Apakah ada perangkat dengan kecepatan sedang pada turunan gunung tanpa pengereman?

13

Di leher saya di hutan ada beberapa keturunan gunung yang cukup besar: katakanlah 600 meter secara vertikal rata-rata kelas 7%, dengan banyak kurva dan hambatan lain seperti lubang. Biasanya permukaannya adalah aspal berkualitas wajar; Saya punya sepeda touring.

Saya ingin tahu apakah ada teknik atau gadget untuk memoderasi kecepatan saya, untuk mengurangi kebutuhan pengereman (misalnya, di dalam mobil orang dapat menurunkan gigi).

Sebagai bagian belakang amplop, perhitungan, pertimbangkan sistem pengendara / sepeda 110kg yang meluncur turun 7% dengan kecepatan 50 km / jam, atau sekitar 13 meter / detik. Karena grade, untuk setiap 13m horizontal, ia turun 0,91 m secara vertikal; karenanya, setiap detik, energi potensial dari 110kg massa menjatuhkan 0,91m ditambahkan ke sistem sepeda & pengendara dan harus dihilangkan agar tidak mempercepat. Energi potensial itu ( U = mgh ) kira-kira 980 joule; yaitu, pengendara sepeda harus membuang sekitar 1kW agar tidak mempercepat.

Ini mengejutkan saya; sepertinya banyak energi untuk dibuang ke lingkungan. Tapi itu setara dengan apa yang bisa diproduksi oleh pembalap untuk mencapai kecepatan yang sama di flat.

Apa yang saya tidak tahu bagaimana menghitungnya adalah berapa banyak energi yang dikonsumsi oleh hambatan udara, gesekan mekanis pada sepeda, hambatan bergulir, dll., Untuk mengetahui dengan benar apa yang dibutuhkan oleh alat pelambat tambahan untuk dikonsumsi.

Satu hal yang saya pikirkan adalah hub dinamo; tetapi mereka tampaknya mengkonsumsi kurang dari 5 watt, yang tidak akan membuat perbedaan nyata.

(Saya harus menambahkan bahwa saya tahu saya tidak boleh terus menerus mengerem. Pertanyaan saya adalah apakah ada hal-hal tambahan yang bisa saya lakukan atau tambahkan ke motor untuk mengurangi kecepatan.)

Reid
sumber
1
Apakah itu off-road (menuruni bukit) atau road (aspal)?
heltonbiker
1
Ini aspal, dan saya berada di bingkai tur (yaitu, lebih atau kurang sepeda jalan).
Reid
2
Karena penasaran murni, mengapa Anda mencoba mencari solusi untuk sesuatu yang harus dilakukan dengan baik oleh rem Anda?
Jack M.
Saya cukup yakin bahwa penurunan gunung tanpa pengereman tidak dimungkinkan.
@ Jack, rem tidak "baik-baik saja". Itu membosankan untuk terus mengerem pada keturunan 1-2.000 kaki. Mereka memang berfungsi, tetapi itu akan menjadi perjalanan yang jauh lebih menyenangkan jika kecepatan terminal saya lebih masuk akal. Saya tidak di dalamnya untuk adrenalin; yang lain mungkin.
Reid

Jawaban:

17

Ada dua bagian untuk pertanyaan Anda, dan dua jawaban. Bagian pertama dari pertanyaan Anda adalah apakah ada perangkat dengan kecepatan sedang pada keturunan. Ini adalah masalah umum dengan sepeda tandem (dan kadang-kadang dengan sepeda yang dirancang untuk tur keliling). Banyak hub belakang khusus-tandem memiliki sisi kiri berulir yang dapat dipasang "tarik rem." Biasanya rem drum, mereka dapat disesuaikan untuk sedikit hambatan; rem pelek dipertahankan sebagai rem utama untuk berhenti. Keuntungan dari rem tromol adalah remnya jauh dari pelek (karena pemanasan berlebih pada pelek bisa berdampak buruk pada tabung atau ban) dan mereka memiliki kapasitas panas yang tinggi. Meskipun tidak lagi diproduksi, rem Drum Arai Tandem yang terhormat dan terhormat adalah contohnya.

