Analyse des Causes Racines d’une Défaillance Mécanique dans une Machine de Granulation | PHANTOM® Gen 3

Dans cette étude de cas, nous analyserons un problème survenu sur une machine de granulation depuis sa mise en service en 2021. Cette machine a constamment subi une rupture prématurée du joint de connexion (également appelé « araignée ») dans l’accouplement mécanique à mâchoires qui relie le moteur et l’entraînement.

Pour accomplir cette tâche, nous avons utilisé l’équipement d’analyse des vibrations Erbessd PHANTOM®. Cet équipement utilise des capteurs triaxiaux pour obtenir des mesures précises et fiables de la machine de manière périodique.

Caractéristiques Observées de l’Équipement

L’objet de l’analyse est une granuleuse utilisée dans la production d’aliments pour animaux. Ce système se compose de plusieurs éléments clés :

• Accouplement à mâchoires avec joint de connexion (araignée) : L’équipement se compose d’un moteur électrique qui entraîne un arbre de transmission au moyen d’un accouplement à mâchoires intégrant un joint de connexion ou « araignée ».
• Poulie motrice à 12 canaux : Depuis l’arbre de transmission, l’énergie est transmise à une poulie motrice qui possède 12 canaux avec leurs courroies respectives.
• Courroies : Ces courroies sont chargées de transférer le mouvement de la poulie motrice à 12 canaux à une poulie menée, qui possède un arbre de type rotor en porte-à-faux.
• Broyeur granulateur : La poulie menée est fixée à la filière de granulation. Cette filière contient deux pignons internes qui compriment la farine, la déplaçant de la trémie d’accès vers les trous de la filière pour produire les granulés.

Tâches Effectuées : Analyse Initiale

En raison de la nature imprévisible de la défaillance, une enquête approfondie a été menée pour identifier la cause racine. Sur une période de 10 jours, les capteurs de vibration PHANTOM® d’ERBESSD INSTRUMENTS® ont été utilisés pour surveiller le fonctionnement de la machine. Ces capteurs sont parfaits à cette fin, car ils peuvent être placés sur la machine et collecter des données de manière périodique.

Les paramètres examinés comprenaient les valeurs globales de vibration, telles que la vitesse et l’accélération, ainsi que les bandes de haute et basse fréquence. Des spectres et des formes d’onde à différents points et directions de la machine ont également été analysés. Cette approche a fourni une compréhension complète du comportement de la machine et a aidé à l’identification de la cause de la défaillance.

1.- Moteur côté opposé à l’accouplement

2.- Moteur côté accouplement

3.- Actionneur côté accouplement

4.- Actionneur côté opposé à l’accouplement

Technologie

L’équipement suivant a été utilisé pour enregistrer et analyser les données :

Résultats Obtenus

En comparant les données de mesure avec les valeurs acceptables établies par la norme, une image précise de l’état de santé de la machine en question a été obtenue. La norme ISO 10816-3 fournit des limites et des critères clairs pour déterminer si les vibrations se situent dans des plages sûres ou indiquent des problèmes de fonctionnement potentiels.

Les résultats obtenus à partir des mesures réalisées avec des capteurs de vibration triaxiaux, comparés aux valeurs indiquées dans la norme, sont présentés ci-dessous :

Comparaison des Spectres

En comparant les données de mesure avec les valeurs acceptables établies par la norme, une image précise de l’état de santé de la machine en question a été obtenue. La norme ISO 10816-3 fournit des limites et des critères clairs pour déterminer si les vibrations se situent dans des plages sûres ou indiquent des problèmes de fonctionnement potentiels.

Les résultats obtenus à partir des mesures réalisées avec des capteurs de vibration triaxiaux, comparés aux valeurs indiquées dans la norme, sont présentés ci-dessous :

Moteur côté opposé à l’accouplement - Axe vertical

1.- Moteur côté opposé à l’accouplement - Axe vertical CONDITION DE DÉFAUT

1.- Moteur côté opposé à l’accouplement - Axe vertical ÉTAT DE FONCTIONNEMENT NORMAL

1.- Moteur côté opposé à l’accouplement - Axe vertical CONDITION DE DÉFAUT

1.- Moteur côté opposé à l’accouplement - Axe vertical ÉTAT DE FONCTIONNEMENT NORMAL

