>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебное пособие

Современный велосипед

Амортизационная вилка

Вилки бывают двух типов: жесткие и «мягкие» - амортизационные. Жесткие вилки - вид исчезающий и уходящий! Причем, уходят они давно, и ушли вроде далеко, но никак не уйдут на совсем. Шоссейники точно не откажутся от своих карбоновых суперлегких (некоторые всего в 380 гр.) вилок с обольстительными аэродинамическими формами, большой - до 45 Н/м/градус - торсионной жесткостью, продольной жесткостью до 150 Н/м/градус и алюминиевой верхней (рулевой) трубой, таких, например, как PRO Carbon Front Fork Curved. Curved означает, что перья у вилки изогнутые.

А изогнутые перья хороших вилок слегка пружинят, так, самую малость, не больше, чем на 10-15 мм, но тем самым существенно смягчают неровности плохого асфальта. А вот если трасса ровная и гладкая, как трек, и абсолютная жесткость вдоль вертикальной оси поможет принести победу, то следует выбрать аналогичную вилку с прямыми перьями, PRO Carbon Front Fork Straight.

Но что позволено шоссейнику, не позволено байкеру! Прочим велосипедистам имеет смысл выбирать из вилок с изогнутыми перьями. Вилка с прямыми перьями будет все удары и вибрации передавать напрямую в кисти рук, «бить по рукам»! Это неприятно, а также больно и вредно для здоровья.

Однако, многие катали, катают и будут катать на жестких вилках, несмотря на громадный выбор амортизационных. Амортизационная вилка особо и не нужна, если:

дорога гладкая, рельеф ровный, или на дорожках в парке и лесу корней, камней, колдобин не наблюдается, или стиль катания спокойный, прогулочный, не спортивный и неагрессивный;
в городе и пригороде есть желание двигаться быстро, но по велодорожкам или проезжей части, без прыжков через бордюры;
заниматься цивилизованным туризмом по дорогам с твердым покрытием, или использовать велосипед для поездок на рынок за мешком картошки или ящиком пива;
велосипед покупается для ребенка;
байк собирается или покупается для триала: триалисты преодолевают препятствия, в основном, прыгая на заднем колесе. Для них амортизационная вилка - лишний вес и лишняя головная боль.

Для большего комфорта можно на горный байк поставить более широкие шины, например SCHWALBE Big Apple 26x2,35”, MARATHON SUPREME 26x2,00 ”. Для гибридов, турингов, сити-байков и прочих велосипедов с колесами большого формата есть, например, покрышки SCHWALBE Big Apple 28х2,35”/60-622, FATFRANK 28x2,35”, MARATHON SUPREME 28x2,00”. Кроме того, известно, что колеса диаметром 28” и 29” меньше трясет и подбрасывает на небольших колдобинах и разбитом асфальте, чем колеса размером 24 и 26 дюймов.

Прежде чем двигаться дальше, вспомним, что было раньше.

В это теперь трудновато поверить, но когда-то даже мотоциклы обходились без амортизационных подвесок. Потом они обзавелись простейшими рычажно-пружинными амортизаторами переднего колеса, позднее в конструкцию добавили и заднюю подвеску.

В маунтинбайках мотоциклетная история повторилась в точности. На заре своей истории горные велосипеды были лишены какой-либо амортизации. Те самые круизеры-«балунеры», на которых сумасшедшие ребята из округа Марин в Калифорнии гоняли с холмов, из амортизаторов имели лишь широкие толстые покрышки. Затем появилась первая амортизационная вилка, и долгое время слова «маунтинбайк» и «хардтейл» были, в общем-то, синонимами. Развитие экстремальных видов маунтинбайка, а также извечная тяга человека к комфорту привели к появлению полноподвесочных велосипедов, или двухподвесов. У них амортизаторы контролируют движение не только переднего, но и заднего колеса.

Классификация велосипеда по количеству подвесок

В настоящее время среди велосипедистов устоялась схема обозначения велосипеда в зависимости от числа подрессоренных колес:

Рис.. Вилки параллелограммные и рычажные

ригид - велосипед без подвески, с жесткой вилкой. Его преимущества -небольшой вес и надежность. Недостатки - недостаточный комфорт и не лучшая управляемость на неровной поверхности. Ситуацию можно исправить, используя толстые, до 2,3-2,5 дюймов шириной покрышки, немного пружинящую титановую вилку и пружинящий углепластиковый (карбоновый) руль. Но в любом случае ригид останется ригидом;
хардтейл (hard tail - англ. «жесткий хвост») - велосипед с амортизационной вилкой, но без подвески заднего колеса. На сегодня хардтейлы - самый востребованный и популярный вид маунтинбайка. Если на байке установлена недорогая вилка, то такой велосипед не намного сложнее ригида, но куда более комфортабелен. Кроме комфорта, амортизационная вилка делает велосипед и более управляемым, ведь на неровном покрытии колесо меньше подпрыгивает и большую часть времени находится в сцеплении с грунтом;
двухподвесы - велосипеды с амортизационной подвеской обоих колес. Это самые комфортабельные байки, но они, как правило, значительно тяжелее хардтейлов аналогичного класса, и стоят существенно дороже. Однако двухподвесы, благодаря совместной работе двух амортизаторов не только комфортнее, но и быстрее хардтейлов на сильно пересеченной местности. Заднее колесо такого велосипеда не «утыкается» в препятствия, а обкатывает их.

Маунтинбайки, в основном, комплектуются амортизационными вилками. Таков тренд, и байк без «мягкой» вилки выглядит сейчас несколько странно. Это или далеко не новый, или весьма дешевый, или специализированный велосипед, или, наконец, таков вкус его владельца. Теперь можно разобраться, что же полезного дают байкерам амортизационные вилки, и какую цену за эту пользу им приходиться платить.

