是否有设备在没有制动的情况下在山下降速度适中?


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在我的树林里,有一些相当大的山地下降:说垂直600米,平均7%等级,有许多曲线和其他障碍物,如坑洼。通常表面是合理质量的沥青; 我有一辆旅行车。

我很好奇是否有技术或小工具来调节我的速度,以减少制动的需要(例如,在汽车中可以降档)。

作为一个背后的计算,考虑一个110公斤的骑手/自行车系统,以50公里/小时或大约13米/秒的速度沿着7%的坡度滑行。由于等级,每横向13米,他/她垂直下降0.91米; 因此,每秒,110公斤质量下降0.91米的潜在能量被添加到自行车和骑行者系统中,必须被移除以便不加速。这种势能(U = mgh)约为980焦耳; 也就是说,骑车人必须耗散大约1kW才能不加速。

这让我很惊讶; 倾销到环境中似乎有很多精力。但它与赛车手在赛道上达到类似速度所能产生的效果相当。

我不知道如何计算的是空气阻力,自行车中的机械摩擦,滚动阻力等消耗了多少能量,以确切知道减速装置需要消耗多少额外的东西。

我想到的一件事是发电机中心; 但那些似乎消耗不到5瓦,这没有什么不同。

(我应该补充一点,我知道我不应该一直停下来。我的问题是我是否还可以做其他事情或添加到自行车以降低速度。)


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是越野(下坡)还是道路(沥青)?
heltonbiker

1
它是沥青,我在旅行车架上(即或多或少的公路自行车)。
Reid

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出于纯粹的好奇心,你为什么要为你的刹车应该做的事情找到解决方案呢?
杰克M. 2012年

我很确定没有刹车的山下降是不可能的。

@Jack,刹车不是“很好”。在1-2,000英尺的下降时保持制动是很繁琐的。它们可以工作,但如果我的终端速度更合理,那将是一个更愉快的旅程。我不是因为肾上腺素; 其他人可能会。
Reid

Answers:


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你的问题有两个部分,两个答案。你的问题的第一部分是是否有设备来降低下降的速度。这是串联自行车的常见问题(偶尔还会设计用于装载旅行的自行车)。许多串联专用的后轮毂具有螺纹左侧,可以安装“拖曳制动器”。通常是鼓式制动器,它们可以调节以获得轻微的阻力; 轮辋制动器被保留作为停止的主制动器。鼓式制动器的优点在于它远离轮辋(因为轮辋上的过度加热会对管或轮胎产生可怕的后果)并且它们具有高的热容量。虽然不再制造,但古老而受人尊敬的Arai Tandem鼓式制动器就是一个例子。

你的第二个问题是关于如何估计自行车的阻力需求。这是一个众所周知的,虽然可能不太为人所熟知的问题,并且在Wilson和Papadopoulos的“ 骑自行车科学 ”第2节中进行了讨论。。正如你猜测的那样,潜在的能量成分必须通过其他地方的阻力来抵消:通过空气阻力,制动或滚动阻力。在潜在能量损失精确平衡其他地方产生的阻力的点处实现终端速度。滚动阻力系数(Crr)恰好与斜率完全相同,因此斜率变化1%与Crr的变化完全相同.01。可悲的是,为了这个目的,你将无法依靠Crr获得可观的额外阻力 - 通常,Crr的范围从大约.004到大约.01。因此,尽管在理论意义上你必须考虑滚动阻力,但在实际意义上它消耗太少的能量来解决问题。放松轮胎以在曲折的下降时增加Crr并不仅仅是不够的,这是一个坏主意。

空气阻力更易于操纵,但功效也有限。对于典型的公路自行车上的典型骑车人来说,拖曳区域(通常用正面表面积的乘积A和空气阻力系数Cd表示)的范围约为0.3平方米(约3平方英尺)大概可达0.5平方米或更高。空气动力学阻力随空速的平方而变化(因为力随着空速的平方而变化,要求克服该力的力量随着速度的立方变化)所以坐起来,拉开夹克,加宽你的手臂和腿可以增加一些CdA; 但是,很少超过~2平方米。

这使得制动,即通过动力学装置将势能转换成热量,以及如上所述的制动器的位置。


谢谢!您知道有哪些在线资源可以帮我估算基于表面积的阻瓦数吗?我找到了一些资源(例如,my.execpc.com/~culp/rockets/descent.html)提供了一个拖拽力的计算,但我不知道如何将其转换为瓦特。或者我错误地解决了问题?
Reid

