Надежность технических систем. Лекции, практикум

УДК 62-192 
ББК  30.14 
Н17 
 
Авторы: 
Коломейченко А. В., Кузнецов Ю. А., Логачев В. Н.,  
Титов Н. В., Дударева Н. Ю. 
 
Рецензенты: 
д. т. н., проф., профессор кафедры технической эксплуатации  
транспорта Рязанского государственного агротехнологического  
университета имени П. А. Костычева Пухов Е. В.; 
к. т. н., доц., декан факультета агротехники и энергообеспечения  
Орловского государственного аграрного университета  
имени Н. В. Парахина Головин С. И. 
 
Н17    
Надежность технических систем. Лекции, практикум : учебное пособие / [Коломейченко А. В. и др.]. – 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 256 с. : ил., 
табл. 
ISBN 978-5-9729-1599-6 
 
Представлены краткий курс лекций по основам надежности технических систем и практикум, который дает развернутую методику 
проведения восьми учебных занятий, на каждом из которых обучающимися выполняются конкретные задания. Выполненные задания 
оформляются в виде отчетов с приведением необходимых исходных 
данных, рисунков и таблиц. Контрольные вопросы помогут оценить 
усвоение обучаемыми изученного учебного материала. 
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Агроинженерия», а также родственных технических специальностей в среднем профессиональном и высшем образовании. Может использоваться 
для чтения лекций, выполнения практических и лабораторных работ, в 
курсовом и дипломном проектировании, а также для самостоятельной 
работы обучающихся. 
 
УДК 62-192 
ББК  30.14 
 
 
ISBN 978-5-9729-1599-6 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
Лекция 1. Основные понятия и положения .............................................. 5 
Лекция 2. Физические основы надежности 
............................................ 31 
Лекция 3. Методы расчета показателей надежности 
............................. 57 
Лекция 4. Графические методы обработки информации  
по показателям надежности 
..................................................................... 83 
Лекция 5. Испытания машин на надежность ......................................... 95 
Лекция 6. Резервирование в технических системах ............................ 107 
Лекция 7. Методы повышения надежности ......................................... 115 
Работа 1. Проведение испытаний материалов на изнашивание ......... 129 
Работа 2. Исследование износа деталей машин 
................................... 145 
Работа 3. Определение остаточного ресурса детали методом  
индивидуального прогнозирования ...................................................... 156 
Работа 4. Определение полного ресурса соединения  
и допустимых без ремонта размеров соединяемых деталей 
............... 161 
Работа 5. Графический метод обработки усеченной информации  
на примере расчета показателей долговечности 
.................................. 167 
Работа 6. Расчет показателей долговечности на примере  
многократно усеченной информации ................................................... 175 
Работа 7. Оценка показателей надежности по результатам  
испытаний ............................................................................................... 183 
Работа 8. Анализ износов деталей машин ............................................ 189 
Заключение 
.............................................................................................. 208 
Литература .............................................................................................. 209 
Приложения ............................................................................................ 211 
 
3 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Повышение надежности выпускаемой сельскохозяйственной 
техники и эффективности ее использования является основным условием повышения производительности труда в сельском хозяйстве и 
увеличения объемов производимой продукции. 
Задача инженерно-технической службы – обеспечить грамотное 
и эффективное использование техники, реализовать те показатели 
надежности, которые заложены в конструкции машин при их создании. Знания зависимостей изменения начальных свойств материалов 
деталей в процессе эксплуатации машин позволят решить главную 
проблему любой технической системы – повышение долговечности, 
безотказности, ремонтопригодности, сохраняемости машин, а также 
составляющих их компонентов (агрегатов, сборочных единиц, узлов). 
Знания основ теории надежности дают возможность добиться долговечности и безотказности работы сельскохозяйственной техники – одного из главных условий достижения высоких показателей качества; 
производительности и экономичности в производстве любых видов 
сельскохозяйственной продукции и обеспечить продовольственную 
безопасность нашей страны. 
Ремонтно-обслуживающая база агропромышленного комплекса 
выполняет большое количество работ по техническому сервису, 
направленных на поддержание и восстановление работоспособности 
сельскохозяйственной техники. 
4 