Pertanyaan kedua Anda adalah tentang bagaimana seseorang dapat memperkirakan permintaan hambatan pada sepeda. Ini adalah masalah yang dipahami dengan baik, meskipun mungkin kurang dikenal, dan dibahas dalam Bagian 2 dari Wilson dan Papadopoulos ' Bicycling Science. Saat Anda menduga, komponen energi potensial harus diimbangi dengan hambatan di tempat lain: baik dengan drag aero, pengereman, atau rolling resistance. Kecepatan terminal dicapai pada titik di mana kehilangan energi potensial secara tepat menyeimbangkan gaya seret yang dihasilkan di tempat lain. Koefisien rolling resistance (Crr) terjadi untuk skala persis seperti kemiringan, sehingga perubahan kemiringan 1% persis seperti perubahan dalam Crr 0,01. Sayangnya, untuk tujuan ini, Anda tidak akan banyak bisa mengandalkan Crr untuk hambatan ekstra yang lumayan - umumnya, rentang Crr dari sekitar 0,004 hingga mungkin 0,01. Jadi, meskipun secara teoretis Anda harus mempertimbangkan perlawanan yang bergulir, dalam arti praktis itu menghilangkan terlalu sedikit energi untuk menjadi masalah. Mengempiskan ban untuk meningkatkan Crr pada tikungan berliku bukan hanya tidak cukup, itu ide yang buruk.

Aero drag lebih mudah dimanipulasi tetapi juga terbatas dalam kemanjurannya. Drag area (biasanya dilambangkan dengan produk dari area permukaan frontal, A, dan koefisien drag aerodinamis, Cd) untuk pengendara sepeda khas pada sepeda jalan khas akan berkisar dari sekitar 0,3 meter persegi (kira-kira, 3 kaki persegi) hingga mungkin 0,5 meter persegi atau lebih tinggi. Gaya drag aerodinamik bervariasi sesuai dengan kuadrat kecepatan udara (karena gaya bervariasi dengan kuadrat kecepatan udara, kekuatan yang diminta untuk mengatasi kekuatan itu bervariasi dengan kubus kecepatan) sehingga duduk, membuka ritsleting jaket, dan melebarkan lengan dan kaki Anda dapat menambah beberapa CdA; namun, jarang lebih dari ~ .2 meter persegi.

Yang meninggalkan pengereman, yaitu, konversi energi potensial melalui cara kinetik menjadi panas, dan tempat untuk rem rem seperti dijelaskan di atas.

R. Chung
sumber
Terima kasih! Apakah Anda tahu ada sumber daya daring yang dapat membantu saya memperkirakan watt dalam watt berdasarkan luas permukaan? Saya menemukan beberapa sumber daya (mis. My.execpc.com/~culp/rockets/descent.html ) yang menawarkan perhitungan yang memberikan gaya hambat, tetapi saya tidak tahu bagaimana mengubahnya menjadi watt. Atau apakah saya salah membingkai masalah?
Reid
Nah, jawaban singkat untuk pertanyaan Anda adalah bagaimana mengubah gaya tarik menjadi kekuatan, dan itu sederhana. Ubah gaya seret menjadi Newton, lalu kalikan dengan kecepatan dalam meter / detik. Satu watt adalah Newton-meter / detik, jadi jika Anda bepergian dengan kecepatan 10 m / s dan mengalami, katakanlah, 3 kg gaya "seret", Anda hanya akan mengonversi ke Newton lalu dikalikan dengan kecepatan. Itu 3 * 9,8 m / detik ^ 2 * 10 m / s = ~ 300 watt. Pertanyaan yang lebih panjang adalah bagaimana memperkirakan area drag pada sepeda. Jawabannya panjang (dan saya memiliki kurang dari 10 karakter penjelasan yang tersisa) sehingga mungkin pantas untuk pertanyaan sendiri. Tanyakan dan saya akan jawab.
R. Chung
@ Reid, Pada dasarnya, tanyakan sesuatu seperti ini: "Saya ingin memperkirakan jumlah gaya seret ketika meluncur menuruni bukit pada kecepatan tertentu, atau jumlah daya yang dibutuhkan untuk naik di atas rata atau naik bukit dengan kecepatan tertentu Semua kalkulator online mengasumsikan koefisien rolling resistance atau hambatan aerodinamis atau berasumsi bahwa saya memiliki perkiraan untuk mereka. Bagaimana mereka membuat asumsi itu, atau bagaimana saya bisa membuat estimasi itu sendiri? "
R. Chung
dilakukan ( bicycles.stackexchange.com/questions/9938 ); terima kasih telah menyarankannya!
Reid
12

Anda tidak mengatakan jenis sepeda apa yang Anda pakai, tetapi ada beberapa hal sederhana yang akan membantu.

