Polemika
Fizyka
Kuźnia
Sprzęt
Z warsztatu
O mnie

Tłumienie

(03.11.2011)

Główną cechą każdego chyba popularnego medium ściskanego jest fakt, iż czas powrotu amortyzatora do pozycji wyjściowej, jest zależny tylko od ugięcia i najczęściej jest bardzo szybki. Wynika to oczywiście z faktu, ze element ściskany wpada w drgania.

Na ludzkie – chodzi o efekt kauczukowej piłeczki. Każdemu ugięciu będzie towarzyszyć prawie identycznej mocy reakcja zwrotna. Na charakterystyce sprężyny widać to jako ciągłą linię, zamiast dwóch – jednej odpowiedzialnej za kompresję, zaś drugiej za powrót.

Taki stan rzeczy powoduje, że amortyzacja za pomocą samej sprężyny ma sens tylko dla małych ( do 50mm ) skoków, zaś przy większych może powodować wystrzelenie rowerzysty w powietrze jeżeli nie przygotuje się on na taką reakcję amortyzacji.

Fakt ten doprowadził do powstania systemów tłumienia drgań. Dzielą się one na tłumiki powrotu, najbardziej istotne, oraz na pomocnicze tłumiki kompresji, końca skoku, początku skoku etc.

1. Tłumienie powrotu

Każdy rzeczywisty element amortyzujący kiedy wpada w drgania, są to drgania tłumione. Wynika to z tarcia pomiędzy elementami amortyzatora, tudzież z właściwości materiału sprężyny czy jej technicznego wykonania. Jednak w eksploatacji jest to zwykle niewystarczające gdyż nawet po wzięciu tego pod uwagę amortyzator wykona kilka cykli kompresji/powrotu zanim wróci do pozycji wyjściowej. Aby temu zapobiec do medium ściskanego dołącza się tłumik wykorzystujący jakieśtam zjawisko fizyczne aby jak najmocniej ograniczyć drgania amortyzatora.

Najczęściej zjawiskiem tym jest opór przepływu oleju przez specjalnie wyprofilowany / skonstruowany zawór. Zasada działania opiera się na tym, iż olej przepływając przez tenże napotka opór wynikły z własnej lepkości. To zaś zamieni energię zmagazynowaną przez medium ściskane w ciepło i w efekcie spowolni powrót.

Najprostszy tłumik, to w istocie duża strzykawka w której tłok został podziurawiony w jakiś fantazyjny sposób. W bardziej wymyślnych tłumikach umieszcza się sprężynki, zaworki, ciężarki, tulejki i inne tego rodzaju mechanizmy. Powód komplikowania tego mechanizmu jest wieloraki.

Po pierwsze, olej zanim będzie mógł przepłynąć aby spowolnić powrót amortyzatora, musi się dostać na drugą stronę. W najprostszym tłumiku tłumienie powrotu jest proporcjonalne do pojawiającego się 'znikąd' tłumienia kompresji. Po prostu taki tłumik działa w dwie strony :). Bardziej skomplikowane konstrukcje są oparte o koncepcję jednokierunkowego zaworu. Podczas kompresji zawór jest otwarty, stawiając minimalną ilość oporu. Natomiast podczas powrotu olej natrafia na mechanizm tłumika i ładnie tłumi :)

Po drugie, każdy rowerzysta i rower ma inne preferencje co do sposobu działania amortyzacji. Także biorąc pod uwagę masę roweru czy sposób jazdy jasnym zdaje się, że prędkość powrotu – a więc i siła tłumienia, powinna być sterowalna. Najprostszy tłumik jest denerwująco trudny do sterowania, stąd bardziej zaawansowane konstrukcje.

Po trzecie, marketing :) trudniej sprzedać bezimienny tłumik niż system OMGWTFBBQ4 w najnowszym modelu :>

Po czwarte, ezoteryczni wyczuwacze wszystkich zmian ( wiecie kim jesteście ) mają okazję, dzięki swoim wyczulonym zmysłom i wbudowanym akcelerometrom wyczuć różnice w szybkości powrotu widelca działaniu. Ok, żartowałem nieco... :>

W każdym bądź razie, zaraz po odpowiednim sagu, wartość tłumienia powrotu jest najistotniejszą cechą dobrego amortyzatora. Tłumienie powrotu jest wręcz wymagane w widelcach które mają znaczną ilość skoku.

Regulacja tłumienia powrotu jest sprawą indywidualną zależną od wagi rowerzysty, sposobu jazdy, preferencji, rodzaju terenu i takich tam. Wytyczne do regulacji są dwie.

2. Tłumienie Kompresji

W miarę wzrostu skoku amortyzacji oraz wzrostu agresji jazdy jej użytkowników pewne zjawiska dynamicznej pracy amortyzatora zaczynały być coraz bardziej widoczne.

Problemy te są nierozwiązywalne … w całości. Ale można tym zachowaniem zarządzać, dzięki czemu praca amortyzatora zbliży się do ezoterycznego ideału, czyli wybierania przeszkód w sposób minimalizujący ruchy środka ciężkości roweru.

