מעצור חישוק מודרני (RIM) מול מעצור דיסק מודרני (DISC )

מה עדיף? מעצור שעוצר את האופניים דרך החישוק או מעצור דיסק מודרני, הידראולי או מכאני

אין ספק שהמעצור בכל כלי רכב, כולל באופניים, מעליות, מנופים, מלגזות, מחרטות, מנועים חשמליים ובמתקנים תעשייתיים רבים אחרים הוא מערכת חיונית ובטיחותית מהמעלה הראשונה. לכן כדאי שאנחנו, המהנדסים, המתכננים  ואנשי האחזקה, נדע לנתח ולהחליט מה עדיף ומה מתאים לנו יותר

מעצורי דיסק ומעצורי חישוק

ומדוע אני בוחר באופניים (ולא ברכב, שגם שם עברו ממעצורי תופים למעצורי דיסק)?

הסיבה היא שכמעט ואין למצוא בשוק מעצורי חישוק. רק דיסק. פה ושם מכניים (מופעלי כבל) והרוב הידראוליים.

ככה. כבר אי אפשר לבחור.

אז מה באמת יותר טוב?

רגע!

מה זה יותר טוב? איך מגדירים?

והיותר חשוב, אצלנו, מה מודדים ואיך?

אז קודם כל, אצלנו (מהנדסים מתכננים ואנשי אחזקה), כוח החיכוך שאפשר להפיק ממעצור, יכול להיות פרמטר ראוי.

נכון. אבל אנחנו רוצים מומנט בלימה, וזה מכניס גורם נוסף והוא אורך הזרוע שבה פועל הכח. אז הנה השואה טיפוסית:

השואת קוטר מעצור חישוק ודיסק

מבלי להתאמץ (אפילו ללא “מטר” ביד) אפשר לראות שכדי להפיק את אותו מומנט העצירה, מעצור הדיסק (מכאני או הידראולי) צריך להפעיל פי 4 יותר כוח מאשר מעצור החישוק המסורתי. וזו כבר נקודת פתיחה נחותה.

תגידו שהחישוק מדויק פחות וחשוף לפגיעות ו “לזריקות” אקסיאליות (מה שמכונה “שמיניות”), לכן צריך יותר “מהלך” ליניארי לרפידות ואפשר להגדיל את קוטר הדיסק, ואז יתרון המיקום לטובת מעצור החישוק, מצטמצם. זה נכון, אך עדין נשאר יתרון מובהק, מה גם שבמערכת המעצורים המכנית אפשר לייצר יחסים משתנים: סגירת מרחק ראשונה הגברת כוח קטנה, ורק בסוף המהלך, כשהרפידות נצמדות לחישוק- הגברה של הכח.

אז מה בכל זאת?

למה דיסק?

מצאתי באינטרנט, בין היתר, מאמר די מאוזן והוגן, ואני מצטט את היתרונות שבכל שיטה:

יתרונות מערכת מעצורי חישוק (מתוך האינטרנט)

קלה יותר ממעצורי דיסק (עד 400 גרם)

יותר אווירודינמית

פשוט יותר לתיקון

עלות נמוכה יותר

יתרונות מערכת מעצורי דיסק (המקור לעיל)

נותנים כוח עצירה גדול יותר, יתרון בירידות ארוכות

אין חימום של החישוק, שבירידות ארוכות, עלול לגרום לפיצוץ בגלגל

עצירה מדויקת יותר לכן סכנת נעילת הגלגל קטנה

עובדים טוב יותר במזג אויר רטוב

שינוי גודל הדיסק מאפשר הגדלת הכוח בעצירה לפי רצון הרוכב

מאפשר שימוש בצמיגים רחבים יותר

לכל יתרונות מעצורי החישוק, אני מסכים. הם אף פשוטים ומדידים.

