Redução de peso dos componentes de caminhões através do AHSS

Para muitos caminhoneiros, a redução de peso não é tanto uma questão de eficiência de combustível, mas sim de custo total e eficiência de frete: ser capaz de aumentar a receita ao transportar mais — ao mesmo tempo em que permanece abaixo dos limites legais de peso. Alguns componentes de caminhões que haviam sido feito a substituição do aço carbono tradicional para o alumínio leve, ou até mesmo polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRPs), são agora bons candidatos para aços avançados de alta resistência (AHSSs) mais econômicos e duráveis.

Seguindo o caminho da redução de peso na indústria automotiva

O uso de AHSS e UHSS (aços de ultra-alta resistência) em automóveis continua a aumentar com quase todas as novas apresentações ou atualizações de modelos de carros. Algumas dessas utilizações do AHSS/UHSS são para atender a normas mais rigorosas de segurança/colisões. Porém, a redução de peso é provavelmente o principal motivo, e os exemplos automotivos fornecem algumas orientações sobre as possibilidades de redução de peso dos caminhões.

Proteção do conjunto de baterias com UHSS para caminhões elétricos

Para atender às metas climáticas globalmente estabelecidas, todos os caminhões – incluindo grandes plataformas que realizam longos trajetos – precisarão um dia utilizar baterias elétricas, células de combustível ou combustão a hidrogênio. Porém, antes que os caminhões elétricos se tornem amplamente utilizados, a indústria de transportes rodoviários (nos EUA, pelo menos) precisa desenvolver normas contra colisões para baterias.

A preocupação é que não há uma norma conhecida nos testes de durabilidade do conjunto de bateria (para caminhões pesados), tais como o teste de colisão de um veículo, nem existe uma norma sobre uma forma de proteger o conjunto. O ideal seria que as baterias fossem acondicionadas dentro das vigas estruturais e protegidas contra veículos que passam, sem estrutura e peso adicionais, mas isso ainda não parece viável para os ciclos de trabalho atuais e para o volume necessário de baterias disponíveis.

Estabelece o NACFE (North American Council for Freight Efficiency - Conselho Norte Americano para Eficiência de Frete)

Na verdade, as montadoras de caminhões podem tirar vantagem de alguns dos trabalhos inovadores já realizados pela indústria automotiva, que possui normas de proteção de baterias para VEBs (veículos elétricos a bateria). Os carros elétricos atuais possuem compartimentos de bateria (também chamados de bandejas de bateria, gaiolas ou armações) que utilizam alumínio leve e/ou aço AHSS de maneiras inovadoras.

A norma de segurança contra colisões mais desafiadora para carros VEB é o teste de colisão lateral em poste (pole test). Alguns dos fatores são o peso elevado das baterias de VEs, suas grandes dimensões e a necessidade de resistir a colisões, para não causar incêndios térmicos descontrolados das células da bateria – que são praticamente impossíveis de apagar.

Os designers de carros VEB superaram esses desafios ao colocar baterias debaixo do piso do compartimento de passageiros, o que tornou o compartimento um componente estrutural multifuncional da estrutura da carroceria (body in white - BIW). Por sua vez, a SSAB propôs um Conceito de design para VEs, que inclui, entre outras ideias, uma proposta para um compartimento de bateria leve com vigas de soleira que absorvem energia, travessas de piso para transferência de energia e uma estrutura de transporte de bateria laminada a frio em 3D, feita com o aço martensítico de 1700 MPa Docol®. A estrutura ao redor da bandeja de baterias dos VEs não só protege a bateria contra colisões: ela também é uma estrutura estabilizante, proporcionando rigidez de torção... e inspiração para futuros designs de caminhões elétricos a bateria.

caminhão elétrico

Aços AHSS Docol® para compartimentos de bateria de VEs, células de combustível e armazenamento de hidrogênio

Gráfico sobre os possíveis graus de AHSS para compartimentos de baterias de VEs, venda de combustível e armazenamento de hidrogênio
Os possíveis graus de AHSS para aplicações são indicados por fundo cinza escuro. Os textos em amarelo indicam os graus atualmente em desenvolvimento.

