Надежность машин и механизмов

Министерство образования и науки Российской Федерации

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НАДЕЖНОСТЬ МАШИН 
И МЕХАНИЗМОВ

Под редакцией кандидата технических наук Б.А. Кайтукова
и кандидата технических наук В.И. Скеля

Москва  2017

2-е издание (электронное)

УДК 621.8+69.002.5
ББК 34.42
Н17

Рецензенты: 
доктор технических наук, проф. В. А. Уваров, заведующий кафедрой 
теплогазоснабжения и вентиляции Белгородского государственного 
технологического университета им. В. Г. Шухова; кандидат технических 
наук, академик Межрегиональной общественной организации 
«Академия проблем качества» РФ Ю. И. Гудков, директор 
Государственного конструкторско-технологического института 
по механизации монтажных  и специальных строительных работ; 
доктор технических наук А. П. Горносько, директор по развитию 
ЗАО «ПАТРИОТ-Инжиниринг» 
Авторы: 
В. А. Черкасов, Б. А. Кайтуков, П. Д. Капырин, В. И. Скель, М. А. Степанов

Н17

ISBN 978-5-7264-1651-9  
Рассмотрены основные положения концепции развития процесса познания объектов иноязычной действительности; языковая картина мира 
как понятие, способное интерпретировать культуру и выявить ее специфические признаки через семантику, коммуникативное поведение, грамматику. Представлены исследования поликультурного образования и его особенностей, опыт экспериментального воплощения комплекса педагогических 
условий воспитания межкультурной толерантности студентов, модель развития проектировочных умений бакалавров технического профиля в лингвистическом образовании.
Для научных работников в области филологии, преподавателей, специалистов, работающих на неязыковых кафедрах, аспирантов.

УДК 621.8+69.002. 
ББК 34.42

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Надежность 
машин и механизмов : учебник / М-во образования и науки Рос. Федерации, 
Моск. гос. строит. ун-т ; авт.-сост.: В.А. Черкасов [и др.] ; под ред. Б. А. Кайтукова и В. И. Скеля. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2015. — 272 с. — 
ISBN 978-5-7264-1184-2.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных 
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать 
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-7264-1651-9  
© НИУ МГСУ, 2015

Надежность машин и механизмов [Электронный ресурс] : 
учебник / М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. 
строит. ун-т ; авт.-сост.: В. А. Черкасов [и др.] ; под ред. 
Б. А. Кайтукова и В. И. Скеля. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые 
дан. (1 файл pdf : 273 с.). — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2017. — 
(Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ). — Систем. 
требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ПРЕДИСЛОВИЕ

Строительная отрасль, развивающаяся в условиях острой конкуренции, — не только двигатель, но и барометр экономического 
развития государства. Современные тенденции развития строительной техники ставят перед машиностроителями сложные задачи. Интенсификация строительно-монтажных работ влечет за 
собой существенное повышение уровня механизации и автоматизации строительства. Для строительной техники в этих условиях 
характерны такие направления развития, как увеличение степени 
автоматизации, повышение нагрузок, скоростей, снижение габаритов и массы, повышение требований к точности функционирования, мощности и производительности. С принятием и реализацией национальных проектов по росту строительства жилья и дорог 
возникла необходимость в увеличении объемов производства различных качественных бетонов, цемента, щебня, камня, кирпича, 
плитки и других строительных материалов. В связи с этим проектировщики машиностроительной продукции для строительства 
начали предлагать новые технологии, повышающие автоматизацию 
и механизацию строительных операций, а изготовители — машины, 
комплексы и оборудование по производству и обработке современных материалов. Качественный прорыв в создании новой строительной техники требует от создателей выполнения комплекса мероприятий, направленных на достижение совокупности свойств 
строительных машин, оборудования и их элементов — надежности, 
технологичности, эргономичности, дизайна, унификации и экологичности [9; 10]. Развитие строительной техники характеризуется разработкой и внедрением качественных и надежных технологических систем. Для любого предприятия качество продукции и 
предоставляемых услуг является основной задачей.
В современных условиях интенсификации производства надежность машин и механизмов является важнейшим показателем качества продукции. Поэтому в учебные планы подготовки специалистов и бакалавров многих направлений, в том числе и строительства, 
включены дисциплины, в той или иной мере связанные с надежностью. Цель дисциплины «Надежность машин и механизмов» — 
сформировать у бакалавров-механиков научные основы создания 
(проектирования, производства) и эксплуатации качественных и 
надежных строительных машин, оборудования и механизмов.