Typowe rozwiązanie zaczyna się od analizy tego, co dzieje się podczas jazdy w tych sytuacjach. Generalnie można sytuacje te podzielić na trzy główne grupy:

Każda z tych grup wymaga innej charakterystyki amortyzacji. I to takiej która wykracza poza proste tłumienie powrotu. Najczęściej robi się to za pomocą dodatkowych tłumików, podobnych do tłumika powrotu, które jednak działają podczas kompresji zawieszenia.

Systemy takie rozdzielone są na dwie kategorie. Są to

Tłumienie kompresji wolnej jest najczęściej odwróconym w działaniu tłumikiem powrotu i spełnia podobną rolę – tzn spowalnia reakcję widelca na przeszkody, przez co tenże mniej się zapada. Konkretnie – tłumienie kompresji wolnej powoduje, iż widelec pracuje w górnej części skoku. Jednocześnie, ze względu na fakt, że nie zmienia się charakterystyka sprężyny, tłumik kompresji wolnej nie powoduje ( w założeniu, w praktyce w ekstremalnie twardych nastawach jednak coś się zmienia ) zmiany sagu, więc stanowi w swej idei możliwość regulacji twardości amortyzatora bez zmiany sagu roboczego. Zwykle, jeżeli dany element amortyzacji posiada tylko regulację tłumienia kompresji, to jest to tłumienie kompresji wolnej.

Tłumienie kompresji szybkiej jest już nieco bardziej technicznie złożonym problemem, który jednak dość prosto zdefiniować.

Tłumienie kompresji szybkiej powinno być systemem który włącza się gdy ciśnienie oleju w tłumiku bardzo szybko rośnie. Kluczowym tutaj parametrem jest 'szybko'. Aby osiągnąć tłumienie kompresji szybkiej należy zatem wprowadzić mechanizm który na tą szybkość reaguje. Najczęściej będzie to zawór inercyjny. Normalnie obwód szybkiej kompresji będzie otwarty, nie tłumiąc niczego. Jeżeli jednak prędkość przyrostu ciśnienia oleju ( lub innej wartości podobnie się zmieniającej, tak na marginesie ) przekroczy pewną wartość, to zawór się zamknie, przez co wzrośnie tłumienie kompresji amortyzatora i viola! Mamy tłumienie szybkiej kompresji.

Tłumik szybkiej kompresji posiada interesującą właściwość, że jego regulacja wydaje się nie powodować żadnych zmian w pracy widelca 'na sucho'. Znaczy się, nie można określić czy dobrze działa poprzez ugięcie amora kilka razy na parkingu. Stanowi to niekończące się źródło konfuzji dla neofitów którym się wydaje, że ich nowy tłumik OMGWTFBBQ4 nie działa. Otóż działa on, tylko trzeba go odpowiednio 'połechtać' zaliczając metrowego dropa :)

Tłumienie wolnej kompresji jest w miarę użytecznym dla każdego praktycznie roweru z amortyzacją. W przeciwieństwie do tłumienia powrotu nie jest jednak niezbędne. Stanowi po prostu jeden czynnik który pozwala na dokładną kontrolę pracy amortyzacji. Tłumienie szybkiej kompresji pokazuje swoją użyteczność dopiero podczas jazdy w naprawdę trudnych warunkach oraz przy dużych prędkościach – podczas dropów, rock gardenów, korzeni etc. i dla przeciętnego miłośnika dostojnej jazdy jest zbędnym gadżetem.

3. Tłumienie Dobicia

Ok. No to stało się. Dzięki swojej głupocie/odwadze całe kilometry skoku amortyzacji zostały wykorzystane. Prawie 3 metrowy drop na płaskie został zliczony. Jednak nie słyszymy gwałtownego „KLUNK”...

Aby uniknąć gwałtownego dobicia amortyzacji, a więc i zagrożenia utraty:

(*) niepotrzebne skreślić

Producenci amortyzacji wyposażają swoje produkty w systemy które ostatnie milimetry skoku amortyzacji utwardzają. Techniczne rozwiązania tego problemu są różne, tak samo jak i filozofia za nimi schowana.

Najprostszym rozwiązaniem jest elastomerowy klocek ograniczający skok. Jest to rozwiązanie na tyle proste, że jest powszechnie stosowane w sprężynowych damperach.

W amortyzatorach stosujących sprężynę powietrzną problem jest w miarę niewielki, gdyż naturalną cechą takowej jest silna progresja pod koniec skoku.

Jednakże jeżeli żadna z tych metod nie zdaje egzaminu, to istnieje trzecie rozwiązanie. Tłumienie dobicia to tak naprawdę tłumienie szybkiej kompresji na sterydach, więc wprowadzenie dodatkowego zaworu modulującego tłumienie w końcówce skoku.

