1. Introduction
Sur l'un des sites d'industrie lourde en Ukraine, une panne de l'arbre principal de la ligne de production a été enregistrée. Les symptômes de la défaillance comprenaient un bruit métallique aigu dans la zone de transmission de puissance, une augmentation rapide de la température du boîtier de l'ensemble de liaison jusqu'à 85 °C, ainsi qu'un déclenchement de la protection du variateur de fréquence en cas de surcharge moteur. Le taux de défaillance planifié (MTBF) pour cet ensemble est de 45 000 heures, toutefois le temps de fonctionnement réel jusqu'à la panne s'est élevé à seulement 6 200 heures. Cela a exigé une enquête technique immédiate afin d'identifier les causes premières et d'empêcher les pannes répétées conformément aux standards de fiabilité industrielle.
2. Aperçu du composant et des conditions d'exploitation
Les raccords à brides ainsi que les éléments associés de commande de transmission d'énergie travaillent dans des chaînes cinématiques critiques. En proximité immédiate du moteur, des éléments d'exécution pneumatiques de positionnement sont utilisés, notamment les cylindres de la série Festo ADV-20-10-I-P, qui assurent un déplacement linéaire précis ainsi qu'une fixation de l'outillage technologique avec une pression de travail jusqu'à 10 bar.
Conditions d'exploitation du module :
- Température ambiante de fonctionnement : de -10 °C à +45 °C.
- Moment de torsion maximal : 320 N·m (nominal — 210 N·m).
- Vitesse de rotation : 1450 tr/min.
- Déplacement axial autorisé : ±1,5 mm ; déplacement radial : jusqu'à 0,2 mm ; déplacement angulaire : jusqu'à 1°.
Conformément aux normes ISO 21940-11 et DSTU GOST ISO 10816-3, l'état vibratoire de tels appareils ne doit pas dépasser 2,8 mm/s dans la plage de fréquences de 10 à 1000 Hz.
3. Preuves de défaillance
Pendant la démontage de l'unité, le groupe d'ingénierie mobile a enregistré les données suivantes :
- Vue visuelle : Des traces de fretting-corrosion ont été observées sur la surface de l'élément élastique ainsi que sur la demi-joie, ainsi que des fissures profondes dues à la fatigue le long de l'axe de la gorge de clavette sur l'arbre conducteur.
- Mesure de géométrie : Le centrage laser des arbres de l' moteur électrique et de la réduction a montré un déplacement radial de 0,65 mm et une déviation angulaire de 1,8°, ce qui dépasse trois fois les tolérances du fabricant.
- Données de surveillance vibratoire : Augmentation anormale des pics à la fréquence de rotation (1x) et à la deuxième harmonique (2x), ainsi que des composantes à haute fréquence dans la plage de 2,5–5 kHz, indiquant des charges impulsionnelles dues à la rupture des liaisons de la couplage.
4. Enquête systématique des causes premières
Pour déterminer la chaîne d'événements ayant conduit à la défaillance, la méthode de la diagramme d'Ishikawa (Ishikawa diagram) et l'analyse « 5 pourquoi » (5 Whys) ont été appliquées.
- Pourquoi le coupleur a-t-il échoué ? En raison de la destruction des éléments de transmission du couple en raison d'une fissure de fatigue cyclique.
- Pourquoi les contraintes de fatigue sont-elles supérieures à la limite de résistance ? En raison d'un important déplacement des arbres pendant la mise en service.
- Pourquoi y a-t-il un déviant ? Les boulons de fondation du réducteur ont desserré en raison de la vibration.
- Pourquoi les boulons se sont-ils desserrés ? Lors de l'assemblage précédent, les moments de serrage n'ont pas été respectés conformément au standard ISO 898-1.
- Pourquoi le moment de serrage n'était-il pas contrôlé ? L'entreprise n'avait pas de programme d'essai actif du moment de serrage des assemblages filetés à l'aide d'outils dynamométriques calibrés.
