Plataforma de Corte Agrícola: Comportamento Estrutural

(LIMA, Gabriel; CAMERO, Juan Sebastian; LESSA, Leonardo; OMC GROUP, Campinas (SP), 10/02/2026)

Abstract

O objetivo deste artigo é analisar o comportamento estrutural de uma plataforma de corte a qual apresenta o desenvolvimento de falhas em sua condição de operação em campo e avaliar um modelo virtual para análise estrutural em relação ao tempo de vida em fadiga. A metodologia FEM foi aplicada nos dois modelos para estudar o comportamento em flexão e torção do equipamento realizando simulações estáticas e dinâmicas, visando obter resultados de deslocamentos, tensões e número de ciclos de vida.

Introdução

As plataformas de corte são vitais para o desempenho das colheitadeiras, impactando diretamente a produtividade e a redução de perdas em culturas como soja, milho e trigo. Os requisitos estruturais das plataformas de corte são projetados para garantir resistência mecânica, flexibilidade de adaptação ao terreno e eficiência no fluxo de material. Para os modelos, foram considerados os seguintes requisitos para aprovação do modelo:

• Tensões: tensão de von-Mises abaixo do limite de escoamento de seu respectivo material.
• Deslocamentos: deformações elásticas sem desenvolver deformações permanentes.
• Ciclos de Vida em Fadiga: número de ciclos para uma vida infinita (tipicamente 1E6 para aços estruturais).

O objetivo deste artigo é analisar o comportamento estrutural de uma plataforma de corte tipo Draper a qual apresenta o desenvolvimento de trincas em sua condição de operação em campo, propondo um primeiro modelo em elementos finitos e aplicando diferentes condições de carregamento, para verificar, qual delas gerou a trinca no local real do equipamento.

A fim de encontrar uma solução para este problema, foi proposto um segundo modelo, modificando o design da plataforma, evitando assim a trinca e garantindo uma vida útil infinita do equipamento.

Metodologia

A metodologia segue o workflow típico de uma análise por elementos finitos, realizando a preparação geométrica, construção e refinamento da malha no local de interesse e inserção das condições de contorno e carregamentos.

Malha

Refinamento da malha nas zonas de aparição das trincas.

Carregamentos

Foram avaliados 4 casos de carga para provar a resistência a torção e flexão do equipamento. Foi verificado que, em modo de transporte, o equipamento possui um movimento de gangorra quando está se deslocando, abaixando e subindo as extremidades da plataforma, o que é natural devido sua grande envergadura e o terreno irregular. Este tipo de movimento gera uma aceleração angular no equipamento, e seu valor pode ser calculado com base na seguinte equação.

Para representar o movimento oscilatório da plataforma, foi considerada uma função senoide com frequência de oscilação de 1 Hz e uma amplitude pico a pico de 0,4 m. Estas informações foram aproximações com base em dados do equipamento na sua condição de operação em campo.

Como é apresentado no Figura.1 a máxima aceleração angular da plataforma é de 0,9 rad/s². Este valor máximo foi usado como carregamento inercial na análise estática e o intervalo de -0,9 a 0,9 rad/s² para a análise de fadiga. 

A seguir, são apresentadas as condições de carregamento.

Tab.1 – Valores Finais dos Carregamentos

Resultados

O caso 4, apresentou os resultados com maior concentração de tensões no local da trinca indicado, sendo o caso crítico de carga.  Portanto, neste artigo, são apresentados os resultados apenas deste caso de carregamento.

Deslocamentos

As imagens abaixo ilustram os resultados de deslocamento das análises estáticas para o caso 4 de carga. Apenas para efeito de visualização, foi aumentado a escala de deformação e indicado o valor na legenda da própria figura.

Tensões de Von Mises

Os resultados são apresentados para os subconjuntos do chassi e da máscara. As simulações estáticas apresentam aumento das tensões no local da trinca, como mostrado a seguir.

O novo modelo apresentou uma redução significativa nas tensões neste local como mostrado a seguir.

Ciclos de Vida em Fadiga

A seguir, são apresentados os resultados do número de ciclos de vida em fadiga para os dois modelos.

Conclusões

O novo modelo reduziu em 27% os deslocamentos em relação ao modelo 1 devido ao seu design na estrutura central, o que contribuiu para um aumento na rigidez do equipamento em geral.

As tensões estáticas de von Mises no chassi diminuíram em 62% no modelo 2 em comparação ao modelo 1 no local da trinca. Isso comprova a boa performance estrutural do novo modelo.

As tensões estáticas de von Mises na máscara aumentaram em 245% no modelo 2 em comparação ao modelo 1. Sabe-se, porém, que foi alterado o material da máscara, de Alumínio 6351 T6 para Aço A36, que apesar de terem limite de escoamento parecidos, o aço possui uma resistência a tração maior e uma melhor vida em fadiga. Apesar deste aumento excessivo da tensão, esta encontra-se abaixo da tensão de escoamento do material.

O número de ciclos de vida no local de falha do equipamento, no modelo 2, aumentou para 1E8 ciclos, indicando uma vida infinita do chassi e corrigindo o local de falha no modelo 1, o qual apresentou um número de ciclos de vida de 337500.  O modelo proposto preconizou uma metodologia de análise adequada para avaliar, identificar e preconizar modelos de operação para controlar e evitar falhas prematuras durante a vida útil do produto.