Надежность горных машин и оборудования

ГОРНОЕ ДЕЛО

В учебном пособии рассмотрены методики определения показателей надежности, физическая природа и 
причины возникновения отказов, их виды и классификация. Особое внимание уделено обеспечению надежности 
машин на стадии их проектирования, приведены методы 
поддержания надежности при изготовлении и эксплуатации машин.

Учебное 
пособие

В.А. Карепов, Е.В. Безверхая, В.Т. Чесноков

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
В.А. Карепов, Е.В. Безверхая, В.Т. Чесноков 
 
 
 
НАДЕЖНОСТЬ  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 «Горное дело», 22.11.2011 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2012 

УДК 622.232(07) 
ББК 33–5я73 
К22 
 
Рецензенты: 
зам. директора СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН,  
доктор технических наук, профессор А.М. Лепихин; 
зав. лабораторией «Проблемы освоения недр» Института химии  
и химической технологии СО РАН,  
доктор технических наук, профессор А.Г. Михайлов; 
профессор-консультант ФГАОУ ВПО СФУ, доктор технических наук, 
профессор, заслуженный деятель науки РФ В.Д. Буткин 
 
 
Карепов В.А. 
К22 
 Надежность горных машин и оборудования: учеб. пособие / 
В.А. Карепов, Е.В. Безверхая, В.Т. Чесноков. –  Красноярск:  Сиб. 
федер. ун-т, 2012. – 134 с. 
ISBN 978-5-7638-2651-7 
 
 
В учебном пособии рассмотрены методики определения показателей надежности, физическая природа и причины возникновения 
отказов, их виды и классификация. Особое внимание уделено обеспечению надежности машин на стадии их проектирования, приведены методы поддержания надежности при изготовлении и эксплуатации машин. 
Пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по 
направлению подготовки дипломированных специалистов 130400 
«Горное дело». 
 
УДК 622.232(07) 
ББК 33–5я73 
 
ISBN 978-5-7638-2651-7 
© Сибирский федеральный университет, 2012 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Надежность изделий является основным показателем их качества. Проблема обеспечения надежности продукции возникла в 50-х гг. 
прошлого столетия применительно к радиоэлектронным устройствам, 
состоящим из большого числа элементов. Современные технологические машины открытых и подземных горных работ также состоят из 
большого количества узлов и деталей, снабжаются автоматическими 
и электронными системами управления и контроля. 
Требования к надежности промышленных изделий, в том числе 
к надежности горных машин, постоянно возрастают. Было выпущено 
значительное количество публикаций по данному вопросу, большинство из них посвящено стадии эксплуатации техники и часть – вопросам расчета надежности изделий на стадии их разработки. Однако надежность является комплексным понятием, создается и поддерживается на всех стадиях формирования изделия: при проектировании, изготовлении и эксплуатации. 
При организации работ по отработке надежности следует исходить из того, что надежность закладывается на стадии научноисследовательских и опытно-конструкторских работ, обеспечивается 
при серийном производстве, поддерживается и восстанавливается при 
техническом обслуживании и ремонте, реализуется при использовании по назначению. 
Создание надежных машин требует ускоренных ресурсных испытаний, при которых выявляются отказы наименее надежных деталей и узлов. Но для горных технологических машин эти испытания 
могут быть осуществлены лишь частично, да и то в основном для узлов, требующих дорогостоящего оборудования и приборной базы 
стоимостью до десяти миллионов рублей. Для многих предприятийизготовителей техники это трудноосуществимо, что обрекает их на 
чрезмерно длительные периоды доводки машин после анализа данных об их реальной эксплуатации. В результате машина доводится 
тогда, когда ее уже нужно снимать с производства, как морально устаревшую. 
Целью курса «Надежность машин» является изучение теории, 
которая позволяет на стадиях проектирования с относительно низкими затратами рассчитать основные ресурсные, временные и стоимостные показатели будущей машины, показать, какими методами мож

но обеспечивать и поддерживать эти показатели на стадии изготовления и эксплуатации машин. 
В курсе надежности машин и оборудования изучаются: 
1. Закономерности возникновения отказов и способы их устранения. 
2. Влияние внешних и внутренних воздействий на процессы, 
происходящие в изделиях. 
3. Методы количественного определения показателей и оценки 
надежности. 
4. Мероприятия по повышению надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации изделия. 
Теория надежности – комплексная наука, относящаяся к компетенции инженера и экономиста. Для решения значительной части вопросов при расчетах используются методы теории вероятности и математической статистики. 
Содержание учебного пособия соответствует программам курсов надежности для студентов курсов направления 130400.65 «Горное 
дело», изучающих вопросы проектирования, изготовления, монтажа, 
наладки, эксплуатации горных машин. 

