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Production Maintenance 73

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Spécial CFIA : La maintenance, des métiers clefs dans l’industrie agroalimentaire

MAINTENANCE EN

MAINTENANCE EN PRODUCTION AVIS D’EXPERT De nouvelles techniques de diagnostic de fissuration d’une bague de roulement Dans cet article, François Combet et Xavier Thomas de la société Dynae reviennent sur les origines et les conséquences d’une fissuration – voire l’éclatement – d’une bague de roulement, avant de faire la lumière sur les nouvelles techniques de diagnostic à partir d’une signature vibratoire. Des fissures peuvent se produire dans les bagues de roulement pour différentes raisons. La cause la plus courante réside dans une mauvaise manipulation lors du montage des roulements : coups de marteau appliqués directement sur la bague, enfoncement excessif sur une portée ou un manchon conique induisant des contraintes de traction, ou encore lorsque les roulements sont chauffés avant d’être montés sur des arbres dont les diamètres ne respectent pas les tolérances normatives. Le plus souvent, la fissuration, la rupture voire l’éclatement des bagues, se produisent rapidement après la mise en service. Une autre cause de fissuration est cette fois due aux contraintes thermiques lors des démarrages. Une montée trop rapide en température de l’arbre peut entraîner la fissuration de la bague interne, sa dilatation étant plus lente que celle de l’arbre du fait de la température du lubrifiant. Cette situation se manifeste assez fréquemment dans le cas d’une sécherie de machine à papier au cours d’une phase de démarrage après arrêt technique lorsque les consignes de montée en température et en vitesse ne sont pas respectées. Mais d’autres causes peuvent être à l’origine de fissuration de bague de roulement : contraintes axiales, écaillage, rouille de contact entre bague externe Fissuration amorcée par un écaillage / logement ou entre bague interne / tourillon, ou encore microgrippage dus au glissement d’éléments roulants. Les conséquences d’une fissuration affectant la bague interne d’un roulement se traduit immédiatement par une perte de serrage entre la bague et le tourillon avec diverses conséquences : fretting corrosion entraînant un matage des surfaces en contact, échauffement de la bague interne entraînant une réduction du jeu de fonctionnement et conduisant au grippage des rouleaux puis au blocage du roulement, voire la rotation possible du tourillon dans l’alésage du roulement. Les dégâts collatéraux peuvent donc être très importants. DÉVELOPPEMENT D’UNE MÉTHODE DE DIAGNOSTIC DE FISSURATION DE BAGUE La méthode proposée ici a été développée à l’initiative de Christian Pachaud, ancien directeur technique de EES-Dynae. La difficulté de diagnostiquer une fissure de bague interne d’un roulement est que celle-ci va générer une signature vibratoire de typologie similaire à celle d’autres défauts de taille voisine localisés sur la bague interne (marquage, corrosion, cannelures dues au passage de courants de fuite, etc.) mais avec des conséquences très différentes, un simple marquage de bague interne 26ı PRODUCTION MAINTENANCE • N°73 • mai - juin - juillet 2021

MAINTENANCE EN PRODUCTION pouvant ne pas évoluer sur plusieurs années. Avec l’expérience accumulée en particulier sur les machines à papier certains experts aguerris chez Dynae sont capables d’identifier une fissuration de bague à la simple écoute du signal mesuré. Cependant, cette compétence tendant à se perdre, une formalisation plus théorique de cette technique semble souhaitable. Ceci nécessite de modéliser au mieux les phénomènes induits par une fissuration et leur signature vibratoire associée sans les domaines spectral et temporel. Lors du constat après remplacement du roulement on observe une rupture transversale de la bague interne avec une largeur de fissure d’environ 0.1mm, un jeu important entre bague et portée, et des traces de matage et de fretting corrosion affectant les surfaces de contact. Diagramme polaire du signal d’enveloppe temporelle sur 1 tour et 10 tours ÉTUDE DE CAS Cette étude porte sur un rouleau de feutre d’une machine à papier équipé de roulements à rotule à double rangée de rouleaux et à cages séparées, lubrifiés à l’huile sous pression. Les portées du rouleau sont coniques. Le signal vibratoire mesuré côté conducteur fait clairement apparaître un choc. Après application de notre méthode, on vient calculer le spectre de la fonction de modulation d’amplitude (l’enveloppe). Le nombre de paires bandes latérales autour de la fréquence de bague interne est estimé à au moins 5, correspondant à une zone de charge d’environ 70°, ce qui est relativement faible et semble indiquer un jeu important. De plus, on constate une atténuation importante des bandes latérales par rapport aux premières harmoniques Constat au démontage Spectre de la fonction de modulation d’amplitude dans la gamme de fréquence détectée de la fréquence de rotation, ce qui semble indiquer une seconde source excitatrice (choc à la rotation). Le signal d’enveloppe est ensuite analysé dans le domaine temporel, et représente sous forme polaire sur un tour d’arbre ainsi que sur 10 tours. La première représentation montre un pic principal net et deux autres secondaires concentrés sur une zone étroite. La seconde superpose tous les chocs ayant lieu sur 10 tours, ce qui permet ainsi de visualiser la zone de charge. L’ensemble de ces observations permet d’orienter le diagnostic vers une rupture de bague avec perte de serrage. La méthode développée par EES-Dynae semble prometteuse pour le diagnostic de fissuration de bague de roulement. Elle nécessite toutefois des traitements avancés dont les résultats doivent être interprétés par un expert. La capitalisation de nombreux retours d’expérience pourra éventuellement permettre d’automatiser la procédure François Combet et Xavier Thomas (Dynae) PRODUCTION MAINTENANCE • N°73 • mai - juin - juillet 2021 ı27

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