Moteur côté accouplement - Axe vertical

2.- Moteur côté accouplement - Axe vertical CONDITION DE DÉFAUT

2.- Moteur côté accouplement - Axe vertical ÉTAT DE FONCTIONNEMENT NORMAL

2.- Moteur côté accouplement - Axe vertical CONDITION DE DÉFAUT

2.- Moteur côté accouplement - Axe vertical ÉTAT DE FONCTIONNEMENT NORMAL

Actionneur côté accouplement - Axe horizontal

3.- Actionneur côté accouplement - Axe horizontal CONDITION DE DÉFAUT

3.- Actionneur côté accouplement - Axe horizontal ÉTAT DE FONCTIONNEMENT NORMAL

3.- Actionneur côté accouplement - Axe horizontal CONDITION DE DÉFAUT

3.- Actionneur côté accouplement - Axe horizontal ÉTAT DE FONCTIONNEMENT NORMAL

Actionneur côté opposé à l’accouplement - Axe horizontal

4.- Actionneur côté opposé à l’accouplement - Axe horizontal CONDITION DE DÉFAUT

4.- Actionneur côté opposé à l’accouplement - Axe horizontal ÉTAT DE FONCTIONNEMENT NORMAL

4.- Actionneur côté opposé à l’accouplement - Axe horizontal CONDITION DE DÉFAUT

4.- Actionneur côté opposé à l’accouplement - Axe horizontal ÉTAT DE FONCTIONNEMENT NORMAL

Résultats

Analyse Technique du Moteur

Aucun schéma évident de défaillance mécanique n’est détecté. Cependant, dans les tracés de la forme d’onde temporelle (TWF), on peut observer des impacts aléatoires de très grande amplitude, qui génèrent des excitations aux fréquences les plus basses.

Roulement de moteur SKF NU322 ECP/C3 (DE) :

• Aucun défaut harmonique n’est présent pour ce roulement.
• Le roulement est à l’état 0.

Roulement de moteur SKF 6316 VL0241/C3 (NDE) :

• Aucun défaut harmonique n’est présent pour ce roulement.
• Le roulement est à l’état 0.

Analyse Technique de l’Actionneur

Aucun schéma évident de défaillance mécanique n’est détecté. Cependant, dans les tracés de la forme d’onde temporelle (TWF), on peut observer des impacts aléatoires de très grande amplitude, qui génèrent des excitations aux fréquences les plus basses.

Roulement d’actionneur SKF 22226 EK (DE) :

• Aucun défaut harmonique n’est présent pour ce roulement.
• Le roulement est à l’état 0.

Roulement d’actionneur SKF 22226 EK (NDE) :

• Aucun défaut harmonique n’est présent pour ce roulement.
• Nous avons observé des harmoniques de la vitesse de rotation de l’arbre, et leur amplitude est faible.
• Le roulement est à l’état 0.

Diagnostic

Après avoir écarté tout signe de défaillance des roulements et n’avoir trouvé aucun schéma de défaillance évident, une hypothèse intrigante est avancée : les impacts aléatoires affectant l’arbre de transmission pourraient être le résultat de changements brusques de la vitesse de rotation de la poulie menée. Cela est dû au fait que la filière présente parfois une résistance importante à la rotation en raison du blocage momentané du matériau traité.

En général, le moteur a la capacité de compenser ce moment d’inertie, bien que dans certains cas l’entraînement ait protégé le moteur en l’éteignant en raison de la consommation excessive que cela pourrait générer. Cela applique une contrainte excessive à l’accouplement à mâchoires, entraînant une réduction drastique de la durée de vie du joint de connexion de ce composant, appelé « araignée ».

Conclusion

En résumé, grâce aux mesures périodiques collectées par les capteurs PHANTOM®, nous avons déterminé qu’aucune intervention de maintenance immédiate n’est requise en ce qui concerne les roulements.

Cependant, nous avons identifié certains domaines dans lesquels nous pourrions améliorer l’efficacité opérationnelle de la machinerie. Par exemple :

• Il serait bénéfique d’envisager de repenser ou d’améliorer le système d’alimentation de la matière première (farine) afin qu’elle s’écoule de manière plus uniforme, en évitant les blocages.
• Il serait également conseillé de revoir et d’améliorer l’accouplement à mâchoires afin qu’il puisse supporter l’effort requis sans provoquer l’usure prématurée du joint de connexion.