Данный учебник основан на курсе лекций, читаемых в МГСУ 
студентам различных специальностей и профилей подготовки. 
В учебнике получил развитие положенный в его основу материал 
учебного пособия [10], что было вызвано появлением новых стандартов и методик в области надежности.
Основные понятия, показатели и методы управления качеством 
продукции, необходимые для машиностроителей, проектировщиков и эксплуатационников строительной техники, приведены в 
главе 1 учебника.
Надежность — одна из основных характеристик любой технической системы [1; 12]. Как внутреннее свойство надежность системы закладывается на этапе проектирования, обеспечивается в 
процессе производства и реализуется в процессе применения технической системы по назначению. При рациональном выборе мероприятий для обеспечения надежности строительных машин и 
оборудования (СМиО) большая роль принадлежит количественным 
методам исследований, применение которых позволяет: научно 
обосновать требования к вновь создаваемым образцам строительной техники; выбрать пути снижения экономических затрат и сокращения времени на разработку техники, повышения качества 
производства машин, получения объективной оценки технического состояния СМиО в период их эксплуатации.
Ненадежная машина или механизм не сможет эффективно выполнять свои функции. Особенностью проблемы надежности 
СМиО, а также их механизмов является связь со всеми этапами 
проектирования, производства и эксплуатации техники. Следовательно, основные решения по надежности, принятые на стадии 
проектирования или изготовления СМиО, непосредственно сказываются на их эксплуатационных и экономических показателях.
Наука о надежности изучает закономерности изменения показателей качества машин и на их основе разрабатывает методы, которые обеспечивают с наименьшими затратами времени и средств 
необходимую продолжительность и безотказность работы этих машин. Она базируется на фундаментальных математических и естественных науках. Основные понятия, определения и свойства надежности рассматриваются в главе 2 учебника.
Теоретической базой надежности является математический аппарат теории вероятностей и математической статистики. Математические методы теории надежности получили широкое развитие, 
они предоставляют большие возможности для решения практиче

ских задач [2; 7]. Понятия и методы теории надежности нашли отражение в главе 3.
Современная строительная техника представляет собой сложную 
систему, состоящую из множества элементов. Отказ любого элемента влечет за собой существенные затраты на восстановление 
техники при ее эксплуатации. Поэтому машиностроители должны 
предлагать строителям надежную и качественную строительную 
технику, закладывая при проектировании перспективные технологии и создавая надежные образцы. Основные методы анализа, прогнозирования, управления и повышения уровня надежности строительных машин и оборудования приведены в главах 4—6 учебника. 
Бакалавры-механики должны обладать определенным кругом 
теоретических знаний и владеть навыками оптимальной эксплуатации строительной техники. Современные возможности науки, 
накопленный опыт разработки, внедрения и эксплуатации качественных и надежных технических систем позволили определить 
основные направления развития теории и практики обеспечения 
надежности СМиО и их механизмов на разных стадиях: создание 
математических и физических моделей надежности и технологии 
их использования при проектировании, производстве и эксплуатации; создание методов определения дефектов, отказов, неисправностей и методов аварийных ситуаций, их диагностирования на 
всех стадиях жизни машин и оборудования; нормирование показателей надежности; прогнозирование надежности и ресурса; развитие методов и средств технической диагностики; оптимизация 
и внедрение сертификации и лизинга основных элементов машин 
и оборудования; развитие методов сбора и обработки статистической информации по отказам [19; 22; 30; 34; 36; 43; 45]. Основные 
методы технического диагностирования, сертификации и лизинга 
строительной техники описаны в главе 7.
В главе 8 даны методы определения экономической эффективности повышения надежности и качества строительных машин и 
оборудования.
Наконец, в главе 9 приведены примеры определения показателей надежности машин и их элементов, выбора структурных схем 
повышения надежности различных строительных машин и оборудования.
Авторы выражают благодарность рецензентам — доктору технических наук В.А. Уварову, кандидату технических наук Ю.И. Гудкову, доктору технических наук А.П. Горносько за ценные замечания. 

