Обоснование показателей работы выправочно-подбивочных машин циклического и непрерывного действия

В. А. Глотов, С. М. Кузнецов, 
А. В. Зайцев  

Обоснование показателей  
работы выправочно-подбивочных 
машин циклического  
и непрерывного действия 

Монография 

Москва 
Берлин 
2019 

УДК 625.144.5 
ББК 32.211-08-51 

 Г52 

Ответственный редактор д-р техн. наук, профессор кафедры «Технологии и 
организация строительства» Новосибирского государственного архитек-
турно-строительного университета М. М. Титов 

Рецензенты: 
Профессор кафедры «Подъемно-транспортные, путевые, строительные и 
дорожные машины» Новосибирского государственного архитектурно-
строительного университета д-р техн. наук, проф. В. Н. Анферов 
Профессор кафедры «Технология, организация и экономика строительст-
ва» Сибирского государственного университета путей сообщения  
д-р техн. наук, старший научный сотрудник С. М. Кузнецов 

Глотов, В. А.  
Г52        Обоснование показателей работы выправочно- 
        подбивочных машин циклического и непрерывного  
        действия : монография / В. А. Глотов, С. М. Кузнецов,  
        А. В. Зайцев. – Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2019. –  
        168 с. 

ISBN 978-5-4499-1528-3 

В монографии изложены основные положения по обоснованию по-
казателей путевых машин для производства выправочно-подбивочных 
работ. Приведены модели и их доверительные интервалы основных тех-
нико-экономических показателей работы путевых машин. 
Материалы монографии основаны на результатах натурных испы-
таний работы выправочно-подбивочных машин циклического и не-
прерывного действия. 
Предназначена для инженеров, научных работников и студентов 
строительных и экономических специальностей очной и заочной форм 
обучения. 
Текст печатается в авторской редакции. 
УДК 625.144.5 
ББК 32.211-08-51

ISBN  978-5-4499-1528-3 
© Глотов В. А., Кузнецов С. М., Зайцев А. В., текст, 2019 
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019 

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ ...........................................................................................5 

1. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ,  НЕИСПРАВНОСТИ

И ОТКАЗЫ ПУТЕВЫХ МАШИН ....................................................6 

1.1. Краткий обзор существующих методов оценки  

надежности машин.........................................................................6 

1.2. Классификация машин для путевых работ.....................41 

1.3. Виды отказов. Неисправности путевых машин..............44 

2. ВЕРОЯТНОСТНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ  НАДЕЖНОСТИ

РАБОТЫ  ВЫПРАВОЧНО‐ПОДБИВОЧНЫХ МАШИН 

ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ....................................................68 

2.1 Описание конструкции выправочно‐подбивочных 

машин циклического действия ВПР‐02 и ВПРС‐02.  

Основные технические характеристики ..................................68 

2.2 База данных показателей надежности выправочно‐

подбивочных машин циклического действия .......................74 

2.3 Порядок оценки надежности эксплуатации 

выправочно‐подбивочных машин циклического  

действия...........................................................................................79 

2.4 Порядок обоснования показателей эксплуатации 

выправочно‐подбивочных машин циклического   

действия...........................................................................................87 

3. ВЕРОЯТНОСТНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ  НАДЕЖНОСТИ

РАБОТЫ ВЫПРАВОЧНО‐ПОДБИВОЧНЫХ МАШИН 

НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ......................................................96 

3.1 Описание конструкции выправочно‐подбивочных 

машин непрерывного действия ВПО‐3000 и ВПО‐3-3000. 

Основные технические характеристики..................................96 

3.2 База данных показателей надежности выправочно‐

подбивочных машин непрерывного действия ....................102 

3.3 Порядок оценки надежности эксплуатации  

выправочно‐подбивочных машин непрерывного   

действия.........................................................................................107 

3.4 Порядок обоснования показателей эксплуатации 

выправочно‐подбивочных машин непрерывного   

действия.........................................................................................115 

4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ........................................125

4.1 Автоматизация построения выборок ..............................125 

4.2 Автоматизация построения моделей..............................138 

4.3 Автоматизация построения доверительных   

интервалов....................................................................................150 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................160 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ ................161 