ЛЕКЦИЯ 1 
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ 
 
План лекции 
1. Понятия о качестве и надежности машин. 
2. Классификация основных понятий. 
3. Термины, характеризующие состояние объекта. 
4. Термины, характеризующие события. 
5. Виды объектов. 
6. Временные понятия. 
7. Свойства надежности. 
8. Показатели надежности. 
 
1.1. Понятия о качестве и надежности машин 
 
Под качеством машины понимают совокупность их свойств, 
обуславливающих удовлетворение определенных потребностей в соответствии с назначением. Оно имеет различные аспекты: технический, экономический, социологический и т. п. 
Показатели назначения характеризуют технические и эксплуатационные возможности машины. 
Эргономические показатели учитывают ее приспособленность к 
антропометрическим, биомеханическим, физиологическим и инженерно-психологическим свойствам человека, проявляющимся в производственных процессах. 
Эстетические показатели определяются уровнем художественного конструирования, отражающим функциональность, гармоничность формы и товарного вида. 
Патентно-правовые показатели характеризуют весомость новых 
изобретений, реализованных в машине. 
Производственно-технологические показатели учитывают затраты труда на производство машины. 
Качество определяется также экономическими показателями 
производства и эксплуатации машины; себестоимостью изготовления и 
единовременными затратами эксплуатационников, включающими цену 
машины и издержки по ее транспортированию, монтажу и наладке; себестоимостью единицы продукции или работы, выполняемой машиной. 
Рассмотрим такие понятия, как качество эксплуатации машины, 
качество ремонта объекта и качество труда работников. 
Качество эксплуатации машины – это совокупность свойств 
процесса эксплуатации объекта, от которых зависит соответствие это5 

го процесса и его результатов установленным требованиям. Оно зависит от качества эксплуатационных документов, эксплуатационного 
оборудования и приспособлений, запасных частей и принадлежностей, 
а также от качества труда эксплуатационников. 
Качество ремонта объекта – один из факторов, определяющих 
состояние отремонтированной продукции. Другой фактор – состояние 
ремонтного фонда, его качество. Качество ремонта зависит от качества 
ремонтно-технологической документации, используемого оборудования, инструмента, запасных частей и комплектующих изделий, а также 
квалификации работников и отношения их к работе. 
Качество труда работников – совокупность свойств процесса 
труда, обусловленных способностью и стремлением работника выполнять определенное задание в соответствии с установленными требованиями. Оно зависит от сложности труда, навыков, психофизиологического состояния работника и его отношения к труду. 
Надежность – одно из свойств качества продукции. Это свойство изделий проявляется в процессе использования его по назначению и рассматривается нередко, как свойство изделия сохранять качество во времени. Под качеством понимаем значения основных эксплуатационных и потребительских характеристик объекта. 
Таким образом, надежность – это свойство объекта сохранять 
во времени способность выполнять требуемые функции в заданных 
режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. 
В теории применяются понятия физическая и схемная надежность.  
Физическая надежность отдельного объекта характеризуется 
способностью надежно работать в данных условиях в течении заданного времени. На уровень физической надежности влияют стабильность характеристик материалов и производственные процессы изготовления или ремонта объекта. 
Схемная надежность сложного объекта или системы характеризуется их способностью выполнять заданные функции в заданных 
условиях в течение заданного времени при наличии отказов отдельных 
элементов, агрегатов и сборочных единиц. Она обуславливается уровнем физической надежности отдельных элементов и агрегатов, схемами их включения и взаимосвязей в общей функциональной схеме 
сложного изделия или систем, т. е. физический уровень надежности 
сложного изделия зависит от уровня физической надежности его отдельных элементов и их рационального включения в конструктивные 
схемы сборочных единиц и систем изделия. 
6 