Estruturas de chassis e vigas estruturais de caminhões com o uso de UHSS

A prioridade para os designers de estruturas de caminhões é a resistência, rigidez e propriedades de fadiga de um material – já que o chassi de caminhão está constantemente sujeito a cargas de choque e torção.

Uma estrutura tradicional, de referência, Classe 8 (EUA), é uma construção de aço que usa um aço de 120 ksi (827 MPa). A conversão da estrutura do caminhão para um aço, por exemplo, martensítico Docol® laminado a frio 1100M de 160 ksi (1100 MPa), permite que as montadoras de caminhões reduzam a espessura da carroceria e economizem 90 kg.

Para realizar reduções de peso adicionais, os designers de caminhões estão explorando a espessura do aço sob medida ao longo do comprimento da viga estrutural, para otimizar a quantidade de resistência ao AHSS onde for necessário. Eles também poderiam realizar análises de custo/benefício para aços UHSS ainda mais resistentes como, por exemplo, os aços Docol® laminados a quente e conformados a frio 1200M.

O NACFE informou que um fabricante de caminhões recentemente parou de oferecer vigas estruturais de alumínio, provavelmente devido à sua baixa durabilidade. Um participante da pesquisa do NACFE relatou “Elas (vigas estruturais de alumínio) não sofrem fadiga, elas falham de forma catastrófica.” (Relatório de Confiança do NACFE: Redução de Peso 2021.)

O relatório continua, apontando que o módulo mais baixo de elasticidade do alumínio (sua rigidez) em comparação ao aço torna a deformação do alumínio um problema comum, excluindo as vigas estruturais de alumínio para uma variedade de caminhões sensíveis ao peso, tais como caminhões-tanque.

Aumentando a durabilidade das travessas de caminhões

Embora as travessas leves de alumínio tenham uma popularidade cada vez maior, muitas montadoras de caminhões têm com elas as mesmas preocupações que têm com as estruturas de alumínio, isto é, a baixa durabilidade a longo prazo do alumínio quando se trata de rigidez, torção e fadiga. Os aços AHSS podem ser a alternativa mais durável e econômica para travessas de caminhões.

Aços AHSS Docol® para chassis e estruturas de caminhões

Gráfico sobre os possíveis aços AHSS para chassis e estruturas de caminhões
Os possíveis graus de AHSS para aplicações são indicados por fundo cinza escuro. Os textos em amarelo indicam os graus atualmente em desenvolvimento.

Redução de peso das cabines de caminhões com AHSS

Até mesmo as empresas de transporte por caminhões mais sensíveis ao peso (transportadoras a granel) não querem utilizar cabines-leito mais curtas para reduzir peso: manter os motoristas da empresa em “uma segunda casa” confortável é simplesmente muito importante.

Por outro lado, quando se trata de operadores proprietários, um administrador de frota afirma que “Redução de peso representa receita (devido à eficiência de frete)... Apenas contrato operadores proprietários com caminhões que pesem menos de 16.000 lbs (7260 kg).

” Seja como for – utilizar motoristas da empresa ou operadores proprietários – é claro que manter o peso das cabines-leito sob controle é fundamental, principalmente porque elas continuam a crescer em tamanho, como as cabines “fechadas ou de alta elevação”.

O NACFE informa: “Com as muitas inovações em aço, há um grande potencial para reduzir o peso ao mesmo tempo em que se mantêm uma cadeia de suprimento comum.”

estrutura de cabine

Estrutura de cabine.

Aços AHSS Docol® para cabines de caminhões

Gráfico sobre os possíveis aços AHSS para cabines de caminhões

Os possíveis graus de AHSS para aplicações são indicados por fundo cinza escuro. Os textos em amarelo indicam os graus atualmente em desenvolvimento.

Maior segurança com o uso de lâminas de pára-choques e proteções inferiores feitas com o AHSS

Os designers de caminhões observam que as montadoras Tiers 1 estão começando a conceber e a implantar aços de ultra-alta resistência em sistemas de lâminas de pára-choques. Os graus de UHSS, tais como os aços endurecidos por prensagem Docol® PHS 1500 e PHS 2000, ajudam a criar lâminas de pára-choques econômicas e que reduzem o peso, com um alto desempenho em proteção contra colisões.

