題:
有沒有在沒有剎車的情況下使山坡速度適中的設備?
Reid
2012-06-17 03:21:54 UTC
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在我的樹林的脖子上,有一些相當陡峭的山坡:比如說垂直600米,平均坡度為7%,有很多彎曲和其他障礙物,例如坑洼。通常,表面是質量合格的瀝青;我有一輛遊覽車。

我很好奇是否有一些技術或小工具可以調節我的速度,以減少制動需求(例如,在一輛可以降檔的汽車中)。

作為計算的後盾,考慮一個110千克的騎行者/自行車系統以50公里/小時的速度(約13米/秒)滑行7%的坡度。由於坡度,每水平13m,他/他垂直下降0.91m;因此,每秒110kg的重量下降0.91m的勢能被添加到自行車&騎手系統中,必須將其除去以使其不加速。勢能( U = mgh)約為980焦耳;也就是說,騎自行車的人必須消耗約1kW的功率才能不加速。

這讓我感到驚訝;似乎有很多能量要傾倒到環境中。但這與賽車手在平地上達到類似速度所能產生的速度一樣。

我不知道如何計算的是空氣阻力,自行車的機械摩擦消耗了多少能量。 ,滾動阻力等,以便真正了解減速裝置還需要消耗什麼。

我想到的一件事是發電機輪轂;但是這些功率消耗似乎不到5瓦,這沒什麼大不了。

(我要補充一點,我知道我不應該一直持續制動。我的問題是是否還有其他我可以做或添加到自行車上以降低速度的事情。)

是越野(下坡)還是公路(瀝青)?
它是瀝青,我在旅行車架上(即或多或少是公路自行車)。
出於純粹的好奇心,您為什麼要嘗試為製動器應做的事情找到解決方案?
我敢肯定,沒有剎車的下山是不可能的。
@Jack,制動器不是“很好”。在下降1到2000英尺時保持剎車很乏味。它們確實可以工作,但是如果我的終端速度更合理,那將是一個更加愉快的旅程。我不喜歡腎上腺素;其他人可能是。
八 答案:
R. Chung
2012-06-17 22:59:29 UTC
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您的問題分為兩個部分和兩個答案。問題的第一部分是在下降時是否有速度適中的設備。這是雙人自行車(有時是專為載重旅行設計的自行車)的常見問題。許多特定於串聯的後輪轂的左側都有螺紋,可以在其上安裝“阻力製動器”。通常是鼓式製動器,可以調節一下以減小阻力。輪輞制動器被保留為主要製動器。鼓式製動器的優點是它遠離輪輞(因為輪輞上的過度加熱可能對內胎或輪胎造成可怕的後果)並且具有很高的熱容量。儘管不再生產,但久負盛名的Arai串聯鼓式製動器就是一個例子。

第二個問題是關於如何估算自行車的阻力需求。這是一個很容易理解的問題,儘管可能不太為人所知,並且在Wilson和Papadopoulos的 Bicycling Science的第二部分中進行了討論。正如您所推測的那樣,勢能分量必須通過其他地方的阻力來抵消:通過氣動阻力,制動或滾動阻力。在勢能損失恰好平衡其他地方產生的阻力的點上達到了最終速度。滾動阻力係數(Crr)恰好像坡度一樣縮放,因此1%的坡度變化正好像.01的Crr變化。可悲的是,為此目的,您將無法依靠Crr產生明顯的額外阻力-通常,Crr的範圍從.004到.01。因此,儘管從理論上講您必須考慮滾動阻力,但從實際意義上講它消耗的能量太少了。在彎道下降時給輪胎放氣以增加Crr不僅不夠,而且是個壞主意。

空氣阻力更易於操縱,但功效也受到限制。對於典型的公路自行車上的典型騎車人,阻力區域(通常由正面表面積A和空氣阻力係數Cd的乘積表示)範圍約為0.3平方米(約3平方英尺)最高可達0.5平方米或更高。氣動阻力隨空速的平方而變化(因為該力隨空速的平方而變化,克服該力所需要的動力隨速度的立方而變化),因此坐起來,拉開夾克的拉鍊以及加寬手臂和雙腿都可能增加一些CdA;但是,很少超過〜.2平方米。

