Есть ли устройства для снижения скорости на горных спусках без торможения?

13

В моей шее леса есть несколько горных спусков, которые довольно существенны: скажем, 600 метров по вертикали, в среднем 7% уклона, с множеством кривых и других препятствий, таких как выбоины. Обычно поверхность асфальта приемлемого качества; У меня есть туристический велосипед.

Мне любопытно, есть ли методы или устройства, чтобы уменьшить мою скорость, чтобы уменьшить потребность в торможении (например, в автомобиле можно переключить передачу).

В качестве запоздалого подсчета рассмотрим систему наездника / велосипеда весом 110 кг с уклоном 7% при скорости 50 км / час или около 13 метров в секунду. Из-за уклона на каждые 13 м горизонтальной плоскости он / она спускается на 0,91 м по вертикали; следовательно, каждую секунду потенциальная энергия падения массы 110 кг на 0,91 м добавляется к системе велосипеда и наездника и должна удаляться, чтобы не ускоряться. Эта потенциальная энергия ( U = mgh ) составляет примерно 980 джоулей; т.е. велосипедист должен рассеивать около 1 кВт, чтобы не ускоряться.

Это удивляет меня; кажется, что в окружающую среду сбрасывается много энергии. Но это наравне с тем, что может быть сделано гонщиками для достижения аналогичных скоростей на флете.

То, что я не знаю, как вычислить, так это то, сколько энергии потребляется воздушным сопротивлением, механическим трением в велосипеде, сопротивлением качению и т. Д., Чтобы действительно знать, какое дополнительное медленное устройство потребуется для потребления.

Одна вещь, о которой я думал, была центром динамо; но те, кажется, потребляют менее 5 Вт, что не имеет никакого значения.

(Я должен добавить, что я знаю, что не должен непрерывно тормозить до упора. Мой вопрос о том, есть ли дополнительные вещи, которые я могу сделать или добавить к байку, чтобы сбросить скорость.)

Reid
источник
1
Это бездорожье (скоростной спуск) или дорога (асфальт)?
Хелтонбайкер
1
Это асфальт, и я нахожусь на туристической раме (то есть, более или менее дорожный велосипед).
Рейд
2
Из чистого любопытства, почему вы пытаетесь найти решение для чего-то, с чем ваши тормоза должны справиться?
Джек М.
Я почти уверен, что горные спуски без торможения невозможны.
@ Джек, тормоза не просто хороши. Утомительно продолжать торможение при спуске на 1-2000 футов. Они работают, но было бы намного приятнее ехать, если бы моя предельная скорость была более разумной. Я не в этом для адреналина; другие могут быть.
Рейд

Ответы:

17

На ваш вопрос есть две части и два ответа. Первая часть вашего вопроса - есть ли устройства для снижения скорости на спусках. Это распространенная проблема с велосипедами-тандемами (и иногда с велосипедами, предназначенными для загруженных туров). Многие задние ступицы для тандема имеют резьбовую левую сторону, на которую можно установить «тормоз торможения». Как правило, барабанные тормоза, их можно отрегулировать на небольшое сопротивление; тормоза обода сохраняются в качестве основного тормоза для остановки. Преимущество барабанного тормоза состоит в том, что он находится вдали от обода (поскольку чрезмерный нагрев на ободе может иметь тяжелые последствия для камеры или шины), и они обладают высокой теплоемкостью. Хотя более не производимый, почтенный и почитаемый барабанный тормоз Arai был примером этого.

Ваш второй вопрос о том, как можно оценить спрос на сопротивление на велосипеде. Это хорошо понятная, хотя, возможно, и менее известная проблема, которая обсуждается в Разделе 2 « Велосипедной науки Уилсона и Пападопулоса»., Как вы и предполагали, компонент потенциальной энергии должен быть смещен путем перетаскивания в другое место: либо аэродинамическим сопротивлением, торможением или сопротивлением качению. Предельная скорость достигается в точке, где потенциальная потеря энергии точно уравновешивает силы сопротивления, возникающие в других местах. Коэффициент сопротивления качению (Crr) масштабируется точно так же, как наклон, поэтому изменение наклона на 1% точно так же, как изменение Crr на 0,01. К сожалению, для этой цели вы вряд ли сможете положиться на Crr для заметного дополнительного сопротивления - обычно Crr колеблется от около 0,004 до, возможно, 0,01. Таким образом, хотя в теоретическом смысле вы должны принимать во внимание сопротивление качению, в практическом смысле оно рассеивает слишком мало энергии, чтобы иметь значение. Выкачивание шин для увеличения Crr на извилистом спуске не просто недостаточно, это плохая идея.