ליתרונות מעצורי הדיסק… יש לי קצת בעיה:

  1. מה פירוש כוח עצירה גדול יותר ולמה יתרון רק בירידות ארוכות?
  2. הפיצוץ הזה בגלל התחממות הצמיג, בשבילי, חייב בדיקה
  3. קל יותר לשליטה, ולכן קל יותר למנוע נעילה? חייב הוכחה ובדיקה
  4. לכשיירטבו. אופניים מסתובבים מעט מאד בגשם עז, ואז הם נעים מאד לאט. במקרה של מעבר בשלולית, כמה זמן לוקח לייבש את המעצורים והחישוק? יתכן שזה יתרון. אך הוא מוגבל בישימותו.
  5. שינוי… אין משנים את הקוטר בזמן נסיעה וגם לא בחניה. לשנות בבית המלאכה, אפשר גם מעצורים מכניים של חישוק לשכלל.
  6. מדוע מעצור חישוק אינו מאפשר שימוש בצמיג רחב?

אם אני אסכם (את היתרונות של הדיסק שבמאמר), למעצורי הדיסק יש יתרון בנושא פיזור החום, ובתפקוד ברטיבות ובבוץ. לטענת המאמר (ודעות נוספות ששמעתי) מעצורי דיסק, ברטיבות ובוץ ממשיכים לתפקד לעומת מעצורי החישוק, שאינם מתפקדים.

בעצמי נכנסתי לבוץ דביק, עם אופני מעצורי חישוק, וכן, בוץ נתקע בין המעצורים וגוף האופניים, והכל נעצר. לא הייתי זקוק כלל למעצורים, עד שניקיתי את כל הבוץ. רכבתי גם בגשם וגם בשלוליות. אינני זוכר שהיו לי קשיים בעצירה. אולי לרוכבי סינגלים שטסים בתוך שלוליות ובוץ, יש צורך במעצורי דיסק בתנאים אלו.

כתובת המאמר: 

כתובת מאמר מעצורי חישוק מול דיסק

כן, יש טענה (במאמר היא קצת סמויה) שמעצורי הדיסק יעילים (אפקטיביים) יותר.

הבה נבחן טענה זו.

נניח שאנחנו מבקשים לעצור אופניים, במהירות של 30 קמ”ש, במסה כוללת של 100 ק”ג, ובתוך 5 מטר (מרחק עצירה סביר לאופניים).

התאוטה תהיה: 7 מ’\שניה2    

חישוב התאוטה לאופנים      

הכח הדרוש      F=ma :                                    F=100×7=700N

כדי לעצור בעזרת גלגל אחד, ומערכת מעצורים “חישוק”, צריך המעצור כוח של 1400N בהנחה שמקדם החיכוך בין המעצור לחישוק הוא 0.5.

הכוח שיש לפתח במעצור דיסק יהיה גדול פי 4! בגלל יחסי הקטרים. כלומר 5,600N (אין סיבה שמקדם החיכוך יהיה שונה)

ואם תראו סרטונים שמראים לכם איך אופני דיסק עוצרים יותר “יעיל” יחסית לאופני “חישוק” תבדקו את שאר הפרמטרים: מקדם חיכוך ומבנה התמסורות (מכני והדראולי). כפי הנראה התמסורת של הדיסק מספקת הגברה עצומה, הרבה יותר מפי 4 , ואם תרצו, אפשר לבנות תמסורות מכניות שמגבירות גם את כוח מעצור החישוק. אלא שהאחרון יזדקק לכוח קטן יותר!

מכאן, שבלאי המערכת של החישוק קטן יותר והוא מתבלה פחות.- עוד יתרון למעצורי החישוק.

כמות האנרגיה ההופכת לחום, בשני המקרים, צריכה להיות דומה (למרות שהכוחות בחישוק הרבה יותר קטנים) לשם פשטות נניח שהיא שווה.

אלא, החישוק נע יחסית לאויר שמסביבו, מהר פי 4 מהדיסק, לכן פיזור החום שלו הרבה יותר טוב, ושטח הפנים הגדול של החישוק, מהווה יתרון נוסף. היתרון היחיד של הדיסק ב”יעילות פיזור האנרגיה”, הוא שאין לדיסק כל מגע עם הצמיג, כך שהוא אינו תורם להגברת הלחץ בתוך הצמיג, אך הוא צריך שלא יתחמם בעצמו, כדי שלא יפגע במקדם החיכוך עם הרפידות (שמושפע מאד מחום).

