Устройство и апгрейд вилки SR Suntour XCR/Raidon LO (X-100)
Вилка Suntour XCR/Raidon представляет собой классическую конструкцию пружинно-масляной подвески: упругим элементом выступают позитивная и негативная пружины, которые работают на сжатие и отбой, поглощая ударные нагрузки и уменьшая амплитуду перемещений (в левой ноге), гасящим – закрытый масляный картридж с компенсационной азотной камерой высокого давления, который смягчает и замедляет сжатие и отбой, уменьшая вертикальные ускорения и демпфируя колебания (в правой ноге). Вилка имеет регулировки прелоада (жёсткости) за счёт поджатия позитивной пружины вращающейся ручкой сверху левой ноги и демпфирования сжатия и отбоя вплоть до полной блокировки путём перекрытия единого клапана поршня на штоке масляного картриджа флажком сверху правой ноги. Благодаря единому клапану сжатия и отбоя существует возможность прожать вилку на определённую высоту, уменьшив её вылет, а затем заблокировать. Заявленный ход вилки составляет 100 мм.
Поскольку амортизационный картридж выполнен однотрубным (т.н. газовый амортизатор), его сопротивление сжатию увеличивается вслед за самим сжатием ввиду повышения давления азота в компенсационной камере. А так как давление воздуха при сжатии возрастает параболически, масляный картридж обладает прогрессивной характеристикой, выполняя помимо гасящей ещё и упругую функцию наравне с позитивной пружиной (которая, к слову сказать, сама имеет линейную характеристику, но об этом ниже).
A - шток; B - поршень с единым клапаном сжатия/отбоя; С - негативная масляная камера (показано неточно); D - позитивная масляная камера; E - плавающий поршень компенсационной камеры; F - компенсационная азотная камера высокого давления
Вилка, о которой идёт речь, была установлена на велосипеде GT Avalanche 1.0 Disc '08 в виде OEM-версии под названием SR Suntour X-100 и за прошедший сезон прошла 830 км. В преддверии нового сезона хозяин решил провести полное ТО своего байка и доверил его мне. Как оказалось, не зря: несмотря на малый пробег, пришлось полностью перебрать втулки на новой смазке (внутри была вода вперемешку с грязью) и заменить цепь (растяжение составило 1,6 мм на 24 звена). Остальные узлы велосипеда, включая вилку, были в более-менее приемлемом состоянии и серьёзных вмешательств не потребовали (чистка, смазка и мелкая регулировка ни в счёт). Тем не менее, после совместных обсуждений было решено провести апгрейд вилки.
Суть апгрейда состояла в следующем:
1) Несмотря на то, что данная вилка относится к классу пружинно-масляных, внутри позитивной пружины был установлен эластомер высотой 150 мм, который теоретически должен был выполнять роль буфера сжатия, смягчая сильные удары, а реально не давал вилке работать на полный заявленный ход. Вследствие этого при вылете ног в 100 мм реальный ход вилки составлял всего лишь 80 мм до соприкосновения с эластомером. Естественно, в процессе переборки эластомер был удалён.
2) На штоке перед негативной пружиной была одета простановочная пластиковая втулка высотой 30 мм, которая уменьшала потенциальный ход и вылет вилки на указанную величину. В процессе переборки её тоже решено было удалить. После изъятия втулки из левой ноги вылет вилки сразу увеличился, но высоты позитивной пружины стало не хватать, и вилка приобрела холостой (пустой) ход. Поэтому на освободившееся место было решено поставить вторую позитивную пружину большей жёсткости. Для этого была подобрана витая цилиндрическая пружина сжатия с большей толщиной витка d и меньшим внешним диаметром D.
3) Для лучшей амортизации отбоя было принято решение заменить оригинальную негативную пружину новой более жёсткой, для чего была подобрана пружина с большим шагом витка h и толщиной прутка d, а также несколько большего диаметра D и высоты H (+10 мм). Увеличение высоты было обусловлено целью дополнительного взаимного поджатия первой позитивной и негативной пружин, что должно сделать вилку жёстче при прямом ходе и мягче на обратном, т.к. в конце отбоя негативная пружина будет сильнее сжиматься, сопротивляясь разжатию вилки, и лучше тормозить её отстрел, уменьшая риск быть выбитым из седла. Более того, при начале сжатия вилки негативная пружина, разжимаясь, станет подталкивать поджатую позитивную пружину, уменьшая её сопротивление началу сжатия. Если принять, что жёсткость позитивной и негативной пружин и величина их предварительного сжатия одинакова, начальное сопротивление сжиманию вилки, несмотря на поджатие позитивной пружины, должно стать равно нулю.
