Картридж в вилке мотоцикла
Как работает картриджная вилка
Основы узла вилки
Основы демпфирования вилки
Большинство тех, кто отправляются в поездки на мотоцикле, все еще живут в Каменном Веке с точки зрения технологии вилок. Они используют вилки с так называемыми демпферными стержнями. В них действие демпфера осуществляется за счет масла, проталкиваемого внутри вилки через множество относительно небольших отверстий. Основной проблемой этой технологии является то, что она может быть слишком мягкой, не обеспечивая достаточного демпфирования при низко скоростных движениях, но при этом внезапно становиться жесткой при малых, но быстрых движениях вилки. Это связано с тем, что масло, продавливаемое сквозь отверстия фиксированного размера, оказывает сопротивление, зависящее от скорости продавливания. Когда масло двигается медленно, сопротивление невелико. Но стоит попытаться его быстро продавить через небольшое отверстие, как сопротивление тут же резко возрастает. Технология, пришедшая на замену демпферным стержням в спортивных мотоциклах и в некоторых мотоциклах для туризма, называется вилкой с демпферной кассетой (картриджем). Здесь одна или обе стойки вилки несут в нижней части внутри себя небольшой цилиндр, который, в сущности, представляет собой амортизатор с открытой камерой. Через этот картридж проходит поршень, погруженный в масло. На поверхности поршня установлено несколько небольших плоских металлических дисков, которые называются шиммы (прослойки). При движении подвески, поршень проталкивается через масло, что вынуждает шиммы отходить от него. Толщина и диаметр шимм определяют, какое усилие требуется для их отделения от поршня, и, следовательно, задают степень получаемого демпфирования. Эти шиммы должны быть точно подобраны для обеспечения сопротивления даже при низких скоростях подвески, чтобы гасить колебания шасси, но при этом увеличивать пропуск масла в достаточной степени, чтобы колеса быстро реагировали на резкие толчки. Лучшее из обоих миров. По крайней мере, в теории.
При использовании материалов с сайта обязательно указание прямой ссылки на источник.
moto strangers
Прогресс техники – это путь поиска компромиссов. Компромиссов между возможным, доступным и желаемым. И спортивная техника, стоящая на острие прогресса, как никакая другая, отражает это. Одним из полей поиска компромиссов стали картриджные вилки.
Картриджные вилки – очередной шаг на пути эволюции классических «телескопов» в сторону расширения их возможностей и потребительских качеств. Предыдущий шаг «телескоп» сделал, превратившись в «перевёртыш». То есть та стальная труба, которая раньше была неподвижной, оказалась внизу и стала подвижной, а алюминиевая, та, что больше в диаметре, оказалась зажатой в траверсе.
Благодаря этому удалось несколько увеличить жёсткость всей системы за счёт увеличения диаметра пера в критическом сечении (в данном случае оно располагается аккурат в середине нижней траверсы) и длины сопряжения подвижной и неподвижной труб. Теперь типовой диаметр пера вилки для «большой» техники стал равным 43 мм.
Больше можно (и на практике возможно – аж до 50 мм!), но уж очень дорого: существенно возрастают силы трения в уплотнениях – даже при таком диаметре перья «перевёртышей», предназначенные для спортбайков, с целью снижения сил трения стали покрывать нитридом титана. А, как мы знаем, чем выше сила трения покоя – тем сложнее оптимизировать характеристики амортизаторов. Да и неподрессоренная масса при дальнейшем увеличении диаметра становится такой, что сводит на нет все преимущества схемы, а с этим тоже не так просто и дёшево бороться. Нет, можно, конечно, увеличить диаметр и до 45 мм, как это сделано на некоторых мотоциклах MotoGP, но их стоимость…
Но вернемся к картриджам. Как ясно из названия, система демпфирования тоже очень изменилась, хотя суть процесса осталась прежней – перетекание жидкости через отверстия различного сечения в дросселирующем клапане. Фактически картриджная схема демпфирования получена адаптацией схем, успешно использовавшихся к тому времени в течение нескольких лет в задних амортизаторах. Теперь демпфируется не только ход отбоя, но и ход сжатия. Да и демпфирование подразделяется на медленное и быстрое (имеется в виду скорость сжатия-разжатия вилки).