  1. Duduk dan mendapatkan tubuh Anda selebar mungkin akan menambah jumlah hambatan yang signifikan. Anda juga bisa mengenakan jaket dan unzip 7/8 sehingga menangkap angin.
  2. Turunkan sedikit tekanan ban Anda. Jangan terlalu rendah sehingga Anda kehilangan stabilitas, tetapi resistensi bergulir antara 105psi dan 120psi akan membuat perbedaan
  3. Temukan ban dengan rolling resistance tinggi. Ada sejumlah sumber untuk data ini berdasarkan pada jenis sepeda Anda.
  4. Tidak terkait langsung, tetapi pastikan Anda menggunakan bantalan dan pelek rem yang tepat. Beberapa melakukan lebih baik dengan dekant panjang daripada yang lain.

Ada juga komentar yang jelas seperti belajar turun dengan cepat atau beralih ke sepeda yang lebih lambat.

Stefan
sumber
Mengenai "belajar untuk turun dengan cepat", keseimbangan alami pada keturunan ini adalah 40-50 MPH. Batas kecepatan yang dipasang adalah 25 MPH, yang cukup masuk akal mengingat kurva yang ketat. Saya tidak memiliki keinginan untuk meledakkan melalui kurva seperti itu, yang berada di atas tebing dan seringkali merupakan bagian paling curam dari perjalanan. Jadi, poin dasarnya adalah bahwa saya lebih suka turun secara keseluruhan lebih lambat, daripada mempercepat ke 50MPH pada lurus dan harus mengerem tajam sebelum memasuki kurva. (Demikian pula, rute sangat curam sehingga sepeda "lebih lambat" akan memiliki sedikit efek praktis.)
Reid
Stefan memberikan jawaban yang bagus. Serius? Anda ingin menambahkan barang ke sepeda Anda ... dan membuatnya lebih sulit untuk bangun?
2
Ngomong-ngomong, mengapa saya menambahkan barang ke sepeda saya untuk memperlambat saya di downhills; kapan itu juga akan memperlambat saya di tempat lain?
Mengenai poin # 2 tentang menurunkan tekanan ban dari 120 psi ke 105psi: pengukuran pada permukaan halus menunjukkan bahwa Crr berkurang dengan meningkatnya tekanan, jadi Anda benar: menurunkan tekanan akan meningkatkan rolling resistance. Masalahnya adalah bahwa pada permukaan yang tidak terlalu mulus, pengukuran menunjukkan hubungan berbentuk "V" antara tekanan dan Crr sehingga kadang - kadang tekanan yang turun sebenarnya mengurangi Crr. Menariknya, "V" tampaknya tidak simetris, sehingga menjadi sedikit lebih dari tekanan "optimal" meningkatkan Crr lebih dari yang sedikit di bawah. Sayangnya, "optimal" tergantung pada permukaan jalan.
R. Chung
6

Beberapa sepeda listrik memiliki pengereman regeneratif . Itulah satu-satunya hal yang bisa saya pikirkan yang hampir menjawab pertanyaan Anda.

Secara teoritis, Anda dapat menggunakan sesuatu seperti parasut untuk memperlambat, tetapi ini akan menimbulkan terlalu banyak masalah (angin kencang, parasut tersangkut di roda belakang, harus menarik parasut saat Anda tidak membutuhkannya lagi, dll).

Mike Baranczak
sumber
5

Jika Anda meminta PERANGKAT untuk mengendalikan kecepatan, beberapa tandem (sepeda dua dudukan) memiliki sistem rem khusus yang disebut "Seret Rem". Dari halaman Sheldon Brown tentang rem tandem:

Kontrol Gesekan Tarik Rem

Sistem yang paling umum, dan paling memuaskan adalah memasang rem pelek, satu untuk setiap tuas rem konvensional, dan mengoperasikan rem hub dengan shifter derailer tipe gesekan. Ini mungkin "Barcon", shifer thumb type sepeda gunung, atau Sun Tour Command Shifter.