После сборки вылет вилки увеличился до 125 мм. Для уменьшения трения сопрягаемых поверхностей ног и штанов в правое и левое перо было залито по 15 мл вилочной синтетики Liqui Moly Racing Fork Oil 15W, а пружины были дополнительно обработаны густой смазкой. За счёт проникновения жидкого масла во все труднодоступные участки внутри вилки уменьшилось внутреннее трение, что должно привести к более плавной работе подвески и меньшему износу трущихся поверхностей.
Что же получилось в конечном итоге? Во-первых, увеличился ход вилки с заявленных 100 мм (а фактических 80 мм) до реальных 125 мм. Во-вторых, даже без регулировок прелоада и демпфирования сжатия вилка стала жёстче. И, в-третьих, самое главное, подвеска приобрела вместо линейной прогрессивную характеристику сжатия.
Последний пункт стоит рассмотреть подробнее. Как известно, для витых пружин справедлив закон Гука, гласящий, что при увеличении величины сжатия пружины x (мм) прямо пропорционально увеличивается сила её сопротивления F (Н): F=kx, где k – коэффициент жёсткости пружины. Соответственно, когда пружина полностью разжата, её сопротивление началу сжатия равно нулю. Как только мы приложили к пружине элементарное усилие dP и тем самым сжали её на элементарную высоту dx, появляется начальное усилие сопротивления сжатию dF. При одинаковой величине сжатия dx это усилие тем больше, чем выше коэффициент жёсткости пружины k, и оно увеличивается линейно по мере сжимания пружины вплоть до значения Fmax при соприкосновении витков.
Теперь рассмотрим вариант с двумя последовательно установленными пружинами с большим перепадом жёсткости. При приложении усилия к данной конструкции вначале станет сжиматься мягкая пружина (1). Затем, сжавшись на определённую высоту, она начнёт толкать жёсткую пружину (2) и обе пружины станут сжиматься одновременно, но мягкая должна будет сокращаться быстрее. Наконец, когда мягкая пружина сожмётся полностью, у жёсткой ещё останется некоторый ход. Таким образом, при установке последовательно двух пружин разной жёсткости мы получим три фазы сжатия: мягкую I (1), среднюю II (1+2) и жёсткую III (2). Т.е. график зависимости усилия сжатия F от величины сжатия x превратится из прямой линии (проходящей диагонально) в линию ломаную, состоящую из трёх участков. А это означает, что вместо линейной мы получим прогрессивную характеристику сопротивления сжатию, которое станет возрастать быстрее, чем будет прожиматься вилка.
Если теперь вернуться к проведённому апгрейду вилки Suntour X-100, то здесь получилась ломаная линия, состоящая из четырёх участков за счёт работы на сжатие трёх пружин (см. График сжатия): негативной (0), первой позитивной (1) и второй позитивной (2). В первой фазе сжатия I разжимается негативная пружина и начинает сжиматься первая позитивная (0+1), во второй фазе II продолжает сжиматься первая позитивная пружина (1), в третьей фазе III в дело вступает вторая позитивная пружина и обе пружины сжимаются одновременно (1+2), и, наконец, в четвёртой фазе IV, когда первая позитивная пружина полностью сжалась, дожимается вторая позитивная пружина (2). Всё это делает вилку относительно мягкой в начале хода при отработке мелких неровностей, средней жёсткости на крупных колдобинах, и жёсткую непробиваемую подвеску при крутых приземлениях.
