Основы работоспособности технических систем

В.А. ЗОРИН

ОСНОВЫ 
РАБОТОСПОСОБНОСТИ 
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Учебник

Допущено У МО вузов РФ по образованию в области транспортных машин 
и транспортно-технологических комплексов в качестве учебника для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по специальностям направления 
подготовки дипломированных специалистов «Эксплуатация наземного 
транспорта и транспортного оборудования» и по специальности 
«Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (по отраслям)»

' Ж А 

УДК 629.7.07 
ББК 532.2 
3 86

Автор:
Зорин В.А., доктор технических наук, профессор 

Рецензенты:
Федоров В.К., доктор технических наук, профессор; 
Гриб В.В., доктор технических наук, профессор

Зорин В.А. Основы работоспособности технических систем: Учебник 
3 86 для вузов /  В.А. Зорин. М.: ООО «Магистр-Пресс», 2005. 536 с.

ISBN 5-902048-51-6

Обеспечение высокого уровня работоспособности машин является важнейшей 
проблемой машиностроения. Решение этой проблемы возможно только в результате 
проведения 
комплекса 
взаимосвязанных 
мероприятий 
при 
проектировании, 
производстве и эксплуатации машин.
Изучение процессов изменения технического состояния машин в эксплуатации 
до настоящего времени находится в стадии развития. Последние достижения в этой 
области открывают широкие перспективы для проведения дальнейших научных 
исследований, а их внедрение дает значительный технико-экономический эффект.
В 
учебнике 
рассмотрены 
основные 
процессы, 
вызывающие 
снижение 
работоспособности машин: трение и изнашивание, коррозия, усталость и старение 
материалов, а также методы управления этими процессами. Большое внимание уделено 
основам триботехники — научной дисциплине, изучающей трение, изнашивание 
и 
процессы 
смазывания элементов машин. 
Это научное 
направление 
имеет 
междисциплинарный характер, поэтому к решению поставленных задач необходимо 
применять системный подход, дающий возможность более полного учета всех 
факторов, от которых зависит работоспособность машин.
Особое внимание в учебнике уделено математическому аппарату и традиционным 
методам расчета, анализа и прогнозирования надежности машин.

УДК 629.7.07 
ББК 532.2

ISBN 5-902048-51-6

©  
Зорин В .А .,2 0 0 5  

©  
ООО «М агистр-П ресс», 2005

Введение.................................................................................................................7

Глава 1. Основные понятия и определения теории надежности......................9
1.1. 
Основные термины и определения ..................................................... 9
1.2. 
Отказы машин и их элементов.............................................................. 11
1.3. 
Показатели надежности......................................................................... 17

Глава 2. Проблема обеспечения надежности машин...................................... 23
2.1. 
Технический прогресс и надежность машин...................................... 23
2.2. 
История формирования и развития триботехники........................... 25
2.3. 
Роль триботехники в системе обеспечения
долговечности машин.......................................................................................26
2.4. 
Трибоанализ механических систем.......................................................29
2.5. 
Причины изменения технического состояния машин
в эксплуатации ..................................................................................................32

Глава 3. Свойства рабочих поверхностей деталей машин..............................38
3.1. 
Параметры профиля рабочей поверхности детали........................... 38
3.2. 
Вероятностные характеристики параметров профиля.....................43
3.3. 
Контакт рабочих поверхностей деталей сопряжения.......................46
3.4. 
Обоснование и расчет параметров профиля......................................49
3.5. 
Структура и физико-механические свойства материала 
поверхностного слоя детали ........................................................................... 51

Глава 4. Основные положения теории трения................................................. 55
4.1. 
Понятия и определения.........................................................................55
4.2. 
Взаимодействие рабочих поверхностей деталей................................57
4.3. 
Тепловые процессы, сопровождающие трение.................................60
4.4. 
Влияние смазочного материала на процесс трения.......................... 64
4.5. 
Факторы, определяющие характер трения......................................... 66
4.6. 
Расчет коэффициента внешнего трения............................................70
4.7. 
Трение эластомерных материалов...................................................... 73