這將導致制動,即通過動能手段將勢能轉換為熱量,以及如上所述的拖曳制動的場所。

謝謝!您是否知道任何在線資源可以幫助我根據表面積估算瓦特阻力?我找到了一些資源(例如http://my.execpc.com/~culp/rockets/descent.html),這些資源提供了產生阻力的計算方法,但我不知道如何將其轉換為瓦特。還是我對問題的理解不正確?
好吧,對於您的問題的簡短答案是如何將阻力轉化為力量,這很簡單。將阻力轉換為牛頓,然後乘以米/秒為單位的速度。瓦特是牛頓米/秒,因此,如果您以10 m / s的速度行駛並且遇到3千克的阻力“力”,您將轉換為牛頓,然後乘以速度。那是3 * 9.8 m / sec ^ 2 * 10 m / s =〜300瓦。更長的問題是如何估算自行車的阻力面積。答案很長(我剩下的解釋少於10個字符),所以可能值得提出自己的問題。提出要求,我會回答。
@Reid,基本上,請問這樣的問題:“我想估算以一定速度滑下山坡時的拖曳力的大小,或者以一定速度騎在平地上或山坡上所需的功率。全部的在線計算器要么假設滾動阻力係數或空氣阻力係數,要么假設我已經為它們估計。他們如何做出這些假設,或者我自己如何做出這些估計?”
完成(http://bicycles.stackexchange.com/questions/9938);感謝您的建議!
Stefan
2012-06-17 08:27:27 UTC
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您沒有說自己騎的是哪種類型的自行車,但是有一些簡單的方法會有所幫助。

  1. 坐起來並使自己的身體盡可能地寬大會增加很多拖動量。您還可以穿外套並解壓縮7/8,以防刮風。
  2. 稍微降低輪胎氣壓。不要降得太低以至於失去穩定性,但是105psi和120psi之間的滾動阻力會有所不同
  3. 找到高滾動阻力輪胎。可以根據您的自行車類型來獲取此數據的許多來源。有些人對長期的品酒要比其他人做得更好。
  4. ol>

    還有一些明顯的註釋,例如學會快速下降或改用慢速自行車。

關於“學習快速下降”,這些下降的自然平衡是40-50 MPH。公佈的速度限制為25 MPH,考慮到緊曲線,這是相當合理的。我不希望穿越這樣的彎道,這些彎道位於懸崖頂上,通常是旅程中最陡峭的部分。因此,最基本的一點是,我寧願整體上比較緩慢地下降,而不是在直道上加速至50MPH,並且在進入彎道之前必須急剎車。 (類似地,路線如此陡峭,以至於“慢速”自行車幾乎沒有實際效果。)
斯蒂芬提供了一個很好的答案。認真嗎您想添加一些東西到自行車上...讓它更難起床嗎?
無論如何,為什麼我要在自行車上加些東西以減慢我在下坡路上的速度?什麼時候還會使我在其他地方慢下來?
關於將輪胎壓力從120 psi降低到105psi的要點2:在光滑表面上進行的測量表明Crr隨著壓力的增加而降低,所以您是對的:降低壓力會增加滾動阻力。難題在於,在不那麼光滑的表面上,測量結果顯示壓力和Crr之間呈“ V”形關係,因此*有時*降低壓力實際上會降低Crr。有趣的是,“ V”似乎不是對稱的,因此稍微高於“最佳”壓力會增加Crr而不是稍微低於Crr。不幸的是,“最佳”取決於路面。
Mike Baranczak
2012-06-17 06:13:40 UTC
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某些電動自行車具有再生製動。從理論上講,您可以使用降落傘之類的東西來放慢速度,但這是我唯一能想到的答案。纏在後輪中,當您不再需要滑槽時就必須縮回滑槽,等等。

heltonbiker
2012-06-18 00:45:54 UTC
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如果您要求使用設備來控制速度,則某些雙座(兩座自行車)具有專用的製動系統,稱為“ Drag Brake”。從Sheldon Brown頁面上的串聯制動器上:

摩擦控制拖動制動器

最常見,最令人滿意的系統是設置輪輞制動器,每個常規制動器制動桿,並通過摩擦式換檔桿操作輪轂制動器。這可能是“ Barcon”,山地自行車式的拇指推桿或Sun Tour Command Shifter。

摩擦式Shifter可讓機長設置輪轂制動器以施加所需的阻力,即使他或她放開了輪轂制動控制。然後,隊長用雙手在輪輞制動器上調節自行車的速度,並在必要時停車。

最直接的策略是使用帶輪輞+的後輪輪轂制動器,一個用於車把,另一個用於摩擦變速桿,還有一些專用的輪轂可以用作阻力製動器(儘管它們很笨重且很難找到)。我在Google上找到的一種型號是Arai Drum Brake(已停產)。