Плюсы:

Контакт с поверхностью, контроль и управляемость. Это главное, ради чего в начале ХХ-го века первые вилки появились и закрепились на мотоциклах, а в конце столетия перекочевали на велосипеды. Итак, когда колесо на большой скорости катится по неровной поверхности, возникают силы, стремящиеся оторвать колесо от дороги. Если вилка (подвеска) жесткая, то так и происходит, и скорость приходится снижать. Только благодаря вилке переднее колесо плавно и без ударов обкатывает бугры и ямы. Соответственно, появляется возможность даже в самых тяжелых, экстремальных условиях контролировать байк и управлять его движением.
Проходимость. Благодаря тому, что переднее колесо отслеживает все неровности дороги, возрастает проходимость байка. При этом жизнь байкера заметно облегчается. Не нужно могучими усилиями рвать на себя руль, дабы преодолеть очередной корень, рытвину или кротовью нору. Достаточно слегка «играть центром тяжести», подавая руками небольшие импульсы на руль, а все остальное вилка сделает сама. Бордюры, ступени, стволы деревьев перестают быть сложной проблемой, если, разумеется, не задевают большую звезду системы.
Скорость и энергия. Вилка позволяет не только проходить неровности на высокой скорости, она дает возможность тратить при этом меньше энергии. Вилка «проглатывает» не только вертикальную компоненту силы, стремящуюся подкинуть переднее колесо, но частично и горизонтальную, тормозящую байк. Чем острее угол наклона вилки к плоскости дороги, тем эффективнее отрабатывается горизонтальная компонента, тем выше скорость в условиях серьезного бездорожья. Как говорят, «байк заточен для фрирайда». Но при этом несколько ухудшается динамика и маневренность, так как одновременно увеличиваются выкат колеса, то есть расстояние от его оси до рулевой колонки, и база велосипеда. Если угол наклона вилки больше, ближе к 90 градусам, то вилка лучше отрабатывает мелкие «торчки» на дорогах с твердым покрытием, байк быстрее разгоняется, легче поворачивает, но курсовая устойчивость уменьшается
Комфорт и надежность. Наконец-то! Передняя подвеска позволяет заметно снизить ударные нагрузки на раму и на такие ответственные узлы, как рулевая колонка, руль, вынос, подседельный штырь, повышая тем самым их «живучесть» и срок службы. И байкеру амортизация улучшает жизнь, самочувствие и настроение. Кисти, плечевой пояс и позвоночник страдают без амортизации в первую очередь. Качество амортизации напрямую зависит от соотношения подрессоренной и неподрессоренной масс.
Подрессоренная масса - это масса узлов, опирающихся на амортизационную подвеску. В случае велосипеда это вместе взятые рама, седло, руль, байкер, полезный груз.
Неподрессоренная масса - масса узлов велосипеда, не опирающихся на подвеску. Это вместе взятые колеса, подвижные трубы вилки, рычаги задней подвески. Чем меньше неподрессоренная масса, тем лучше амортизация.
Воочию представить себе, какие массы подрессоренные, а какие нет, довольно просто. Для этого надо сесть на велосипед и посмотреть, какие части перемещаются, проседают под весом байкера, опираясь на подвеску. Руль, рама, седло, багажник, велосипедист будут подрессоренными массами. То, что остается на месте, - шины, колеса, тормоза, штаны вилки, рычаги задней подвески — неподрессоренные массы. Если велосипед не имеет подвесок, то рассчитывать приходиться только на пневматические шины. Благодаря ним велосипеды, мотоциклы и автомобили получили широчайшее распространение, но полностью заменить амортизаторы шины не могут. При наезде велосипеда на колдобину (выбоину) неподрессоренные части получают импульс, пропорциональный их массе, который, нагружая подвеску, передается подрессоренным частям, вызывая вредные удары, колебания и вибрации. Добиться полностью исключения неподрессоренных масс, к сожалению, невозможно, поэтому стараются максимально уменьшить их вес. Многократно проводимые тесты показывают, что гонщики на велосипедах с двумя подвесками (которые обычно чуть более тяжелые, чем хардтейлы) на сложных трассах показывают лучшие результаты и тратят меньше сил, чем спортсмены на байках с одной подвеской. А велосипеды без подвесок (ригиды) уже много лет не используются даже в любительском спорте.
Торможение. Вилка позволяет увереннее действовать тормозами. Даже при резкой работе передним тормозом меньше шансов перевернуться через руль. Силы инерции, стремящиеся перевернуть байк через руль, частично компенсируются работой вилки. Она сжимается, байк делает «клевок» вперед и вниз, но остается «на своих двоих».

Рис. Устройство вилки Pike от RockShox

Недостатки - это просто продолжение достоинств. У длинноходных вилок при сжатии серьезно изменяется угол рулевой трубы, и риск «кувырнуться» на крутом спуске из-за этого может даже вырасти.

Минусы:

Амортизационная вилка имеет больший вес, чем жесткая.
На гладком шоссе и при подъеме в гору приходится затрачивать дополнительные усилия. Байк раскачивается. Демпферы работают, энергия рассеивается, энтропия возрастает, динамика ухудшается. Особенно велик эффекту длинноходных (более 100 мм) вилок, не имеющих стабильной платформы. Поэтому на ровной трассе и подъеме такую вилку выгодно сделать максимально жесткой и короткой. У кросс-кантрийных вилок с ходом до 80 мм потери мало заметны.
Амортизационная вилка состоит из множества деталей. Детали постепенно изнашиваются, имеют свой срок службы, а некоторые (не дай Бог!) могут даже сломаться. За вилкой надо следить: регулярно мыть, чистить, перебирать, смазывать, менять масло, подкачивать воздух.
Не всякая вилка совместима с дисковым или роллерным тормозом. Могут возникнуть проблемы, если понадобиться поставить очень толстую шину. Сложнее устанавливать крыло.
Цена такой вилки соответственно выше, чем жесткой.