Глава 5. Изнашивание элементов машин.........................................................78
5.1. 
Общая закономерность изнашивания.................................................78
5.2. 
Виды изнашивания..................................................................................81
5.3. 
Абразивное изнашивание.......................................................................82
5.4. 
Усталостное изнашивание......................................................................90
5.5. 
Изнашивание при заедании.................................................................. 93
5.6. 
Коррозионно-механическое изнашивание........................................ 97
5.7. 
Избирательный перенос. Водородное изнашивание.......................101
5.8. 
Факторы, влияющие на характер и интенсивность 
изнашивания элементов машин...................................................................104
5.9. 
Распределение износа по рабочей поверхности детали..................113
5.10. Закономерности изнашивания элементов машин...........................117

5.11. Математическое описание изнашивания.........................................120
5.12. Вероятностный анализ изнашивания................................................125
5.13. Методы расчета износа сопряжений машин....................................130
5.14. Расчет предельного износа сопряжений..........................................141
5.15. Прогнозирование износа сопряжений............................................. 143

Глава 6. Влияние смазочных материалов на долговечность элементов машин 
150
6.1. 
Назначение и классификация смазочных материалов..................150
6.2. 
Виды смазки..........................................................................................151
6.3. 
Гидродинамическая смазка.................................................................154
6.4. 
Эластогидродинамическая смазка.....................................................159
6.5. 
Граничная смазка.................................................................................. 162
6.6. 
Механизм смазочного действия масел............................................. 164
6.7. 
Свойства жидких и пластичных смазочных материалов...............168
6.8. 
Присадки............................................................................................... 177
6.9. 
Требования, предъявляемые к маслам
и пластичным смазочным материалам........................................................179
6.10. Изменения свойств жидких и пластичных
смазочных материалов в процессе работы...................................................186
6.11. Твердые смазочные материалы .......................................................... 191

Глава 7. Усталость материалов элементов машин................................................ 196
7.1. 
Условия развития усталостных процессов........................................196
7.2. 
Механизм усталостного разрушения материала............................. 198
7.3. 
Математическое описание процесса усталостного разрушения
материала..........................................................................................................203
7.4. 
Расчет параметров усталости..............................................................206
7.5. 
Оценка параметров усталости материала детали методами
ускоренных испытаний..................................................................................208

Глава 8. Коррозионное разрушение деталей машин.............................................212
8.1. 
Классификация коррозионных процессов......................................212
8.2. 
Механизм коррозионного разрушения материалов........................213
8.3. 
Влияние коррозионной среды на характер разрушения деталей.... 215
8.4. 
Условия протекания коррозионных процессов.............................. 218
8.5. 
Виды коррозионного разрушения поверхности деталей...............220
8.6. 
Факторы, влияющие на развитие коррозионных процессов........ 222
8.7. 
Методы защиты элементов машин от коррозии.............................224

Глава 9. Система сбора информации и методы оценки надежности машин 
226
9.1. 
Цели и задачи сбора информации и оценки надежности машин.....226
9.2. 
Структура первичных данных и формы учетной документации.....227
9.3. 
Методы сбора информации при эксплуатации машин................. 229
9.4. 
Экспертная оценка надежности машин........................................... 232
9.5. 
Расчетно-аналитические методы оценки надежности машин......237
9.6. 
Методы испытаний машин на надежность......................................240

Глава 10. Методы и средства экспериментальных исследований......................248
10.1. Методы измерения износа деталей и сопряжений 
 
........... 248
10.2. Голографические методы оценки технического состояния 
элементов машин.............................................................................................259
10.3. Методы и оборудование для испытаний элементов машин
на изнашивание...............................................................................................262
10.4. Методы и оборудование, применяемые при оценке свойств 
смазочных материалов....................................................................................265
10.5. Физическое моделирование процессов изнашивания....................270
10.6. Экспертные методы оценки значимости факторов, 
определяющих изнашивание элементов машин ...................................... 278