5. Causes premières définies
| Cause principale | Probabilité (%) | Base de preuves |
|---|---|---|
| Centrage incorrect des arbres (Angular/Radial) | 45% | Données du centrage laser (décalage 0,65 mm au lieu de 0,2 mm max) |
| Surcharge cyclique par le moment de torsion | 30% | Traces de déformation plastique sur les clavettes, graphiques de consommation d'énergie du moteur |
| Erreurs d'assemblage et absence de contrôle de tension | 25% | Vis de fixation du réducteur desserrées, absence de marquages de contrôle du couple |
6. Mesures correctives et préventives
Pour éliminer les défauts détectés, un plan d'actions en deux étapes a été développé :
- Intervention immédiate (Réparation d'urgence) : Démontage de l'arbre défectueux. Réalisation d'un centrage laser précis des équipements conformément à ISO 5406 avec une tolérance de rayon inférieure à 0,05 mm. Remplacement des éléments de fixation de classe de résistance 10,9 avec un coupleur à couplemètre. Remplacement des composants pneumatiques usés de commande, notamment des cylindres Festo ADV-20-10-I-P, fonctionnant dans un cycle technologique unique.
- Contrôle vibratoire régulier : Mise en place d'un contrôle vibratoire régulier toutes les 720 heures de fonctionnement. Formation du personnel aux règles d'utilisation du matériel d'ajustage conformément aux exigences EN 13306.
7. Carte d'expertise rapide pour les ingénieurs en usine
Cette table doit être utilisée lors des inspections hebdomadaires avec un tablette directement dans l'atelier :
- [ ] Contrôle de la température : Mesurer la température de l'arbre de la couplage avec un pyromètre (norme : jusqu'à +50 °C ; alarme : > +70 °C).
- [ ] Inspection visuelle du caoutchouc : Rechercher des fissures, des décollements de caoutchouc ou la formation de poussière de caoutchouc sous le boîtier protecteur.
- [ ] Contrôle du serrage : Vérifier les indicateurs de tension des vis sur la structure porteuse de la réduction et du moteur.
- [ ] Analyse de vibration : Retirer le spectre de vibration dans les directions axiale et radiale sur les châssis d'arbres à billes.
- [ ] Réseau pneumatique : Vérifier la stabilité de la pression (9-10 bar) à l'entrée des cylindres pneumatiques Festo ADV-20-10-I-P.
- [ ] Intégrité de protection : Vérifier l'absence de jeu dans les joints clavetés lors du réversement du moteur.
8. Stratégie de prévention des pannes
La fiabilité des transmissions mécaniques est obtenue grâce à une approche globale du service technique (RCM). Il est recommandé d'établir les intervalles d'entretien suivants :
- Mois : Contrôle du centrage à l'aide d'appareils laser en cas d'apparition des premiers signes de bruit.
- Quart de trimestre : Révision complète et graissage des liaisons mobiles, inspection des joints.
- Annuellement : Contrôle non destructif (détection des défauts par poudre magnétique) des arbres sur la présence de fissures de fatigue près des alésages des joints.
9. Conclusion
L'analyse a montré que la défaillance prématurée de la couplage est due à la combinaison de l'angle initial de décalage des arbres et de la détérioration des boulons de fondation. Le respect des normes d'installation et du programme de diagnostic permet d'éviter les arrêts d'urgence en production. Pour le choix des pièces d'origine de remplacement et une restauration rapide des unités, consultez UNITEC-D E-Catalog.
10. Base normative et références
- ISO 21940-11: Vibrations mécaniques — Équilibrage des rotors.
- DSTU GOST ISO 10816-3 : Vibrations. Évaluation des vibrations des machines par mesures sur les parties non tournantes.
- ISO 898-1: Propriétés mécaniques des éléments de fixation en acier au carbone et acier allié.
- EN 13306: Maintenance — Terminologie du maintenance.
- ISO 5406 : Rotors — Lignes directrices pour l'équilibrage des moteurs industriels lourds.