ля осуществления таких функций, клапан демпфирования отбоя, точнее, крепление его штока, перекочевал из нижней части вилки в верхнюю, а в нижней части вилки, в основании картриджа, разместился клапан демпфирования сжатия. При ходе сжатия клапана отбоя закрываются, и поршень, движущийся внутри картриджа, вытесняет масло через клапаны сжатия. Соответственно, при ходе отбоя закрываются клапаны сжатия, и масло попадает в подпоршневое (межклапанное) пространство через клапаны отбоя.
Для разделения скоростей демпфирования в теле клапанов имеется несколько каналов, перекрытых пакетом пластин разного диаметра и толщины, непосредственно управляющих демпфированием. При медленном ходе амортизатора возникает небольшое избыточное давление, способное отжать только самую тонкую шайбу самого большого диаметра. При быстром ходе амортизатора давление будет больше, и тогда отожмутся и более толстые шайбы меньшего диаметра. За счёт этого сечение открытых каналов увеличится, и клапан пропустит большее количество масла.
Однако картриджные вилки требовательны к точности настройки под конкретные дорожные условия и стиль вождения. Для этого необходимо подбирать количество и диаметр отверстий, а также количество, диаметр и толщину пластин в управляющем пакете. Относительно легко это сделать на гоночном мотоцикле, поскольку гоночные трассы ровные. Да и то – вспомните, сколько мучаются гонщики, пока поймают настройки.
Если вообще поймают. Так что хоть и хороша картриджная схема, но для реальных дорожных условий с широким диапазоном изменения условий она далеко не всегда настолько удачна, как хотелось бы. Но то, что она всё же лучше классической поршневой схемы уже хотя бы за счёт введения демпфирования сжатия и разделения демпфирования сжатия и отбоя – несомненно. Ещё одно достоинство картриджной схемы заключается в том, что исключено влияние пузырьков воздуха на работу системы демпфирования. Дело в том, что в классической поршневой схеме поршень часто приближается к поверхности уровня масла, и за счёт турбулентных явлений в жидкости возможна её аэрация. Насыщение масла пузырьками воздуха приводит к существенному ухудшению демпфирующих свойств амортизатора.
В картриджной же схеме поршень находится глубоко в толще масла, да ещё и внутри картриджа, и явления турбулизации не способны захватить воздушную подушку над маслом. Тем не менее, кавитационные явления полностью не исключаются, а потому все чаще в «кольце» появляются газонаполненные вилки с выносными резервуарами.
Самым существенным недостатком картриджной схемы является её чувствительность к состоянию масла. Дело в том, что внутренняя поверхность неподвижной алюминиевой трубы анодируется, для повышения износостойкости, а направляющие втулки покрыты антифрикционным слоем тефлона. Анодированная поверхность имеет кристаллическую, а значит, довольно шероховатую поверхность, активно изнашивающую тефлон. Продукты его износа, попадая в масло, быстро приводят его в негодность.
Такая проблема существует и у классических поршневых схем, но в картриджных схемах скорость протекания масла гораздо выше, потому изменение его свойств гораздо более критично, поскольку это влияет не только на вязкость масла, но ещё и на износ. Да и попадание продуктов износа между пластинами управляющего пакета тоже ничего хорошего не сулит.
Следует отметить, что вязкостные свойства даже у дорогих синтетических амортизаторных масел заметно меняются от температуры, а вместе с ними и демпфирующие свойства вилок. Проблему износа тефлона втулок решают материаловеды. А пока они решают, конструкторы Yamaha YZF-R1 изменили её конструктивно – все втулки перекочевали на неподвижную трубу и теперь трутся тефлоновым покрытием по гладкой хромированной поверхности подвижной трубы. Однако это усложнило как саму конструкцию, так и её изготовление и обслуживание. В общем, компромисс на компромиссе.
В заключение рассказа о самых распространённых системах передней подвески стоит вспомнить о довольно нередких (вспомним хотя бы «лицензионную» вилку «ИЖа») пневматических подвесках. Точнее, пневмомеханических. Воздух – очень хорошая упругая среда, позволяющая создать классные системы амортизации, да вот только на нынешнем техническом уровне реализовать это практически невозможно.