Глава 11. Методы обработки информации о надежности..................................284
11.1. Основные законы распределения случайных величин, 
применяемые в теории надежности.............................................................284
11.2. Проверка гипотезы о законе распределения....................................293
11.3. Определение числа объектов наблюдений....................................... 298
11.4. Проверка однородности результатов наблюдений......................... 301
11.5. Статистическая оценка показателей надежности............................307
11.6. Графоаналитический метод определения параметров законов 
распределения показателей надежности.................................................... 313
11.7. Методы повышения достоверности статистических оценок 
показателей надежности.................................................................................322

Глава 12. Обеспечение надежности машин..........................................................333
12.1. Общие понятия об управлении надежностью машин....................333
12.2. Планирование показателей надежности машин..............................341
12.3. Программа обеспечения надежности машин...................................350
12.4. Жизненный цикл машин.....................................................................357
12.5. Восстановление работоспособности машин смазочными 
материалами и рабочими жидкостями.........................................................371
12.6. Восстановление деталей и сборочных единиц полимерными 
материалами..................................................................................................... 388
12.7. Система технического обслуживания и ремонта машин............... 404

Глава 13. Основные направления повышения надежности машин....................415
13.1. Общая характеристика способов повышения надежности 
415
13.2. Конструктивные мероприятия повышения надежности............... 415
13.3. Технологические мероприятия повышения надежности.............. 420
13.4. Эксплуатационные мероприятия повышения надежности 
426
13.5. Нормирование показателей надежности...........................................432
13.6. Экономическая эффективность мероприятий повышения 
надежности машин.........................................................................................434

Глава 14. Прогнозирование надежности машин..................................................439
14.1. Основные направления, цели и задачи
прогнозирования надежности машин.........................................................439

14.2. Методы прогнозирования надежности.............................................443
14.3. Оценка качества прогнозирования надежности............................. 452

Глава 15. Оценка долговечности элементов машин ........................................... 457
15.1. Представление результатов трибоанализа элементов машин........457
15.2. Определение показателей долговечности элементов машин........460
15.3. Модели оптимизации долговечности машин..................................462

Глава 16. Долговечность основных элементов и систем машин ........................469
16.1. Режимы работы и долговечность силовой установки.....................469
16.2. Режимы работы и долговечность элементов трансмиссии............481
16.3. Режимы работы и долговечность элементов ходовой части..........490
16.4. Долговечность электрооборудования машин..................................492
16.5. Методика определения оптимальной долговечности машин.......495

Глава 17. Расчет требований к долговечности машины и ее элементов.............500
17.1. Расчет ресурсов машины (оборудования)........................................ 500
17.2. Анализ структурных схем надежности машины и ее элементов.....503
17.3. Расчет требований к ресурсным показателям элементов машины ..511

Приложения ...................................................................................................................516
Список литературы..................................................................................................535

