В. Гилёва. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. – 276 с. 
ISBN 978-5-7638-2194-9 
 
 
В учебном пособии рассмотрены основные положения надежности горной техники и её эксплуатации. Приведены сведения о смазочных материалах и 
системах смазки, даны основные понятия о разрушении, изнашивании деталей и 
узлов машин, методах и средствах их диагностики. Представлены системы и методы технического обслуживания и ремонта горной техники, приведены основные принципы управления механической службой горного предприятия. 
Предназначено для студентов направления подготовки 150400 «Технологические машины и оборудование» (специальность 150402.65 «Горные машины 
и оборудование»), а также для горных инженеров, занимающихся эксплуатацией 
горной техники. 
 
 
 
УДК 622.6(07) 
ББК 33.16 я73 
 
 
 
 
 Сибирский федеральный  
ISBN  978-5-7638-2194-9 
университет, 2011 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
В процессе эксплуатации технологического оборудования надежность, заложенная в нем при конструировании и изготовлении, снижается 
вследствие возникновения различных неисправностей. Эти неисправности 
могут возникнуть в результате несвоевременного и некачественного технического обслуживания и ремонта машины,  её перегрузки, а также изнашивания узлов и деталей. Неисправность  проявляется в нарушениях посадки, т.е. нарушений заданных зазоров в подвижных и натягов в неподвижных соединениях. В свою очередь всякое нарушение посадок обусловлено изменениями в размерах и форме деталей. Отсюда можно сделать вывод, что любая рассматриваемая неисправность в машине является следствием изменений, происшедших в рабочих характеристиках деталей: конструктивных размеров, качества их поверхностей, химического состава, 
структуры, механических свойств материалов и др. 
При обнаружении неисправностей детали подвергают ремонту или 
заменяют новыми, что существенно повышает затраты, связанные с эксплуатацией оборудования. 
Эффективное снижение стоимости ремонта механического оборудования и повышение его долговечности могут быть достигнуты восстановлением изношенных деталей. Опыт передовых предприятий показывает, 
что восстановление изношенных деталей машин при использовании прогрессивной технологии позволяет значительно сократить простои оборудования, увеличить межремонтный срок службы, уменьшить расход запасных деталей и соответственно материала на их изготовление. 
Современная ремонтная служба на производственных предприятиях 
располагает многими способами восстановления деталей, обеспечивающими их высокую долговечность. Сложные и дорогостоящие детали  подвергаются неоднократному восстановлению, что позволяет во много раз 
повысить их срок службы. Для этого требуется высокая организация технического обслуживания и ремонта машин, а также современные технологии ремонтного производства. 
Поэтому необходимо создавать современные ремонтно-механические 
базы на предприятиях, в первую очередь – централизованное восстановление деталей машин и оборудования. В учебном пособии даны основы надежности механического оборудования, представлены сведения о монтаже 
и сборке машин, рассмотрены смазочные материалы (масла, пластичные и 
твердые смазки) и системы смазки, изложены основные методы технической диагностики деталей, даны сведения о методах их восстановления, 
представлены основные понятия о видах неуравновешенности и способах 
балансировки вращающихся деталей, рассмотрены системы и методы ор

ганизации, технического обслуживания и ремонта, изложены основные 
положения работы ремонтно-механической базы горных предприятий. 
В учебные планы вузов для подготовки горных инженеров в 1937 г. 
был введен курс «Ремонт и монтаж горного оборудования». Развитие технологии ремонта машин и оборудования основано на фундаментальных 
трудах отечественных ученых, таких как Н. Н. Бернардос и Н. Г.Славянов – 
авторов русского изобретения – электродуговой сварки; академика В. П. Никитина, сконструировавшего сварочные агрегаты; академика Е. О. Патона, 
разработавшего автоматическую электродуговую сварку под слоем флюса; 
академика Б. С. Якоби, предложившего процесс электролитического осаждения металлов; профессора В. П. Вологдина – автора поверхностного нагрева деталей токами высокой частоты, профессора М. С. Поляка – автора 
многих изобретений в области технологии упрочнения и др. 
Следует отметить, что до 1935 г. в нашей стране плановый ремонт 
горной техники не осуществлялся. В 1934 г. в г. Москва состоялась Первая 
всесоюзная конференция главных механиков шахт, рудников и заводов.  
На ней был рассмотрен вопрос о проблемах в области обслуживания и ремонта машин. Конференция постановила внедрить систему планово-предупредительных работ (ППР), включающую плановые технические осмотры и ремонты: текущие, средние и капитальные. 
Система ППР сыграла огромную роль в укреплении технической 
дисциплины по обслуживанию и ремонту машин и оборудования.  
К 1941 г. эта система была внедрена на большинстве горных и ремонтно-механических заводах. С некоторыми изменениями в планировании и с внедрением технической диагностики система ППР и в настоящее 
время является одним из основных организационно-технологических процессов, обеспечивающих значительное увеличение ресурса работы горных 
машин и оборудования. 
Большую роль в разработке научно-методических основ эксплуатации 
горной техники сыграли труды Российских ученых, таких как В. И. Русихин, П. М. Шилов, Л. И. Кантович, Р. Ю. Подэрни, Г. И. Солод, В. И. Солод, В. И. Морозов, Д. Е. Махно, В. С. Квагинидзе, В. Ф. Петров, В. Б. Корецкий, П. И. Кох, Е. Е. Шешко и др. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. НАДЕЖНОСТЬ ГОРНОЙ ТЕХНИКИ 
 