嗯,你的问题的简短答案是如何将阻力转换为力量,这很简单。将阻力转换为牛顿,然后乘以速度(米/秒)。瓦特是牛顿米/秒,所以如果你以10米/秒的速度行驶并经历3千克的“力”,你只需转换为牛顿然后乘以速度。那是3 * 9.8米/秒^ 2 * 10米/秒= ~300瓦。更长的问题是如何估计自行车上的阻力区域。答案很长(而且我的解释不到10个字符),所以这可能值得自己提出。问它,我会回答。
R. Chung

@Reid,基本上,问这样的事情:“我想估计以一定速度沿着山坡滑行时的拖曳力量,或者以一定速度骑在公寓或上山所需的动力量所有的在线计算器要么假设滚动阻力系数或空气阻力系数,要么假设我对它们有估计。他们如何做出这些假设,或者我如何自己做出这些估算呢?“
R. Chung

完成(bicycles.stackexchange.com/questions/9938); 谢谢你的建议!
Reid

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你没有说你在使用什么类型的自行车,但有一些简单的事情会有所帮助。

  1. 坐起来让你的身体尽可能宽,会增加很大的阻力。你也可以穿一件夹克并将它解压缩7/8以便它能够抓住风。
  2. 稍微降低轮胎压力。不要太低以至于失去稳定性,但105psi和120psi之间的滚动阻力会有所不同
  3. 寻找高滚动阻力轮胎。根据您的自行车类型,此数据有许多来源。
  4. 没有直接关系,但请确保使用合适的刹车片和轮辋/转子。有些人做长滗子比做别人好。

还有一些明显的评论,例如学会降速或转换到较慢的自行车。


关于“学会快速下降”,这些下降的自然平衡是40-50MPH。公布的速度限制为25英里/小时,由于曲线紧凑,这是非常合理的。我没有任何欲望通过这样的曲线进行爆破,这些曲线位于悬崖顶上并且通常是骑行中最陡峭的部分。因此,基本点是我宁愿整体下降得更慢,而不是在直道上加速到50MPH并且在进入曲线之前必须急剧制动。(同样,路线非常陡峭,“慢”的自行车几乎没有什么实际效果。)
Reid

斯特凡提供了一个很好的答案。真的吗?你想在你的自行车上添加东西......并且让它更难起床?

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无论如何,为什么我会在我的自行车上添加东西以减缓我对下坡的影响; 什么时候它还会减慢我在其他地方的速度?

关于将轮胎压力从120 psi降低到105psi的第2点:在光滑表面上的测量表明Crr随着压力的增加而减小,所以你是对的:降低压力会增加滚动阻力。难题是在不太光滑的表面上,测量显示压力与Crr之间存在“V”形关系,因此有时降低压力实际上会降低Crr。有趣的是,“V”似乎不是对称的,因此稍微超过“最佳”压力会使Crr增加而不是稍微低一些。不幸的是,“最佳”取决于路面。
R. Chung

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一些电动自行车具有再生制动。这是我唯一能想到的就是回答你的问题。

从理论上讲,你可以使用类似降落伞的东西减速,但这会产生太多问题(侧风,滑槽缠绕在后轮上,当你不再需要它时必须收回滑槽等)。


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如果你要求设备来控制速度,一些双人自行车(双座自行车)有一个叫做“拖动制动器”的专用制动系统。从Sheldon Brown页面上的串联制动器:

摩擦控制拖动制动器

最常见且最令人满意的系统是设置轮辋制动器,每个传统制动杆一个,并通过摩擦式变速器换档器操作轮毂制动器。这可能是“Barcon”,山地自行车型拇指shifer,或Sun Tour Command Shifter。

摩擦式换档器允许机长设置轮毂制动器以施加所需的阻力,即使他或她放开了轮毂制动控制器。然后机长用双手操作轮辋制动器来调节自行车的速度,并在必要时停下来。

虽然最直接的策略是使用带轮辋+轮毂制动器的后轮,一个用于车把杆,另一个用于摩擦变速器,但有一些专用轮毂用作阻力制动器(尽管它们很可能很麻烦且很困难)找到)。我在谷歌上发现的一款车型是Arai Drum Brake(停产)。


机械盘式制动器和拇指变速器是否可以完成摩擦制动?我怀疑你是否想要变速器,但是非转位变速器可以让你在盘式制动器上设置一个“恒定”制动力,同时仍然保留轮辋制动器/前盘制动器以便停止......
Ehryk

1
@Reid - 这个解决方案会成为你感兴趣的东西吗?或者您是否将其限制为现成的解决方案?
Ehryk

@Ehryk的想法是调整摩擦变速器以激活第二个制动器。仍然有正常的刹车和正常的变速器。当你沿着下坡行驶时,你将摩擦变速器扭转到所需的制动力并继续施加恒定的力(因为杠杆保持在适当的位置),而手可以自由地做任何其他事情,包括制动更多的常规使用常规换档系统制动或换档。
heltonbiker 2012年