Потому чисто пневматических вилок не существует – уплотнения повыдавливает. А вот дополнить пружину воздушной «подушкой» поджатой – это можно, такое давление манжеты выдержат. Да даже если будут травить, то пружина-то останется, и можно будет доковылять до места назначения. Зато регулируется поджатие у таких вилок очень легко – накачал насосом через соответствующий ниппель, и всё хорошо. А в остальном такие вилки – обычные поршневые конструкции с масляными демпферами. Да, кстати… Возникает вопрос: зачем все эти навороты с демпфированием-то?!
Поясним.
Каждая система амортизации рассчитывается на некоторые усреднённые условия загруженности как по дорожным условиям, так и по поддерживаемому весу. Это значит, что при любой нагрузке из допустимого диапазона должен оставаться определённый запас хода до отбоя. Таким образом, если на мотоцикле сзади сидит «изячный дэвушка», вокруг нее наишаченные кофры, и вы сами все такие из себя экипированные, то среднестатистическая настройка подвески уже не прокатит – её будет нещадно пробивать из-за недостаточного запаса хода до отбоя.
Избежать этого можно, если повысить преднатяг пружины, поджав её. Но тут всплывает другой момент – демпфирование отбоя рассчитано-то на старую нагрузку и старый преднатяг пружины! Теперь подвеска будет недодемпфирована, и мотоцикл станет взлетать на длинных неровностях с последующим приземлением и пробоем подвески. Значит, надо поджать и демпфирование. Если же после всего этого мы сгрузим «тёщу, картонку и собачонку», то окажется, что подвеска очень жёсткая. Распустив поджатие пружины, мы получим передемпфированную вилку, которую может и «упаковать» на крупных протяжённых неровностях – т. е. демпфирование может оказаться настолько велико, что пружина не сможет разжать амортизатор, и вместо оного мы в подвеске получим «пару ломиков». Думаю, пояснять не надо, чем это в итоге чревато – точнее, «череповато».
Добавить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.
МОЙ МОТОЦИКЛ
Допустим, вы едете на большой скорости по дороге с неровностями, видите поворот и давите на тормоз, передняя часть сильно опускается и мотоцикл ведет себя как неуклюжая свинья. Позже вы наталкиваетесь на почти квадратного лежачего полицейского (да, в Гондурасе бывают и такие) и чувствуете что запястья чуть не сломались. Подождите. Сначала мотоцикл был слишком «мягким», а потом «жестким», от чего это зависит?
Дело в базовой конструкции вилки вашего мотоцикла. По внутренней конструкции есть два типа вилок – с демпфирующей трубкой (damping rod) и картриджного типа. Если у вас вилка старого образца, то это очень непростая «битва» (есть хорошие решения этой проблемы, но мы не будем сейчас в это вдаваться).
Вилка с демпфирующей трубкой устроена довольно просто: все что происходит – это масло проталкивается через неподвижные отверстия. Этот тип демпфирования называется «скорость в квадрате». Чем быстрее колесо двигается вертикально, тем больше масла проталкивается через отверстия.
Это важный момент. Скорость мотоцикла далеко не так критична, как форма препятствия. Если вы наезжаете на 5 сантиметровое квадратное препятствие колесо будте очень быстро двигатся вертикально, даже при небольшой скорости мотоцикла. С другой стороны, если у 5 сантиметрового препятствия есть заезд длиной в 30 сантиметров то скорость вертикального движения колеса будет намного ниже. Теперь, конечно же, скорость мотоцикла имеет значение: если вы удвоите скорость – вы удвоите и вертикальную скорость колеса.
Если вертикальная скорость удвоена – то удваивается и скорость потока масла через демпфирующие отверстия. Что интересно насчет потока жидкости через закрепленные отверстия – демпфирующее сопротивление не удваивается, а вместо этого увеличивается с квадратом скорости; иными словами, оно увеличится в 4 раза.
Такую ситуацию иногда называют «гидравлический замок». В какой-то момент сила демпфирования возрастает настолько быстро, что весь мотоцикл поднимается, вместо «поглощения» препятствия подвеской.
Проблема в том, что вилки типа с демпфирующей трубкой с «неподвижными отверстиями» слишком прогрессивны. У вилок с неподвижными отверстиями очень маленький уровень демпфирования на «низких скоростях», и большой на высоких (вертикальная скорость колеса). При малом уровне низкоскоростного демпфирования вилка сильно проседает, а с большим на высоких скоростях вы получите резкий удар: худшее из обоих зол.