Надежность закладывается при проектировании, обеспечивается 
в производстве (при изготовлении) и поддерживается (сохраняется) 
при эксплуатации. Важное место при поддержании (сохранении), а 
точнее в реализации необходимого уровня надежности имеет эксплуатация, включая техническое обслуживание и ремонт. 
В настоящее время вместо узкого понятия «изделие» как предмета, изготовленного на предприятии, используют более общее понятие «объект». 
Изделие – единица продукции, выпускаемая данным предприятием, цехом. 
Объект – это предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в периоды проектирования, производства, эксплуатации, 
исследований и испытаний на надежность и ремонтных воздействий. 
Объектами могут быть изделия, системы и их элементы, как-то: 
сооружения, установки, устройства, машины, аппараты, приборы, их 
части, агрегаты и отдельные детали. 
Объекты подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. 
Элемент – простейшая составная часть изделия (может состоять 
из многих деталей). 
Система – совокупность совместно действующих элементов, 
предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций. 
 
1.2. Классификация основных понятий 
 
Согласно ГОСТ 27.002-2015 в теории надежности приняты следующие термины, которые по своим смысловым понятиям разделены 
на группы: 
– Основные понятия. 
– Состояние. 
– Временные понятия. 
– Отказы, дефекты, повреждения. 
– Техническое обслуживание, восстановление и ремонт. 
– Показатели надежности.  
– Разработка, обеспечение, анализ. 
– Резервирование. 
– Испытание на надежность. 
Указанный выше ГОСТ применяется совместно с ГОСТом 183222016. 
Рассмотрим некоторые термины и понятия, используемые в 
технической литературе. Системная классификация основных понятий 
в области надежности представлена в таблице 1.1. 
7 

Таблица 1.1 
По свойствам 
надежности: 
ПН безотказности; 
ПН долговечности; 
ПН ремонтопригодности и  
восстанавливаемости; 
ПН сохраняемости. 
По способу  
получения: 
расчетные; 
экспериментальные; 
расчетноэкспериментальные. 
По охвату  
характеристик: 
комплексные; 
единичные 
Безотказность. 
Ремонтопригодность. 
Восстанавливаемость. 
Долговечность. 
Сохраняемость. 
Готовность 
8 
Наработка. 
Ресурс. 
Срок службы. 
Срок  
сохраняемости. 
Время  
(продолжительность)  
ремонта. 
Время  
восстановления 
Обслуживаемые. 
Необслуживаемые. 
Восстанавливаемые. 
Невосстанавливаемые. 
Ремонтируемый. 
Не ремонтируемый 
Классификация основных понятий и определений 
Повреждение. 
Отказ. 
Сбой. 
Ресурсный 
отказ 
Состояние 
объекта 
События 
Виды 
объектов 
Временные 
понятия 
Свойства 
надежности 
Показатели 
надежности (ПН) 
Исправное. 
Неисправное. 
Работоспособное. 
Неработоспособное. 
Рабочее. 
Нерабочее. 
Предельное. 
Опасное. 
Техническое. 
Предотказное 

1.3. Термины, характеризующие состояние объекта 
 
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. 
Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он 
не соответствует хотя бы одному из требований нормативнотехнической и (или) конструкторской (проектной) документации. 
К неисправностям относят снижение производительности трактора сверх допустимых пределов, потерю точности станком, отклонение в толщине слоя окраски кузова, вмятины на кабине автомобиля  
и т. п. 
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором 
значения всех параметров, характеризующих способность выполнять 
заданные функции, соответствуют требованиям указанной выше документации. 
Понятие исправность шире, чем понятие работоспособность. 
Исправный объект всегда работоспособен. Работоспособный объект 
может быть неисправным, однако при этом неисправность не влияет 
на функционирование объекта. Например, коробка передач сохраняет 
работоспособность, если шестерни изношены, но ее эксплуатационные 
показатели не вышли за пределы, установленные техническими требованиями. 
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует указанной выше 
документации. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные, при которых объект 
способен частично выполнять требуемые функции. 
Рабочее состояние – состояние объекта, в котором он выполняет какую-либо требуемую функцию. 
Нерабочее состояние – состояние объекта, в котором он не выполняет ни одной из требуемых функций. 
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его 
дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо 
восстановление его неработоспособного состояния невозможно или 
нецелесообразно. Данное состояние характеризует критерий предельного состояния – признак, устанавливаемый нормативно-технической 
и (или) конструкторской (проектной) документацией. В зависимости 
9 