Кроме того, авторы безмерно признательны коллективу Издательства МИСИ–МГСУ, принимавшему участие в подготовке учебника, — редактору А.К. Смирновой, корректору В.К. Чупровой, верстальщику О.Г. Горюновой, дизайнеру Д.Л. Разумному, благодаря 
профессиональной работе которых материал приобрел стройный 
и законченный вид.
Авторы надеются, что данная книга будет полезна студентам и 
специалистам, проектирующим и эксплуатирующим строительные 
машины и оборудование. Она позволит будущим специалистам 
приобрести навыки решения задач, связанных с повышением надежности строительной техники, а изготовителям и эксплуатационникам техники расширить свои знания в данном вопросе.
Будем признательны любым замечаниям и предложениям читателей по улучшению содержания книги. Отзывы следует направлять по электронной почте: moidm@mgsu.ru.
Авторы учебника

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ 
СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

1.1. Основные понятия и показатели 
качества продукции

Качество продукции есть совокупность ее свойств, определяющих степень пригодности продукции для использования по назначению. Качество продукции охватывает не только потребительские, но и технологические ее свойства, надежность, конструкторские и художественные особенности, уровень унификации и 
стандартизации деталей и сборочных единиц в конструкции. Сложность решения проблем качества строительных машин и оборудования (СМиО) заключается в их межотраслевом характере, при 
котором необходимое качество машин и оборудования обеспечивают сотни предприятий.
Применяемые в международной и отечественной практике для 
характеристики обеспечения качества продукции и услуг основные 
понятия и положения определяются документами международных 
организаций — ИCO (International Organization for Standardization, 
ISO) и МЭК (Международная электротехническая комиссия), 
а также Госстандарта Российской Федерации [14—18].
Для эффективного управления качеством продукции требуется 
количественная ее оценка при обоснованно выбранных показателях качества. Качество характеризуется целым рядом количественных показателей. В зависимости от характеризуемых свойств выделяют несколько групп показателей качества: показатели назначения, показатели надежности, показатели экономического 
использования, эргономические показатели, эстетические показатели, экологические показатели и показатели безопасности.
Количественная оценка заключается в определении численных 
значений показателей качества продукции. Эти значения применяются для обоснования выбора сравнительных вариантов оптимальных решений при управлении качеством, изучении динамики, 
контроле качества продукции. Для количественной оценки качества 
продукции используются методы квалиметрии.

Квалиметрия — область науки, предметом которой являются 
количественные методы оценки качества продукции. Качество характеризуется рядом количественных показателей.
Показатель качества — количественная характеристика одного 
или нескольких свойств продукции, составляющих ее качество. 
Международный стандарт ИCO 8402—94 (ИСО 9000:2000 Системы 
менеджмента качества. Основные положения и словарь) определяет качество как совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности.
Номенклатура основных показателей качества изделий машиностроения устанавливается ГОСТ 22851—77 (в настоящее время 
действует РД 50-64—84, актуализация 01.11.2014) и включает следующие основные показатели: назначения, надежности, технологичности, транспортабельности, безопасности, патентно-правовые, 
стандартизации и унификации, экологические, эргономические, 
эстетические, экономические.
Показатели назначения включают классификационные, функциональные, конструктивные, а также показатели эффективности, 
состава и структуры. Они обусловливают область применения продукции и характеризуют свойства, определяющие ее функции. Примерами показателей назначения (показателей технического эффекта) строительной техники являются: производительность экскаватора, напор насоса, степень измельчения материала дробилкой 
[17; 45].
Показатели надежности относятся к различным свойствам надежности: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и 
сохранности. Надежность рассматривается как один из основных 
показателей качества продукции.
Показатели, характеризующие эффективность использования 
труда, времени, материалов и средств при создании машин, являются технологическими. Технологичность изделий определяется 
показателями материалоемкости, трудоемкости и себестоимости. 
Любой из них может быть суммарным показателем, общим, структурным, удельным или относительным.
Показатели транспортабельности характеризуют приспособленность продукции к подготовительным, транспортным и заключительным операциям, которые связаны с перемещением продукции 
в пространстве.

