Soutenance mémoire
L’analyse du signal vibratoire est une méthode importante dans la détection et le diagnostic des défauts et des dommages de boîtes de vitesses. La détection des défauts de boîtes de vitesses à temps peut réduire l’effet des dommages des matériaux et des équipements. Par conséquent, d’importants moyens ont été utilisés pour la détection précoce des défauts dans la boîte de vitesses de l’hélicoptère. L’entretien périodique a ses limites car certains défauts peuvent se produire de façon aléatoire. Ainsi, les méthodes de surveillance conditionnelle basée sur différents tests effectués régulièrement ont été employées. L’analyse des signaux de vibration [1, 2, 3, 4] enregistré par les accéléromètres [5] est l’une des méthodes les plus appropriées pour ces tests ou essais. Les signaux de vibration mesurées à partir d’une boîte de vitesses sont complexes, non stationnaire et variable dans le temps [6]. Lors de la détection des dommages de boîte de vitesses, les résultats de l’analyse de Fourier traditionnelle [7, 8] ne sont pas faciles à analyser et à interpréter; d’autres procédés de traitement de signal ont été étudiés [9] dans le but de faciliter l’interprétation et l’analyse des résultats. Parmi les méthodes employées pour la détection des défauts de boîte de vitesses; Hilbert et Wavelet Packet Transform [10, 11], filtre à ondelettes adaptative [12], extraction des caractéristiques artificiel basé sur un programme génétique [13], EMD et la sélection automatique du mode intrinsèque [14],[15].
De nombreux travaux de recherche ont été menés sur les engrenages de la boîte de vitesses [16], les dents [17, 18], les roulements [19, 20, 21, 22] et le système de transmission [23, 24, 25, 26] pour la détection précoce de défauts pour éviter les accidents et en même temps améliorer le système de surveillance de l’hélicoptère [27, 28, 29].
Dans certains cas, les bandes latérales sont pas toujours visibles sur le spectre, donc, un outil de traitement de signal appelé cepstre est utilisé pour améliorer la détection des défauts [30, 31, 32]. Ce sepstrum a la particularité de séparer une famille de raies spectrales de fréquence permettant la détection des défauts d’une manière plus claire. Dans le cas de défauts mixtes, le spectre montre non seulement les deux lignes de peignes correspondant à des fréquences de chaque arbre de rotation, mais également un peigne correspondant à une fréquence très basse dite fréquence de coïncidence (Fc), ce qui peut refléter l’impact des deux dents défectueuse (roue / pignon).
Utilisation de l’analyse vibratoire dans la maintenance
Les machines industrielles vibrent d’où la nécessité d’interpréter leurs vibrations dans le but de déterminer les différentes anomalies. La rigidité de la machine, sa structure, sa fixation, ses conditions de fonctionnement sont des paramètres qui influent sur le signal vibratoire. Généralement, le capteur destiné à suivre l’information fournie par les vibrations ne peut être placé à la source du défaut, donc le signal capté est influencé par le chemin qu’il parcourt entre la source et le capteur. La conception d’une machine n’est donc pas simple et nécessite de prendre en compte tous ces paramètres, sans oublier ses fonctions de base. Pour établir un diagnostic, il faut s’appuyer sur le fait qu’une machine émet vers l’extérieur de nombreux signaux qui sont particuliers à son fonctionnement, tels que la chaleur dégagée, la puissance absorbée, le bruit, les vibrations, etc ……
Les mesures réalisées sur les machines en fonctionnement sont faciles à mettre en œuvre cela permet une détection précoce de la plupart des défauts rencontrés sur les machines de production. Souvent la plupart des anomalies peuvent être détectées suffisamment tôt pour planifier une intervention avant la panne. L’analyse vibratoire joue un rôle important dans le diagnostic des machines à des fins de maintenance.
La maintenance par analyse vibratoire
Avant de montrer l’importance de l’analyse vibratoire dans le domaine de la maintenance il est nécessaire de définir et décrire chaque type de maintenance.
Les différents types de maintenance
Selon la norme NF-X60-010 [AFNOR 90b], la maintenance est définie comme étant un ensemble d’activités destinées à maintenir ou rétablir un bien dans un état ou dans des conditions données de sûreté de fonctionnement, pour accomplir une fonction requise. Pour des raisons de sécurité et de rentabilité, les activités de maintenance sont essentielles pour assurer la continuité et la durabilité des machines industrielles. Elles permettent une diminution des coûts de production et l’amélioration de la qualité des produits. Il est possible de distinguer trois stratégies de maintenance,
– la maintenance corrective correspondant à une action effectuée après la panne.
– la maintenance préventive systématique effectuée selon un échéancier fixé sur la base du minimum de durée de vie des composants mécaniques.
– la maintenance préventive conditionnelle subordonnée à un type d’événement prédéterminé. Cette stratégie doit tenir compte de la complémentarité des méthodes correctives et préventives. Les paramètres qu’il faut prendre en considération pour réaliser cette politique sont d’ordre économique et humain.
Le principe de la maintenance conditionnelle est d’estimer l’état des éléments mécaniques en effectuant différents types de mesures. La nature de ces mesures dépend de la machine ou l’équipement à suivre. Cela peut être des mesures de vibration, des analyses d’huile, des thermographies infrarouges, etc … [2]. Quand la limite admissible de ces défauts est dépassée, il est recommandé de programmer l’arrêt de la machine. Cela entraînera la perturbation minimale du cycle de production. Ce type de maintenance est caractérisé par :
– l’emplacement et le nombre de points de mesure
– la collecte et le traitement des informations
– la nécessité d’obtenir un diagnostic précis
– un investissement important .