Aero drag легче манипулировать, но оно также ограничено в эффективности. Площадь сопротивления (обычно обозначаемая произведением площади лобной поверхности, A, и коэффициента аэродинамического сопротивления, Cd) для типичного велосипедиста на обычном дорожном велосипеде будет колебаться в пределах примерно 0,3 кв. М (примерно 3 кв. Фута) до, возможно, 0,5 кв. м или выше. Сила аэродинамического сопротивления варьируется в зависимости от квадрата воздушной скорости (поскольку сила зависит от квадрата воздушной скорости, сила, необходимая для преодоления этой силы, зависит от куба скорости), поэтому сидение, расстегивание молнии и расширение рук и ног может добавить немного CdA; однако, редко больше чем ~ .2 кв.

Это оставляет торможение, то есть преобразование потенциальной энергии с помощью кинетических средств в тепло, и место для тормозного тормоза, как описано выше.

Р. Чунг
источник
Благодарность! Знаете ли вы какие-либо онлайн-ресурсы, которые могли бы помочь мне оценить сопротивление в ваттах на основе площади поверхности? Я нашел некоторые ресурсы (например, my.execpc.com/~culp/rockets/descent.html ), которые предлагают расчеты, дающие силу сопротивления, но я не знаю, как преобразовать это в ватты. Или я неправильно формулирую проблему?
Рейд
Ну, краткий ответ на ваш вопрос - как преобразовать силу сопротивления в силу, и это просто. Переведите силу сопротивления в ньютоны, затем умножьте на скорость в метрах / с. Ватт - это ньютон-метр / с, поэтому, если вы путешествуете со скоростью 10 м / с и испытываете, скажем, 3 кг силы сопротивления, вы просто конвертируете в ньютоны, а затем умножаетесь на скорость. Это 3 * 9,8 м / с ^ 2 * 10 м / с = ~ 300 Вт. Более длинный вопрос, как оценить площадь сопротивления на велосипеде. Ответ длинный (а у меня осталось менее 10 символов объяснения), так что, вероятно, это заслуживает отдельного вопроса. Спроси, и я отвечу.
Р. Чунг
@Reid, в основном, спросите что-то вроде этого: «Я хочу оценить либо величину силы сопротивления при движении вниз по склону с определенной скоростью, либо количество энергии, необходимое для езды на плоскости или вверх по склону с определенной скоростью Все онлайн-калькуляторы либо принимают коэффициенты сопротивления качению или аэродинамического сопротивления, либо предполагают, что у меня есть для них оценки. Как они делают эти предположения, или как я могу сделать эти оценки самостоятельно? "
Р. Чунг
сделано ( bicycles.stackexchange.com/questions/9938 ); спасибо за предложение!
Рейд
12

Вы не говорите, на каком типе велосипеда вы находитесь, но есть несколько простых вещей, которые помогут.

  1. Сидение и увеличение вашего тела настолько широко, насколько это возможно, добавит значительного сопротивления. Вы также можете надеть куртку и расстегнуть молнию на 7/8, чтобы она уловила ветер.
  2. Немного понизьте давление в шинах. Не падайте так низко, что вы теряете устойчивость, но сопротивление качению между 105 фунтов на квадратный дюйм и 120 фунтов на квадратный дюйм будет иметь значение
  3. Найти шины с высоким сопротивлением качению. Есть несколько источников для этих данных в зависимости от типа вашего велосипеда.
  4. Не имеет прямого отношения, но убедитесь, что вы используете соответствующие тормозные колодки и диски / роторы. Некоторые лучше справляются с длинными декантами, чем другие.

Есть также очевидные комментарии, такие как научиться спускаться на скорости или переключиться на более медленный велосипед.

Стефан
источник
Что касается «обучения спуску на скорости», естественное равновесие на этих спусках составляет 40-50 миль в час. Объявленный предел скорости составляет 25 миль в час, что вполне разумно, учитывая жесткие кривые. У меня нет никакого желания прорваться через такие изгибы, которые находятся на вершине скалы и часто являются самыми крутыми частями поездки. Таким образом, основной момент заключается в том, что я предпочел бы спускаться медленнее в целом, чем ускоряться до 50 миль в час на прямых и вынужден резко тормозить перед входом в кривые. (Точно так же маршруты настолько крутые, что «более медленный» мотоцикл практически не имел бы практического эффекта.)
Рейд
Стефан дал хороший ответ. Шутки в сторону? Вы хотите добавить вещи в свой велосипед ... и сделать его труднее вставать?
2
В любом случае, зачем мне добавлять вещи в свой велосипед, чтобы замедлить спуск; когда это также замедлит меня везде?
Что касается пункта 2 о снижении давления в шинах со 120 фунтов на квадратный дюйм до 105 фунтов на квадратный дюйм: измерения на гладких поверхностях показывают, что Crr уменьшается с ростом давления, так что вы правы: снижение давления увеличит сопротивление качению. Загадка состоит в том, что на не совсем гладких поверхностях измерения показывают V-образную зависимость между давлением и Crr, так что иногда снижение давления фактически снижает Crr. Интересно, что буква «V» не является симметричной, поэтому превышение «оптимального» давления увеличивает Crr больше, чем чуть-чуть ниже. К сожалению, «оптимальный» зависит от дорожного покрытия.
Р. Чунг
6