1. ОСНОВНЫЕ  ПОЛОЖЕНИЯ,  
ТЕРМИНЫ  И  ОПРЕДЕЛЕНИЯ.  
ПОКАЗАТЕЛИ  НАДЕЖНОСТИ 

1.1. Основные положения 

Уровень надежности изделия нельзя связывать с изделиями, вырабатывающими весь свой заданный ресурс. Уровень надежности характеризуется затратами на освоение изделия, его отработку, изготовление и эксплуатацию. Поэтому надежность должна иметь интервальную оценку и назначаться такой, какая необходима в каждом 
конкретном случае. 
Так, например, ресурс ходовой части танка или двигателей 
самолетов имеет строго ограниченный заданный ресурс, отличный 
от транспортных машин. Вместе с тем большой ряд сложных машин, систем, комплексов не допускает даже единичных отказов, 
так как резко снижается экономический эффект от применения новой техники. Отказ одного из элементов ЭВМ способен привести к 
остановке всего вычислительного комплекса или производственного процесса. 
Первые исследования по надежности относятся к концу Второй 
мировой войны. Основанием послужили факты отказов электронных 
систем самолетов и устройств военно-морского флота США (до 70 % 
электронных устройств в начальный период их эксплуатации после 
20 ч работы). 
Отечественный и зарубежный опыт повышения надежности 
машин показывает, что наибольший эффект достигается, когда соблюдаются следующие требования: 
• надежность изделия закладывается при его проектировании; 
• заданные показатели надежности закладываются в техническом задании на изделие, они должны быть не ниже стандартных, на уровне лучших зарубежных аналогов,  
• новые модификации изделий должны подвергаться отработке 
на надежность; 
• отработка на надежность должна включать комплекс конструктивных и технологических мероприятий, выполнение рас

четов и испытаний, установлений правил пользования, состав 
и комплектность запасных частей по годам и на весь срок 
службы изделий; 
• допуск к серийному производству должен производиться после подтверждения нормируемых техническим заданием показателей надежности; 
• испытания на надежность должны быть комплексными, включать стендовые испытания, поузловые, эксплуатационные; 
• проведение расчетов по надежности должно выполняться в 
процессе проектирования, до испытаний, по современным методикам, заложенным стандартами по надежности.  

1.2. Система стандартов  
«надежность в технике» 

Система стандартов «Надежность в технике» (ССНТ) предназначена для нормативного обеспечения методов, мероприятий и 
средств, направленных для достижения требуемого уровня надежности изделий. 
ССНТ должна обеспечивать эффективность организационных, 
конструкторских, технологических и эксплуатационных мероприятий 
для достижения оптимального уровня надежности машин, объективных и сопоставимых результатов контроля и испытаний машин на надежность. 
В систему стандартов входят стандарты, разделяющиеся на 5 
групп и имеющих свой код:  
«0» – общие вопросы надежности;  
«1» – нормирование надежности по номенклатуре, показателям, 
критериям отказов;  
«2» – методы расчетов надежности, в том числе и норм запасных частей;  
«3» – методы обеспечения надежности при конструировании, 
изготовлении и эксплуатации;  
«4» – испытания и контроль надежности;  
«5» – сбор и обработка информации по надежности. 
Государственный стандарт ССНТ обозначения представлен следующей схемой: 

ГОСТ 27. Х 
ХХ 
ХХ 
 
Две последние цифры 
года утверждения стандарта 
 
Порядковый номер стандарта в группе 
 
Код группы 
 
ССНТ 

 

Примеры обозначения стандартов ССНТ: 
ГОСТ 27.001–81 Система  стандартов «надежность в технике». 
Основные положения. 
ГОСТ 27.002–89 Надежность в технике. Основные понятия, 
термины и определения.  
ГОСТ 27.209–85 Надежность в технике. Технологические системы. Расчет надежности по параметрам производительности. 
ГОСТ 27.410–87 Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и плана контрольных испытаний на надежность. 