Основы вилкостроения

99,9% всех современных вилок устроены по принципу телескопа. Две трубы разных диаметров вдвигаются друг в друга. Конструкция известна давно, технология отработана, надежность и долговечность более-менее на уровне, вес невелик, но естьи недостатки. К сожалению, с точки зрения механики телескопическая вилка далеко не идеал, потому что:

силы, возникающие при торможении, работе самой вилки и при рулении не разделены, что заставляет делать ее конструкцию более прочной и тяжелой;
геометрия байка (выкат, колесная база) меняется при сжатии вилки. Поэтому меняется устойчивость и управляемость;
большое расстояние от оси колеса до рулевого стакана приводит к изгибу вилки под нагрузкой. Это заставляет делать ее более жесткой и, соответственно, более тяжелой;
внутреннее трение достаточно велико, а из-за того, что вилка при преодолении неровностей работает еще и на изгиб, еще более возрастает. Трение ухудшает чувствительность вилки, колесо не успевает отрабатывать неровности, что, разумеется, плохо сказывается на безопасности и управляемости. Велосипедная вилка находится в гораздо менее выгодных условиях, чем вилка у мотоцикла. Причина достаточно проста-разный масштаб сил, действующий на вилку в обоих случаях. Если силы внутреннего трения и начальные сдвиговые усилия у велосипедной и мотоциклетной вилок приблизительно одинаковы, то инерционные силы, определяемые неподрессоренными массами, различаются очень сильно. Действительно, масса велосипеда и велосипедиста в сумме редко превосходят 100 кг, а нагрузка на переднюю ось - не более 30-40 кг. А масса мотоцикла редко бывает меньше 100 кг, обычно 150-300 кг, плюс бензин, масло, вода в радиаторе и сам мотоциклисте пивом и бутербродами. Нагрузка на ось существенно выше, и мотоцикл просто «не чувствует» сдвиговых усилий и паразитного внутреннего трения в вилке при наезде на мелкую колдобину. Велосипедная вилка из-за этого работает на пределе возможностей, и конструкторам приходится идти на всяческие ухищрения для улучшения чувствительности вилки и сохранения при этом надежности и ресурса ее работы;
ломаная конфигурация несущей системы «задний треугольник - рама -вилка» для двухподвесов или «рама - вилка» для хардтейлов не оптимальна по жесткости и управляемости. Установка на «телескоп» труб большего диаметра увеличивает торсионную (крутильную) жесткость и продольную прочность и жесткость вилки. Это хорошо, но возрастает общая масса вилки, площадь трения между трубами и неподрессоренная масса, что ухудшает чувствительность и качество амортизации. К тому же «клевок» рулем вниз при торможении - далеко не всегда благо, особенно на спуске, где он увеличивает вероятность свободного полета «без руля и без ветрил». Многорычажная подвеска, появившаяся исторически первой еще вХ1Х-м веке, остается сейчас экзотикой не только из-за конструктивных особенностей, вполне преодолимых, но и «благодаря» отработанной технологии специализированных фирм, ориентированных на «телескопы». Исторически сложилось так, что в ХХ-м веке первенство в применении и развитии амортизации захватили мотоциклы, а велосипеды плелись в арьергарде. В 40-50-х годах, когда мотопромышленность в массовом порядке перешла к производству «телескопов», многорычажные вилки еще применялись на мопедах, мотороллерах и велосипедах. Первые вилки, появившиеся на МТВ в конце 80-х годов, заказывались на заводах, выпускавших подвески для мотоциклов. Их главной и основной продукцией были «телескопы», М'ГБ-вилки делались по образцу и подобию мотоциклетных. В 90-х годах в эпоху бума велоамортизаторов многие специализированные фирмы стали выпускать вилки и для велосипедов. Например, RST, MARZOCCHI, HANEBRINK BICYKLES и т.д. Менять оборудование, внедрять другую технологию им было просто невыгодно.

Рис. Конструкция эластомерно-пружинной вилки Marzocchi Zokes Pro

Без «телескопа»

Вилки без «телескопа», рычажные, параллелограммные появились существенно раньше. Опыты с рычажными вилками на велосипедах проводились еще с конца XIX-го века. Например, известен патент 1939 года фирмы Shwinn на велосипед «балунер» с шинами 26x2,125” и параллелограммной пружинной вилкой. Такие велосипеды не только широко выпускались в Америке 30-80-х годов, но и теперь выпускаются в разных странах. В 70-х годах «балунеры» стали основой для создания первых горных велосипедов. На круизеры и велочопперы ставят вилку типа Shwinn или более «крутую» внешне вилку Springer. Или вилку Roadster Dyno от NIRVE SPORTS, известного велодизайнера Аарона Бефленфэльфи. Известны и другие варианты пружинных передних вилок, например, Shockmaster 1952 года, производимая в США фирмой CLEVELAND WELDING СО для своих велосипедов Roadmaster.

Короткорычажные вилки менее склоны «клевать» при торможении, чем «телескопы», но имеют недостаточную чувствительность при отработке мелких неровностей, что несколько компенсируют установкой промышленных шарикоподшипников. Они просты по конструкции, сравнительно дешевы, имеют малую неподрессоренную массу и небольшой, момент инерции.

Длиннорычажные вилки не получили широкого распространения, несмотря на лучшую чувствительность при срабатывании и отсутствие «клевка», по сравнению с короткорычажными и телескопическими вилками. Их главными недостатками являются большая инерция и ограниченный угол при повороте руля, а также низкая крутильная (торсионная) жесткость.

Параллелограммные вилки типа Shwinn получили самое большое распространение. Два рычага параллелограмма (серьги) соединены с рулевой колонкой. Между ними находится коническая пружина с прогрессивной характеристикой и резиновый буфер. Чуть ниже, где рычаг (серьга) соединяется с рулевой трубой, может находиться фрикционный демпфер. Недостатки таких вилок - большие неподрессоренные массы и вредные моменты инерции. Достоинства - «антиклевковый» эффект и хорошая торсионная жесткость.

