Hé, les machines ne sont-elles pas censées s'user ?

La vieille expression veut que la mort et les impôts soient les seules certitudes dans la vie. Certains suggèrent que la même chose s'applique aux machines. Nous savons que si une machine génère un profit, des impôts sont prélevés sur ce profit. Mais qu'en est-il de la mort ? La mortalité des machines est-elle également inévitable ?

Regardons de plus près. Selon Ernest Rabinowicz, professeur émérite du Massachusetts Institute of Technology, trois facteurs font perdre leur utilité aux machines :l'obsolescence, les accidents et la dégradation de la surface.

Sans aucun doute, l'obsolescence est fondamentale pour l'évolution de l'ingénierie et de la technologie. L'ancien doit faire place au nouveau. Pourtant, certaines inventions ont des cycles de vie longs – le graisseur, par exemple. Son design a peu changé depuis qu'Oscar Zerk l'a inventé au début des années 1920, mais il est encore largement utilisé. L'automobile, quant à elle, est dynamique et en constante évolution. Alors que les voitures classiques vivent à perpétuité, la plupart des voitures sont pratiquement obsolètes bien avant d'être fonctionnellement inutilisables.

Les accidents et autres formes d'événements d'intervention humaine peuvent également mettre une machine en danger imminent. Deux machines identiques fonctionnant dans des environnements de travail identiques mais exploitées par deux personnes différentes peuvent présenter une fiabilité et des durées de vie différentes. Les dissemblances sont généralement induites par l'opérateur (humain). Les défaillances des agences humaines s'appliquent également aux erreurs de conception et de fabrication des machines.

La troisième raison de Rabinowicz pour laquelle les machines perdent leur utilité concerne le monde de la tribologie (l'étude de l'usure, du frottement et de la lubrification). Il décrit cela comme une dégradation de surface, qui peut être divisée en dégradation chimique (corrosion) et dommages mécaniques. La protection des surfaces internes d'une machine contre les dommages chimiques (20 %) est largement affectée par des conditions contrôlables. Considérez les causes suivantes de dommages chimiques et le potentiel de leur contrôle ou intervention par les pratiques de maintenance :

• Lubrifiants contenant des inhibiteurs de corrosion à film barrière inefficaces ou dégradés
• Lubrifiants sujets à une oxydation rapide (production d'acide)
• Lubrifiants de carter avec réserve d'alcalinité altérée (neutralisation acide)
• Intervalles de vidange d'huile trop longs
• Contamination de l'huile par l'eau et/ou les acides de l'environnement de travail
• Croissance incontrôlée de la contamination biologique
• Espace libre humide des réservoirs, puisards et autres compartiments de lubrification
• Températures de fonctionnement élevées
• Utilisation inappropriée d'additifs anti-rayures chimiquement agressifs
• Mauvaise conservation de l'équipement stocké ou mis en place et protection inappropriée contre l'humidité et les agents de corrosion
• Lubrifiants incompatibles avec les joints, les produits chimiques de traitement, la métallurgie des machines ou les traitements de surface

La dégradation mécanique de la surface est divisée en abrasion, fatigue et adhérence. Examinons ces modes d'usure qui correspondent à environ 50 % des raisons pour lesquelles les machines sont mises hors service. Considérons plus précisément dans quelle mesure cette destruction peut être contrôlée ou stoppée.

Ernest Rabinowicz du MIT a décrit les causes liées à la perte d'utilité des machines.

Abrasion à deux corps

Peut-être que 20 à 30 pour cent de l'usure abrasive est à deux corps. Dans ce cas, deux surfaces glissent l'une contre l'autre, comme un arbre tournant à l'intérieur d'un palier lisse fixe. Les aspérités (points hauts) de la surface plus dure (arbre) ont tendance à labourer ou à creuser la surface plus molle comme une lime.

Cela peut-il être contrôlé ? Pas dans tous les cas, mais c'est probablement le cas dans la majorité des cas. Une génération abondante de film d'huile suffit. Cela peut être intégré à la machine par une sélection appropriée de la configuration et de la taille des roulements, par exemple. Température de fonctionnement et épaisseur du film d'impact de la viscosité du lubrifiant également. Les conditions mécaniques importantes telles que le désalignement, le déséquilibre, la surcharge, les démarrages à sec et les ralentissements soudains jouent également un rôle essentiel et sont généralement contrôlables.

Abrasion à trois corps

Lorsqu'un corps étranger solide est interposé entre deux surfaces dans un mouvement de glissement relatif, une forme plus grave et courante de destruction de surface peut se produire. Ce corps étranger est une particule dure dans la gamme de taille générale de l'épaisseur du film d'huile. Ces particules, généralement invisibles à l'œil nu, ont le potentiel d'être massivement destructrices.

Une particule de la bonne taille peut fonctionner comme un outil de coupe microscopique pour produire des sillons dans la surface opposée. Cependant, contrairement à l'abrasion à deux corps dans laquelle la surface molle joue un rôle sacrificiel, dans l'abrasion à trois corps, la particule peut infliger des dommages égaux aux surfaces dures et molles. Certains chercheurs pensent que l'abrasion à trois corps est responsable de 80 % de toute l'usure des machines.

L'abrasion à trois corps peut-elle être contrôlée ? Absolument. La grande majorité des particules microscopiques proviennent de la poussière de terrain, auparavant en suspension dans l'air. Lorsque des contaminants en suspension dans l'air sont ingérés dans la machine et mélangés à l'huile ou à la graisse, une défaillance de l'intervention humaine se produit. C'est une action humaine parce que ces particules d'équipage de démolition ne font pas partie de la nomenclature d'origine de la machine. Ils ont été autorisés à pénétrer pendant le fonctionnement, souvent en raison de négligence et de mauvaises pratiques d'entretien. Au fil du temps, une huile peut devenir plus un composé de rodage qu'un fluide lubrifiant.