我明白 - 我要问的是现代盘式制动器(机械式或液压式)是否可以达到这个目的,因为鼓型号不再生产了?然后轮辋制动器或后轮辋/前轮盘可以自由增加制动力。
Ehryk

1
在机动车辆中,优选用于停止动力和旋转重量的问题; 然而,由于更好的散热,鼓在大型半卡车(非转向轮)中是首选。在翘曲和/或煮沸液压油之前,你几乎不能“骑”盘式制动器。但是,它们可能适用于自行车。
Ehryk

3

我从来没有听说过现成的设备来做你想做的事。我唯一能想到的就是从训练台或滚轮上取下风扇或磁阻装置,并以某种方式将其安装在可以打开和关闭的位置。或者甚至更好的方法是获得一些装备,例如在一些运动自行车中使用,其中有一个铝制飞轮,旁边安装有电磁铁,这样随着磁场的增加,电阻会增加。(理论上可以使用深铝边缘代替飞轮。)

但是你必须从某个地方打捞零件来做任何这些,然后做一些机加工车间的工作。

否则,在您的情况下,最好的解决方案可能是带盘式制动器的自行车。


2

你可以建造或购买一个锥形滑槽。它不需要非常重,不到一平方米的防撕裂尼龙和几米的细绳。这样做甚至可能是合法的,这取决于您的国家如何编写“无风能车辆”法律(或者是否存在此类法律)。我会倾向于用魔术贴将它贴在我的身体上。

我做了相反的事情,当我有一个强劲的尾风时,我用了一个小的遮阳伞/帐篷门作为帆,我在我的旅行自行车上坡。它令人不安地工作,因为我不得不将主要附件从我的背包腰带移动到座杆上,因为它威胁要把我弹到车把上(自行车很重)。

作为制动器,我建议使用十字形拖曳滑槽,因为它们易于制作并且比圆形或矩形滑槽更稳定(矩形更易于控制,但除非您习惯滑翔伞或风筝冲浪,否则学习曲线陡峭)。

我能看到的主要问题是山脉经常有风,特别是风能在短距离内变化很大。例如,如果你绕着山脊走出,你可能会从山脊后面的静止空气移动到暴露面上的压缩风,而滑道上的阻力变化将是戏剧性的。在这种情况下,您必须决定是否要将滑槽放在跟随您的汽车的挡风玻璃上,或者在它前面突然减速。两者都可能令人尴尬。


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你总是可以得到一个固定的装备,并用你的腿减慢你的速度。回到山上会带来完全不同的问题。虽然在正确的齿轮比下,它可能可以在固定的齿轮上下山。


我敢打赌任何适合上升的装备都会在下降时发疯。我很乐意去30英里/小时; 我只是不想做50.
Reid

我觉得如果有一个双驱动列车自行车会很好,所以你可以通过固定的齿轮组件来控制下降的速度,而不是在不下山时使用齿轮。所以我认为,由于机械师,或者有人已经建造了一个,这是不可能的。经过一番谷歌搜索,我发现了这个(sheldonbrown.com/bichain-fixed-free.html)。读到它,它说可以用一侧的变速器系统和另一侧的固定齿轮来构建它。绝对有趣,虽然可能比你想要的更复杂。
Kibbee

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我可以毫无问题地完成30英里/小时的固定,并且它不是一个特别高的装备 - 如果你找到一个可以让你起床的装备,你只需要在下降时练习旋转(注意你可以让踏板拉动你的脚)如果你放松一下,你会得到一个类似的发动机制动效果来降低车内的降档效果。或者,当然,停在顶部并交换链轮...
2012年

一些快速的数学:这些山丘足够陡峭,5 MPH是一个非常快速的上升。假设我在非常保守的50转速下踩踏板(实际上它可能更快)。然后,如果我以30英里/小时的速度降落在同一档位,我需要加速6倍或300转。我希望看到让我(或任何人)能够做到这一点的练习团。
Reid 2014年

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如果加热是一个问题,可能使用盘式制动器,而不是轮辋制动器。

我已经习惯了这样的想法:人们只是通过存在就将大约1千瓦的功率放入环境中; 我不确定问题是什么,在下降时失去一个额外的KW。


我相信基础代谢更像是100瓦,但我没有查找过。
Reid

@Reid - 你似乎是对的:根据engineeringtoolbox.com/met-metabolic-rate-d_733.html,它的座位从100瓦到骑自行车时为500瓦,在跑步时为900瓦。
ChrisW
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