4.3 L'IEEE PHM 2012 Data
Challenge
4.3.1 Aperçu global du
Challenge
L'IEEE Reliability Society et
l'Institut FEMTO-STont conjointement organisé un
concours intitulé l'IEEE PHM 2012 Data Challenge. Le
défi était axé sur l'estimation de la durée de vie
utile restante (RUL en anglais pour RemainingUseful Life) des
roulements à billes à gorge profonde en rotation, un
problème critique car la plupart des défaillances des machines
tournantes sont liées à ces composants, affectant fortement la
disponibilité, la sécurité et la rentabilité des
systèmes et équipements mécaniques dans les secteurs tels
que l'énergie et le transport. L'ensemble des données du
PHM challenge ont été fournis par l'institut
FEMTO-ST de Besançon en France. Des expériences ont
été réalisées sur la plateforme
expérimentale PRONOSTIA, qui permet une dégradation
accélérée des roulements sous certaines conditions de
fonctionnement, tout en recueillant des données de surveillance en temps
réel. Des essais ont été effectués sous trois
conditions de chargement différentes allant de de 1500 à 1800
tr/min et une charge portante de 4000 à 5000 N dans une configuration
d'essai expérimentale permettant une dégradation
accélérée des paliers. 6 ensembles de données
d'entrainement pour développer les algorithmes d'estimation du RUL et 11
ensembles de donnéesde test contenant des signaux de vibration et de
température ont été fournis. L'objectif du défi
était d'estimer la durée de vie utile restante des roulements
dans les 11 ensembles de données de test.
4.3.2 La plateforme
PRONOSTIA
La plateforme PRONOSTIA permet de faire tourner le roulement
jusqu'à sa rupture en seulement quelques heures. Elle a
été conçue et réalisée au département
AS2M (Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques) de l'institut
FEMTO-ST. Cette plateforme est composée de 3 parties, une composantede
rotation, une composante de charge et une composante de mesure.
Figure 19: dispositif expérimental
} La composante de rotation contient un
moteur capable de communiquer une vitesse de rotation au roulement. Il s'agit
d'un moteur asynchrone avec une boîte de vitesses et deux arbres. Le
moteur a une puissance égale à 250W et transmet le mouvement de
rotation à travers une boîte de vitesses, ce qui permet au moteur
d'atteindre sa vitesse nominale de 2830 tr/min, de telle sorte qu'il puisse
délivrer son couple nominal tout en maintenant la vitesse de l'arbre
secondaire inférieure à 2000 tr/min. L'accouplement d'arbre
rigide est utilisé pour créer des connexions pour la transmission
du mouvement de rotation produit par le moteur au palier support du roulement.
L'arbre de support du roulement guide le roulement à travers sa bague
intérieure. Une interface homme-machine permet à
l'opérateur de régler la vitesse, de sélectionner la
direction de rotation du moteur et de définir les paramètres de
surveillance tels que la température instantanée du moteur
exprimée en pourcentage de la température maximale
d'utilisation.
} La composante de charge permet d'appliquer
une force radiale sur le roulement afin de réduire sa durée de
vie.Les éléments de ce module sont tous groupé dans une
seule et même cage en aluminium partiellement isolée du module
d'instrumentation par une couche en polymère. La cage en aluminium
comporte un vérin pneumatique, un axe vertical et ses bras de levier, un
capteur de force, une bague de serrage du roulement testé, un arbre de
support d'essai et deux paliers. La force issue du vérin pneumatique est
d'abord amplifiée par un bras de levier, et est ensuite appliquée
indirectement sur la bague extérieure du roulement à bille
à travers sa bague de serrage. Ce module de charge constitue le coeur du
système global. En effet, la force radiale produite permet de
réduire la durée de vie du roulement en paramétrant sa
valeur au-dessus de la charge dynamique maximale supportée par un
roulement qui vaut 4000 N. cette charge est générée par un
actionneur. Il s'agit d'un vérin pneumatique dont la pression
d'alimentation est fournie par un régulateur électropneumatique
numérique.
} La composante de mesure permet d'obtenir
des informations sur le roulement tout au long de l'expérience à
l'aide de capteurs de vibrations et de températures. Les conditions
expérimentales sont déterminées par des mesures
instantanées de la force radiale appliquée sur le roulement, de
la vitesse de rotation de l'arbre du roulement, et le couple infligé au
roulement. Chacune de ces trois mesures analogiques sont
prélevées à une fréquence égale à 100
Hz. La caractérisation de la dégradation du roulement sur deux
types de données : la vibration et la
température.
Le signal thermique obtenu serait très
intéressant pour une étude axée sur la thermographie
infrarouge, mais rappelons que ce mémoire est focalisé sur
l'analyse vibratoire, par conséquent c'est le signal vibratoire qui doit
retenir notre attention.
Les capteurs de vibration sont deux
accéléromètres miniatures, de type DYTRAN 3035B
positionnés à 90° l'un de l'autre. Le premier est
placé sur l'axe vertical et le second sur l'axe horizontal. Les deux
accéléromètres ont une position radiale par rapport
à la bague extérieure du roulement.
Un accéléromètre
piézoélectrique est composé d'un disque en matériau
piézoélectrique (quartz), qui joue le rôle d'un ressort sur
lequel repose une masse sismique précontrainte. Les
accéléromètres piézoélectriques tendent
à devenir les capteurs de vibration absolue les plus utilisés
pour la surveillance. Ils possèdent les avantages suivants :
} le signal d'accélération peut être
intégré électroniquement pour donner le déplacement
et la vitesse ;
} Extrêmement durable ;
} Facilité d'installation ;
} Petit et léger ;
} Supporte les hautes températures.
Toutefois, ils ne sont pas exempts des quelques
inconvénients qui suivent :
} Nécessite une double intégration pour le
déplacement ;
} Nécessite une source extérieure (capteur
passif);
} Fournit des informations limitées sur la dynamique
d'arbre ;
} Médiocre pour les faibles vitesses.
Figure 20: schéma d'un
accéléromètre piézoélectrique
Figure 21: accéléromètre de type
DYTRIAN 3035B
Figure 22: accéléromètres fixés
sur le roulement
Figure 23: caractéristiques de
l'accéléromètre
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