ВВЕДЕНИЕ 

В данной работе надежность работы механических систем 
предлагается рассмотреть на примере надежности работы 
путевых машин в частности выправочно‐подбивочных ма‐
шин циклического  и непрерывного действия. В работе при‐
веден анализ результатов натурных испытаний выправочно‐
подбивочных машин, изложены общий подход к оценке на‐
дежности работы последних. Также определены комплекс‐
ные показатели надежности: коэффициент готовности, ко‐
эффициент оперативной готовности, коэффициент техниче‐
ского использования и коэффициент сохранения эффектив‐
ности. Для оценки надежности технологического процесса 
при выполнении механизированных работ с применением 
путевых машин предложено понятие надежности, как веро‐
ятности достижения комплексом путевых машин и механиз‐
мов конечной цели. 
Одним из основных факторов работы путевых машин явля‐
ется коэффициент использования их по времени. Норматив‐
ные документы, регламентирующие  эксплуатацию путевых 
машин, содержат устаревшие данные по коэффициентам ис‐
пользования машин в течение рабочего времени.  Что требует 
обновления, так как машины постоянно совершенствуются. 
Для оценки надежности работы путевых машин авторами 
создана база данных на основе результатов натурных испыта‐
ний путевых машин (выправочно‐подбивочных машин  
ВПР‐02, ВПРС‐02 и ВПО‐3000, ВПО‐3‐3000). В таблицах при‐
ведены базы данных по результатам натурных испытаний.  
Проводились два этапа проверки: логическая и математиче‐
ская. Значения сформированных выборок в соответствии с 
ГОСТ Р 8.736‐2011 проверялись на принадлежность соответ‐
ствующему закону распределения с помощью критерия со‐
гласия Пирсона. Затем определись показатели надежности и 
риски завершения запланированных объемов работ путевы‐
ми машинами в планируемый промежуток времени.  

1 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ,  
НЕИСПРАВНОСТИ И ОТКАЗЫ ПУТЕВЫХ 
МАШИН 

1.1. Краткий обзор существующих методов оценки  
надежности машин 

Целью организации любого производства является раз‐
работка мероприятий, обеспечивающих сооружение объек‐
тов и сдачу их в эксплуатацию в проектные сроки с высоким 
качеством и оптимальными денежными, трудовыми и мате‐
риальными затратами. Любая отрасль материального произ‐
водства, имеет свою специфику, которая в значительной сте‐
пени связана с использованием машин в технологии и орга‐
низации работ. Эффективность использования машин во 
многом зависит от их надежности, от надежности сборочных 
единиц, узлов, агрегатов, систем и деталей. 

В настоящее время известны работы, посвященные иссле‐
дованиям  надежности  машин  профессора  В. Н. Анферова, 
который,  на  основе  проведенных  им  исследований  подгото‐
вил  учебное  пособие  для  студентов  строительных  специаль‐
ностей [1‐5], профессора С. И. Васильева, занимающегося об‐
следованием строительных машин в Сибирском регионе и 
принимал   активное   участие  в  подготовке  учебных  пособий  
для студентов [2], профессорами А. И. Гнырей и М. М. Тито‐
вым  проведены  исследования  по  организационно‐техноло-
гической  надежности  устройств  для  электроразогрева  
бетонных  смесей,  профессорами  А. Л. Исаковым и К. С. Куз-
нецовой  проведены  исследования  и  разработана  теория фор-
мирования ресурсосберегающих комплексов  машин для 
строительства [23‐40]. 

В трудах профессора С. М. Кузнецова описан вероятност‐
ный метод оценки надежности механических систем в строи‐

тельстве. Созданная им база данных по машинам и механиз‐
мам, эксплуатируемых в строительном производстве позво‐
ляет совершенствовать формирование допустимых сочета‐
ний оборудования и выбирать оптимальные по структуре 
или составу решения. Туда вошли показатели асфальтоук‐
ладчиков, автобетоновозов, автобетоносмесителей, автогрей‐
деров, автомобилей‐самосвалов, бетоносмесителей принуди‐
тельного и гравитационного действия, бетононасосов, бето‐
ноукладчиков, поверхностных  и глубинных вибраторов, 
бульдозеров, бурильных машин, гидромониторов, грунтовых 
насосов, земснарядов, катков, насосов водяных, экскаваторов 
(прямая лопата, обратная лопата, драглайн), фронтальных 
погрузчиков, скреперов, автомобильных кранов, башенных и 
других машин [23‐40]. 
При эксплуатации данных машин в зависимости от кон‐
кретной технологии производства работ необходимо их пе‐
ремещать через определенный промежуток времени на но‐
вые строительные объекты. Это приводит к дополнительным 
затратам, связанными с уточнением организации производ‐
ства, технологии строительства, составов систем и комплек‐
тов машин, дальности и времени доставки строительных ма‐
териалов, полуфабрикатов и готовых строительных элемен‐
тов. 
Строительное производство, как и путевое хозяйство  
железных 
дорог 
подвержено 
воздействию 
природно‐
климатических факторов, оказывающих влияние на качество 
и сроки выполнения технологических операций, производи‐
тельность машин, занятых в рабочем процессе. Возникают 
незапланированные простои средств механизации, отклоне‐
ния технологических, технических и экономических пара‐
метров от оптимальных значений. Это влечет непроизводи‐
тельные затраты материальных, трудовых, энергетических и 
денежных ресурсов и приводит к существенному удорожа‐
нию строительных объектов. Таким образом, строительное 