 
 
1.1. Основы теории надежности 
 
 
1.1.1. Основные понятия и определения надежности 
 
Надежность – молодая наука, возникшая в 50-е годы ХХ века в отрасли электроники и распространившаяся в 60-е годы на все отрасли техники. Наука о надежности изучает закономерности изменения показателей 
качества технических достижений и на основании результатов изучения их 
эксплуатации  разрабатывает методы, обеспечивающие с наименьшими затратами времени и средств   наибольшие   продолжительность  и  безотказность  этих  достижений. 
Эта наука рассматривает общие вопросы изменения качества – естественного и физического без учета морального старения. В машиностроении показатели надежности оценивают физику отказов машин и узлов. 
Главным критерием надежности является экономическая долговечность 
машин. 
Действующий в настоящее время ГОСТ 27.002-89 «Надежность в 
технике. Основные понятия. Термины и определения» устанавливает основные понятия, термины и определения в области надежности. Он распространяется на технические объекты, в том числе на горные машины и 
оборудование [1]. 
Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность 
выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. 
Надежность является сложным свойством и характеризуется такими 
показателями, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и 
сохраняемость. 
Безотказность – это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени работы. 
Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособность 
до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Долговечность – это показатель экономической эффективности работы машины, которая должна прослужить так 
долго, чтобы было экономически целесообразным для ее приобретения. 
Ремонтопригодность – это свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения 

отказов, повреждений, поддержанию и восстановлению работоспособного 
состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта. 
Сохраняемость – это свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после 
хранения и транспортирования. 
 
 
1.1.2. Классификация состояний объекта 
 
Горные машины как объект характеризуются следующими основными состояниями: исправное, работоспособное, неработоспособное, предельное, которые между собой взаимосвязаны  (рис. 1.1).  
 
 
 
 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Классификация состояния объектов: 1 – повреждение; 2 – отказ; 
3 – переход в предельное состояние; 4 – восстановление; 5 – ремонт 
 
 
Исправное состояние – это состояние оборудования, при котором 
оно соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Работоспособное состояние – состояние оборудования, при котором значения всех параметров, характеризующих способ
2 

1 
4 

5 

Исправное состояние 

 
Работоспособное состояние 

 
Предельное состояние 

 
Неработоспособное состояние 
 

Списание 

4 

2 

3

3

ность выполнять заданные функции, соответствует нормативно-технической  
и (или) конструкторской (проектной) документации. 
Неработоспособное состояние – это состояние оборудования, при 
котором оно не способно выполнять в данный момент заданные функции. 
Предельное состояние – это состояние оборудования, находящегося 
на грани аварийного. 
Повреждение – это событие, заключающееся в нарушении неправильного состояния объекта при сохранении работоспособности.  
Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособного 
состояния. 
Существуют также количественные показатели, характеризующие 
состояние объекта: наработку до отказа, технический ресурс, срок службы. 
Наработка до отказа – это наработка объекта от начала его эксплуатации до возникновения первого отказа. 
Технический ресурс – это наработка объекта от начала (либо возобновления после ремонта) его эксплуатации до возникновения предельного 
состояния, выраженная в часах, километрах  пробега или единицах вырабатываемой продукции. 
Срок службы – это календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта (либо возобновления после ремонта) до возникновения 
предельного состояния. 
 
 
 
1.2. Показатели надежности 
 
 
Показатели надежности – это количественные характеристики одного или нескольких объектов, определяющих их надежность [2]. 
Различают единичные и комплексные показатели надежности. Показатели, относящиеся к одному из свойств, определяющих надежность объекта, называются единичными; показатели, относящиеся к нескольким 
свойствам, называются комплексными. 
 