משהו רוצה להתמודד עם בדיקת אפשרות עליית הלחץ בצמיג עקב עלית הטמפ’ של החישוק, בעצירה ארוכה, נאמר בירידה מירושלים לים המלח?

ועד שנמצא את המתנדב, נעשה בדיקה מהירה- אני אוהב את השיטה הזו.

נבדוק בכמה צריכה לעלות הטמפ’ בצמיג כדי שהלחץ בתוכו יעלה לפי 1.5.

למה 1.5 דווקא?

אני מניח שזה מקדם ביטחון מינימלי שיבטיח שהצמיג לא יתפוצץ (המצאה שלי. אף אחד אינו מחויב לזה)

טמפ’ הסביבה והאוויר בצמיג  ℃30 (303ºK)

ידוע:                                             P2/P1=T2/T1

הנחנו:                                                                                P2=1.5P1

נקבל:                  T2=1.5xT1=1.5×303=454.5 ºK

שזה        ℃181.5

נראה הגיוני?

לי לא נראה שתרחיש כזה קרה בירידה מהפרינאים בטור דה פרנס (ירידות של כ 1500 מטר גובה) כשהשתמשו עדין במעצורי חישוק.

לכן קשה לי לקבל את הטיעון של “הצלת” הצמיגים מפיצוץ ע”י שימוש במעצורי דיסק.

ואם מדברים, על הגדולים, אז הורדתי תמונה אקראית מהרשת על הטור דה פרנס 2021, והנה מה מצאתי בתמונה הראשונה:

מעצורי אופניים בטור דה פרנס

הטורקיז, אמנם עם מעצורי דיסק, אבל הצהוב! רחמנא ליצלן!! מעצורי חישוק!!!

אז לא כולם השתכנעו מהמאמר באינטרנט?!

כן, וגם ההגאים במטוסים קלים נשארו מכניים עם כבלים.

אפשר להמשיך בדיון, אך אני מקווה שהצלחתי להבהיר את הנקודה:

המהנדס (המתכנן ואיש האחזקה) חייב לבדוק את העובדות. אסור לקבל שום דבר מובן מאיליו. ולנו יש (לפחות אמורים להיות) הכלים לבדיקה.

אז הנה המלצה: השתמשו בכלים שלנו!

ובמיוחד, אל תסחפו עם המודה (אופנה), ולא עם הפרסום והשיווק!

 

לסיכום: 

  1. מעצורי הדיסק הם אופנתיים, אך אינם בהכרח טובים/ מתאימים לאופנים יותר ממעצורי החישוק הוותיקים 

  2. המהנדסים חייבים לבדוק את כל הנתונים ואסור לקבל שום דבר כמובן מאיליו

  3. כשחסר נתון, צריך לדעת לעשות הנחות הגיוניות. מותר לחזור ולעשות מקצה שיפורים עם נתונים מדויקים יותר

  4. אסור להיסחף עם הפרסומת או האופנה

  5. אישית, אני בעד מעצורי החישוק, אם כי (כמו כל הנושא שנקרא “אופנים”) לא יזיק קצת תוספת תכנון הנדסי טוב

עכשיו תורכם  

עד כאן הצגתי בפניכם את חשיבות הירידה לפרטים, והיכולת של אומנות ההנדסה לסנן עובדות שיווק תפלות. הבנו, כיצד יש לבחון נתונים ולהתבונן בסוגיה מכמה שאפשר יותר כיוונים שונים. עתה הבמה כולה שלכם. מה תוכלו להוסיף מניסיונכם? על איזה מקרה או ניסוי שעשיתם הייתם רוצים לספר לנו? אנא שתפו אותנו פה למטה, בתגובות, כדי שכולנו נלמד ונצמח ביחד.

הצעד הבא שלכם להצלחה

אהבתם? שתפו את המאמר עם חברים וקולגות. רוצים לקבל ממני עוד הרבה טיפים מועילים, עקרונות מנחים והדרכה מעשית בנושאים שונים ומגוונים בהנדסת מכונות? במיוחד בשבילכם כתבתי את 7 הכללים למניעת כשלים כואבים בחיבורי ברגים. להורדת הכללים  במתנה ממני ולגמרי בחינם – לוחצים כאן.

