Техническая эксплуатация строительных и дорожных машин

УДК 625.7/.8.08(075.8)
ББК 39.311-06-5я73
 
М17

Р е цен з ен ты: кафедра «Строительные и дорожные машины» Белорусского национального технического университета (заведующий кафедрой, Иностранный член РААСН доктор технических наук, профессор 
А.В. Вавилов); доцент кафедры «Детали машин, путевые и строительные 
машины» Белорусского государственного университета транспорта кандидат технических наук Е.М. Масловская

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или 
любой ее части не может быть осуществлено без разрешения изда те льства.

Максименко, А. Н.
М17 
Техническая эксплуатация строительных и дорожных 
машин : учеб. пособие / А.Н. Максименко, В.В. Кутузов. —
Минск : Вышэйшая школа, 2015. – 303 с. : ил.
ISBN 978-985-06-2497-0.

Рассмотрены техническая эксплуатация строительных и дорожных машин, их работоспособность и диагностирование. Раскрываются вопросы, связанные с оценкой затрат на эксплуатацию строительных и дорожных машин и эффективностью их использования на этапе эксплуатации жизненного цикла, а также 
проблемы повышения, сохранения, восстановления и прогнозирования работоспособности машин.
Предназначено для студентов учреждений высшего образования по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, 
дорожные машины и оборудование». Будет полезно инженернотехническим работникам.

УДК 625.7/.8.08(075.8)
ББК 39.311-06-5я73

ISBN 978-985-06-2497-0 
© Максименко А.Н., Кутузов В.В.,
 
2015
 
© Оформление. УП «Издательство
 
“Вы шэйшая школа”», 2015

Предисловие

Под технической эксплуатацией строительных и дорожных 
машин (СДМ) понимают комплексную систему организационно-технических мероприятий, обеспечивающих работоспособность машин при их безопасном использовании по функциональному назначению с учетом минимальных воздействий на 
окружающую среду.
Техническая эксплуатация СДМ базируется на фундаментальных математических и естественных науках. Существует 
пять теоретических основ технической эксплуатации СДМ: математика, теория износа, теория смазки, экономика, прогнозирование работоспособности машин.
Математические методы позволяют на стадии проектирования прогнозировать поведение машины в предполагаемых условиях эксплуатации. На основе теории вероятностей и математической статистики, теории информатики и математической логики, других разделов математики созданы методы расчета надежности машин, их диагностики, обслуживания и ремонта. 
Математика необходима для грамотной технической эксплуатации СДМ, но она является только инструментом для эффективного решения поставленных задач и одной из теоретических 
основ технической эксплуатации.
При эксплуатации машина находится во взаимосвязи с окружающей средой, человеком и объектом. Количественное накопление различных воздействий на машину приводит к изменению 
ее качественных показателей. Для замедления изменения этих 
показателей необходимо знать основы физико-химических процессов разрушения, старения и изменения свойств машины. Перечисленные вопросы рассматриваются в теории износа и смазки. Для прогнозирования работоспособности СДМ необходимо 
знать закономерности физики отказов. Одна из основных причин изнашивания деталей — трение. Уменьшить его можно смазкой, которая защищает трущиеся поверхности от молекулярных 
воздействий. Оценка эффективности технической эксплуатации 
СДМ производится в первую очередь с экономических позиций, 
так как экономика является основным критерием при решении 
практических вопросов. 
В целом важно обеспечить безотказную работу машин на 
объекте при использовании их по функциональному назначению. Эта задача решается при организации прогнозирования их 
работоспособности, проведении мероприятий по обслуживанию 
и ремонту. 

Прогнозирование работоспособности СДМ важно проводить 
согласно динамике выходных параметров на этапе эксплуатации 
жизненного цикла конкретной машины, что возможно при мониторинге технико-экономических показателей (ТЭП) машины 
в процессе ее наработки с начала эксплуатации и создания диагностического обеспечения для определения динамики контролируемых параметров и остаточного ресурса сборочных единиц, 
систем, агрегатов и машины в целом. Анализ динамики ТЭП в 
процессе использования машины с учетом ее стоимости позволяет в совокупности определить оптимальную наработку до ремонта и продолжительность этапа эксплуатации при получении 
максимальной прибыли. 
Учебное пособие написано в соответствии с программой курса «Эксплуатация строительных и дорожных машин» для студентов учреждений высшего образования по специальности 
«Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины 
и оборудование».
Изложение курса по эксплуатации строительных и дорожных 
машин формируется в рамках единой системы знаний, разделов, 
дисциплин: «Высшая математика», «Гидравлика и гидропривод», 
«Двигатели внутреннего сгорания и автотракторное оборудование», «Вычислительная техника и программирование», «Машины для земляных работ», «Строительные и дорожные машины», 
«Химия», «Технология машиностроения, производства и ремонта подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин», 
«Управление техническими системами», «Охрана труда», «Охрана окружающей среды».