 
1.2.1. Единичные показатели надежности 
 
К единичным показателям относятся: безотказность, долговечность, 
ремонтопригодность и сохраняемость. 
К показателям безотказности относятся: вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа, интенсивность отказов и параметр потока отказов. 

Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникает. 
Для невосстанавливаемых объектов 
 

                           

o

t
t
N
P
N

 ,                                       (1.1) 

 
где Nt – число объектов, безотказно проработавших до момента времени t; 
Nо – число объектов, эксплуатируемых в начальный момент времени t. 
Для восстанавливаемых объектов 
 

o
t
N
P
r



 ,                                          (1.2) 

 
где  Nσо – число наработок, в течение которых объект работал безотказно 
после восстановления до момента времени t; r – общее число наработок. 
Вероятность отказа – это вероятность того, что в пределах заданной 
наработки t возникает отказ, и объект с начала эксплуатации проработает 
время t1 < t: 
 

 
1
.
t
t
Q
P
 
                                         (1.3) 

 
Средняя наработка до отказа Т – это математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. Определяется она как среднее арифметическое наработок всех объектов N, поставленных на испытания или сданных в эксплуатацию: 

o

o
1
o

1
,

N

i
i
T
t
N



                                           (1.4) 

где t – наработка i-го объекта до отказа. 
Средняя наработка до отказа восстанавливаемого объекта – есть отношение наработки к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки. Определяется она как среднее значение наработок 
объекта между отказами: 

o
1
,

r
i

i

t
T
r

 
                                                 (1.5)                     

где t – i-я наработка между отказами; r – число отказов в течение наблюдаемой наработки. 

Интенсивность отказов – это условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта для рассматриваемого 
периода времени t: 
 

 
 



 

t
t
t
t
t

N
N
,
N
t






 
                                     (1.6) 

 
где N(t) и N(t+Δt) – числа объектов, работоспособных соответственно к моментам времени t и (t+Δt). 
Параметр потока отказов – есть отношение среднего числа отказов 
восстанавливаемого объекта за производительную наработку к значению 
этой наработки: 
 

 



 

1
1
,

N
N

i t
t
i t
i
i
t

m
m

N
t







 


                                         (1.7) 

 
где mi(t) – число отказов до наработки t i-го объекта; N – число испытываемых объектов. 
Гамма – процентный ресурс – наработка, в течение которой объект 
не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ процентов. 
Это время работы объектов tγ, в течение которого вероятность P(tγ) безотказной работы бывает не меньше величины γ/100, т. е. 
 

 
/100,
P t  
                                       (1.8) 

 
где γ обычно для технологического оборудования принимают в пределах 
80–98 %. 
Например, для объектов группы оборудования, в которую входят 
грузоподъемные машины, насосы  γ = 95 %. 
К показателям ремонтопригодности относятся:  
а) вероятность восстановления в заданное время – вероятность того, что время восстановления работоспособности машины не превысит 
заданного; 
б) время восстановления – время, затрачиваемое на обнаружение, 
поиск причины отказа и устранение неисправности. 
 
 

1.2.2. Комплексные показатели надежности 
 
К комплексным показателям надежности машин относятся следующие: 
1. Коэффициент готовности – вероятность того, что объект окажется 
работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых 
периодов простоя. 
Для одного объекта 
 



в
/
,
K
T
T
T


                                         (1.9) 
 
где Т – наработка до отказа, ч; Тв – среднее время восстановления, 
 

в
1
,

n
i

i

T
T
n

 
                                                   (1.10) 

 
где Тi – время i-го восстановления; n – количество восстановлений i-гo 
объекта. 
2. Коэффициент технического использования – отношение математического ожидания интервалов времени пребывания машины в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, времени простоев на техническое обслуживание и ремонт.  
Для одного объекта 
 

c
ти
c
то
р
,
t
K
t
t
t



 
                              (1.11) 

 
где tc – суммарная наработка до отказа за рассматриваемый период; tто – 
суммарное время простоев из-за технического обслуживания; tо – суммарное время простоев из-за ремонтов за рассматриваемый период. 
3. Коэффициент оперативной готовности – вероятность того, что 
объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент 
времени, кроме планируемых периодов технического обслуживания и ремонта. Он вычисляется по формуле 
 

ог
г
( ),
t
K
K
P


                                     (1.12) 
 
где Кг – коэффициент готовности; Р(t) – вероятность безотказной работы.