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность использования и качество функционирования машин определяются уровнем их работоспособности и надежности. Общая продолжительность простоев машин и оборудования в техническом 
обслуживании и ремонтах составляет значительную долю годового 
фонда рабочего времени. Потери народного хозяйства, связанные с 
обеспечением работоспособности машин за период эксплуатации, в 
несколько раз превышают их первоначальную стоимость.
Обеспечение надежности машин является сложной проблемой, 
для решения которой необходимо проведение комплекса конструкторских, технологических и организационных мероприятий на всех стадиях сущ ествования машины.
Конструирование машины, обоснование технологии изготовления и сборки ее основных элементов, разработку и оптимизацию управляющих воздействий, направленных на поддержание работоспособности 
машин в эксплуатации, следует проводить, учитывая техническое 
состояние основных сборочных единиц и закономерности его изм енения в процессе работы маш ины.
Качество промышленной продукции вообще и машин в частности оценивается с помощью различных показателей: назначения, 
надежности, технологичности, эргономичности, стандартизации и 
унификации, патентно-правовых. Надежность является одним из основных свойств и во многом определяет качество изделий.
Из всего многообразия показателей, характеризующих технический уровень машин, показатели надежности в наибольшей мере 
поддаются управлению в сфере проектирования, производства и эксплуатации. Настоящий учебник призван ознакомить студентов с общей 
системой управления качеством и надежностью и научить в рамках 
дипломного и/или курсового проектирования практическому применению методов их обеспечения на стадиях разработки изделий и при их 
эксплуатации.
Недостаточная надежность машин сказывается на уменьшении 
их производительности из-за простоев в ремонте, на величине материальных и трудовых затрат на их содержание, на росте капитальных 
вложений в производственные фонды ремонтного производства и промышленность, занятую выпуском запасных частей.
Для управления уровнем надежности требуется знание широкого 
круга вопросов по основам теории вероятностей и математической статистике, триботехнике; методам проектирования, производства и эксплуатации машин и др. Большинство из этих вопросов рассматриваются в данном учебнике, причем основное внимание уделяется вопросам

обеспечения планируемого уровня работоспособности и надежности 
машин при проектировании и эксплуатации с учетом их специфики.
Основы работоспособности, приборы и методы исследований, а 
также пути повышения надежности объекта изучают в теории надежности. Теория надежности находится на стыке нескольких наук: теории 
вероятностей и математической статистики, теории трения и изнашивания, теории эксперимента и др. Основной задачей теории надежности является изучение закономерностей возникновения отказов и 
неисправностей объекта и на базе результатов исследований разработка 
мероприятий, направленных на обеспечение выполнения объектом заданных функций с наименьшими затратами.
Повышение надежности машин имеет огромное народнохозяйственное значение. Для обеспечения надежной работы машин необходимо постоянно совершенствовать их конструкцию и технологию 
производства, разрабатывать и внедрять мероприятия по поддержанию 
работоспособности машин в эксплуатации.
Решать эти задачи призваны инженерные кадры, знакомые с теорией надежности и способные применить свои знания при проектировании, производстве и эксплуатации машин. В связи с этим изучение 
научных основ обеспечения работоспособности машин должно стать 
неотъемлемой частью учебного процесса в технических вузах страны.
При подготовке учебника использованы материалы доктора 
технических наук, профессора Д.П. Волкова и доктора технических 
наук, профессора B.C. Бочарова /1, 2/. Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору В. В. Грибу и доктору 
технических наук, профессору В.К. Федорову за рекомендации по улучшению рукописи, высказанные при ее рецензировании. Все замечания 
читателей по содержанию и форме изложения будут приняты автором с 
признательностью.