Shifter tipe gesekan memungkinkan kapten mengatur rem hub untuk menerapkan jumlah drag yang diinginkan, bahkan setelah ia melepaskan kontrol rem hub. kapten kemudian menggunakan kedua tangan pada rem pelek untuk memodulasi kecepatan sepeda, dan untuk berhenti jika memang diperlukan.

Sementara strategi yang paling mudah adalah dengan menggunakan roda belakang dengan rim + hub brake, satu untuk tuas stang dan lainnya untuk gesekan-shifter, ada beberapa hub khusus untuk digunakan sebagai rem seret (meskipun mereka kemungkinan besar rumit dan sulit mencari). Salah satu model yang saya temukan di Google adalah Arai Drum Brake (kehabisan produksi).

heltonbiker
sumber
Bisakah rem cakram mekanis dan thumbshifter bekerja untuk mencapai rem gesekan? Saya ragu Anda ingin pengalih pengindeksan, tetapi pengindeksan yang tidak pengindeksan akan memungkinkan Anda untuk mengatur gaya pengereman 'konstan' pada rem cakram, sementara masih menyimpan rem pelek / rem cakram depan untuk berhenti ...
Ehryk
1
@ Reid - akankah solusi ini menjadi sesuatu yang Anda minati? Atau apakah Anda membatasinya untuk solusi di luar rak?
Ehryk
@Ehryk Idenya adalah untuk menyesuaikan gesekan shifter untuk mengaktifkan rem kedua. Masih memiliki rem normal dan pemindah normal. Ketika Anda pergi menuruni bukit, Anda memutar gesekan shifter ke kekuatan pengereman yang diinginkan dan itu terus menerapkan kekuatan konstan (karena tuas tetap di posisi), sementara tangan bebas untuk melakukan hal lain, termasuk rem bahkan lebih dengan biasa rem, atau mengganti gigi dengan sistem pemindahan gigi biasa.
heltonbiker
Saya mengerti bahwa - apa yang saya tanyakan adalah apakah rem cakram modern (mekanis atau hidrolik) dapat memenuhi tujuan itu, karena model drum tidak diproduksi lagi? Kemudian rem pelek atau pelek belakang / cakram depan akan bebas untuk menambah daya henti.
Ehryk
1
Dalam kendaraan bermotor, lebih disukai untuk menghentikan daya dan masalah berat rotasi; Namun drum lebih disukai di truk semi besar (roda non steer) karena pembuangan panas yang jauh lebih baik. Anda tidak dapat 'mengendarai' rem cakram selama Anda dapat membuat drum sebelum melengkung dan / atau merebus cairan hidrolik. Mereka mungkin cocok untuk sepeda.
Ehryk
3

Saya belum pernah mendengar perangkat yang siap pakai untuk melakukan apa yang Anda inginkan. Satu-satunya hal yang dapat saya pikirkan adalah untuk mendapatkan kipas atau alat penahan magnetis dari tempat pelatihan atau rol dan entah bagaimana memasangnya dengan cara yang dapat dinyalakan dan dimatikan. Atau bahkan lebih baik untuk mendapatkan rig seperti yang digunakan dalam beberapa sepeda olahraga di mana ada roda gila aluminium dengan elektromagnet diatur di sebelahnya, sehingga resistensi meningkat ketika medan magnet meningkat. (Secara teori pelek aluminium dalam bisa digunakan sebagai ganti roda gila.)

Tetapi Anda harus menyelamatkan suku cadang dari suatu tempat untuk melakukan semua ini, dan kemudian melakukan pekerjaan toko mesin.

Kalau tidak, mungkin solusi terbaik dalam kasus Anda adalah sepeda dengan rem cakram.

Daniel R Hicks
sumber
2

Anda bisa membuat atau membeli parasut katak. Beratnya tidak perlu terlalu banyak, karena kurang dari satu meter persegi nilon ripstop dan beberapa meter kabel tipis. Bahkan mungkin sah untuk melakukannya, tergantung pada bagaimana negara Anda menulis undang-undang "kendaraan tidak berlayar" (atau apakah ada hukum semacam itu). Saya cenderung membuatnya robek dengan menempelkannya ke tubuh saya dengan velcro.