от условий эксплуатации для одного и того же объекта могут быть 
установлены два и более критериев предельного состояния. 
Опасное состояние – состояние объекта, в котором возникает 
недопустимый риск причинения вреда людям, или окружающей среде, 
или существенных материальных потерь, или других неприемлемых 
последствий. 
Техническое состояние – состояние объекта, характеризуемое 
совокупностью установленных в документации параметров, описывающих его способность выполнять требуемые функции в рассматриваемых условиях. 
Предотказное состояние – состояние объекта, характеризуемое 
повышенным риском его отказа. Предотказное состояние может возникнуть как в результате внутренних процессов/причин, так и внешних воздействий на объект в процессе его функционирования. Данное 
состояние характеризует критерий предотказного состояния – признак или совокупность признаков предотказного состояния объекта. 
 
1.4. Термины, характеризующие события 
 
Нарушение работоспособного (исправного) состояния наступает 
в результате ряда событий. 
Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта или его составных частей вследствие влияния 
внешних воздействий, превышающих уровни, установленные в нормативно-технической документации на объект. Повреждение может быть 
несущественным, при котором работоспособность объекта сохраняется, и существенным, которое может явиться причиной нарушения работоспособности. Несущественные повреждения в случаях их неустранения могут переходить в существенные с нарушением работоспособности, т. е. приводить к отказам. 
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния. Это понятие является ключевым в теории надежности. 
Различают следующие виды отказов: ресурсный, независимый, зависимый, внезапный, постепенный, явный, скрытый, конструктивный, 
производственный, эксплуатационный и деградационный. Отказ характеризуется критериями, причиной, последствиями и своей критичностью. 
Сбой – самоустраняющийся отказ или однократный отказ, 
устраняемый незначительным вмешательством извне. 
Ресурсный отказ – отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния. 
10 

1.5. Виды объектов 
 
С точки зрения восстановления работоспособности объекты 
можно разделить на следующие: восстанавливаемые и невосстанавливаемые, ремонтируемые и неремонтируемые, обслуживаемые и необслуживаемые. 
Восстановление – это процесс перевода объекта в работоспособное состояние из неработоспособного. 
Восстанавливаемый объект – это объект, работоспособность 
которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в 
рассматриваемой ситуации. 
Невосстанавливаемый объект – это объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации. 
Согласно ГОСТ 18322-2016 под ремонтом понимается комплекс операций, предназначенный для восстановления исправности 
или работоспособности объектов и восстановлении их ресурса и ресурса составных частей. 
Ремонтируемый объект – это объект, ремонт которого возможен и предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документацией. В противном случае объект 
неремонтируемый. 
Техническое обслуживание – это операция или комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности объекта 
при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании. Согласно этому определению, объекты подразделяются на 
обслуживаемые и необслуживаемые. 
Обслуживаемые объекты – это объекты, для которых обслуживание предусмотрено нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией. В противном случае объект необслуживаемый. 
 
1.6. Временные понятия 
 
Наработка – продолжительность или объем работы объекта. 
Наработка может быть, как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километрах пробега и т. д.), так и целочисленной 
величиной (число рабочих циклов, запусков и т. д.). Различают следующие виды наработки. 
Наработка до отказа – наработка объекта от начала его эксплуатации или от момента его восстановления до отказа. 
11