Ostatecznym rozwiązaniem jest precyzyjne wyliczenie poziomu oleju w tłumiku. Otóż. Objętość wnętrza tłumika, podczas pracy, jest coraz mniejsza. Jeżeli nie ma ugięcia, to pewną część tej objętości zajmuje olej, resztę powietrze. Podczas ugięcia objętość oleju się nie zmienia, więc dzieje się to kosztem powietrza. Tłumiki są zwykle szczelne, więc spadająca objętość powietrza powoduje wzrost ciśnienia. Czyli jest to swego rodzaju sprężyna powietrzna. Odpowiednio dobierając poziom oleju oraz gabaryty tłumika można zatem wywołać efekt taki, iż przy pełnej kompresji amortyzator w miękki, nie katastroficzny, sposób zakończy skok. Efekt wykorzystywany szeroko w damperach pod postacią tzw 'Internal Floating Piston' (IFP) czyli wewnętrznego pływającego tłoka.

W praktyce tłumienie końca skoku zwykle realizowane jest poprzez kombinację różnych rozwiązań. Na przykład w damperach sprężynowych stosuje się elastomerowy odbojnik oraz odpowiednio wyliczony tłumik. Tłumienie dobicia często łączone jest z tłumieniem szybkiej kompresji pod nazwą 'tłumienie końca skoku'. Termin ten najczęściej stosowany jest do opisu regulowanego ciśnienia komory IFP w damperach.

4. Platforma

No więc załóżmy, że jedziesz sobie na rowerze z pełnym zawieszeniem. Nagle zaczyna się trudna sekcja RTV/AGD którą chcesz podjechać i nagle 'BOING BOING BOING' zamiast jechać do przodu skaczesz sobie na zawieszeniu roweru...

Ok, trochę zbyt dramatyczny przykład, ale pokazujący pewien problem.

Rower jest maszyną której silnik posiada ograniczoną moc. Na domiar złego sposób napędzania jest impulsowy, z impulsami gdzieś raz na sekundę. Na domiar gorszego kiedy wjeżdżamy w trudny technicznie, czy wysiłkowo, odcinek, taki na którym już stoi się na pedałach, to problemy z bujającym zawieszeniem stają się wybitnie dotkliwe. Wynika to z faktu, iż środek masy roweru lata na lewo i prawo powodując pulsacyjne ruchy amortyzacji. To nakłada się na pulsowanie tejże od sił napędowych i rower generalnie zaczyna tańczyć.

Zachowanie takie jest możliwe do opanowania odpowiednią techniką pedałowania, ale nigdy nie jest możliwe do wyeliminowania. Poza tym producenci nie byliby sobą gdyby nie oferowali rozwiązywania problemów bez względu na ich natężenie :)

W każdym razie najprymitywniejszą metodą rozwiązania tego problemu jest zablokowanie zawieszenia. Niestety, podczas jazdy pod górę w trudnym terenie zawieszenie się bardzo przydaje, gdyż utrzymuje ono koła w podłożu i paradoksalnie zablokowanie zawieszenia spowoduje, że możliwa staje się sytuacja gdzie odcinka nie da się przejechać...

Blokady zawieszenia mają swoje miejsce na rynku w przypadku rowerów wykorzystywanych na szosie i w terenie, jednak stosowanie ich do celu niwelowania problemów z tańczącym zawieszeniem jest nieefektywne.

Dlatego stosuje się inne rozwiązanie.

Jeżeli problemem jest nadmierne bujanie zawieszenia, to znaczy, że trzeba wytłumić te bujanie. Idea ta rozpowszechniła się pod pod terminem 'platformy' i występuje pod wieloma różnymi nazwami marketingowymi ( 'Pro Pedal' Foxa, 'Floodgate' Rock Shoxa, TST marzocchi, Absolute+ Manitou i inne ).

W swej idei platforma to po prostu tłumienie wolnej kompresji i powrotu jednocześnie podkręcone do oporu i jeszcze trochę. Ze względu na fakt, iż tłumienie wolnej kompresji posiada właściwość utrzymywania amortyzatora na początku skoku, mocne podbicie tego parametru spowoduje iż amortyzator będzie wykorzystywać tylko 10-30% skoku. Jednocześnie, aby unikąć gwałtownego powrotu dodaje się komponent tłumienia powrotu i viola! Mamy platformę :)

Myślę, że oczywistym jest, że taka realizacja platformy upośledza działanie zawieszenia.

Przydatność platformy jest rzeczą bardzo indywidualną, zależną od rowerzysty. Znam ludzi jeżdżących na platformie praktycznie stale, z wyjątkiem górskich zjazdów. Znam także takich którzy w rowerach mających po 20cm skoku walczą z platformami jak tylko mogą i nie wydaje się, żeby im to przeszkadzało w podjeżdżaniu...

Faktem jest, że z czysto mechanicznego punktu widzenia, ograniczenie bujania zawieszenia powinno dodatnio wpłynąć na jazdę. Jednak otwartą jest kwestia czy ograniczanie bujania kosztem czułości posiada tak samo jednoznacznie pozytywny wpływ.