Другая ограниченность выявляется при регулировке. Обычно, регулировка вилки с демпфирующей трубкой заключается в увеличении или уменьшении количества отверстий, или заливке более или менее вязкого масла (есть и другие решения). Это уменьшает или увеличивает демпфирование на всем диапазоне скоростей, для мотоцикла это означает лучшее поглощение отдельных неровностей, но худшее поведение при сильном торможении (либо наоборот). То есть настройка таких вилок это всегда серьезный компромисс.
Решение этих проблем – вилка картриджного типа. Механически, большинство вилок картриджного типа используют конструкцию типа изгибающейся прокладки вместо статических отверстий. Есть демпфирующий поршень с серией прокладок (они выглядят как тонкие шайбы). Прокладки расположены одна за другой на наружной поверхности поршня. Когда масло проходит через поршень, оно заставляет прокладки отклоняться от наружной поверхности поршня. Это создает демпфирование на низких скоростях. На высоких вертикальных скоростях колеса, прокладки отклоняются больше и не создают такого сильного демпфирования как конструкции с статическими отверстиями. Пиковое отклонение на неровностях с квадратными краями уменьшается. С вилкой картриджного типа, демпфирование не настолько прогрессивное как у вилок с демпфирующей трубкой.
Дополнительное преимущество вилки картриджного типа – кривая демпфирования может быть настроена намного более гибко. Например, если вам требуется меньше высоко скоростного демпфирования на сжатии, но с амортизацией на низких скоростях все в порядке – высокоскоростная может быть изменена без влияния на низкоскоростную, потому что за каждый вид амортизации отвечают разные прокладки (если все настроено должным образом).
Так что, если на вашем мотоцикле уже установлена вилка картриджного типа — это отлично!. легче приспособить и настроить под ваши требования и способности вождения.
Означает ли это что любая вилка картриджного типа лучше любой вилки с демпфирующей трубкой? Нет, это зависит от настройки, включая характеристики пружины и уровень масла. Чтобы быть хорошим настройщиком подвески, требуется хорошие инженерные знания, опыт тестирования и творческий подход..
ЗАМЕНА МАСЛА В ВИЛКЕ. ПОШАГОВАЯ ИНСТРУКЦИЯ
Передние вилки играют огромную роль в исправной работе мотоцикла, как и двигатель, их состояние в значительной степени зависит от качества масла. Более того, вилки более подвержены износу и запылению, чем двигатель.
Следовательно, вы должны менять масло в вилках с такой же регулярностью, как масло в двигателе.
Наша пошаговая инструкция научит вас, как просто и быстро заменить масло в вилках. Данное руководство предполагает только замену масла, без замены сальников. Некоторые товарищи интересуются, можно ли заменить масло не вынимая вилки? Отвечаем: такого способа нет.
В конкретно данном случае рассмотрена замена масла в вилках типа стержневой демпфер, которые размещены лицевой стороной кверху. Для перевернутых и картриджных вилок замена масла немного отличается, хотя принцип остается тот же.
1. Снимаем переднее колесо
Следуйте инструкциям к вашему мотоциклу, чтоб снять переднее колесо. Вы должны либо закрепить приподнятое переднее колесо, либо, по крайней мере, передний тормоз должен быть зацепленный при снятии переднего осевого болта. После этого необходимо поднять переднюю часть мотоцикла с помощью домкрата.
Вам также необходимо отключить тормоза, датчик скорости и любые другие кабели, которые могут быть подключены к вилкам.
2. Снимаем колпачок вилки и/или пробку
Вот оно, первое испытание. В зависимости от модели байка, вилки будут иметь или колпачок, который легко отвинтить, или, реже, пробки на верхнем краю. В любом случае, также нужно снять зажим, который держит пробку или основание колпачка.
3. Измеряем высоту вилок
Положение вилок в тройной траверсе определяет конечную геометрию передней части вашего байка, соответственно, влияет на его управляемость. Чтоб после сборки не было сюрпризов в поведении мотоцикла, крайне важно, чтоб эти измерения были сделаны точно. С помощью линейки, нужно измерить насколько вилка выступает над тройной траверсой (если вообще выступает).
4. Снимаем вилки
Ослабьте болты на верхней и нижней части тройной траверсы. После этого вы сможете аккуратно извлечь каждую вилку из тисков.