Redução de peso dos tanques de ar comprimido para freios de caminhões

Os tanques de alumínio podem ser até 14 kg mais leves do que os feitos com aço convencional. Porém, os aços avançados de alta resistência podem corresponder ao peso do alumínio a custos significativamente mais baixos.

Combinação de tanques de ar de caminhões com travessas

A Volvo desenvolveu um caminhão de prova de conceito que combinou um tanque de ar de alumínio integrado como travessa. Uma ideia semelhante poderia utilizar o aço avançado de alta resistência Docol®, que não é apenas mais econômico do que o alumínio – ele também possui a equivalência de CO2 incorporada ao aço reciclado, mesmo sendo feito em grande parte a partir de minério de ferro virgem.

Redução dos custos de conformação de carenagens do teto de caminhões

As carenagens do teto ajudam o caminhão-reboque a ser mais aerodinâmico e, por sua vez, a ter uma melhor eficiência de combustível. Porém, as conversões de material, em alumínio ou em plásticos moldados por injeção, podem simplesmente estar financeiramente fora de alcance para o mercado de caminhões Classe 8 de volume relativamente baixo.

De acordo com um relatório da NACFE, “Uma grande ferramenta de moldagem por injeção para fazer essas carenagens de teto pode custar mais de US$ 1 milhão, e uma ferramenta de estampagem de painéis com corpo de alumínio pode custar US$ 1,5 milhão.” O aço AHSS mais econômico, conformado por equipamentos que o fabricante provavelmente já possui, pode ser uma abordagem mais leve para carenagens do teto.

Aumento da durabilidade da 5ª roda com o AHSS

As quintas rodas dos caminhões são, tradicionalmente, um componente para trabalhos pesados, concebida para conexão e desconexão frequente de reboques. O NACFE salienta que o alumínio pode não ser a melhor opção para 5ª roda quando “... é comum o pino mestre atingir fora do centro, causando danos à garganta (alumínio) ou às rampas... Eles são (também) tão caros em comparação aos modelos de aço estampado e fundido, (que) a taxa de aceitação geral é muito baixa.”

Os possíveis aços AHSS para as 5ª rodas de caminhões estampados incluem os graus martensíticos Docol®.

Rodas de caminhão leves e econômicas

Tanto os produtores de rodas de aço quanto de alumínio reduziram com sucesso o peso de seus produtos nos últimos anos. Ao aumentar ainda mais os níveis de resistência com graus de aço que são facilmente conformados a frio em bordas de flange distendidas e que possuem altas taxas de expansão de furo, os fabricantes de rodas de aço podem obter uma redução de peso adicional a preços atraentes.

Os possíveis graus feitos com o aço avançado de alta resistência Docol® para rodas incluem o HR800CP, HR800HER, ou HR600FB.

Estruturas do painel de instrumentos

O alumínio substituiu algumas estruturas de painéis, mas obviamente com custos mais elevados. “Fazer uma nova substituição” pelo aço AHSS, como as chapas finas e tubos de precisão Docol® CR600DP laminados a frio, poderia proporcionar uma vantagem econômica às montadoras de caminhões.

Oferecendo componentes leves para caminhões a preços atraentes

Além de seu potencial de resistência/redução de peso e preços atraentes em comparação ao alumínio e CFRPs, os aços AHSS e UHSS podem frequentemente ser fabricados com equipamentos de conformação a frio que as montadoras de caminhões já utilizam – com mudanças relativamente pequenas nas ferramentas. Além disso, os aços Docol® AHSS/UHSS também são extremamente eficientes em CO2, conforme já foi salientado.

Pronto para aproveitar os conhecimentos sobre a redução de peso com AHSS/UHSS na indústria automotiva? Em seguida, entre em contato com o seu representante local Docol®. Seus clientes com boa relação frete-benefício agradecerão.

Conteúdo relacionado

180