Вилка Springer - это, по сути, гибрид, полученный от «скрещивания» короткорычажной вилки и вилки типа Shwinn. Любители круизеров, чопперов и велотрайков ставят Springer чаще всего из эстетических соображений.

Короткорычажные вилки современной конструкции выпускаются небольшими сериями и стоят недешево. Это кросс-кантрийные Look LFS2 с весом 1475 гр, ходом 80 мм, у них карбоновые ноги, фрезерованные алюминиевые части, промышленные шарикоподшипники, воздушная пружина, масляный демпфер; SUB (Stability Under Braking) английской фирмы USE (Ultimate Sports Engineering) имеет ход 100 мм, вес около 1700 гр; Harrycat Vorace XC-Comp - вес 1722 гр, ход 80-100 мм, имеет карбоновые ноги, фрезерованные алюминиевые части, промышленные шарикоподшипники, воздушную пружину (позитивную и негативную), масляный демпфер, амортизирующий элемент - стандартный задний амортизатор SID Race, что весьма удобно. Или, например, фрирайдная Parafork Free Cross - вес 2500 гр, ход 120-150 мм, фрезерованные алюминиевые ноги, вставная ось, крепления под дисковый и ободной тормоза, стальные пружины, масляный демпфер.

Жесткость и прочность - весьма важные характеристики вилки. Они взаимосвязаны и характеризуют вилку с разных сторон, причем к амортизации не имеют прямого отношения, хотя определения используются те же самые: «жесткость», «мягкость», «плюшевая вилка». Поэтому всегда имеет смысл уточнять, что именно имеется в виду. Прочность говорит о максимальной нагрузке, при которой вилка хрустнет, ломаясь, или необратимо согнется. Жесткость - это обратимая деформация, угол изгиба или скручивания при определенной приложенной нагрузке (моменте силы). Нагрузку убрали - деформация исчезла. Обозначается как момент/градус - Н/м/градус. Чем больше надо приложить момент (ньютонов на метр) для скручивания/изгиба на 1 градус, тем больше жесткость. Для определения прочности «изверги-конструкторы» ломают вилки на испытательных стендах - «об колено» не получается. Дело это дорогостоящее, сложное и не слишком информативное для большинства байкеров. Уровень прочности вполне задается классом вилки. Кросс-кантрийная «пушинка», разумеется, уступает по прочности вилкам для жесткого фрирайда или скоростного спуска. Но и здесь случаются парадоксы. Иная старая эластомерка со стальными трубами и короной, фрезерованными алюминиевыми штанами вполне может поспорить по прочности с современной фрирайдной вилкой среднего уровня, если забыть про «убойный» вес и малый ход. Но зато по жесткости проиграет вчистую! А жесткость для байкера имеет первостепенное значение. Из всех возможных вариантов жесткости такой сложной конструкции, как вилка, стоит выбрать два: жесткость вилки в продольной плоскости байка (продольная жесткость) и жесткость на скручивание (торсионная жесткость). Недостаточная продольная жесткость приводит к тому, что вилка «играет», ходит взад-вперед ходуном, и не создает необходимого комфорта и уверенности во время поездки. Кроме того, уплотнительные и направляющие кольца внутри вилки перегружаются и очень быстро изнашиваются. Поэтому, если стиль катания агрессивный, или велосипедист весит более 100 кг, то и вилку имеет смысл подбирать более жесткую, например, вместо кросс-кантийной поставить фрирайдную. Но наибольший интерес представляет именно торсионная жесткость вилки. При скоростном прохождении виража возникают нагрузки, скручивающие вилку. Руль поворачивается в одну сторону, а сила трения стремится повернуть колесо в другую. Если торсионная жесткость вилки мала, то байк плохо слушается руля, и заехать можно прямо в кусты. При торможении дисковым тормозом создается несимметричная нагрузка, вилка и колесо перекашиваются, ухудшается управление байком, и может начаться занос переднего колеса. Не на всякую вилку можно ставить дисковый тормоз. Если торсионная жесткость вилки менее 15 Н/м/градус, то она не рассчитана на работу с дисковым тормозом. У большинства современных вилок торсионная жесткость составляет 16-27 Н/м/градус.

Фирмы, выпускающие вилки, прилагают большие усилия для повышения жесткости, иногда даже жертвуют весом, который долгие годы был «священной коровой».

Способы повышения жесткости вилок.

Двухкоронные вилки. Давний и имеющий много недостатков способ: возрастает вес, ограничивается угол поворота руля, возрастает риск отрыва рулевого стакана рамы. Сейчас две короны ставят только у даунхильных монстров с очень большими ходами.
Вставная 20-миллиметровая ось увеличивает жесткость вилки в среднем на 20%. Но требуется специальная втулка для переднего колеса и монтаж/ демонтаж колеса сильно усложняется.
Технология Revers Arsh (RA) - расположение гориллы (бустера) сзади - применяется на вилках MANIT0U. Жесткость возрастает на 15%-20%.
Увеличение высоты направляющих втулок для внутренних труб у вилок ROCK SH0X.
Изготовление гориллы и штанов вилки как единой цельнолитой (моноко-ковой) конструкции, оптимизация формы гориллы. В результате жесткость растет, а вес может даже несколько снижаться. Но при повреждении гориллы нет возможности отремонтировать вилку, приходится менять весь нижний блок или покупать новую вилку.
Установка дополнительного бустера (гориллы) параллельно основному уменьшает нагрузку на штатную гориллу, улучшает эффективность работы ободного тормоза, увеличивает строительную высоту вилки и немного увеличивает торсионную жесткость.
Увеличение диаметра ног (стоек) вилки: размеры в 32 и 36 мм уже остались позади, дальше начинаются мотоциклетные размеры.
Увел ичение диаметра рулевой трубы до 1S" (1,5 дюйма): новый стандарт помогает делать достаточно жесткие однокоронки с ходом до 150 мм.
Использование перевернутых вилок, которые имеют меньшую неподрессо-ренной массу, больший ход (150-200 мм), при одинаковой длине с прямыми вилками могут обходиться без бустера (гориллы), им хватает одной кованой короны. Вместе со вставной осью диаметром 20 мм дают вполне приличную жесткость при большом ходе. Но у перевернутых вилок есть некоторые недостатки: высокая цена, большой вес, совместимость только с дисковыми тормозами, уязвимость внутренних труб и сальников (их надо защищать специальными щитками), обязательное использование вставной 20-мм оси.