Список сокращений

БД 
– база данных
ВМ 
– ведущий мост
ГМП 
– гидромеханическая передача
ГРМ 
– газораспределительный механизм
ДВС 
– двигатель внутреннего сгорания
ЕО 
– ежесменное обслуживание
КВ 
– коленчатый вал
КОМ 
– коробка отбора мощности
КПД 
– коэффициент полезного действия
КПП 
– контрольно-пропускной пункт
КР 
– капитальный ремонт
НТД 
– нормативно-технический документ
ОГ 
– отработанные газы
ОЖ 
– охлаждающая жидкость
ППР 
– планово-предупредительные ремонты
ПРМ 
– передвижная ремонтная мастерская
РЖ 
– рабочая жидкость
РММ 
– ремонтно-механическая мастерская
СДМ 
– строительные и дорожные машины
СЕ 
– сборочная(ые) единица(ы)
СО 
– сезонное обслуживание
ТНВД 
– топливный насос высокого давления
ТО 
– техническое обслуживание
ТР 
– текущий ремонт
ТСМ 
– топливо-смазочные материалы
ТУ 
– технические условия
ТЭНы 
– электронагревательные элементы
ТЭП 
– технико-экономические показатели
ЦПГ 
– цилиндропоршневая группа
ЭБУ 
– электронный блок управления
ЭДС 
– электродвижущая сила
ЭЖЦ 
– эксплуатация жизненного цикла
ЭСУАД – электронные системы автоматического управления 
двигателем

Глава 1
Работоспособность  
строительных и дорожных машин

Техническая эксплуатация рассматривает вопросы сохранения и восстановления работоспособности строительных и дорожных машин в процессе их использования, транспортировки 
и хранения. Работоспособность изменяется с учетом наработки 
с начала эксплуатации. Важно при оценке эффективности использования учитывать динамику выходных параметров машины на этапе эксплуатации ее жизненного цикла.

1.1. Основные понятия о работоспособности машин

Под работоспособностью СДМ понимают состояние объекта, 
при котором значения всех параметров, характеризующих его 
способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
В процессе эксплуатации машина подвергается внешним 
и внутренним воздействиям, которые приводят к изменению параметров отдельных элементов, сборочных единиц (СЕ) и машины в целом. Внутренние воздействия связаны с накоплением потенциальной энергии в процессе изготовления деталей машин 
и их сборки (внутренние напряжения в деталях при литье или 
термообработке, монтажные напряжения). Внешние воздействия — это условия эксплуатации, режимы работы машины, 
действие тепловой, химической и других видов энергии. В результате всех воздействий в машине с течением времени происходят изменения, приводящие к потере ее работоспособности.
Событие, в результате которого объект частично или полностью утрачивает работоспособность, называется отказом. Статистика отказов является основным источником информации 
о надежности машин и дает представление о конструктивном 
и технологическом их совершенстве.

Факторы, влияющие  
на работоспособность (надежность) машины 

Численные значения параметров, характеризующих способность машины выполнять заданные функции, устанавливаются в 
техническом задании при проектировании; обеспечиваются ка

чеством изготовления, сборки и обкатки при производстве; реализуются в процессе эксплуатации машины с повышением или 
понижением области работоспособного состояния в зависимости от режимов технических обслуживаний и ремонтов, диагностического обеспечения, применяемых топливо-смазочных материалов (ТСМ), условий работы и т.д.
Интенсивность изменений выходных параметров, обусловливающих работоспособность машины, зависит от множества факторов, которые объединяют в три группы: конструктивные, технологические и эксплуатационные (рис. 1.1). Обеспечить высокий уровень работоспособности машины можно только в результате комплексных взаимоувязанных мероприятий при ее 
проектировании, производстве и эксплуатации.
Критериями работоспособности машины при ее создании являются прочность, износостойкость, жесткость, теплостойкость, 
вибрационная устойчивость. На этапе эксплуатации основной 
критерий по обеспечению работоспособности — износостойкость. Потеря работоспособности машин чаще всего (более чем 
на 80 %) происходит вследствие износа. Процесс изнашивания 
зависит от множества факторов, а величина износа носит случайный характер. 
Для определения потребности в запасных частях, прогнозирования ресурса, обоснования режимов технического обслуживания (ТО) и ремонта устанавливаются вид закона распределения износа, его характеристики и границы отклонения, средняя 
величина скорости изнашивания.
На этапе эксплуатации машин факторы, характеризующие 
условия эксплуатации (температура окружающей среды, запыленность и влажность окружающей среды и др.), изменяют скорость изнашивания и влияют на конструктивные и технологические решения для повышения выходных параметров машины. 
Другими факторами (режимы нагружения, обслуживания и ремонта, повышение качества применяемых топлив, масел и технических жидкостей, токсичность выхлопных газов, очистка используемых масел и др.) можно управлять в процессе поддержания и восстановления работоспособности машины. Износ сопряжений непосредственно влияет на выходные параметры 
машины, снижая ее работоспособность. Для управления изменением выходных параметров, обусловливающих способность выполнить заданные функции, необходимо установить их зависимость от износа сопряжений, лимитирующих наработку работоспособного состояния.