производство и технологический процесс выполнения меха‐
низированных путевых работ как сложные вероятностные 
организационно‐технологические системы находятся в со‐
стоянии повышенного риска по обеспечению расчетной ско‐
рости потока строительства, срока выполнения работ, стои‐
мости и энергоёмкости строительно‐монтажных работ и пу‐
тевых работ [44]. 
Производительность машины является одним из важ‐
нейших технико‐экономических показателей. Вследствие 
влияния многих факторов (погодные условия, возраст и тех‐
ническое состояние машин, квалификация оператора и др.) 
конкретная производительность в каждом случае будет раз‐
личной, то есть реальная производительность ‒ случайная 
величина и заранее точно предсказать её невозможно. Одна‐
ко на основе опыта можно установить долю тех случаев, когда 
выполняются нормы соответствующих ЕНиРов. Эта доля и 
будет оценкой вероятности выполнения нормативов. Она да‐
ёт возможность более обоснованно рассчитывать требуемое 
количество машин, энергоемкость строительного процесса, 
его стоимость и трудоемкость.  
В связи с этим ещё на стадии проектирования необходи‐
мо использовать вероятностные представления о технологи‐
ческом процессе и производительности машин, что позволит 
учесть возможность отклонений фактических параметров ра‐
бочих операций от намеченных, увеличение сроков выполне‐
ния работ и завершения проекта. 
По мнению С. М. Кузнецова учёт технической и органи‐
зационно‐технологической надежности работы систем, ком‐
плектов, отдельных машин позволяет с большей точностью 
планировать их ритмичную работу и определять время про‐
изводства строительно‐монтажных работ, что сказывается на 
снижении стоимости и повышении качества строительной 
продукции [23‐40]. 

Одним 
из 
основных 
факторов 
организационно‐

технологической надежности (ОТН) работы строительных и 
путевых машин является коэффициент использования их ра‐
бочего 
времени. 
Для 
оценки 
организационно‐

технологической надежности работы строительных машин в 
СГУПС создана база данных по результатам натурных испы‐
таний гидротранспортных, бульдозерных, экскаваторных 
систем и трубоукладчиков [23‐40]. Проверка обоснованности 
значений результатов натурных испытаний [49] проводилась 
в два этапа: 

 ‐ логический ‒ по замечаниям наблюдателя из выборки ис‐

ключаются значения, не относящиеся к нормируемому про‐
цессу; 

 ‐ математический ‒ в выборке методами математической 

статистики определяются правомерность отклонений. 
После формирования выборки в соответствии с ГОСТ 
8.207‐76 определяется её принадлежность закону нормально‐
го распределения и строится кривая нормального распреде‐
ления. 
Организационно‐технологический риск (в процентах) 
производительности систем машин (ПС) можно рассчитать 
по формуле 

dx

x
x
e
∫

−
−
⋅
=

С
2

2
П

0

2
)
(

ОТР
2
100
r
σ

π
σ
.  
 
 
                 (1.1) 

Организационно‐технологическая надежность (в процен‐
тах) производительности систем машин (ПС) определяется по 
формуле 

dx

x
x
e∫

∞
−
−
⋅
=

м

2

2

П

2

)
(

ОТН
2

100
p
σ

π
σ
.                                               (1.2) 

Значение организационно‐технологической надёжности 
достижения рассматриваемой системой заданной произво‐

дительности (ПС) при вводе в него дополнительных машин с 
производительностью (ПД) в процентах рассчитывается по 
формуле  

dx
p

x
x

ОТН
e
∫

+
−
−
⋅
−
=

Д
С
2

2
П
П

0

2
)
(

2
100
100
σ

π
σ
.                            (1.3) 