Осторожно наклоняем вилку и выливаем остатки масла. Следует обратить внимание на то, что при этой манипуляции могут легко выпасть всякие мелкие детали: шайбы, прокладки, пружины. Собираем, не теряем. Нельзя резко выливать масло из вилок, просто перевернув их вверх ногами, так как это может привести к повреждению пружин, которые находятся внутри. Потихоньку выливаем, как горячий чай из чайника.
5. Грубая очистка
После слива масла внутри вилки по-прежнему остается какое-то количество масла. Берем спрей для обезжиривания и обильно обрабатываем внутреннюю часть вилки. После этого нужно прокачать вилки вверх вниз для того, чтоб равномерно распределить обезжириватель по всей длине внутренней и внешней камер вилки.
Оставляем на пару минут, затем промываем вилки водой.
6. Отвинчиваем болт демпфера
В нижней части вилки находится болт, который удерживает стержень демпфера на месте. Можно пропустить этот шаг, но тогда в вилке будут остатки старого масла. Снять болт не так-то просто: он расположен достаточно неудобно. Плюс к этому, стержень демпфера прокручивается в то время, как вы пытаетесь открутить болт. Так что к этой задаче нужно подойти творчески. Например, сжать вилку при помощи пружины, которая перед этим была снята. Это позволит зафиксировать стержень демпфера настолько, чтоб снять спокойно болт. Можно попробовать и по-другому. Взять дюбель (или другой соответствующей формы длинный предмет), вставить его в верхнюю часть стержня демпфера. Когда вы справитесь с этой задачей и снимите болт, следите за тем, чтоб стержень демпфера не выпал. Аккуратно извлеките его из вилки.
7. Основная очистка
Итак, теперь, когда болт снят, снова берем обезжиривающий спрей и распыляем его внутрь вилки, после этого прокачиваем вверх-вниз. Оставляем, чтоб спрей хорошо впитался, затем промываем водой. Снова оставляем вилки на некоторое время, чтоб они подсохли. Пружины, прокладки, стержень демпфера аналогично обрабатываем спреем, затем промываем водой.
8. Установка стержня демпфера на место
Нанести клей для резьбовых соединений на болт, зафиксировать его. Так же, как при снятии стержня демпфирования, нужно сжать вилку при помощи пружины, чтоб зафиксировать стержень и избежать его прокручивания.
9. Заливка нового масла
10. Реинсталляция вилок
Просовываем вилки в отверстия на тройной траверсе.
Немного фиксируем их, затягивая болты вручную, поправляем вилки, пока они не займут исходное положение. Измеряем, насколько они выступают над тройной траверсой. Если все в порядке, затягиваем болты.
11. Установка остальных деталей
Аккуратно устанавливаем пружины, прокладки и шайбы, после чего ставим на место колпачок вилки. Теперь нужно поставить на место зажим, который держит колпачок/пробку. Сделать это легче, чем снять.
Устанавливаем на место переднее колесо, другие компоненты.
Замена масла завершена.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Всегда в контакте. Устройство передней подвески и рулевого управления мотоцикла.
Текст: Артем ‘S1LvER’ Терехов
Главные задачи подвески – поглощение неровностей дорожного полотна при постоянном поддержании контакта колес с дорогой. Для этих целей нужно взять что-то, что может сжиматься и растягиваться – пружина идеально подойдет нашим запросам. Однако, использование только пружин, без дополнительных устройств, привело бы к очень некомфортной езде. Чтобы управлять колебаниями, потребуется некий способ их демпфирования, лучшей средой для этого может послужить масло.
В общем, комбинация «масло-пружины» является наиболее популярной при конструировании передней подвески. Вопрос в том, как все это расположить в сочетании с рулевым управлением. Мотопроизводители пробовали различные конструкции: телескопическая вилка, рычажные вилки толкающего и тянущего типов, рычажная подвеска автомобильного типа и параллелограмная вилка (например – трехколесный Piaggio MP3).
Схема рулевого управления на всех мотоциклах очень похожа – байки «унаследовали» этот механизм от велосипедов. Рассказывать о нем особенно нечего – это труба, связанная с передним колесом, которая поворачивается относительно рамы. Различия в конструкции связаны с различиями в схеме подвесок – но в любом случае, принцип остается одним и тем же.