Fatigue

La fatigue est un terme général qui peut se rapporter à la fatigue de flexion (par exemple, une dent d'engrenage) à une échelle macro ou à la fatigue de contact (par exemple, les piqûres) à une échelle micro. Ce dernier cas est le cas dominant et se produit généralement dans les contacts roulants tels que la ligne de pas des dents d'engrenage et la zone de charge des chemins de roulement des éléments roulants. Il s'initie généralement sous forme de micro-piqûres, puis passe à une macro-piqûres. Une étape finale serait de grands éclats destructeurs.

La fatigue de contact est la plus élevée lorsque les charges sont autorisées à se concentrer sur les aspérités de surface, les épaulements des bosses et où les particules pontent les surfaces sous charge. La fatigue de la surface est influencée par de nombreuses conditions, notamment la rugosité de la surface, la dureté de la surface, la viscosité, le coefficient pression-viscosité du fluide, les charges et vitesses de fonctionnement, la contamination par l'humidité et la distribution granulométrique. À quelques exceptions près, la plupart de ces conditions sont du domaine du contrôle, soit au stade de la conception de la machine, soit au stade de l'exploitation et de la maintenance. Un grand fabricant de roulements à éléments roulants a déclaré que ses roulements peuvent avoir « une durée de vie infinie lorsque des particules plus grosses que le film d'huile sont retirées de l'huile. »

Usure de l'adhésif

Contrairement à la fatigue de surface qui prend du temps à s'amorcer, l'usure de l'adhésif peut se produire immédiatement. Dans des conditions de glissement aux limites sévères, des surfaces de métaux similaires peuvent littéralement se souder par points. Les machines lourdement chargées et à rotation lente sont les plus sujettes à l'usure de l'adhésif, en particulier si les surfaces glissent sur une distance considérable, créant une chaleur de friction (par exemple, de grandes dents d'engrenage à engrènement).

Également appelée éraflure et grippage, l'usure de l'adhésif peut être la moins contrôlable par rapport à la fatigue de contact et à l'abrasion. Le plus souvent, c'est l'étendue ou le taux d'usure qui est le plus contrôlable. Lorsque les machines sont bien conçues, bien fabriquées, correctement mises en service et exploitées avec des charges et des vitesses nominales, l'usure de l'adhésif est généralement minime. Cependant, lorsque les charges sont excessivement élevées, il peut être nécessaire de déployer des additifs tensioactifs ou des lubrifiants solides.

Les machines ne meurent pas seulement... elles sont assassinées

Pour certaines machines, essayer d'arrêter la progression de l'usure revient à défier la gravité. Nous ne pouvons pas échapper à l'inévitable. De nombreuses machines sont peut-être déjà sous assistance respiratoire – elles sont trop loin. Cependant, cela ne concerne que certaines machines, pas toutes. Un pourcentage élevé de machines lubrifiées en service normal peut avoir une durée de vie apparemment infinie. Ils sont moins sujets à l'usure et aux pannes lorsqu'ils sont bien entretenus. Cela est dû aux nombreuses raisons qui viennent d'être évoquées concernant l'environnement et les conditions de fonctionnement auxquelles nous exposons les surfaces de nos machines.

Vous avez probablement entendu le mot « risque » défini comme la probabilité d'échec multipliée par la conséquence d'un échec. En ce qui concerne la fiabilité de la machine, la conséquence d'une défaillance peut ne pas être maîtrisée dans la pratique, mais la probabilité de défaillance peut l'être.

Cet article a souligné l'impact vital de l'action humaine sur la fiabilité de la machine. La fréquence des défaillances des agences humaines a tendance à être inversement proportionnelle à des facteurs tels que la formation, les mesures de performance et la culture de la fiabilité.

Considérez ceci :certains professionnels des plantes pensent que l'entretien a deux problèmes :

1. Il est cassé parce que nous n'avons pas travaillé dessus.
2. Il est cassé parce que nous avons travaillé dessus.

C'est sans doute le paradoxe de la maintenance. N'importe qui dans le domaine de la maintenance en a probablement fait l'expérience. Pourtant, la réponse à la résolution du paradoxe se trouve à l'intérieur, en reformulant simplement les problèmes comme suit :

1. Il est cassé parce que nous ne savions pas comment l'empêcher de se briser. Ou, il est cassé parce que nous ne savions pas qu'il était en train de casser et nous n'avons donc pas travaillé dessus.
2. C'est cassé parce que nous ne savions pas que ce n'était pas le cas et nous y avons travaillé quand même. Ou, il est cassé parce que nous ne savions pas comment travailler dessus pourrait le casser.

« Nous ne savions pas » est l'expression courante et opératoire. Comme l'usure, elle est contrôlable, mais uniquement lorsqu'une initiative est prise pour responsabiliser les organisations de maintenance grâce à la connaissance.

Donc, non, les machines ne sont pas censées s'user. Pourtant, ils le font souvent. Si vous cherchez pourquoi, vous découvrirez probablement qu'ils ont en fait été assassinés. Si vous suivez la piste des causes profondes, vous trouverez probablement une arme fumante entre les mains d'une ou plusieurs personnes bien intentionnées (opérateur, artisan, mécanicien, ingénieur, etc.) qui ne savaient tout simplement pas mieux.

Jim Fitch, président et consultant technique principal de Noria Corporation, possède une vaste expérience « dans les tranchées » en matière de lubrification, d'analyse d'huile, de tribologie et d'enquêtes sur les pannes de machines. Sa liste de clients comprend des sociétés telles que Michelin, Timken, John Deere, Caterpillar, Duke Energy, International Paper, Cummins et U.S. Steel.