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

1.1. Основные термины и определения

В соответствии с ГОСТ 27.002—89 надежность — это свойство 
объекта выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Термин «объект» является 
наиболее общим наименованием изделия, машины, оборудования или 
отдельной сборочной единицы. Объект, предназначенный для самостоятельного выполнения заданных функций, будем называть системой. 
Система представляет собой совокупность элементов. Например, если 
бульдозер рассматривается в качестве системы, то его отдельные детали 
и сборочные единицы являются элементами этой системы.
В процессе эксплуатации объект может находиться в одном из 
следующих состояний: исправном, работоспособном, неисправном.
Исправное состояние (исправность) — состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.
Работоспособное состояние (работоспособность) — состояние 
объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. Параметры, характеризующие 
выполнение функций, обусловливают эксплуатационные показатели 
изделия: производительность, мощность, тягово-скоростные характеристики, параметры рабочего процесса и прочее.
Неисправное состояние (неисправность) — состояние объекта, 
при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией. 
Различают 
неисправности, не приводящие к отказам (нарушение лакокрасочного 
покрытия, износ режущей кромки рабочего органа), и неисправности, 
ведущие к возникновению отказа (трещина металлоконструкции рамы, 
повреждение лопасти вентилятора системы охлаждения двигателя).
Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Для каждого объекта признаки (критерии) отказов установлены нормативно-технической документацией.
В зависимости от причин возникновения отказа различают: конструкционные отказы, возникшие в результате нарушения установленных правил конструирования; производственные отказы, причиной 
возникновения которых является нарушение установленного процесса 
изготовления или ремонта изделия; эксплуатационные отказы, причиной возникновения которых является нарушение установленных правил или условий эксплуатации машины.
По характеру возникновения различают отказы внезапные, постепенные и перемежающиеся.
Внезапный отказ характеризуется резким изменением одного 
или нескольких заданных параметров объекта. Примером внезапного 
отказа является нарушение работоспособности щековой камнедробилки, вызванное срезом болтов распорной плиты в результате попадания 
металлического предмета между дробящими плитами.
Постепенный отказ характеризуется постепенным изменением 
одного или нескольких заданных параметров объекта. Характерным 
примером постепенного отказа является нарушение работоспособности тормозов в результате износа фрикционных элементов.
Перемежающийся отказ -  многократно возникающий сбой одного и того же характера. Примером перемежающегося отказа может 
служить ухудшение мощностных и топливно-экономических показателей двигателя и з-за появления нагара в головке цилиндров. Этот отказ 
часто самоустраняется при длительной работе машины в тяжелом нагрузочном режиме. Другим характерным примером перемежающегося 
отказа является нарушение работоспособности бульдозера в результате 
налипания грунта на поверхность отвала.
В зависимости от способа устранения отказа все объекты разделяют на ремонтируемые (восстанавливаемые) и неремонтируемые (не- 
восстанавливаемые). К ремонтируемым относят объекты, которые при 
возникновении отказа ремонтируют и после восстановления работоспособности снова вводят в эксплуатацию. Машины и оборудование, а также большинство их элементов являются ремонтируемыми объектами.
Неремонтируемые объекты после возникновения отказа заменяют. К числу неремонтируемых элементов машин относят подшипники 
качения, тросы, оси, пальцы, крепежные детали и т. д. Восстановление 
этих элементов экономически нецелесообразно, так как затраты на 
ремонт достаточно велики, а обеспечиваемая при этом долговечность 
значительно ниже, чем у новых деталей. Надежность объекта характеризуется безотказностью его работы, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.
Безотказность — свойство объекта сохранять работоспособность 
в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Под наработкой подразумевают продолжительность или объем работы объекта, измеряемые в часах, километрах, кубических метрах или других 
единицах. Это свойство особенно важно для элементов системы управления, тормозных устройств и других механизмов, отказ которых 
может привести к аварии или к длительному простою дорогостоящего 
оборудования.

Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность 
до наступления предельного состояния с необходимыми перерывами 
для технического обслуживания и текущих ремонтов.
Предельное состояние объекта — состояние, при котором дальнейшая его эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого 
нарушения требований безопасности (в том числе, экологической) или 
неустранимого ухода заданных параметров за установленные пределы, 
или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой. Объект, достигший своего предельного состояния, направляют в капитальный ремонт или списывают.
Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в его 
приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем 
проведения технического обслуживания и ремонтов. Под устранением 
отказа подразумевают восстановление работоспособности объекта 
путем ремонта (для ремонтируемых элементов) или замены (для не- 
ремонтируемых элементов) отказавшего элемента. Долговечность и ремонтопригодность являются основными свойствами, определяющими 
уровень надежности машин и оборудования.
Сохраняемость — свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение, после хранения и (или) 
транспортирования. Это свойство более важно для машин сезонного 
использования и сменного рабочего оборудования: снегоочистителей, 
уплотняющих машин, грейферного оборудования, кусторезов и др.
Совокупность перечисленных свойств определяет способность 
объекта выполнять заданные функции, сохраняя значения эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение установленного 
срока, т. е. надежность изделия в эксплуатации.