Saya telah melakukan yang sebaliknya, dan menggunakan pintu kerai / tenda kecil sebagai layar ketika saya memiliki angin ekor yang kuat dan saya akan menanjak dengan sepeda touring saya. Ini bekerja dengan sangat baik, karena saya harus memindahkan attachment utama dari sabuk pinggang saya ke seatpost karena mengancam akan melambungkan saya di atas setang (motornya cukup berat).

Sebagai rem, saya menyarankan saluran tarik gaya silang karena mudah dibuat dan lebih stabil daripada saluran bulat atau persegi panjang (persegi panjang lebih dapat dikontrol tetapi kecuali jika Anda terbiasa melakukan parasailing atau layang-layang, kurva belajarnya curam).

Masalah utama yang dapat saya lihat adalah bahwa gunung sering memiliki angin, dan khususnya angin dapat bervariasi secara dramatis pada jarak pendek. Misalnya, jika Anda keluar di sekitar punggungan, Anda dapat bergerak dari udara di belakang punggungan ke angin tekan pada wajah yang terbuka, dan perubahan seret dari parasut akan dramatis. Dalam hal ini Anda harus memutuskan apakah Anda ingin menjatuhkan parasut ke kaca depan mobil yang mengikuti Anda, atau tiba-tiba melambat di depannya. Entah bisa memalukan.

Kohi
sumber
1

Anda selalu bisa mendapatkan gigi tetap dan menggunakan kaki Anda untuk memperlambat Anda. Kembali naik gunung akan menghadirkan masalah yang sama sekali berbeda. Meskipun dengan rasio gigi yang tepat mungkin akan mungkin untuk naik dan turun gunung dengan gigi tetap.

Kibbee
sumber
Saya bertaruh bahwa setiap peralatan yang masuk akal untuk pendakian akan menjadi gila saat turun. Saya senang bekerja 30 MPH; Saya hanya tidak ingin melakukan 50.
Reid
Saya pikir akan lebih baik jika ada sepeda kereta dorong ganda, jadi Anda bisa mengendalikan kecepatan Anda saat turun dengan komponen gigi tetap, plus gunakan roda gigi saat tidak turun bukit. Jadi saya pikir itu tidak mungkin karena mekanik, atau seseorang telah membangunnya. Dan setelah sedikit Googling saya menemukan ini ( sheldonbrown.com/bichain-fixed-free.html ). Melihat ke dalamnya, dikatakan memungkinkan untuk membangunnya dengan sistem derailleur di satu sisi, dan memperbaiki gigi di sisi lain. Jelas menarik, meskipun mungkin jauh lebih rumit daripada yang Anda cari.
Kibbee
2
Saya dapat melakukan perbaikan 30mph tanpa masalah, dan ini bukan roda gigi yang sangat tinggi - jika Anda menemukan roda gigi yang akan membuat Anda naik , Anda hanya perlu berlatih memutar pada saat turun (perhatikan bahwa Anda bisa membiarkan pedal menarik kaki Anda) bulat jika Anda rileks, dan Anda mendapatkan efek pengereman mesin serupa dengan turunnya kecepatan di dalam mobil). Atau, tentu saja, berhenti di atas dan bertukar sprocket ...
berguna
Beberapa matematika cepat: Bukit-bukit ini cukup curam sehingga 5 MPH adalah pendakian yang sangat cepat. Katakanlah saya mengayuh dengan kecepatan 50 RPM yang sangat konservatif (mungkin lebih cepat pada kenyataannya). Lalu, jika saya turun di gigi yang sama pada 30 MPH, saya harus mengayuh 6 kali lebih cepat, atau 300 RPM. Saya ingin melihat resimen latihan yang memungkinkan saya (atau siapa saja) untuk melakukan itu.
Reid
1

Mungkin menggunakan rem cakram, bukan rem pelek, jika pemanasan adalah masalah.

Saya terbiasa dengan gagasan bahwa orang menaruh sekitar 1 KW ke lingkungan hanya dengan yang ada; Saya tidak yakin apa masalahnya, dengan kehilangan satu KW tambahan saat turun.

ChrisW
sumber
Saya percaya metabolisme dasar lebih seperti 100 watt, tapi saya belum mencarinya.
Reid
@ Reid - Anda tampaknya benar: per engineeringtoolbox.com/met-metabolic-rate-d_733.html berkisar dari 100 watt saat duduk, hingga 500 watt saat bersepeda, hingga 900 watt saat berlari.
ChrisW