Parmi les méthodes employées en maintenance conditionnelle, l’analyse vibratoire qui est la technique la plus adoptée pour le suivi des machines tournantes. En effet, un ensemble de pièces en mouvement, quel que soit la forme de la structure porteuse, génère des vibrations, et ce, même si les machines analysées sont en bon état de fonctionnement. Les vibrations dans les bâtis de machine peuvent avoir plusieurs origines, telles que les arbres mal équilibrés, mais aussi des roulements à billes, des engrenages ou des courroies en parfaite état de marche qui viennent exciter les bâtis. Le comportement non-linéaire de certains composants modifie les rigidités de ces organes et par voie de conséquence, les efforts induits. Les vibrations obtenues pendant les mesures sont porteuses d’informations qui caractérisent l’état de fonctionnement de certains composants mécaniques constituant la machine à analyser. Grâce à l’analyse de ces vibrations, il est possible de détecter et localiser les éléments défectueux. Quand une certaine limite (correspondant à un niveau de vibration) fixée est atteinte, il est possible d’évaluer la durée de vie de l’élément dans les conditions de fonctionnement connues à partir de la connaissance de lois d’endommagement .
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I: L’utilisation de l’analyse vibratoire dans la maintenance
I.1. Introduction
I.2. La Maintenance Par Analyse Vibratoire
I.2.1. Les stratégies de maintenance
I.2.1.1. Les différents types de maintenance
I.2.2. Le principe de la maintenance conditionnelle
I.2.2.1. Les différentes techniques de la maintenance préventive conditionnelle
I.2.2.2. La comparaison entre les techniques de maintenance préventive conditionnelle
I.2.2.3. Avantages et inconvénients de la maintenance préventive conditionnelle
I.2.2.4. Les objectifs de la maintenance préventive conditionnelle
I.2.3. Les techniques de détection
I.3. Surveillance Et Diagnostic
I.4. Surveillance vibratoire de l’évolution d’un défaut
I.4.1. La nature de vibration
I.4.2. Le dépistage des défauts
I.4.3. Le diagnostic des défauts
I.4.4. Suivi de l’évolution d’un défaut
I.5. Les outils de l’analyse vibratoire
I.5.1. La chaîne d’acquisition
I.5.2. Le capteur de vibrations
I.5.3. Le matériel d’analyse
I.6.Mesure de signal vibratoire
I.6.1.Analyse temporelle
I.6.2.Analyse spectrale
I.6.3. Analyse cepstral
I.7.Conclusion
Chapitre II: Source de vibration dans les engrenages
II.1. Introduction
II.2. Les sources de vibration dans les engrenages
II.3. Les différents types de détérioration des dentures d’engrenages
II.3. 1. Défauts répartis sur toutes les dents
II.3.1.1. L’usure
II.3.1.2. Les piqûres (Pitting)
II.3.2. Défauts localisés sur certaines dents
II.3.2.1. L’Écaillage
II.3.2.2. Le grippage
II.3.2.3 La fissuration
II.4. L’engrènement des dents
II.5. Techniques d’identification des défauts
II.6. Fréquences caractéristiques de défauts
II.7. Les défauts des engrenages
II.7.1. Définition
II.7.2. Fréquence d’engrènement
II.7.3. Signatures vibratoires des défauts d’engrènement
II.7.3.1.Détérioration d’une dent
II.7.3.2. Détérioration de deux dents sur les deux roues
II.7.3.3. Détérioration de l’ensemble de dentures
II.7.3.4. Entraxe insuffisant (jeu insuffisant au fond de denture)
II.7.3.5. Jeu de fond de denture trop grand
II.7.3.6. Défauts induisant une modulation d’amplitude
II.7.3.7. déformation d’arbre
II.8.Conclusion
Chapitre III: Application de l’analyse d’ondelettes
III.1. Introduction
III.2 .Transformée en ondelettes
III.2.1. Historique des ondelettes
III.2.2. Définition d’une ondelette
III.2.3. Ondelettes et résolution temps-échelle
III.2.4. La famille d’ondelettes
III.2.4.1. Ondelette de Haar
III.2.4.2. Ondelettes de Daubechies
III.2.4.3 Ondelette de Morlet
III.2.4.4. Ondelette chapeau mexicain
III.2.4.5. Ondelettes de Meyer
III.3. Type de la transformée en ondelette
III.3.1. La transformée en ondelette continue (TOC) ou (CWT)
III.3.2. La transformée en ondelette discrète (TOD)
III.3.3. La transformée en paquet d’ondelettes
III.4. Choix de l’ondelette et du nombre de niveaux de calcul pour la décomposition
III.5. Étude Expérimentale D’un Banc D’essai
III.6.Résultat et discussion
III.6.1. L’analyse spectrale (FFT)
III.6.2. L’analyse cepstral
III.6.3.Analyse d’ondelette
III.6.3.1.Cas du signal sans défaut
III.6.3.2. Cas du signal avec défaut
III.7.Conclusion
Chapitre IV : Étude comparative de diagnostic sur un réducteur d’un hélicoptère
IV.1. Introduction
IV.2. Résultats et discussions
IV.2.1.L’analysetemporelle de forme d’onde
IV.2.2. Analyse de modulation d’amplitude
IV.2.3.Analyse Cepstral
IV.3. Diagnostic par moyennage synchrone
IV.3.1. Sans défauts
IV.3.2. Avec défauts
IV.4. Identification des harmoniques redondant
IV.5. Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