Неподрессоренные массы – самые важные массы в мире
Чтобы легче было разобраться с понятием неподрессоренных масс, представьте мотоцикл, снятый с подставки и располагающийся вертикально. Когда райдер садится на мотоцикл, пружины сжимаются под грузом его веса. Все узлы мотоцикла, перемещающиеся при посадке водителя и сжатии пружин, представляют собой подрессоренные массы, они перемещаются вместе с подвеской. Все остальные узлы, которые при этом не перемещаются, представляют собой неподрессоренные массы – это колеса, шины, тормоза и т.д.
Все, что вы видите на этом кадре, относится к неподрессоренным массам мотоцикла
Тогда у вас наверняка всплыл вопрос – а куда в таком случае нужно относить саму подвеску? Для простоты принято считать, что часть рычага подвески (это мы сейчас о задней подвеске), располагающаяся за точкой крепления амортизатора, относится к неподрессоренным массам, а часть, которая находится перед точкой крепления, относится к подрессоренным массам. Нижняя половина амортизатора – к неподрессоренным, верхняя – к подрессоренным. В случае с передней подвеской – подвижная часть относится к неподрессоренным массам, неподвижная – к подрессоренным.
Почему всему этому уделяется так много внимания? Придется немного залезть в физику. При наезде мотоцикла на неровность неподрессоренные массы приобретают импульс, поскольку они начинают перемещаться. Величина этого импульса пропорциональная неподрессоренной массе. Импульс, создаваемый неподрессоренными узлами, увеличивает нагрузку на подвеску, для противодействия ему нужны более жесткие пружины. При этом на подрессоренные узлы байка пружинами передается большее усилие, влияющее на их работу. Подобная ситуация встречается при попадании неподрессоренных узлов в выбоину.
Еще один важный аспект в вопросах масс – момент инерции, возникающий, когда райдер хочет повернуть мотоцикл. Чем больше неподрессоренные массы – тем больше мотоцикл «думает и сопротивляется», прежде чем соизволит наклониться в поворот.
Поэтому для идеальной со всех сторон работы подвески необходимо, чтобы неподрессоренных масс не было вовсе, однако это нереально. Суть заключается в максимальном облегчении неподрессоренных элементов по отношению к подрессоренным – такое соотношение является даже более важным, чем сама величина неподрессоренных масс.
По такому соотношению очень хорошим байком выглядит… Honda GoldWing. У него очень большая масса подрессоренных узлов, гораздо большая, чем на многих мотоциклах. При этом неподрессоренные массы примерно те же, что и у других мотоциклов. Однако на спортивных байках массу стремятся свести к минимуму, поэтому в ход идут все приемы, которые можно использовать при серийном производстве: установка облегченных тормозных суппортов, колесные диски из кованого алюминия, которые легче литых. Если конкурентоспособная цена не является приоритетом, пускаются «во все тяжкие»: легкие моноблочные суппорты, колеса из магниевого сплава или углеволокна. В мире неподрессоренных масс несколько десятков грамм экономии – уже победа, а если счет идет на сотни грамм – инженеры радуются как маленькие дети.
Неподрессоренные массы, может, и не самые маленькие в мире, но их отношение к подрессоренным у байка хорошее. Honda Gold Wing
Телескопическая вилка – выбор миллионов
Такая вилка является наиболее часто применяемой схемой передней подвески, что нетрудно заметить, глядя на современные серийные мотоциклы. Она состоит из двух «перьев» вилки, зажатых в поперечных траверсах, которые являются частью рулевого управления. Ось колеса проходит через нижнюю часть обоих перьев вилки, а колесо располагается между ними.
У стандартной вилки верхние (неподвижные) трубы зажаты в траверсах. На неподвижной трубе плотно устанавливается нижняя (подвижная) труба вилки, которую отливают из легких сплавов во имя снижения НМ. Внутри каждой стойки располагается пружина, за счет которой подвижная труба перемещается по неподвижной.
Неподвижная часть вилки зажата в двух траверсах. Kawasaki Ninja ZX-6R 2008
В качестве передней подвески «телескоп» неплохо справляется со своими обязанностями. Он обеспечивает достаточный ход подвески и относительно небольшую НМ. Главный недостаток заключается в невысокой жесткости – вилка обладает достаточной степенью гибкости, которая полезна только в небольшом количестве. Для повышения жесткости часто используют дополнительную траверсу.