1.2. Отказы машин и их элементов

Одним из основных понятий теории надежности машин является 
понятие отказа. Отказом называют такое состояние объекта, при котором он полностью или частично теряет свою работоспособность и не 
может выполнять заданные функции с параметрами, установленными 
требованиями технической документации (стандартами, техническими 
условиями и др.). Время, необходимое на восстановление работоспособности объекта в условиях эксплуатации в пределах смены, принято 
считать простоем.
Все виды отказов можно разделить на две группы: из-за разрушения элементов и вследствие нарушения качеств функционирования. К 
первой группе относятся поломки, недопустимые деформации и износ 
элементов, обрыв и короткое замыкание, расплавление и сгорание элементов схем и т. п. Ко второй группе относятся нарушение регулировок, залипание и забивание рабочих органов обрабатываемой средой, 
засорение гидравлической системы, течь в местах соединения шлангов, 
загрязнение или ослабление контактов электропроводки, ослабление креплений под действием вибрации, встречи с непреодолимым 
препятствием рабочего органа и пр. Для подавляющего большинства 
строительных машин и оборудования особого внимания заслуживают 
отказы первой группы из-за их массовости, а также значительной трудоемкости и стоимости устранения. Поэтому им уделяется основное 
внимание. Однако для ряда машин в определенное время года при использовании в характерных районах существенное влияние на эффективность работы могут оказывать отказы второй группы (например, для 
землеройных машин весной и осенью при работе на глинистых фунтах 
значительная часть простоев вызвана залипанием рабочих органов 
грунтом и т. п.).
В отличие от понятия отказа следует различать понятие повреждение, которое означает событие, заключающееся в нарушении 
исправности объекта или его составных частей. Повреждение может 
быть незначительным или значительным. Первое означает нарушение исправности при сохранении работоспособности, второе — отказ 
объекта. Некоторые незначительные повреждения могут переходить 
в категорию значительных и тем самым приводить к отказу объектов. 
Наиболее общей причиной повреждений первого типа является изменение параметров и характеристик элементов во времени, обусловленное 
происходящими в них физико-химическими процессами.
Возникновение отказа обычно обусловливается структурой и 
свойствами материала, напряжениями, вызванными нагрузкой, и часто 
также температурой. Процессы, приводящие к отказам, классифицируются по ряду признаков. По месту протекания различают процессы, 
происходящие: в объеме материала элементов, на поверхности элемента, в сочленениях деталей (неподвижных и подвижных), в электрических цепях, связанных с взаимным влиянием элементов.
Во многих случаях решающее влияние на возникновение отказов 
оказывают изменения на поверхности детали, которая подвергается непосредственному воздействию окружающей или рабочей агрессивной 
среды, влаги, зафязнений. Процессы в объеме твердого тела и на его 
поверхности, способствующие появлению отказов, обычно возникают 
и развиваются как локальные. К  процессам, предшествующим появлению отказов, протекающим в местах подвижных и неподвижных 
соединений деталей машин, относятся различные виды изнашивания, 
усталости, коррозии и др. Изменение физического состояния, свойств 
и характеристик элементов обычно обусловлено воздействием энергии 
и заключается в превращении одного вида энергии в другой. Многие