機械盤式製動器和拇指移位器是否可以工作以完成摩擦制動?我懷疑您是否想要分度換檔器,但不分度的換檔器將允許您在盤式製動器上設置“恆定”制動力,同時仍保留輪輞制動器/前盤式製動器以供停止使用...
@Reid-您是否會對這種解決方案感興趣?還是您將其局限於現成的解決方案?
@Ehryk的想法是使摩擦換擋器適應第二個制動器。仍然具有普通的製動器和普通的變速桿。當您沿著下坡行駛時,您將摩擦變速桿扭轉至所需的製動力,並且它會不斷施加恆定的力(因為控制桿保持在原位),而手則可以自由地做任何其他事情,包括在常規情況下進行更多的製動剎車,或使用常規變速系統變速。
我理解這一點-我要問的是,由於不再生產鼓式模型,現代盤式製動器(機械或液壓)是否可以達到該目的?然後,輪輞制動器或後輪輞/前盤可以自由地增加製動力。
@Ehryk實際上,我懷疑使用機械盤式製動器(而不是鼓式製動器)作為拖動制動器可能會更好,因為它是一個更“現代”和“理想”的系統。例如,在汽車和摩托車中,磁盤始終比鼓更受歡迎。
在機動車中,對於停止動力和旋轉重量的考慮是優選的。但是,由於大得多的散熱效果,鼓在大型半卡車(非轉向輪)中是首選。在盤式製動器彎曲和/或沸騰液壓油之前,您不能“盡可能地”騎著盤式製動器。但是,它們可能適用於自行車。
@Ehryk,修補是可以的。
Daniel R Hicks
2012-06-17 08:10:33 UTC
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我從來沒有聽說過現成的設備可以做您想要的事情。我唯一能想到的就是從訓練台或滾軸上獲得風扇或磁阻裝置,並以某種方式將其固定,以便可以將其打開和關閉。甚至更好的方法是,例如在一些健身自行車中使用的鑽機上,在該鑽機的旁邊有一個鋁製飛輪,旁邊裝有一個電磁體,這樣,阻力會隨著磁場的增加而增加。 (從理論上講,可以使用深鋁輪輞代替飛輪。)

但是您必須從某個地方打撈零件才能進行任何這些加工,然後再進行一些機械加工工作。

否則,在您的情況下,最好的解決方案是帶盤式製動器的自行車。

Kohi
2012-06-20 04:35:41 UTC
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您可以建造或購買無繩溜冰場。它不需要太大的重量,小於一平方米的防撕裂尼龍和幾米的細線。這樣做可能是合法的,具體取決於您的國家如何撰寫“禁止航行的車輛”法律(或是否存在這樣的法律)。我會傾向於用魔術貼將其撕掉。

我做了相反的事情,當我強勁的尾風和上坡旅行的自行車時,用一個小的遮陽板/帳篷門作為帆。它的工作原理令人不安,因為我不得不將主要附件從我的背包腰帶移動到座桿上,因為它威脅要把我拖到車把上(自行車很重)。

剎車我建議使用十字樣式的滑槽,因為它們比圓形或矩形滑槽更容易製造且更穩定(矩形更易於控制,但除非習慣於滑翔傘或風箏,否則學習曲線會很陡峭。)

我看到的主要問題是山區經常有風,特別是風在短距離內會發生巨大變化。例如,如果您繞著山脊走來,則可能會從山脊後面的靜止空氣移動到裸露的表面上的壓縮風中,而滑道阻力的變化將是巨大的。在這種情況下,您必須決定是將滑槽放到跟隨您的汽車的擋風玻璃上,還是突然放慢其速度。要么令人尷尬。

Kibbee
2012-06-17 22:41:31 UTC
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您總是可以得到固定的裝備,並用雙腿放慢速度。但是,回到山上將帶來一個完全不同的問題。儘管齒輪比正確,但可能可以通過固定齒輪在山上上下行駛。

我敢打賭,任何適合攀登的裝備都會在下降時發瘋。我很高興能達到每小時30英里的速度;我只是不想做50。
我當時想如果有一輛雙驅動火車自行車,那就好了,這樣您就可以使用固定的齒輪組件在下降時控制自己的速度,並且在不下坡的時候使用齒輪。因此,我認為要么由於機械原因導致不可能,要么有人已經建造了一個。經過一番谷歌搜索後,我發現了這個(http://sheldonbrown.com/bichain-fixed-free.html)。讀到它說,有可能在一側安裝撥鏈器系統,在另一側安裝固定齒輪。絕對有趣,儘管可能比您要查找的要復雜得多。
我可以以30英里/小時的速度毫無問題地進行固定,並且它不是特別高的檔位-如果您找到可以使您升起的檔位,則只需要在下坡時練習旋轉(請注意,您可以讓踏板將腳拉起如果您放鬆,則轉向圓形,您會獲得與汽車降檔類似的發動機制動效果)。或者,當然,請停在頂端並更換鏈輪...
快速數學:這些山坡足夠陡峭,以5 MPH的速度上升非常快。假設我正在以非常保守的50 RPM踩踏(實際上可能更快)。然後,如果我以30英里/小時的速度下降,那麼我將需要加快6倍的踏板速度,即300 RPM。我希望看到能夠使我(或任何人)做到這一點的練習團。
ChrisW
2012-06-20 06:29:28 UTC
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如果加熱是一個問題,也許可以使用盤式製動器,而不是輪輞制動器。

我習慣於人們僅靠現有設備就可以向環境中投入約1 KW;我不確定是什麼問題,下降時會多損失一千瓦。

我相信基礎代謝更像是100瓦,但我還沒有查過。
@Reid-您似乎是對的:根據http://www.engineeringtoolbox.com/met-metabolic-rate-d_733.html,它的範圍從坐著時的100瓦,騎自行車時的500瓦,到跑步時的900瓦。


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