אודות משה קלמן

אינג' משה קלמן, בוגר לימודי הנדסת מכונות בטכניון במגמת אנרגיה, ובעל תואר שני במנהל עסקים, מהאוניברסיטה העברית בירושלים, מביא אתו ניסיון עשיר של כ-40 שנה בתחומי הנדסה שונים ומגוונים. את הניסיון העצום שצבר, יצק לתוך מגוון תכניות הדרכה למהנדסים בהתאמה לצורכי הארגון.

להורדה בחינם של מדריך הבזק "הנדסה בחקירה" שבו אסף דוגמאות של כשלים קטסטרופליים שנבעו מהזנחה של עקרונות הנדסיים בסיסים – לחצו על הקישור "כן, אני רוצה ללמוד מניסיונם של אחרים"

6 תגובות

  1. איגור הגב

    היי משה,
    כתבה עיניינית ומעניינת. אני בעצמי רוכב אופנים. לכן אני אוסיף כמה דברים, יותר מנקודת מבט של רוכב הרים. יתרון נוסף למעצור חישוק הוא שכח הבלימה הוא סימטרי משני הצדדים, לעומת מעצור דיסק שיוצר מומנט כי הדיסק ממוקם במרחק מסויים מהציר.
    באופני הרים החישוק סובל מהלומות וabuse כל כך קשים שלפעמים צריך לתקן שמיניות כל כמה רכיבות, לכן עצירה עם חישוק יכולה להיות לא אחידה מה שישפיע גם על העצירה וגם על ההיגוי. מעניין גם לבדוק תוך כדי לרכיבה על גינון סלעים, תפקוד של מעצורי דיסק מול חישוק, כאשר החישוק נחבט תוך כדי.
    לגבי כח החיכוך: ישנם מספר סוגי רפידות למעצורי הדיסק. סינטטי, אורגני, מטאלי, סמי מטאלי, קרבון, ועוד… לכן זאת נקודה מעניינת האם אפשר ליצור כח חיכוך גדול יותר, מה שכן יחסית קל להחליף את הרפידות. יש גם מעצורי דיסק עם 4 pistons, להגברת כח העצירה.
    באופני הרים באמת יש חשיבות לרוחב הצמיג, שיכול להגיע עד 2.8 אינץ’ באופניי הרים רגילים או מעל 4″ לfat bike. לכן, דיסק האופציה היחידה.
    בבלמי דיסק הידרוליים ברמות הגבוהות יש הרבה אפשרוית להתאים את מרחק הידית מההגה ואת מרווח בין הרפידות לדיסק למתי תתחיל “הצביטה”.

    אותי גם מעניין מאוד עניין סוגי המנגנונים של שיכוך (single pivot, 4 bar, 4bar single pivot, virtual pivot point)של יצרניות אופניים שטוענות שהטכנולוגיה שלהם עדיפה על אחרים…
    אבל זה נושא אחר 🙂
    בכבוד,
    איגור

    • משה קלמן הגב

      איגור
      תודה על תגובתך.
      הערתך בעלת ערך רב, כי היא מכילה הרבה ניסיון אישי.
      אנסה לבדוק את הנושאים שהעלת, (במסגרת הזמן הפנוי)