физико-химические явления, связанные с возникновением отказов, 
являются термически активируемыми, т. е. могут протекать только при 
определенном уровне тепловой энергии, причем их интенсивность 
увеличивается при нагревании тела. Тепловые процессы играют значительную, порой решающую роль в изменении свойств и характеристик 
элементов, интенсивности их разрушения и старения.
Воздействующие при эксплуатации факторы влияют на возникновение отказов двояко: во-первых, они вызывают постепенное изменение 
характеристик и параметров элементов, во-вторых, при определенных 
значениях этих характеристик и параметров изменения интенсивности 
воздействия до некоторого критического уровня может наступать отказ 
элемента. Различают воздействия, влияющие на элементы независимо от 
того, работают они или выключены, и воздействия, возникающие в условиях активной работы элемента. К первым можно отнести: влажность, 
атмосферное давление, температуру окружающей среды, химический 
состав и загрязнение среды. Ко вторым — напряжение и ток установившихся и переходных режимов, выделяющееся в элементе тепло, механические нагрузки, возникающие в самом работающем элементе при 
эксплуатации.
По виду изменений, вызываемых в материале воздействующими 
факторами, различают необратимые изменения (например, коррозия) 
и обратимые (например, деформация в пределах упругости металлических деталей). По характеру изменений во времени различают воздействия постоянные, закономерно изменяющиеся во времени, и воздействия, являющиеся случайными функциями времени.
Воздействие эксплуатационных факторов связано с режимом 
хранения или активной эксплуатации. В устройствах, подвергающихся 
длительному хранению перед активной эксплуатацией, постепенное 
изменение свойств и характеристик элементов при хранении может 
иметь решающее значение. Влияние факторов, действующих при активной эксплуатации, зависит от режима эксплуатации — является ли 
он непрерывным, циклическим, случайным, повторно-прерывистым 
или одноразовым, установившимся или переходным.
В качестве наиболее общих физико-химических процессов в материалах, которые могут быть связаны в той или иной степени с возникновением отказов, необходимо указать следующие:
• диффузионные процессы в объеме и на поверхности твердого тела;
• перемещение и скопление точечных дефектов и дислокаций в 
кристаллических твердых телах;
• разрыв химических связей цепей макромолекул полимерных 
материалов;
• электролитические процессы;
•действие поверхностно-активных веществ;

• структурные превращения в сплавах металлов и др. 
Закономерности, характеризующие эти явления, представляют 
собой основу для построения некоторых общих физических моделей 
отказов и процессов их возникновения. К ним относятся: деформации 
и механическое разрушение различных материалов; тепловое разрушение элементов; сцепление (схватывание) поверхностей соприкасающихся деталей и др.
Физическая сущность явлений, приведших к отказу объекта, отражается в характере отказов. Типовой перечень проявлений отказов 
машин и оборудования приведен в табл. 1.1.
В полной мере отказ характеризуют причины, признаки (проявления), характер и последствия. Причинами отказов могут быть дефекты, допущенные при конструировании, производстве и ремонте, 
нарушение правил и норм эксплуатации.

Таблица 1.1
Перечень отказов машин

Характер отказа
Примеры элементов, выходящих из строя

Износ (механический, молекулярно- 
механический, коррозионно- 
механический)

Поверхности сопряжений, 
деталей, рабочие органы

Выкрашивание
Поверхности зубьев шестерен, роликов и 
втулок, цепей, колец подшипников

Излом (вязкий, хрупкий, усталостный)
Элементы трансмиссий и 
металлоконструкций

Остаточная деформация
Оси, валы, зубья колес, звездочек, 
элементы металлоконструкций

Трещина
В рамных несущих элементах и элементах 
рабочего оборудования

Срез резьбы
Винтовые соединения

Срез
Шпонки

Вмятина
Рама кожуха

Затупление
Режущие элементы рабочих органов

Заклинивание (заедание)
Золотники

Проворачивание
Подшипники по посадке

Коррозия
Сопряженные поверхности, обшивки

Увеличенный люфт
Механические передачи, рычаги 
управления

Ослабление креплений
Винтовые соединения

Потеря упругости
Пружины

Разрыв заделки
Шланги, трубопроводы

Продолжение таблицы 1.1

Характер отказа
Примеры элементов, выходящих из строя

Расслоение, растрескивание
Шланги, ленты транспортера, ремни 
передач

Разрыв
Шланги, металлические трубопроводы, 
ремни и цепи передач

Механические повреждения
Прокладки, лента транспортера

Нарушение герметичности
Соединения в гидравлических и 
пневматических системах

Пробоина
Баки

Вытягивание
Транспортерная лента, ремень, цепь

Кавитационная эрозия
Элементы гидропривода, землесосных 
снарядов, гидромониторов

Потеря эластичности, старение
Уплотнения

Разрегулировка
Тормоза, муфты, клапаны, контакторы и т. п.

