Воздух как пружина

[N-roman]

Работа воздушной вилки

Меня часто спрашивают – а зачем нужна такая приблуда как двойная воздушная камера в амортизационных вилках? Зачастую народ сам понимает смысл работы этой технологии, иногда даже представить себе не может. Что ж, пришлось взять в руки MS Excel и смоделировать работу воздушной вилки с двойной воздушной пружиной. Например, такой как Rock Shox Reba Race Dual Air или SID.


Рисунок 1. Схематичное изображение Dual Air

Вот схематичное изображение системы Dual Air. Сверху, над поршнем, в ноге вилки (черный цвет) расположена позитивная воздушная пружина: она собственно и обеспечивает упругость вилки. Под поршнем – обратная, негативная пружина. Она обеспечивает «плюшевость» при работе вилки. Чем больше воздуха в негативке, тем более чувствительная вилка на малых ходах.
Сразу же возникает вопрос: а почему вилка не может быть плюшевой без негативки? А вот потому. Физика сжатого воздуха такова. И далее я подтверждаю это своими расчетами.

Физика процесса
Воздух – упругая среда. При сжатии он нагревается и, если нет теплоотвода в стенки, эта теплота еще больше увеличивает давление внутри камеры сжатия. В итоге характеристика сжатия типичной «простейшей» воздушной вилки напоминает параболу. Такую характеристику называют прогрессивной и, в общем-то, это хорошо, так как прогрессия в конце хода уменьшает риск пробоя (например, я ни разу не смог пробить свой RS SID, хотя бил его сильно). Однако вот в чем проблема: как только ты накачаешь в камеру нужное количество давления, характеристика «уходит» вверх, и в начале хода у тебя появится очень даже ощутимое усилие, необходимое для «страгивания» вилки. Это не хорошо, ведь такая вилка совершенно не плюшевая, а очень даже жесткая в начале хода.


Рисунок 2. Характеристика простейшей воздушной пружины

Как видим, для страгивания вилки требуется усилие почти в 50 кг (в расчете принято давление в 100 PSI, диаметр воздушной камеры 28 мм и ее начальная глубина 100 мм). А что будет, если мы в пару к позитивной камере добавим негативную?


Рисунок 3. Характеристика воздушной пружины с позитивной и негативной камерой

Как видим, ситуация меняется в корне. Зеленой линией показана характеристика позитивной камеры (такая же, как в примере выше), синей – отдельно негативной. Результирующая характеристика – красная. В данном примере я сознательно подогнал значения диаметров и начальных объемов камер так, чтобы результирующая сила в начале хода стала равной нулю (диаметр негативной камеры 26 мм, начальное давление 115 PSI, начальная глубина 10 мм). Как можно заметить, во второй половине хода вилки влияние негативной камеры сходит на нет, что и неудивительно, ведь ее объем очень сильно увеличивается, в то время как объем позитивной камеры пропорционально уменьшается. В общем, вот вам нулевое усилие страгивания, та самая «плюшевая» вилка. А что будет, если мы недокачаем негативную камеру?


Рисунок 4. Характеристика с недокачанной негативной камерой

В этом случае у нас негативная воздушная пружина не сможет скомпенсировать полностью «преднатяг» позитивной камеры. Поэтому усилие начального сдвига снизится (в данном примере наполовину), но не исчезнет полностью.

Возможны варианты
Играясь с диаметрами и объемами камер, можно добиться любой необходимой характеристики сжатия. Можно увести гиперболу вправо, сделав вилку почти линейной, а можно наоборот, придать ей чудовищную прогрессию уже в середине хода, при этом в нулевой зоне вилка останется плюшевой.
В дальнейшем я усовершенствую свою расчетную модель, вставив туда варианты с негативными витыми пружинами. Как только программа будет готова, я выложу ее в свободный доступ.

Эта заметка, а также многие другие - на моем ЖЖ: Норкороманьяк: велострасти от Романа

[Чингачгук]

а теперь тупая практика, в отличие от умной теории.
У меня под столом стоит вилка Рок Шокс Ревелейшн с позитивной и негативной камерами, целиком и полностью сдутая до комнатного давления (в ожидании смены масла). Усилие начального сдвига весьма большое.

[N-roman]

<div class='quotetop'>Цитата(Чингачгук @ 26.12.2006 02:09) [snapback]205365[/snapback]</div>

а теперь тупая практика, в отличие от умной теории.
У меня под столом стоит вилка Рок Шокс Ревелейшн с позитивной и негативной камерами, целиком и полностью сдутая до комнатного давления (в ожидании смены масла). Усилие начального сдвига весьма большое.[/b]

У меня еще вчера в таком же состоянии была Reba Race Dual Air. Те же симптомы. При полностью сброшенном давлении особенно хорошо чувствуется трение в направляющих, пыльниках и сальниках. Когда вилка накачана, это трение уже не так заметно на фоне сопротивления вилки.