При расчетах производительности систем будет рассмат‐
риваться только эксплуатационная производительность, оп‐
ределяемая в соответствии с реальными условиями исполь‐
зования системы машины 

в
Т
С
Э
С
П
 
=
П
K ,                                                                     (1.4) 

где 
Т
С
П
 ‒ техническая производительность системы;  

Kв ‒ коэффициент использования системы по времени.  
В настоящее время существуют методики определения 
технической производительности всех известных систем. 
Сложность представляет только определение коэффициента 
использования по времени, который рекомендуется опреде‐
лять по результатам натурных испытаний систем.  
Для оценки организационно‐технологической надежно‐
сти работы строительных с использованием аналитических, 
статистических, вероятностных экономико‐математических 
моделей и имитационных моделей известно несколько суще‐
ствующих подходов [6‐20]. Согласно положений, опублико‐
ванных в трудах профессоров С. М. Кузнецова, В. Б. Пермяко‐
ва, организационно‐технологическая надежность работы 
строительных машин может быть обеспечена [20‐40]: 
‒ наличием в резерве запасного экскаватора, используе‐
мого на маловажных вспомогательных работах; 
‒ в случае крупной поломки экскаватора оперативным за‐
казом нового из ближайшего парка строительных машин;  
‒ заменой одного экскаваторного комплекта двумя одина‐
ковыми с соответствующей производительностью. 

Организационно‐технологическая 
надежность 
работы 
комплекса машин согласно рекомендациям С. М. Кузнецова 
[38]: 

дир

1
ОТН

ОТН

p
p
t
N

n
t

N
i

i
i
i
i

⋅

⋅
⋅
= ∑

=

=
,                                                (1.5) 

где N ‒ количество комплектов в комплексе машин;  
ti ‒ темп строительства i‐го комплекта;  
tдир ‒ темп строительства комплекса. 
Требуемая организационно‐технологическая надежность 
работы i‐го комплекта в процентах должна удовлетворять 
следующему условию: 

i
i
t

t
p
дир
тр
ОТН
50 ⋅
≥
.                                                                 (1.6) 

Организационно‐технологическая надежность работы ав‐
томобилей‐самосвалов и других вспомогательных машин 
[38]: 

,
П

П
p
p

1

1
ОТН

ОТН
∑

∑

=

=

=

=

⋅

⋅
⋅
=
N
i

i
i
i

N
i

i
i
i
i

n

n

                                                       (1.7) 

где N ‒ количество видов вспомогательных машин в комплек‐
те;  
Пi ‒ производительность вспомогательной машины i‐го 
вида;  
ni ‒ количество вспомогательных машин i‐го вида ком‐
плекте.  
Проведенные С. М Кузнецовым исследования по оценке 
надежности работы систем машин для строительства позво‐
лили получить коэффициент использования рабочего вре‐
мени систем, полученный по результатам их натурных  

испытаний последних позволяет определить реальную про‐
изводительность системы с учетом ОТН ее работы. Использо‐
вать в расчетах реальную производительность систем машин, 
улучшить календарное планирование, сократить простои 
строительных систем и бригад, наладить ритмичную работу 
систем и бригад, что привело к повышению качества строи‐
тельной продукции и позволило снизить себестоимость 
строительства. 
По мнению С. М. Кузнецова создание информационных 
баз натурных испытаний, технических и экономических по‐
казателей отдельных машин, комплектов и систем способст‐
вует оптимизации организационно‐технологических реше‐
ний с заданной надежностью при разработке ресурсосбере‐
гающей технологии индустриального строительства [86]. 
Для анализа и прогнозирования работы машин и систем 
в СГУПСе созданы база данных: по результатам натурных на‐
блюдений систем, техническим и экономическим показате‐
лям машин. Например, в базе данных по результатам натур‐
ных испытаний гидротранспортных систем приведена сле‐
дующая информация (таблица 1.1). Значимость каждого 
фактора потерь (таблице 1.2) определялась по модели коэф‐
фициента использования рабочего времени систем (Kв = 1 – 
Kп01 – Kп02 – Kп03 – Kп04 – Kп05 – Kп06 – Kп07 – Kп08 – Kп09 – Kп10 – Kп11 
– Kп12). 
В таблице 1.3 приведены комплексные показатели надеж‐
ности работы гидротранспортных систем: коэффициент го‐
товности (Kг), коэффициент технического использования 
(Kти), коэффициент сохранения эффективности (Kсэ) и время 
наработки на отказ (Тн).