Обрыв, пробой, замыкание, нарушение 
контакта, электрические повреждения, 
подгорание, загрубление тепловой защиты

Элементы электропривода

Перегорание
Осветительная аппаратура

Несрабатывание
Приборы защиты и управления

Признаками отказа называются непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя явлений, характерных 
для неработоспособного состояния объекта или процессов, с ним связанных. Например, отсутствует возможность переключения передач, не 
поднимается груз, наблюдается возникновение определенных шумов 
(стуков) при включении основного двигателя, изменяются показатели 
контрольного устройства и т. п.
К последствиям отказа относятся явления, процессы и события, 
возникшие после отказа и в непосредственной причинной связи с ним. 
Например, простои, невыполнение задания, выполнение текущего или 
капитального ремонта и пр.
Представляет интерес классификация отказов строительных машин и элементов по различным признакам. Такая классификация может способствовать, например, анализу отказов, выявлению их причин 
и экономических последствий и решению других задач.
По частоте отказов можно различать отказы единичные и отказы, повторяющиеся п раз за определенный период наработки. Последние могут являться следствием причин, присущих данной модели и 
условиям ее использования.
В связи с последствиями отказы можно разделить на три категории: л егки е (например, разрушение прокладки, утечка масла, незакрепленный несиловой болт), которые не вызывают остановки объекта 
и могут быть устранены в удобное время; средние, вызывающие немедленную остановку объекта для ремонта; тяжелые, которые вызывают не 
только остановку объекта, но и вторичные значительные разрушения. 
Значительных ресурсов для устранения требуют, как правило, два последних вида отказов.
По сложности устранения отказы объектов целесообразно делить на три группы: устраняемые с использованием операции технического обслуживания; устраняемые путем проведения текущего 
ремонта; устраняемые в процессе капитального ремонта. Для устранения отказов П -й и Ш -й  групп часто требуется участие ремонтного 
персонала, грузоподъемных средств и сменных частей. Отказы этих 
групп в наибольшей мере сказываются на эффективности использования машин.
С тонки зрения возможности восстановления работоспособности 
объекта можно различать отказы, устраняемые в эксплуатационных условиях или в стационарных условиях. Такое деление является условным 
и определяется возможностями служб ремонта, приспособленностью 
машины к ремонту, атмосферным факторам и др.
По внешним проявлениям отказы делятся на явные и скрытые. 
К явным относятся такие отказы элементов, на обнаружение которых тратится небольш ое время — менее, например, 10 мин (или 
другой установленной нормы). К скрытым относятся отказы элементов, на обнаружение которых требуется время свыше установленной нормы. Такие отказы часто наблюдаются в гидро-, пневмо- 
и электросистемах.
По взаимосвязям между отказами существуют первичные отказы, 
происшедшие по любым причинам, помимо действия другого отказа, и 
вторичные (зависимые), вызванные действиями другого отказа (повышенный износ элементов вследствие отказа в системе смазки, повреждение деталей редуктора осколком зуба шестерни и т. п.).
По условиям возникновения различают отказы, возникшие при 
хранении, транспортировании, на холостом пробеге, при выполнении 
объектом основных функций.
По уровню внешних воздействий бывают отказы, возникающие 
при нормальных и ненормальных условиях эксплуатации. К последним 
относятся отклонение от правил техобслуживания и управления машиной, использование при недопустимых нагрузках и климатических 
условиях и пр.
По возможности прогнозирования выделяют: прогнозируемые 
отказы, возникновение которых зависит от возраста модели или наработки; прогнозируемые отказы, обусловленные изменением параметра 
изделия; непрогнозируемые отказы. Прогнозирование отказов первого