Очень важным условием качественной работы любой вилки является трение между ее трубами. Сейчас на большинстве вилок между двумя трубами для уменьшения статического трения (начальное сопротивление между деталями до начала их движения) устанавливаются сменные втулки из низкофрикционного материала, содержащего тефлон. Кроме того, производители используют (и не забывают преподавать это как крутую «фишку» мотоцикла) различные антифрикционные покрытия подвижных частей вилки.
Сейчас традиционные вилки все больше и больше вытесняются «перевертышами». В принципе, это стандартная вилка, перевернутая вверх ногами так, что большая по диаметру труба, которая до этого была подвижной, становится неподвижной и зажимается в траверсах, а внутренняя труба, которая до этого была неподвижной, располагается внизу. Перевернутые вилки жестче традиционных, есть также и некоторый выигрыш в снижении неподрессоренных масс. Подвижные трубы, покрытые нитридом титана, сегодня вполне типичны для спортивных и кроссовых мотоциклов.
Вилки мопедов и скутеров проще тех, что устанавливаются на мотоциклы – здесь главным фактором является стоимость. Из-за более низких скоростей достаточно простой подвески. Скутеры часто оснащаются упрощенной телескопической вилкой, у которой две верхних трубы в сборе с нижней траверсой и трубой рулевой колонки представляют собой единую конструкцию.
Пара слов о пружинах
В идеальном варианте желательно наличие прогрессивной характеристики или повышающейся жесткости, то есть при небольших ударах вилка должна легко перемещаться, а при дальнейшем сжатии вилки сопротивление перемещению должно постоянно увеличиваться, чтобы большие удары не вызывали пробоя вилки.
В самых простых пружинах витки навиты равномерно (расстояние между ними одинаково), что придает пружине постоянную жесткость. Это наиболее простые и недорогие в изготовлении пружины.
Пружина с постоянным шагом навивки
Иногда производители объединяют две пружины различных пружины постоянного шага, расположив их одну над другой. Первая пружина сжимается легко и служит для поглощения небольших неровностей и ударов, обеспечивая достаточную плавность во время езды. По мере усиления ударов близлежащие ветки первой пружины встречаются друг с другом и образуют собой твердый стержень. После этого в действие вступает вторая, более жесткая пружина, которая справляется с продолжительным поглощением больших неровностей. Такая схема немного поднимает стоимость подвески, хотя в изготовлении она все так же проста.
В качестве альтернативы можно использовать одну пружину, навитую таким образом, чтобы шаг ее витков постепенно возрастал от одного конца к другому – это обеспечивает прогрессивную характеристику подвеске. Плата за улучшенный комфорт и нормальную работу на различных по качеству дорогах – высокая стоимость и трудоемкость производства.
Пружины с переменным шагом, обеспечивающим прогрессивную характеристику
Демпфирование
Когда байк наезжает на «особенность» дороги, энергия удара поглощается за счет пружин. Естественно, пружина тут же стремится передать эту энергию подрессоренным массам (ПМ) машины. Амортизацией, или демпфированием, называют управление скоростью реагирования пружины. Отсутствие амортизации означало бы веселое раскачивание мотоцикла при последовательном проезде нескольких неровностей подряд.
В основе стандартного масляного демпфирующего устройства лежит клапан или отверстие определенного диаметра в нижней части трубы вилки, заполненной маслом. При перемещении подвижной трубы вверх масло вынуждено вытекать через клапан или сверление в трубу. Когда же труба движется вниз, масло оказывает сопротивление перемещению подвески. Таким образом предотвращаются поползновения пружин «раскачать этот мир» в масштабе отдельно взятого байка.
Для комфорта райдера лучше всего, если колесо может свободно перемещаться, реагируя на неровности полотна. Однако инженерам приходится думать не только о комфорте – необходим демпфирующий эффект для улучшения управляемости. Кроме того, степень демпфирования должна зависеть от скорости сжатия и растяжения вилки – поэтому клапан в вилке далеко не один, используются различные отверстия. При достижении некоторого предельного давления масла из-за высокой скорости сжатия или растяжения (большие колдобины наших дорог к вашим услугам) используются дополнительные клапана. Амортизация достигается за счет применения поршневого амортизатора или картриджного демпфера – оба закрепляются болтами к основанию подвижной трубы вилки и располагаются в полости для масла.
Теперь давайте поговорим подробнее о каждой схеме.