Некоторые электрические велосипеды имеют рекуперативное торможение . Это единственное, что я могу придумать, это близко подходит к ответу на ваш вопрос.

Теоретически, вы можете использовать что-то вроде парашюта для замедления, но это может создать слишком много проблем (боковой ветер, запутывание желоба в заднем колесе, необходимость убирать желоб, когда он вам больше не нужен, и т. Д.).

Майк Баранчак
источник
5

Если вы запрашиваете УСТРОЙСТВО для контроля скорости, некоторые тандемы (двухместные велосипеды) имеют специальную тормозную систему под названием «Drag Brake». Со страницы Шелдона Брауна о тандемных тормозах:

Фрикционный тормоз

Наиболее распространенной и наиболее удовлетворительной системой является настройка ободных тормозов, по одному на каждый обычный тормозной рычаг, и управление тормозом ступицы с помощью тягового механизма переключения трения. Это может быть «Баркон», переключатель для большого пальца, похожий на маунтинбайк, или «Командный переключатель Солнечного тура».

Переключатель фрикционного типа позволяет капитану установить тормоз ступицы, чтобы применить желаемое сопротивление, даже когда он или она отпустили управление тормозом ступицы. Затем капитан использует обе руки на тормозах обода, чтобы модулировать скорость велосипеда и останавливаться, если это становится необходимым.

Хотя наиболее простой стратегией было бы использовать заднее колесо с ободом + тормоз ступицы, одно для рычага руля, а другое - для фрикционного переключателя, есть некоторые специальные ступицы, которые можно использовать в качестве тормозов (хотя они, скорее всего, громоздки и сложны). найти). Одна из моделей, которую я нашел в Google - это барабанный тормоз Arai (снят с производства).

heltonbiker
источник
Могут ли механический дисковый тормоз и рычаг переключения передач работать на фрикционный тормоз? Я сомневаюсь, что вы захотите индексировать переключатели, но не индексирующее позволит вам установить «постоянное» тормозное усилие на дисковый тормоз, сохраняя при этом тормоза обода / передний дисковый тормоз для остановки ...
Ehryk
1
@Reid - будет ли это решение чем-то, что вас заинтересует? Или вы ограничивали его готовыми решениями?
Эрик
@Ehryk Идея состоит в том, чтобы адаптировать фрикционный переключатель для включения второго тормоза. Все еще есть нормальные тормоза и нормальные переключатели. Когда вы идете вниз по склону, вы поворачиваете фрикционный переключатель в нужное тормозное усилие, и оно продолжает прикладывать это постоянное усилие (так как рычаг остается на своем месте), в то время как руки свободны делать что-либо еще, включая торможение еще больше с обычным тормоза или переключение передач с помощью штатной системы переключения передач.
heltonbiker
Я понимаю, что - я спрашиваю, может ли современный дисковый тормоз (механический или гидравлический) служить этой цели, поскольку модели барабанов больше не производятся? Тогда тормоза обода или задний обод / передний диск будут свободны, чтобы добавить тормозную мощность.
Эрик
1
В автомобилях он предпочтителен для остановки силовой и вращательной массы; однако барабаны предпочтительнее в больших полуприцепах (не управляемых колесах) из-за гораздо лучшего рассеивания тепла. Вы не можете «ездить» на дисковых тормозах почти так же долго, как и на барабанах до того, как они деформируются и / или кипятят гидравлическую жидкость. Однако они могут подойти для велосипедов.
Эрик
3

Я никогда не слышал о готовом устройстве, чтобы делать то, что вы хотите. Единственное, о чем я могу подумать, это взять вентилятор или устройство магнитного сопротивления с тренировочного стенда или роликов и каким-то образом прикрепить его так, чтобы его можно было включать и выключать. Или даже лучше было бы получить снаряжение, например, используемое в некоторых велотренажерах, где есть алюминиевый маховик с электромагнитом, расположенным рядом с ним, так что сопротивление увеличивается с увеличением магнитного поля. (Теоретически вместо маховика можно использовать глубокий алюминиевый обод.)