1.3. Термины и определения 

Термины устанавливаются стандартами ГОСТ 21623–86; ГОСТ  
16504–81; ГОСТ 27.002–89 и ГОСТ 18322–87. Они обязательны к 
применению для всех видов техдокументации и литературы. Для каждого понятия стандартизован один термин и применение терминов – 
синонимов не допускается. 
Технический объект (изделие) – предмет, подлежащий расчету, 
анализу, испытанию и исследованию в процессе его проектирования, 
изготовления, применения, технического обслуживания, ремонтов, 
хранения и транспортирования в целях обеспечения эффективности 
его функционального назначения. 
Механическая система (система) – сложный объект, представляющий собой совокупность взаимосвязанных функционально и расположенных в определенном порядке объектов. Это могут быть машины, агрегаты, сборочные единицы, которые в зависимости от цели 

исследования могут входить в более сложную механическую систему 
в качестве подсистемы или элемента. 
Элемент (механической системы) – объект, представляющий собой часть системы в конкретном исследовании. Элементами могут 
быть детали, сборочные единицы, агрегаты и даже машины, если они 
в исследовании (расчете) представлены только признаками и характеристиками, без раскрытия их внутреннего содержания. 
Понятие система и элемент системы должны рассматриваться 
как целое и часть в конкретном исследовании, и поэтому эти понятия 
относительны. Что было системой в отношении части, то будет элементом при рассмотрении целого. 
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 транспортирования. Это свойство определяет эффективность 
функционирования изделия во времени через свои показатели. Надежность, являясь комплексным свойством, оценивается через показатели частных свойств – долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости, каждого в отдельности или в различных 
их сочетаниях.  
Безотказность – свойство объекта сохранять работоспособность 
непрерывно в течение некоторого времени или наработки. Проявляется как в режиме работы, так и в режиме ожидания. 
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность 
до предельного состояния с возможными  перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Долговечность разделяют на физическую и моральную. 
Физическая долговечность – это продолжительность работы 
машины в средних условиях эксплуатации до капитального ремонта 
или списания. Списание производится тогда, когда эксплуатация становится опасной, технически невозможной, а восстановление экономически нецелесообразным. 
Моральная долговечность – это продолжительность работы машины, после которой ее конструкция становится технически и экономически не эффективной по сравнению с новыми типами машин. 
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного 
состояния путем технического обслуживания и ремонтов. 

Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение и после режимов ожидания, хранения и транспортирования. Изделие в период его применения (эксплуатации) может находиться в исправном, неисправном, работоспособном, неработоспособном состояниях. Особое состояние изделия – 
его предельное состояние. Переход из одного состояния в другое характеризуется событиями – повреждением или отказом. 
Исправное состояние (исправность) – состояние объекта, при 
котором он удовлетворяет всем требованиям нормативно – технической документации (НТД). 
Неисправное состояние (неисправность) – состояние объекта, 
при котором он не удовлетворяет хотя бы одному из требований НТД. 
Работоспособное состояние (работоспособность) – состояние 
объекта, при котором изделие способно выполнять заданные функции, соответствующие требованиям НТД. 
Неработоспособное состояние (неработоспособность) – состояние объекта, при котором не выполняется хотя бы один параметр заданных функций изделия, указанных в требованиях НТД. 
Предельное состояние – состояние объекта, при достижении которого его дальнейшее применение (эксплуатация) по назначению недопустимо, невозможно, или нецелесообразно. 
Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении его работоспособного состояния. 
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособно-
го состояния объекта. 
Причина отказа – явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа. 
Ремонтируемый объект – объект, для которого возможность проведения ремонтов и технического обслуживания предусмотрены НТД. 
Неремонтируемые объекты – объекты, для которых ремонты и 
техобслуживание не предусмотрены НТД. 
Абсолютное большинство машин и их сборочных единиц относятся к ремонтируемым. К неремонтируемым могут быть отнесены 
подшипники качения, ременные и зубчатые передачи, рукава высокого давления, манжеты и уплотнения, фрикционные накладки, пружины и др. 
Величина, характеризующая одно из свойств или несколько 
свойств надежности, называется показателем надежности.