متىمصنعي الدراجات الجبليةعند إطلاق نماذج جديدة، غالبًا ما يؤكدون على الصلابة أو الوزن أو الراحة أو الأداء الديناميكي الهوائي المحسّن للنموذج الجديد. من بين هذه العوامل، تعتبر الصلابة هي الأكثر أهمية، وهو العامل الرئيسي في جعل الدراجة فعالة قدر الإمكان في نقل القوة. ومع ذلك، هناك تفاصيل كثيرة مخفية تحت المفهوم العام للصلابة.
من بين نقاط البيع العديدة التي يذكرها مصنعو الدراجات الجبلية لبيع منتجاتهم، تظهر دائمًا "زيادة الصلابة". هذه في الواقع معلمة يتحدث عنها الكثير من الناس ولكن القليل من الناس يفهمون ما تعنيه حقًا. ومع ذلك، تمامًا مثل وزن الدراجة، يبالغ الكثير من الناس في تقدير دور زيادة الصلابة. الصلابة ليست بالضرورة أقوى.
ما هي الصلابة
قبل أن نبدأ في تحليل ما تعنيه هذه المعلمة، أول شيء يجب فعله هو توضيح ما هي الصلابة. وفقًا للتعريف الشائع الاستخدام في الهندسة، فإن الصلابة هي قدرة العنصر الهيكلي (في حالة الدراجة، الإطار) على مقاومة التشوه الناتج عن تطبيق قوى خارجية.
ولهذا السبب عندما نتحدث عن الصلابة، يفكر معظم الناس على الفور في القوة التي نطبقها على الدواسات ومدى تشوه الإطار جانبيًا مع كل ضربة على الدواسة.
ومع ذلك، فهذه ليست سوى واحدة من القوى التي تؤثر على الإطار، وغالبًا ما لا تؤخذ في الاعتبار القوى الأخرى، مثل تأثيرات قوة الطرد المركزي عند الانعطاف، ورد الفعل على المطبات في الطريق، وغيرها من المخالفات التي تحدث على الطريق.
يجب على المهندسين الذين يقومون بتطوير الدراجات أن يأخذوا كل هذه الجوانب في الاعتبار لتحقيق ليس فقط خرجًا قويًا للغاية للدراجة، ولكن أيضًا القدرة الصحيحة على امتصاص الصدمات، مع جعل الدراجة بأكملها خفيفة قدر الإمكان.
لذلك، عند الحديث عن صلابة الإطار، يجب علينا تقييمه في مناطق مختلفة من الإطار، لذلك ستجد أن هذه المعلمة أكثر إثارة للاهتمام من الأخرى.
بعبارات بسيطة، تحقيق أعلى قدر ممكن من الصلابة ليس مشكلة. إن مجرد تكديس المواد، خاصة إذا كانت المواد الخام تتمتع بقوة شد عالية، سيؤدي إلى هيكل أكثر صلابة. بالإضافة إلى المادة، يعد المقطع العرضي-للأنبوب مهمًا أيضًا. كلما زاد حجم المقطع العرضي-، زادت الصلابة. لكن التأثير الجانبي هو أن الوزن سيزيد حتما.
وبطبيعة الحال، يعد ترتيب ألياف الكربون مهمًا جدًا أيضًا. تعتمد الطريقة السائدة الحالية على ترتيبات مختلفة من الألياف أحادية الاتجاه، والتي تتميز بصلابة عالية في اتجاه ترتيب الألياف، ولكن صلابة قليلة جدًا في الاتجاه العمودي على الألياف. وهذا يجعل من الممكن للمهندسين تحقيق الاستخدامات المقابلة في مناطق مختلفة من الإطار اعتمادًا على كيفية وضع كل قطعة قماش من الألياف.
يتطلب الحصول على الملاءمة المثالية عملًا حسابيًا معقدًا للغاية، والذي يتم تنفيذه لحسن الحظ بواسطة المهندسين في القرن الحادي والعشرين بشكل رئيسي على أجهزة كمبيوتر عالية الأداء-باستخدام برنامج تحليل العناصر المحدودة (FEA)، والذي يسمح للمهندسين بإنشاء مئات الإطارات الافتراضية ومحاكاة استجابتها للقوى المختلفة المطبقة.
هدف تصميم الإطار هو تحقيق التوازن وإضافة الصلابة فقط عند الحاجة. ولتحقيق هذه الغاية، قمنا بتعريف عدة أنواع من الصلابة في إطارات الدراجات.
دواسة شديدة - تصلب جانبي
أولاً، أكثر ما نعتبره عادةً هو الصلابة الجانبية، والتي يتم قياسها في مختبراتهم عن طريق تطبيق حمل على الدعامة السفلية لمحاكاة القوى المطبقة عن طريق استخدام الدواسات. تقيس هذه الصلابة بشكل أساسي الدرجة التي تتشوه بها منطقة القوس السفلي في كل مرة تطأ فيها أرجلنا السواعد. ومن المثير للاهتمام أن الصلابة الجانبية يجب أن تكون بأعلى مستوى ممكن، لأنه من خلال تقليل الإزاحة الجانبية، يمكن أن تكون القوة الموجهة التي نولدها هي أقصى قوة تنتقل إلى العجلة الخلفية.
بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون المثلث الخلفي أيضًا قاسيًا بدرجة كافية حتى لا يتشوه عندما تنقل السلسلة القوة إلى الخلف.
هذه هي المعلمة التي نحاول نحن مراجعو الدراجات تقييم مدى سهولة تسريع الدراجة بسرعة، وهذا الأداء مهم بشكل خاص للمتسلقين والعدائين الذين يطالبون بأن تظل الدراجة قادرة على الحفاظ على قوتها الكاملة عند شن هجوم أو مواجهة مجموعة كبيرة من العدو. ومع ذلك، عند السرعات المبحرة، يمكن القول أن معظم الإطارات الموجودة في السوق فعالة للغاية، لأن خرج الطاقة أكثر استقرارًا ولا يختلف كثيرًا عن ناتج المتحمسين العاديين.
لتحقيق هدف الصلابة الجانبية العالية للدعامة السفلية، التزم مصنعو الدراجات باختيار دعامات سفلية أوسع ومجموعات كرنك مقاس 30 مم. غالبًا ما تكون دعامات السلسلة أيضًا سميكة جدًا، خاصة على جوانبها، ولكنها ليست سميكة جدًا لتجنب التوافق مع العجلة الخلفية. غالبًا ما تكون الدعامة السفلية ودعامات السلسلة غير متماثلة لموازنة الاستجابة للقوى المختلفة المتولدة على جانب المحرك والجانب غير -. يتم أيضًا استخدام ترتيبات مختلفة من ألياف الكربون لتحقيق أقصى قدر من هذا التأثير.
التحكم الدقيق – الصلابة الالتوائية
المعلمة الأكثر أهمية ولكن الأقل ذكرًا هي الصلابة الالتوائية. يحدد هذا مدى التفاف الإطار تحت قوى مختلفة. يؤثر هذا الالتواء على محاذاة العجلات الأمامية والخلفية، وبالتالي يكون له تأثير كبير على التعامل مع الدراجة، خاصة عند المنعطفات.
عند الانعطاف بسرعة عالية، تطبق الدراجة قوة جاذبة مركزية على الجزء الداخلي من المنحنى، مما يخلق قوة طرد مركزية تميل إلى إخراجنا من المنحنى. نظرًا للاختلافات في هيكل الشوكة والمثلث الخلفي، فإن القوى المؤثرة على العجلات الأمامية والخلفية ليست نفسها، مما يتسبب في انحراف العجلات في خط حركتها.
بالنسبة للراكب، يمكن أن نصف هذا بأنه معالجة غير دقيقة. في الأساس، عندما يرسم الراكب خطًا في الزاوية مثل فرشاة الرسم، فإن الدراجة لا تمنحك الاستجابة الصارمة التي تريدها. على العكس من ذلك، عندما تؤدي الدراجة أداءً جيدًا في هذه المعلمة، ليس من السهل رسم منحنى فحسب، ولكن أيضًا بحركة بسيطة، يمكنك توجيه الدراجة إلى مركز المنعطف، وبعد قطع مركز المنعطف، فإنها تصحح تدريجيًا الزاوية الطولية للانحناء بتقدم منتظم للغاية، وسيكون رد الفعل على التغييرات المفاجئة في اتجاه مقدمة الدراجة في خط المنعطفات أسرع أيضًا. بشكل عام، سيصبح التحكم في المنعطفات خفيفًا ومباشرًا، ولن يكون هناك شعور بالبطء في تلك الطرازات الأقل صلابة.
من أجل منع الإطار من الالتواء بسهولة، عادةً ما يقوم المصنعون بتقوية جسم الشوكة واستخدام أنبوب توجيه أكبر. في الواقع، يتزايد محمل سماعة الرأس عامًا بعد عام، من المحمل التقليدي مقاس 1 بوصة إلى المحمل مقاس 1.5 بوصة والذي غالبًا ما يُرى في الوعاء السفلي. وهذا أيضًا هو السبب وراء كون الأنبوب السفلي للدراجة عادةً هو المقطع العرضي الأوسع-، لأنه الجزء الداعم الرئيسي لهيكل الإطار.
ولكن هناك جانب آخر يجب مراعاته. وهو أنه يجب موازنة الصلابة الجانبية والالتوائية لمنح الإطار أفضل أداء دون أي تنازلات. من ناحية أخرى، فإن الصلابة الجانبية المفرطة في المحورين الأمامي والخلفي يمكن أن تجعل قيادة الدراجة صعبة عندما لا تكون ظروف الطريق مثالية، لأنها سترتد بعد كل اصطدام بالطريق. لذلك هناك جوانب أكثر يجب مراعاتها أكثر من هذه فقط.
قيادة سلسة - صلابة عمودية
إذا كان الهدف من النقاط السابقة هو تحقيق أقوى صلابة ممكنة، ففي المستوى الرأسي، يكون العكس: صلابة معينة لتجنب تأثير الارتداد، ولكن في نفس الوقت، قدرة تشوه كافية لحل عدم انتظام سطح الطريق.