Рис. 1.1. Основные факторы, влияющие на работоспособность машины

Анализ показателей работоспособности (надежности) гидрофицированных машин показывает, что самая низкая вероятность 
безотказной работы наблюдается в гидроприводе (более 50 % отказов от общего количества). Исследования авторов подтверждают, что вероятность безотказной работы гидропривода погрузчика «Амкодор 332» к наработке 1000 моточасов оказалась самой 
низкой и составила 0,4.
Важнейшими факторами, лимитирующими наработку до отказа гидронасосов, гидродвигателей и аппаратуры управления, 
являются количество механических примесей в рабочей жидкости (РЖ) и их размеры (снижение размеров с 20 до 5 мкм увеличивает ресурс насосов в 10 раз). Заложив при проектировании 
тонкость очистки РЖ менее 5 мкм и максимальную наработку ее 
замены с учетом рекомендуемой технологии, можно обеспечить 
работоспособность основных элементов гидропривода на протяжении ресурса машины (фирма JSB обеспечивает тонкость 
очистки РЖ 1,5 мкм с наработкой ее замены 6000 моточасов, что 
позволяет стабилизировать техническую производительность на 
этапе эксплуатации). Заложенные параметры работоспособности на этапе проектирования и изготовления обеспечивают эксплуатацию в соответствии с функциональным назначением машины. Продолжительность работоспособности машины определяется не только совершенством конструкции и качеством изготовления, но и динамикой основных выходных параметров: 
производительности, себестоимости машино-часа, количества 
рабочего времени, коэффициента полезного действия (КПД), 
комплексного показателя надежности от ее наработки с начала 
эксплуатации или после капитального ремонта (КР). С увеличением наработки машины с начала эксплуатации эти параметры 
значительно изменяются и достигают предельных значений, при 
которых дальнейшее использование машины нецелесообразно.
Динамику выходных параметров машины можно определить 
диагностированием по величинам, характеризующим изменение 
ее работоспособного состояния. Дополнительные затраты на диагностику и ремонт позволяют увеличить значения выходных 
параметров (КПД гидропривода и др.), что приведет к значительному снижению стоимости единицы продукции, повышению производительности, выручки и прибыли. Оценку технического состояния машины в целом можно производить по изменению таких параметров, как мощность, расход топлива, КПД, 
усилие на рабочем органе, состав выхлопных газов и др. При 
предельном значении одного из них машина теряет работоспособное состояние и требует технического воздействия для восстановления численных значений выходных параметров. Инте

гральным выходным параметром машины является производительность, которая зависит от мощности, КПД, усилия на рабочем органе, внутрисменного режима работы, годовой наработки 
и др. Еще один интегральный выходной параметр машины — себестоимость машино-часа, которая включает затраты, связанные 
с использованием машины в соответствии с функциональным 
назначением, и затраты на поддержание и восстановление ее работоспособности. Исследования показали, что затраты на ТСМ, 
технические жидкости и обеспечение работоспособности составляют более 70 % эксплуатационных затрат при использовании 
машины. Причем составляющие себестоимости машино-часа 
увеличиваются с повышением наработки машины с начала эксплуатации. 
На этапе эксплуатации жизненного цикла машины оценку 
значений параметров, характеризующих ее работоспособное состояние, необходимо обеспечивать не по усредненным значениям с указанием доверительной вероятности, а по фактическим, 
определяемым по результатам диагностирования и (или) индивидуального учета, который уже ведется на предприятиях дорожной отрасли. Для этого устанавливаются приборы на каждую машину, определяющие расход топлива, наработку, полезное время 
работы, простои и другие показатели. 
Анализ динамики выходных параметров и экономическая 
оценка эффективности использования машины позволят определить изменения в области ее работоспособности. Снижение 
интенсивности изменений контролируемых параметров и их качественное улучшение техническим воздействием расширят область работоспособного состояния машины.

Классификация отказов

Основа классификации отказов — характер возникновения 
и особенности протекания процессов, приводящих к отказу. Отказы могут быть внезапными и постепенными.
Внезапный отказ возникает при скачкообразном изменении 
одного или нескольких параметров объекта, определяющих его 
качество. Такие изменения являются следствием сочетания неблагоприятных факторов воздействия. Внезапный отказ может 
возникнуть при возрастании механических нагрузок, превышающих расчетные, при несоблюдении условий эксплуатации, наличии скрытых технологических дефектов, прекращении подачи 
смазки и т.п. Потеря работоспособности при этом происходит 
внезапно, без предшествующих признаков разрушения.