О двух вилках стоит упомянуть отдельно. Уникальна одноногая CANNONDALE Headshok Lefty Carbon ELO. CANNONDALE, пожалуй, единственный производитель велосипедов, который сам делает вилки. Вес этого чуда - 1480 гр, ход - 91 мм, она перевернутая, имеет две полукороны, карбоново-алюминиевые штаны, специальную ось для крепления колеса и оригинальный узел скольжения ноги в «штанах»; ее рулевая труба под стандарт CANNONDALE, диаметром 1,56 дюйма, установлены воздушная позитивная камера и масляный демпфер. Добавлены регулировка давления воздуха и электронная блокировка с кнопкой на руле.

Headshok Super Fatty Ultra CANNONDALE отличается от предыдущей тем, что вся начинка встроена внутри рулевой колонки, отсюда и «сверхразмер» внешней рулевой трубы. Вверх и вниз двигается внутренняя подвижная восьмигранная труба, в которую вставлена передняя вилка. Четыре грани этой трубы находятся в контакте с плоскими игольчатыми подшипниками, расположенными между внутренней подвижной и внешней неподвижной рулевыми трубами. Таким образом, благодаря одному компактному узлу можно одновременно управлять передним колесом и позволять вилке двигаться и отрабатывать рельеф дороги.

Теория амортизации

Прежде, чем продолжить рассказ об амортизационных вилках, будет полезно хотя бы в общих чертах познакомиться с теорией амортизации.

Итак, для начала разберем, зачем вообще нужна амортизационная вилка. Казалось бы, простейший вопрос, на который уже был дан ответ выше: для большего комфорта и лучшей управляемости велосипеда! Да, конечно, это так. Но если просто взять и заменить жесткую вилку на амортизационную с одной лишь пружиной, то ничего хорошего не получится. Да, жесткие удары перестанут проходить на руль, пружина будет их «глотать». Но каждое сжатие будет сопровождаться равным по силе разжатием, и вместо уверенной отработки неровностей вилка-пружинка будет лишь прыгать как кузнечик, подбрасывая колесо в воздух после каждого препятствия. Забавно, но нельзя сказать, что комфортно, и уж тем более никак не способствует достижению второй цели - улучшению управляемости.

Чтобы наша вилка-пружинка превратилась в полноценный амортизатор, в ее конструкцию необходимо добавить еще один элемент - демпфер. Его задача - поглощать и рассеивать часть энергии, накопленной в пружине при сжатии. Тогда «отскок» вилки будет не таким резким, более сглаженным, колесо перестанет подпрыгивать, а будет «облизывать» неровности дороги.

Собственно, это все, что требуется от амортизационной вилки — пружинить и демпфировать. Оба этих понятия, совмещенные вместе, дают эффект амортизации.

Но одного лишь эффекта мало, необходимо, чтобы он как можно точнее согласовался с весом байкера, стилем его катания, а также с характеристиками покрытия. Ведь одно дело - неспешно катиться по лесной тропинке, а другое - сломя голову нестись по горному спуску, сплошь состоящему из камней разной величины.

На амортизационных вилках предусмотрена раздельная регулировка нескольких параметров. Основных два:

преднагрузка (preload)-жесткость пружины вилки. Настраивается в основном под вес байкера. Например, настройка жесткости, идеальная для подростка весом в 50 кг, будет абсолютно неприемлема для могучего дяди, чей вес вместе с пивным животиком зашкаливает за центнер;
отбой (rebound) - основная характеристика демпфера, она показывает, какую долю энергии сжатой пружины демпфер должен поглотить и рассеять в воздухе в виде тепла. Обычно, чем больше значение отбоя, тем медленнее, ленивее вилка на ходе разжатия. Эта настройка помогает настроить вилку под жесткость пружины (а значит - и под вес байкера), а также под специфику трассы. На относительно ровном покрытии требуется медленный отбой, который будет препятствовать пустопорожнему раскачиванию подвески велосипеда. Но если трасса изобилует неровностями, то требуется быстрый отбой, чтобы вилка успевала обрабатывать все эти неровности и сохраняла по возможности плотный контакт колеса с дорогой.

В дорогих вилках есть дополнительные функции, позволяющие проводить тонкую настройку по вкусу велосипедиста. Например:

регулировка сопротивления сжатию (иначе компрессия - compression). По сути, это «отбой наоборот», то есть данной регулировкой задается сопротивление демпфера на сжатие. Данная регулировка полезна для настройки вилки под стиль катания и условия трассы - более медленное сжатие немного «затупляет» поведение вилки, но ограничивает лишнюю раскачку. Совсем дорогие модели вилок, в основном созданные для агрессивного катания, имеют две регулировки компрессии - высокоскоростную (high speed) и низкоскоростную (Low speed). Первая определяет характер сжатия вилки на резких и быстрых ударах, вторая - на пологих, медленных. В частности, можно запрограммировать вилку на относительно ровную трассу с периодическими включениями ухабистых участков. Для этого нужно «зажать» низкоскоростную компрессию, чтобы вилка не особо раскачивалась на ровных участках, а высокоскоростную компрессию отпустить, тогда вилка будет охотно и шустро обрабатывать неровности на ухабистых участках. Кроме того, раздельная регулировка сжатия позволяет точно настроить поведение вилки на приземлениях - ведь современный маунтинбайк позволяет не только кататься, но и летать, спрыгивать с весьма серьезной высоты;
регулировка прогрессии сжатия позволяет задать порог, относительно которого вилка будет наращивать жесткость пружины в конце хода сжатия. Это полезно, когда катание предусматривает регулярные прыжки,таким образом вилка гарантирует, что не будет пробоя (сжатия на весь ход до ограничителя и жесткого удара). Применяется в основном на вилках с пневматической (воздушной) пружиной;
блокировка (Lockout) и порог пробоя блокировки (threshold) используется на относительно дорогих вилках, в основном созданных для соревнований по кросс-кантри (гонок по пересеченной местности). Блокировка вилки позволяет сделать из нее жесткую, это очень полезно при езде в гору, вилка не раскачивается и не «съедает» впустую силы байкера. Порог пробоя блокировки регулирует, при каком уровне удара заблокированная вилка разблокируется. Сделано это и для предотвращения поломки демпфера, и для того, чтобы ограничить силу удара по рукам байкера, если он вдруг забудет разблокировать вилку после преодоления подъема.

Хороший демпфер серьезно улучшает работу вилки. Наиболее проработаны и распространены воздушный демпфер, масляный картридж, открытая масляная ванна. Идея демпфера проста.

Принцип работы простейшего дросселя:

При сжатии вилки поток масла стремится перетечь из надпоршневого пространства в подпоршневое, и поршень 3 относительно ноги передвигается вверх. Масло, находящееся в надпоршневом пространстве, идет по двум направлениям. Первое и основное — через перепускные отверстая 5 в поршне 3, преодолевая силу пружины 7 и открывая клапан 6. Второе направление, через которое поступает гораздо меньше масла, - через полость 10 и далее через дросселирующее отверстие 9. Сопротивление потоку из-за достаточно большого сечения перепускных отверстий 5 минимальное, то есть при сясатии демпфер не создает большого сопротивления. Другое дело - отбой.

При ходе отбоя масло, наоборот, вытесняется из подпоршневого пространства в надпоршневое. Но поскольку подпружиненный клапан 6 перекрывает перепускные отверстия 5 и масло не может его «отжать», основной поток масла идет через дросселирующее отверстие 9 в штоке 1 демпфера. Его сечение намного меньше, чем у перепускных отверстий в поршне, поэтому при отбое демпфер создает достаточно большое сопротивление. Отбой можно регулировать, меняя поперечное сечение отверстия, что применяется в большинстве вилок.

Энергия удара рассеивается, возникающие колебания гасятся. В последнее время для масляных демпферов начинают использовать разного рода инерционные клапаны, давно и хорошо работающие в вилках кроссовых мотоциклов. Они позволяют применять в велосипедных вилках так называемое платформенное демпфирование.

О платформенном демпфировании

По сути, платформой называется эффект, когда вилка одновременно позволяет обрабатывать неровности, и при этом не раскачивается от усилий педалирования. Говоря по-научному, вилка разделяет частоты вынужденных колебаний. Обычно неровности трассы вызывают сжатие-разжатие с достаточно высокой частотой, в то время как усилие педалирования - с малой. Применяя хитрые гидравлические клапаны в конструкции вилок, производители придают последним некоторую «интеллектуальность». Вилка будет жесткой на ровном покрытии, но как только начнутся неровности и ухабы, тут же «откроется» и «проглотит» их все. Разумеется, идеал недостижим, но за несколько лет эволюции платформенные амортизационные технологии серьезно продвинулись вперед.

Регулировок платформы обычно две: собственно тумблер, включающий или выключающий помощь платформы, а также регулировка уровня этой помощи (то есть чувствительности платформы). При расслабленном катании по лесопарку платформа вообще не нужна. А вот в гонке, где каждая секунда на счету, а комфортом можно пренебречь, нужно сделать подвеску как можно более жесткой и не склонной к раскачке.

Типы демпферов

Проще всего устроена эластомерная вилка. Цилиндрической формы элементы надеты на ось. Обычный набор содержит от 2 до б цилиндров разной длины и упругости. Вязко-упругие эластомеры выполняют сразу две функции: упругого элемента и демпфера, и имеют небольшой вес. Но минусов у такого решения много. Это и малый ход, и сильная зависимость от температуры - при низкой температуре эластомер просто «дубеет», и вилка работает как жесткая. При сжатии жесткость эластомера сначала возрастает медленно, а в конце хода резко увеличивается, получить приемлемую работу при больших ходах невозможно. У эластомерной вилке трудно регулировать жесткость, слишком мягкие эластомеры достаточно быстро проседают и перестают работать, кроме того, эластомеры со временем деградируют и теряют свои упругие свойства. Сейчас такие вилки практически не выпускаются. Из удачных мояшо вспомнить, например TANGE Struts.

Рис. Конструкция простейшего демпфера
1 - шток, 2 - втулка, 3 - поршень, 4 - уплотнение поршня, 5 - дроссельные отверстия сжатия, 6 - клапан сжатия, 7 - пружина клапана сжатия, 8 - шток регулировки отбоя, 9 - дроссельное отверстие отбоя

Использовать одну пружину плохо. Обязательно нужен демпфер для гашения колебаний. В простых вариантах используют фрикционный демпфер: в старой SCOTT UniSock внутри были только пружины, демпфирование происходило за счет трения ног о полиуретановый сальник. Аналогичная система стоит и во многих современных бюджетных вилках для спокойного комфортного катания, как чисто пружинных, так и пружинно-эластомерных. Способ дешевый, но не слишком качественный.