من الصعب جدًا ضبط هذه المعلمة لأنها تتأثر بوزن الراكب، كما أن تصميم الدراجة يأخذ في الاعتبار الأنواع المختلفة من الدراجين. بالطبع، أصبح من الممكن الآن استنتاج متوسط حجم الراكب بحجم معين من خلال تحليل البيانات الضخمة للركاب، حتى يتمكن المهندسون من ضبط هذه المعلمة بشكل أكثر دقة.
بشكل عام، كما هو الحال مع الصلابة الجانبية،-سيكون للمقطع العرضي لأنبوب الإطار وترتيب القماش الكربوني تأثير كبير على الصلابة الرأسية. يسعى تعديل الصلابة العمودية أيضًا إلى تحقيق توازن مثالي بين امتصاص الاهتزاز وكفاءة نقل القوة دون التأثير على الصلابة الجانبية.
تؤثر الصلابة العمودية عادةً على الديناميكا الهوائية، لأن الأنبوب الديناميكي الهوائي سيزيد من المقطع العرضي الرأسي-للأنبوب، وبالتالي زيادة الصلابة الرأسية وتقليل المقطع العرضي الأفقي-، مما سيؤثر على الصلابة الجانبية، وهو ما يتعارض تمامًا مع ما يسعى إليه الإطار.
عادةً ما يعتمد حل هذه المشكلة على أنبوب ذيل افتراضي مقطوع وزيادة مساحة المقطع العرضي الأفقي للأنبوب، ولكن هذا لا يؤثر فقط على الوزن، بل يؤثر أيضًا على الأداء الديناميكي الهوائي.
ماذا لو كانت الدراجة قاسية جدًا أو ناعمة جدًا؟
كما قلنا في البداية، إذا كانت القيمة المطلقة للصلابة مهمة، فمن السهل جدًا جعل الدراجة شديدة الصلابة بمواد حديثة. ومع ذلك، قليل منا يمكن أن يستمر لأكثر من ساعة على مثل هذه الدراجة، ليس فقط لأن التغييرات في سطح الطريق ستحطم أذرعنا وظهورنا بسرعة، ولكن أيضًا لأن رد الفعل على أي عملية صغيرة يكون سريعًا جدًا، مما يجبرنا على أن نكون متوترين طوال الوقت.
في الواقع، في فترة معينة من التاريخ، كان لدينا مثل هذه الدراجة ذات مرة، وعلى الرغم من أنها شعرت بأنها رائعة للغاية عندما خطوت عليها لأول مرة، خاصة عند التسارع، إلا أنه سرعان ما أصبح من الواضح أن مثل هذه الدراجة لم تكن عملية في العالم الحقيقي. مع مرور الكيلومترات، كان ذلك يؤذينا أكثر مما يساعدنا، أو عند كل منعطف منحدر، لم يعطنا أي ردود فعل إيجابية باستثناء الثقة الزائدة في المنعطفات. أعتقد أن الجميع ما زال يتذكر-نماذج السباق المصنوعة من الألومنيوم والتي كانت شائعة في أوائل القرن الحادي والعشرين. كانت تلك حقيقية "عجلتان وعمود، لا يوجد شيء آخر يمكن القيام به".
وعلى الجانب الآخر، اعتدنا أن نفكر فيها على أنها "دراجات قطنية". من المحتمل أن يكون ذلك النوع من الدراجات التي تتطلب قوة عالية ومستمرة-للمحافظة على سرعة السير، وستشعر بأن أكثر من نصف طاقتك قد استنفدت، ناهيك عن استجابة رجل عجوز عند زيادة السرعة.
سوف تثير مثل هذه الدراجات أيضًا ذكريات الكابوس لدى الناس عند المنعطفات والتتبع. أعتقد أن الدراجين الذين يمتلكون-دراجات طريق ذات إطار فولاذي متوسط المدى يمكنهم فهم ما أعنيه. على الرغم من أننا يمكن أن نطلق على هذه الدراجات اسم "أنيقة الشكل وفاخرة الملمس"، إلا أن أولئك الذين يفهمون سوف يفهمون ذلك.
بعد المقدمة المذكورة أعلاه، نعلم أنه في معظم الحالات، ستكون الصلابة الأعلى بالتأكيد أكثر شيوعًا، ولكن يجب اختبارها بدقة في كل منطقة من الإطار وتحقيق التوازن المثالي بين المؤشرات المختلفة في النهاية. باختصار، زادت الصلابة الإجمالية للإطار بشكل ملحوظ على مر السنين. في أحدث جيل من الموديلات، قد تحتاج إلى الدوس عليه عدة مرات فقط، بينما في نفس الطراز الذي قد يكون قبل عشر سنوات، قد تحتاج إلى الدوس عليه أكثر بكثير. من خلال هذه المقارنة، يمكنك أن تشعر بشكل حدسي بالتأثير الهائل لتطوير المعرفة بتصميم الإطار، وإثراء أدوات التصميم، وتحسين جودة المواد على أداء الدراجة.