Показатели безопасности характеризуют особенности строительной техники, обусловливающие безопасность человека при ее эксплуатации. Так, правила устройства и безопасной эксплуатации башенных кранов регламентируются Госгортехнадзором РФ и содержат нормы, которым должны удовлетворять грузоподъемные краны, 
а также нормы по их безопасности при эксплуатации на стройке.
Патентную защиту и чистоту продукции характеризуют патентно-правовые показатели.
Показатели унификации и стандартизации характеризуют уровень использования в машинах стандартных, унифицированных 
элементов и сборочных единиц.
Экологические показатели характеризуют уровень вредных воздействий на природу при эксплуатации машин в строительстве, 
при загрязнении рек и земли.
Эргономические показатели характеризуют качество продукции 
с позиций приспособленности ее к эксплуатации человеком; эти 
показатели подразделяют на антропометрические, физиологические и гигиенические.
Эргономика — научная дисциплина, изучающая характеристики 
человека, машины и среды, проявляющиеся в конкретных условиях их взаимодействия с учетом возможностей человека и особенностей машины и строительства.
Информационную выразительность, рациональность формы, 
целостность композиции, совершенство производственного исполнения и стабильность товарного вида строительной техники 
характеризуют эстетические показатели качества. Этими показателями являются своеобразие художественной формы, графическое 
и цветовое решения конструкции, внешняя отделка, четкость исполнения фирменных знаков и многое другое, что играет существенную роль в рыночных отношениях при создании конкурентоспособной техники.
Показатели экономического использования ресурсов характеризуют расход материалов при изготовлении и эффективность эксплуатации техники в строительстве.

1.2. Методы управления качеством строительной техники

Жизненный цикл строительной техники состоит из следующих 
этапов: исследование, проектирование и разработка образцов, подготовка производства, эксплуатация и утилизация.

На разных этапах жизненного цикла строительная техника предназначена для выполнения различных задач.
Законодательство страны предусматривает, чтобы изготовитель 
строительной техники продавал потребителю технику, которая соответствует требованиям качества по стандарту. Эти требования 
являются основой регламентации качества. Поэтому в документацию на технику включают показатели качества, номенклатура которых обусловливается назначением и областью применения строительной техники. Основные требования по качеству продукции 
нашли отражение в стандартах Системы показателей качества продукции (СПКП). Эти стандарты позволяют проектировщикам техники вместе со строителями решить вопрос о том, какие показатели включаются в техническое задание (ТЗ) на разработку новой 
техники, в технические условия и стандарты.
На следующем этапе информация о качестве продукции закладывается в техническую документацию на проектируемую технику. 
Принимается решение о постановке техники на производство и 
утверждаются документы контроля при изготовлении — нормативные документы по стандартизации, которые делятся на категории: 
государственные стандарты (ГОСТ), отраслевые стандарты (ОСТ), 
технические условия (ТУ). Далее технику изготавливают, соблюдая 
требования, которые содержатся в документации по технологии 
производства.
Очередной этап предполагает реализацию свойств качества техники в строительстве. Применительно к этой ситуации решается 
задача рационального обслуживания техники по данным о значениях показателей качества.
Последний этап жизненного цикла техники предполагает утилизацию, так как ее дальнейшая эксплуатация экономически неэффективна или опасна. Для регулирования процесса создания и 
проверки систем качества в ряде стран (США, Япония) были созданы стандарты, устанавливающие требования к системам обеспечения качества. Технический комитет международной организации 
по стандартизации (ISO) разработал стандарты и утвердил документы ISO 9000—9004 [16—18] в части комплексных систем управления качеством продукции. Стандарты ISO универсальны и применимы в компаниях любого сектора экономики, в том числе в 
промышленности и в строительстве.