[Халиков Олег]

<div class='quotetop'>Цитата(Norcoroman @ 26.12.2006 00:13) [snapback]205367[/snapback]</div>

У меня еще вчера в таком же состоянии была Reba Race Dual Air. Те же симптомы. При полностью сброшенном давлении особенно хорошо чувствуется трение в направляющих, пыльниках и сальниках. Когда вилка накачана, это трение уже не так заметно на фоне сопротивления вилки.[/b]

может, усилие сдвига стоит измерить?
теми же напольными весами, или безменом

[N-roman]

<div class='quotetop'>Цитата(hof @ 26.12.2006 23:30) [snapback]205588[/snapback]</div>

может, усилие сдвига стоит измерить?
теми же напольными весами, или безменом[/b]

Все можно измерить. Проблема в том, что у меня новой вилки дома уже нет.

[Asher]

ццеж Рок шокс...
шутю... просто кроме давления, есть такая фигня - как трение

[Marin]

Роман, проясни вот этот момент:

Originally posted by Buba2@27.12.2006 17:47
Я катался и на разных рамах, и на одинаковых рамах с разными амортами. Достаточно заменить воздушку на пружину, как плавность хода возрастает просто невообразимо. Я поначалу даж удивлялся, что замена аморта даёт такой эффект.
<div align="right">[snapback]205800[/snapback]

[/quote]

оригинал от Бубы

Я так понимаю мет. пружина работает в области упругой дефформации, и если построить ее график,
то зависимость будет линейной, в отл. от параболы воздушного аморта.
Этим объясняется "плавность хода"?

[N-roman]

<div class='quotetop'>Цитата(Marin @ 27.12.2006 19:56) [snapback]205820[/snapback]</div>

Я так понимаю мет. пружина работает в области упругой дефформации, и если построить ее график,
то зависимость будет линейной, в отл. от параболы воздушного аморта.
Этим объясняется "плавность хода"?[/b]

Именно так. С той поправкой, что парабола начинается не с нуля, а с какого-то там значения усилия. С нуля она бы начиналась, будь внутри пружины атмосферное давление. Но в этом случае для нормальной работы вилки объем камеры должен быть просто гигантским. К сожалению, в моей модели пока есть ошибка, не позволяющая задать нулевое начальное давление, но по прикидкам диаметр камеры при нулевом избыточном давлении и ходе вилки в 100 мм должен быть не менее 300 мм. Ничего себе такая нога вилки... Считай, опорная стойка шасси пассажирского авиалайнера.

[Asher]

В посте Бубы, как раз наоборот, говорится (подразумевается), что пружинный аморт ему кажется более пллюшевым.
На мелких ходах (в теории) воздушный амотр. должен быть более мягким, а вот к концу хода должен обладать большей прогрессией, чем пружинный его собрат (все это как раз и объясняется параболой, ок оторый ты сказал).
Так что, я бы не стал так однозначно списывать плюшевость подвески на малых ходах на пружинный аморт...

[N-roman]

<div class='quotetop'>Цитата(Asher @ 27.12.2006 20:17) [snapback]205823[/snapback]</div>

На мелких ходах (в теории) воздушный амотр. должен быть более мягким[/b]

С какого это перепоя-то? Ясен красен, что на нулевом ходе воздушный амортизатор гораздо (!) тупее пружинного. Смотри график - парабола начинается не из нуля, и никогда из нуля не начнется, если давление воздуха внутри камеры больше нуля. Есть ненулевое избыточное давление - значит по умолчанию есть сила, действующая на поршень. А значит, о плюшевости говорить бессмысленно. В данный момент я могу тебе это доказать на двух вилках сразу. Да и ты сам можешь - спусти полностью негативку в своей All Mountain SL и оставь давление в позитивке. Ну как, плюшевая вилка? То-то же.

Добавлено позже (27.12.2006 23:30):
<div class='quotetop'>Цитата(Buba2 @ 27.12.2006 23:20) [snapback]205848[/snapback]</div>

Ага, верно.
Алексей. Ваша теория проигрывает упрямой практике ))) Если на твою Эндуру поставить пружинный аморт, ты в этом убедишься сам.[/b]

Очевидно, он забыл, что и вилка его, и амортизатор воздушные имеют камеры противодавления (негативные камеры). Только в аморте эта камера формируется автоматически, и давление там тоже получается автоматически - качать не надо. Но оно (давление в негативке) есть.

- Видишь суслика?
- Нет.
- А он есть.