Estudo da aplicação dos aços avançados de alta resistência em chassis de plataformas para colheita de grãos

Abstract

Resumo: O estudo proposto teve como objetivo redimensionar o conjunto soldado de uma plataforma para colheita de grãos denominado chassi, visando a redução de peso com o aumento ou manutenção da resistência mecânica por meio da substituição de Aços de Alta Resistência e Baixa Liga (ARBL) convencionais por Aços Avançados de Alta Resistência (AHSS). Esta mudança não visou apenas melhorar as propriedades mecânicas dos componentes, mas também diminuir os impactos ambientais associados à produção do aço, emissão de poluentes pelo consumo de combustível das colheitadeiras e compactação do solo. A escassez de estudos específicos da aplicação do aço AHSS em plataformas agrícolas motivou a busca por informações relacionadas às diferentes formas de utilização desse material e suas limitações neste contexto. Para isso um chassi de plataforma foi redesenhado utilizando o software Solidworks 2022 e mantendo as dimensões essenciais de montagem do conjunto existente. Durante o desenvolvimento do projeto foi realizada uma análise por elementos finitos para otimizar o design e garantir a integridade estrutural do conjunto. Com o objetivo de compreender a aplicação desses materiais na indústria agrícola foram feitas a avaliação do comportamento dos materiais e processos de fabricação utilizados, a construção de protótipos e a análise de custos. Os protótipos deste chassi foram submetidos a condições reais de trabalho em campo para validação. Por fim, a análise de custos foi realizada, considerando o preço do material, quantidade de material e de consumíveis de solda. Os principais resultados incluem aproximadamente 9% de redução de peso no novo chassi soldado e 25% de redução individual nos componentes modificados, uma distribuição adequada de tensões, desempenho satisfatório dos materiais em condições reais de operação e equivalência de custos entre os materiais convencionais e os aços avançados de alta resistência

Abstract: The proposed study aimed to redesign the welded assembly of a grain harvesting header, referred to as the chassis, with the objective of reducing weight while maintaining or increasing mechanical strength through the replacement of conventional High-Strength Low-Alloy (HSLA) steels with Advanced High-Strength Steels (AHSS). This change was intended not only to improve the mechanical properties of the components but also to reduce the environmental impacts associated with steel production, pollutant emissions from harvester fuel consumption, and soil compaction. The scarcity of specific studies regarding the application of AHSS in agricultural headers motivated the search for information related to different forms of use of this material and its limitations in this context. For this purpose, a header chassis was redesigned using SolidWorks 2022 while maintaining the essential mounting dimensions of the existing assembly. During the project development, a finite element analysis was carried out to optimize the design and ensure the structural integrity of the assembly. In order to understand the application of these materials in the agricultural industry, assessments of material behavior and manufacturing processes were conducted, as well as prototype construction and cost analysis. The chassis prototypes were subjected to real field working conditions for validation. Finally, the cost analysis considered material price, quantity of material, and welding consumables. The main results include approximately 9% weight reduction in the new welded chassis and 25% individual reduction in the modified components, an adequate stress distribution, satisfactory material performance under real operating conditions, and cost equivalence between conventional steels and advanced high- strength steels