Фрикционный демпфер недостаточно энергоемкий, почти не регулируется и увеличивает внутреннее трение. Главный его недостаток - большое усилие сдвига в первый момент, а по мере роста скорости перемещения сила трения и, соответственно, степень демпфирования снижается.

Большинство недорогих вилок имеют пружину и эластомер. Иногда и в дорогие вилки ставят эластомеры для дополнительной защиты от пробоя. Пружина отрабатывает мелкие неровности, эластомер подключается на средних и больших. Если эластомеры не справляются, то надо ставить дополнительный демпфер.

Воздушный демпфер в чистом виде. Устройство его принципиально ничем не отличается от устройства обычного масляного демпфера (см. выше). К сожалению, воздух - не лучшая среда для демпфирования из-за его сильной сжимаемости в отличие от масла и многих других жидкостей. Вязкость воздуха очень мала, и регулировать степень демпфирования бывает достаточно сложно. С другой стороны, упругость воздуха позволяет создавать эффективные воздушные пружины с прогрессивной характеристикой. Воздушный демпфер хорошо показал себя на вилках RST MOZO PRO, ZETA TL, GAMMA TL.

Регулировок и настроек демпфирования не предусмотрено, но работа вилки оказалась стабильной и достаточно энергоемкой для того, чтобы выбросить эластомеры, заменив их длинными пружинами, и Эксплуатировать MOZO PRO 3,5 круглогодично с 1997 года много лет (мой личный опыт). В более поздних моделях RST появились воздушные демпферы с возможностью регулировать отбой (rebound). Но воздушные демпферы применяются сейчас не втулки часто, их во многом вытеснили масляные. Правда, есть и современные позитивные примеры. Одним из наиболее долговечных и прилично работающих задних амортизаторов с чисто воздушным демпфером можно назвать модель CLOUD NINE от компании CANE CREEK. Он прост как две копейки, там просто нечему ломаться. Между тем имеет настройку сжатия и отбоя, а еще может частично блокироваться. Быть может, мы снова скоро увидим вилки с такой же конструкцией, как у амортизатора CLOUD NINE.

Рис. Вилка CANNONDALE LEFTY

Более дороги и, соответственно, более качественны вилки с гидравлическим демпфером, как на автомобилях и мотоциклах. Пружина в них может быть любой (либо металлической витой, либо воздушной), а демпфер представляет собой заполненную маслом систему, в которой сопротивление задается прокачиванием масла через небольшие отверстия. Изменяя проходное сечение этих отверстий, можно менять сопротивление демпфера как сжатию, так и отбою.

Конструктивно масляные демпферы можно разделить на два типа: картридж и открытую масляную ванну.

Масляный картридж - это герметично закрытый цилиндр. Внутри находится поршень с клапаном. Настройка осуществляется заменой масла на более вязкое или жидкое. Регулировка производится изменением сечения каналов и, соответственно, степени замедления поршня. Из плюсов данной конструкции стоит отметить качественную работу, достаточную энергоемкость, малый вес и габариты, малую зависимость от окружающей температуры. К минусам можно отнести малый объем масла, сильный нагрев и возможность повреждения уплотнений, следовательно, выхода из строя, возможность разгерметизации и вытекания масла, ограниченную возможность регулировок и применения многопоршневых схем.

Открытая масляная ванна давно применяется в амортизаторах мотоциклов. Фирма Marzocchi впервые использовала эту идею в вилках для байков. В отличие от вилок с демпферными картриджами весь внутренний объем «ног» используется как масляный резервуар. Маслу вытекать уже некуда. Плюсов много. Все внутренности вилки находятся в масле и постоянно смазываются, реже требуется перебирать и обслуживать вилку, меньше влияние на них грязи и воды, попадающей через сальники. У такой конструкции длительный срок службы, очень высокая энергоемкость, большой объем масла не дает перегреваться демпферу; давление масла невысоко, можно использовать дешевые простые уплотнения, у вилки больше возможностей для регулировок и использования многопоршневых систем. Кроме того, у такой системы улучшенная чувствительность, она хорошо работает на больших и малых «торчках». К минусам отнесем пресловутый большой вес масла - суперлегкая вилка не получится. Очень много вилок с открытой масляной ванной сейчас выпускают ROCK SHOX, MANITOU, MARZOCCHI, STRATOS, RST, FOX, SCHIMANO DI2 (FS-C810) и т. д.

Пружины

В амортизационных вилках используется два вида пружин: витые металлические (стальные, титановые) и воздушные. Каждый вид имеет свои особенности. Это вес, упругость, нелинейность (прогрессивность) или, наоборот, линейность характеристики, надежность и т.п.

Считается, что металлическая пружина более «чуткая», чем воздушная, то есть она имеет большую чувствительность в самом начале хода. Однако с появлением многокамерных воздушных вилок, в которых регулировке по давлению подвергается не только основная (позитивная) камера, но и дополнительная (негативная), сегодня по этому показателю паритет: и воздушные бывают «чуткими», и металлические пружинные - «тупыми». Поэтому выбор сводится к предпочтениям. Воздушные вилки объективно легче металлопружинных, и позволяют настроить их под любой вес байкера. В то же время оснащенные витой пружиной вилки более надежны (нет риска утечки воздуха) и не требуют для себя специального вилочного насоса для накачки.

Как и велосипеды, амортизационные вилки бывают «заточены» под специализированные задачи. Точкой отсчета считается амортизационная вилка для кросс-кантрийного велосипеда - самого распространенного среди маунтинбайков. Обычная вилка состоит из рулевого штока, короны, ног и отливки штанов с дропаутами (точками крепления оси колеса). Внутри вилки расположены пружина и демпфер, которые обычно разнесены в разные ноги и имеют свои регулировки с помощью блоков настройки.