Чаще всего используется вилка с поршневым амортизатором. Поршень представляет собой трубу с отверстиями, расположенную в масле. В верхней части сечение поршня больше, на нем располагается уплотнительное кольцо, которое опирается на внутреннюю стенку трубы вилки. При перемещении подвижной трубы вилки вверх или вниз поршень амортизатора вынуждает масло перетекать через различные отверстия. В основании трубы вилки располагается обратный клапан, который позволяет маслу перетекать при сжатии вилки, а при растяжении закрывается и исключает перетекание. За счет этого достигаются необходимые характеристики демпфирования, обеспечивающие комфорт при сжатии вилки и управление при растяжении.
Принцип действия вилки картриджного типа также основывается на перетекании масла через дросселирующие клапана, но картриджный демпфер отличается наличием на конце штока поршня множества отверстий. Шток выходит из картриджа и прикрепляется к верхней части вилки таким образом, чтобы при сжатии или растяжении вилки поршень мог перемещаться внутри картриджа. Клапана, демпфирующие сжатие, находятся в основании картриджа. Клапана, демпфирующие отбой (обратный ход при растяжении), располагаются на поршне. При сжатии вилки клапана отбоя закрываются, и поршень вытесняет масло через клапана сжатия. При растяжении вилки клапана отбоя открываются и впускают масло.
Разрез вилки Suzuki GSX-R750 2004, тюнинг-комплект от Axxion
Клапана состоят из низкоскоростных и высокоскоростных масляных каналов (когда говорят о подвеске, имеется в виду скорость сжатия-растяжения, а не скорость движения мотоцикла). Низкоскоростные каналы могут иметь фиксированное сечение – следовательно, обеспечивать демпфирование с постоянным сопротивлением, или выполняться регулируемыми. Такие каналы предназначены обеспечивать поглощение небольших неровностей дороги. Средне- и высокоскоростные масляные каналы начинают действовать при возрастании давления из-за повышения скорости перемещения. Они предназначены для поглощения больших неровностей полотна.
Управление перемещением со средней и высокой скоростью осуществляется при помощи пакета пластин различного диаметра и толщины, уложенных друг на друга и перекрывающих отверстия, через которые проходит масло. При средней скорости перемещения, вызванного небольшими неровностями дороги, тонкая пластина большого диаметра легко прогибается под давлением жидкости и обеспечивает ее перетекание, но величина прогиба ограничивается пластинами большей толщины и меньшего диаметра. Перемещение с высокой скоростью (например, когда байк наезжает на поребрик трека или колесо проваливается в выбоину) создаст дополнительное давление, в результате чего прогнуться пластины меньшего диаметра и большей толщины, и увеличится объем масла, проходящего через отверстия.
Тонкая настройка «телескопа» картриджного типа заключается в подборе количества и диаметра отверстий в поршне и количества и размера пластин. На гоночных байках регулировать такую вилку гораздо проще, поскольку условия и нагрузки известны заранее и имеют не слишком широкий диапазон.
К слову, Алексей с дружественного нам сайта moto.swissblog.ru недавно написал превосходную статью о настройках подвесок. Рекомендуем ее к ознакомлению тем, кто интересуется не только теоретической стороной, но также ищет практических советов по этому вопросу.
Что лучше?
Большой поршень в деле
Последняя разработка в сфере телескопических вилок – технология «Большого поршня» (BPF, Big Piston Fork) от японцев из Showa. Объем масла в такой вилке больше, давление, соответственно, меньше, что означает меньшую скорость перемещения масла. Наилучшим образом это влияет на низкоскоростное демпфирование, иными словами – при сильном торможении байк менее склонен к «клевку носом». Кроме того, упрощение конструкции облегчает вилку и уменьшает НМ.
Разрез BPF-вилки Kawasaki ZX-6R 2009
Сравнение картриджной вилки и BPF-вилки. Оранжевым отмечены детали, от которых удалось избавиться применением технологии Большого поршня
Мы с вами разобрались в устройстве телескопической вилки – самой распространенной схемы передней подвески в мотоциклетном мире. На следующий раз оставим всякую экзотику: антиклевковые системы, рычажные (в частности, механизм Bimota Tesi 3D), пневматические и параллелограмные вилки. Кроме того, разберемся с тем, что означают некоторые геометрические параметры байка и как они влияют на управляемость. До скорого!