Но вы должны были бы где-то спасти детали, чтобы сделать что-то из этого, а затем сделать какую-нибудь работу в цехе.

В противном случае, вероятно, лучшим решением в вашем случае является велосипед с дисковыми тормозами.

Даниэль Р Хикс
источник
2

Вы могли бы построить или купить водосточный желоб. Это не должно весить очень много, будучи меньше квадратного метра рипстоп нейлона и пары метров тонкого шнура. Это может быть даже законно, в зависимости от того, как ваша страна пишет законы «без парусных транспортных средств» (или существует ли такой закон). Я был бы склонен заставить его оторваться, прикрепив его к моему телу с помощью липучки.

Я сделал наоборот, и использовал маленькую дверь навеса / палатки в качестве паруса, когда у меня был сильный попутный ветер, и я поднимался в гору на своем туристическом велосипеде. Это сработало беспокоящим образом: мне пришлось переместить основное приспособление с поясного ремня рюкзака на спинку сиденья, так как это грозило катапультировать меня через руль (мотоцикл был довольно тяжелым).

В качестве тормоза я предлагаю использовать волнистый лоток в поперечном стиле, поскольку его легко изготовить и он более стабилен, чем круглый или прямоугольный желоб (прямоугольники более управляемы, но если вы не привыкли к парашютному спорту или кайтсерфингу, кривая обучения крутая).

Основная проблема, которую я вижу, состоит в том, что в горах часто бывает ветер, и, в частности, ветер может сильно меняться на коротких расстояниях. Например, если вы выйдете вокруг гребня, вы можете перейти от неподвижного воздуха за гребнем к сжатому ветру на открытой поверхности, и изменение сопротивления из желоба будет драматичным. В этом случае вы должны решить, хотите ли вы бросить желоб на ветровое стекло автомобиля, который следует за вами, или внезапно замедлиться перед ним. Любой может быть смущающим.

Кохи
источник
1

Вы всегда можете получить фиксированное снаряжение и использовать свои ноги, чтобы замедлить вас. Возвращение на гору представляет совершенно другую проблему. Хотя при правильном передаточном числе, вероятно, можно было бы подниматься и спускаться с горы на фиксированной передаче.

Kibbee
источник
Держу пари, что любое снаряжение, подходящее для подъема, будет сумасшедшим при спуске. Я счастлив идти 30 миль в час; Я просто не хочу делать 50.
Рейд
Я подумал, что было бы неплохо, если бы существовал двухколесный поездный мотоцикл, чтобы вы могли контролировать свою скорость на спуске с фиксированным компонентом передач, а также использовать передачи, когда не спускаетесь с горки. Поэтому я решил, что это невозможно из-за механики, или кто-то ее уже построил. И после небольшого поиска в Google я нашел это ( sheldonbrown.com/bichain-fixed-free.html ). Читая это, он говорит, что было бы возможно построить это с системой переключателя на одной стороне, и фиксированной передачей на другой стороне. Определенно интересно, хотя, вероятно, намного сложнее, чем вы ищете.
Кибби
2
Я могу сделать 30mph закрепленного без каких - либо проблем, и это не особенно высокая передачи - если вы нашли механизм , который получит вас вверх , вам просто нужна практика прядения на пути вниз (заметит , что вы можете просто позволить педали тянуть ноги вокруг, если вы расслабляетесь, и вы получаете такой же эффект торможения двигателем, как и понижающая передача в автомобиле). Или, конечно, остановиться на вершине и поменять звездочки ...
Бесполезно
Немного быстрой математики: Эти холмы достаточно крутые, чтобы 5 миль в час - это очень быстрое восхождение. Допустим, я крутлю педали на очень консервативных 50 оборотах в минуту (это, вероятно, быстрее в реальности). Затем, если я приеду на той же передаче на скорости 30 миль в час, мне нужно будет крутить педали в 6 раз быстрее, или 300 об / мин. Я хотел бы видеть тренировочный полк, который позволяет мне (или любому) сделать это.
Рейд
1

Возможно, используйте дисковые тормоза, а не ободные тормоза, если нагревание является проблемой.

Я привык к мысли, что люди вкладывают около 1 кВт в окружающую среду, просто существуя; Я не уверен, в чем проблема, с потерей одного лишнего киловатта при спуске.

ChrisW
источник
Я считаю, что базовый метаболизм больше похож на 100 ватт, но я не смотрел его.
Рейд
@Reid - кажется, вы правы: согласно engineeringtoolbox.com/met-metabolic-rate-d_733.html оно колеблется от 100 Вт при сидении, до 500 Вт при езде на велосипеде и до 900 Вт при работе.
ChrisW