Общая тенденция такова: чем жестче планируется использовать вилку, тем больший запас прочности и жесткости должна она иметь. Следовательно, вилки для экстремального использования обычно более массивные и тяжелые, чем для кросс-кантри. И соответственно, у экстремальных моделей больше ход, а также имеются дополнительные конструктивные элементы для большей жесткости и прочности - например, сквозная 20-мм ось колеса (на обычных вилках используется эксцентриковый зажим и ось 9 мм).

Ниже приведена сравнительная таблица характеристик для вилок разных групп назначения, любезно составленная Романом Никитиным.

Негативный ход - важная характеристика вилки, это ход, на который вилка сжимается при посадке гонщика на байк. Для уверенной отработки не только бугорков, но и ямок и сохранения контакта с землей при отбое считается достаточным иметь негативным 10% от основного хода. Для исправления начального участка характеристики ставят негативную пружину или используют многокамерную систему. Меняя давление в позитивной камере, можно точно подстроить вилку под вес райдера и регулировать характеристржу отбоя. Давление воздуха во второй, негативной камере смещает характеристику в линейный диапазон, позволяет точно отрегулировать негативный ход вилки под характер трассы, уменьшает усилие первоначального сдвига и раскачивание при педалировании, применяется во многих воздушных вилках.

Изменение хода/размера вилки

Технология фирмы MANITOU RTA (Rapid Travel Adj ust) позволяет поворотом рычажка, установленного на руле, изменить ход вилки на 20 мм.

U-TURN - пружинный вариант, применяется фирмой ROCK SHOX. Ход вилки меняется на 45 мм, от 80 до 125 мм, что позволяет «играть» с геометрией байка. Самое интересное в данном способе то, что не происходит сжатия или растяжения пружины (часто встречающийся вариант), меняется только ее рабочая длина, поэтому чувствительность (настройка) вилки не ухудшается. Благодаря этой системе можно настраивать байк под разные стили катания. При увеличении хода с 80 до 125 мм рулевая труба рамы поднимается на 45 мм, угол ее наклона уменьшится примерно на 3 градуса, приближаясь к 68 градусам (7Г-3°=68°), каретка поднимется приблизительно на 20 мм - байк будет «заточен» под стандартную фри-райдную геометрию. Конечно, таким способом невозможно превратить кросс-кантрийный велосипед во фрирайдный, но иметь данную возможность бывает удобно и полезно.

U-TURN AIR - у воздушных вилок ROCK SHOX узел подстройки Dual Air дополнен устройством внешней регулировки хода, имеющим 6 ступеней настройки, от 85 до 115 мм. Идея проста - меняется объем воздушной камеры, и при этом меняется линейность характеристики амортизации

Защита от пробоя. Идея состоит в том, дабы сделать сильно нелинейной характеристику вилки на последних миллиметрах хода, чтобы сопротивление сжатию резко возрастало на этих последних миллиметрах. У воздушных вилок это получается автоматически - давление в камере быстро возрастает, стремясь к бесконечности. Но слишком большое давление может повредить уплотнения и деформировать камеру, поэтому часто добавляют кусок жесткого эластомера, который ограничивает ход и принимает часть нагрузки на себя. В пружинных вилках используют пружины с нелинейной навивкой (жесткостью) или ставят несколько пружин с разной жесткостью, а для надежности добавляют кусочек эластомера.

Вилка зимой

Зимой на вилку действует множество вредных факторов: мороз, соль, песок, неведомые химикаты на улице, гигантские перепады температур.

Если в вилке есть эластомеры, то они задубеют, и работать практически не будут, рассчитывать можно только на пружину. Но еще раньше, иногда уже при +5 С, может застыть заводская смазка. Ее полезно поменять. Из отечественных низкотемпературных смазок хорошо зарекомендовал себя «Циатим-201» или существенно более дорогой и качественный «Циатим-221». Они весьма доброжелательны к легким сплавам, резине и пластику и по ГОСТу застывают при - 60 С. Мне приходилось ездить при температуре -30 С. Вилка, смазанная «Циатимом», работает хорошо, хотя и несколько «задумчиво». Внутрь каждой ноги полезно залить 1-2 чайные ложки, не больше, жидкого масла без присадок. Прекрасно себя зарекомендовало масло на основе глицерина. Вилки с воздушной амортизацией менее подвержены влиянию низких температур, но если мороз приличный, то стоит с помощью насоса подкачать, «оживить» воздушную пружину, а дома, в тепле стравить лишнее давление. Если вилка имеет масляный картридж или открытую масляную ванну, то масло имеет смысл поменять на более жидкое. Лучше всего это сделать в сервисе.

Чрезвычайно важно защитить конструкцию от коррозии внутри и снаружи. Все внутренние поверхности должны быть покрыты смазкой. Даже сальники новой конструкции не гарантируют на 100% от попадания внутрь воды и грязи. Поэтому в процессе мытья свободная струя воды не должна литься на сальники. За чистотой стоек следует следить особо. Примерзшая к ним грязь может моментально разрушить сальники и уплотнения.

Разные части вилки по-разному подвержены коррозии. Кованой алюминиевой короне практически ничего не грозит. Фрезерованные детали также достаточно устойчивы. Литой алюминий чувствует себя уже гораздо хуже, а литой, не защищенный краской магний коррозирует почти мгновенно. Заново покрасить участок, где отбита краска, не просто. Гораздо проще закрыть его густой пластичной смазкой. То же стоит сделать и с местами, где может скапливаться вода, грязь и соль: «петухи», сопряжения гориллы с ногами, болты, крепящие гориллу (если есть), основания тормозных осей, крепления дисковых тормозов, дыру с резьбой в горилле (обычное место для крепления крыла). Смазка должна быть водостойкой (не смываться водой), не токсичной, хорошо держаться на поверхности. Выбор достаточно велик, например, «Литол», «Солидол», «Фиол», «Униол», «Зимол», «Торсиол» (канатная), технический вазелин, Pedros Syn Grease, аэрозоль WHITE LITIUM GREASE с тефлоном и т.д.