Здесь стоит отметить, что в действительности за счёт предварительного сжатия пружин внутри ноги возникает усилие FcompressII, к которому затем прибавляется статическая нагрузка от веса райдера FpreloadII - FcompressII, вследствие чего имеет место отклонение от теории, которое выражается в следующем. Во-первых, сопротивление началу сжатия пружин уже не равно нулю, поэтому для того, чтобы вилка начала сжиматься, необходимо приложить некое начальное усилие FpreloadII. Это означает, что подвеска не срабатывает на самых мелких неровностях (например, трещинах в асфальте), а передаёт их на руль, благодаря чему улучшается обратная связь с дорогой. Во-вторых, поскольку пружины с самого начала прожимаются на определённую высоту xpreloadII, уменьшается ход вилки и сжатие начинается сразу со второй фазы.
Как можно заметить, ломаная линия сжатия, состоящая из трёх рабочих участков (фазы II, III и IV), является аппроксимацией параболы, которая, в свою очередь, представляет собой характеристику сжатия независимой позитивной воздушной камеры. Таким образом, в процессе апгрейда пружинная подвеска по своим характеристикам была приближена к пневматике, что и явилось главным результатом модернизации вилки. В принципе, данного эффекта можно добиться и при использовании одной позитивной пружины, если навить её с переменным шагом витка – вначале сделать его маленьким (для мягкого сжатия), а затем, по мере увеличения высоты пружины, постепенно увеличивать шаг, растягивая витки и тем самым повышая жёсткость. Также можно навить бочкообразную пружину, увеличивающую свой диаметр в направлении центра, или коническую пружину, изменяющую диаметр от одного конца к другому. Первые два типа прогрессивных пружин используются в автоспорте и в качестве тюнинговых комплектов к серийным автомобилям в передней и задней подвесках соответственно.
Для повышения степени демпфирования масляный картридж был перекрыт на 3/4 диапазона регулировки (ранее было установлено ~1/4), в результате чего часть нагрузки была передана с упругого элемента на гасящий. Благодаря этому повысился вклад демпфера в работу вилки, что главным образом положительно сказалось на уменьшении вертикальных ускорений в целом и скорости отбоя в частности. По ощущениям, упругость и информативность подвески и жёсткость сжатия практически не изменились, а вот возврат вилки в исходное положение стал медленнее и плавнее, что добавило комфорт и безопасность при езде.
На практике всё написанное выше подтвердилось. По словам хозяина, после модернизации подвеска стала гораздо более чуткой и понятной в управлении, честно передавая на руль всю дорожную мелочёвку, т.к. начальная жёсткость вилки (без регулировки прелоада) стала выше. При этом сжатие осталось мягким в начале хода, но всё более и более упругим ближе к середине с заметной прогрессией в конце хода. Всё это значительно повысило энергоёмкость подвески. Благодаря дополнительному поджатию негативной пружины и увеличению степени перекрытия масляного картриджа смягчился отбой. В целом, вилка стала более упругой, собранной и информативной. Также за счёт вылета ног немного увеличилась вертикальность посадки, что добавило комфорта при поездках на большие расстояния. В конечном итоге хозяин остался «новой» вилкой крайне доволен. А это значит, что апгрейд был проведён грамотно и не зря!!!
Ниже приведены геометрические параметры использованных витых цилиндрических пружин сжатия.
Первая позитивная: H=230 (мм), D=25.5 (мм), d=3.5 (мм), t=8.5 (мм), n/n1=28/30 (вит), h=125 (мм).
Вторая позитивная: H=30 (мм), D=24 (мм), d=4 (мм), t=7.5 (мм), n=4 (вит), h=12 (мм).
Негативная: H=50 (мм), D=19 (мм), d=3 (мм), t=8.5 (мм), n/n1=6/7 (вит), h=30 (мм).
Негативная (оригинальная): H=40 (мм), D=17.5 (мм), d=2 (мм), t=6 (мм), n/n1=6/8 (вит), h=25 (мм).
Марки сталей, виды и режимы термической и упрочняющей обработок, а также рабочие и максимальные усилия сжатия PII и PIII неизвестны. Реальный ход пружин оказался несколько меньше указанного ввиду их предварительного поджатия.
-----------------------------------------------------------------
Техническое обслуживание и ремонт велосипедов в Москве
Продаётся вилка Rock Shox Pike U-Turn 95-140 mm
Продаются колёса на промах DT Swiss+Specialized
|
|