  2. רועי רז הגב

    משה שלום,
    אתחיל בקצת היסטוריה, מעצורי הדיסק הופיעו לראשונה על אופני הרים לפני 20 שנה כמעט, כסוג של התאמה מאופנועי שטח. על אופני כביש מדובר במשהו יחסית מאוד חדש, בשנתים שלוש האחרונות.
    אני מסכים איתך כי בתעשיית האופניים יש הרבה פעמים טרנדים ואופנות שאין להם תמיד איזשהו יתרון הנדסי ממשי לתפעול האופנים.
    באופני השטח קיימים מעצורי דיסק מכאניים ומעצורי דיסק הידראולים. כיום רוב המעצורים הם הידראולים.
    כדי לבחון את נחיצות רכיב מסויים של מערכת יש להסתכל על כל ההיבטים של הרכיב באינטגרציה עם המערכת הכללית כמו התאמה לרכיבים אחרים, נוחות תפעול ותחזוקה.
    כמו כן נחיצות של רכיב מסויים או מפרט של אופניים צריכים להתאים לצרכי המשתמש. תסכים איתי שכדי לנסוע מהבית לעבודה בגוש דן מספיק רכב סטנדרטי כמו טיוטה קורולה עם מנוע בולמים ומעצורים רגילים. אבל רכב ספורט כדוגמאת פורשה מצוייד במערכות בלימה הרבה יותר עוצמתיות, עם דיסקים בקוטר גדול וקלאפירים רבי בוכנות. אם אתה משתמש באופנים כדי להגיע ממקום למקום commuting או רכיבת טיול בשבילי הארץ קרוב לדאי שתתסתפק במעצורי חישוק.

    אני אמנה את היתרונות של מעצורי דיסק לאופני הרים:

    1. בלימה בתנאים רטובים, הרבה פעמים רוכבים בשטח אחרי הגשם (לפעמים גם יורד גשם לא מתוכנן) וישנם שלושליות ותנאים רטובים בהם יש צורך ביתרונות הבלימה של דיסקים.
    2. באותו נושא, מרווח הבוץ ללא בולמי חישוק גדול יותר במקרה של הצטברות בוץ על הגלגל.
    3. במערכות הדיראוליות יש מכפילי כוח כדוגמאת הבלם במכונית, מהלך הידית גדול יותר ממהלך התקרבות הרפידות לדיסק. מניסיון אישי של רוכב +אופנים+ציוד של קרוב ל-95 ק”ג אני יכול לבצע בלימה עם רק אצבע אחת על הידית כדי להשאיר את שאר האצבעות על הכידון לשליטה מיטבית בשטח טכני. וזה בלי להפעיל יותר מידי לחץ עם האצבע. מדובר במהירויות בלימה של מ-50+ קמ”ש
    4. אין צורך בכיוונים תכופים של המערכת. בבלמי דיסק הדראולים אין צורך בכיוון מרחק הרפידות מהדיסק כמו שקיים במעצורי חישוק. יש צורך לבצע bleed או ניקוז אוויר למערכת פעם בתקופה. או בהחלפת רפידות. מניסיון אין כמעט התעסקות עם המערכת. אין כבלים שצריך להחליף, שמתארכים ושמחלידים.
    5. ישנה מודולציה טובה לעוצמת הבלימה הנידרשת כדי להמנע מנעילת גלגל בשטח על קרקע עם מקדמי חיכוך שונים.
    6. ניתן להתקין גלגלים עם רוחב חישוק משתנה ועם צמיגים בעובי משתנה.
    7. כיום הרבה גלגלים (חישוקים) עשויים מקרבון, אין צורך לתכנן פס מגע עם בולם החישוק וככה ניתן לתכנן חישוק קל יותר.
    8. אם יש צורך בעוצמת בלימה גדולה יותר ניתן להתקין דיסק עם קוטר גדול יותר יחסית בקלות.
    9. לרוכבי down hill שצריכים עוצמת בלימה גדולה יותר ישנם קליפרים עם 2 בוכנות ויותר.

    לגבי אופני כביש העניין יותר שנוי במחלוקת.
    בטור דה פרנס רוכבים הרבה בגשם ותנאים רטובים ויתרון בבלימה של דיסקים משמעותי.
    אבל בגלל הירידות הארוכות יש בעיית התחממות ופינוי חום ועצמת הבלימה יורדת בדיסקים במקרים האלו.
    מערכת הדיסקים כבדה בחצי קילו ממערכות בלמי החישוק. חסרון לרוכבים תחרותיים.
    יש סכנה לקבל חתך מהדיסק במקרה של תאונת רבת רוכבים. עניין שקורה לא מעט בטורים כאלו.
    הם פחות אווירודינמיים.

    מצד שני בבלמי חישוק היו מקרים של התחממות החישוק עד כדי פיצוץ הגלגל או סדק בחישוק עצמו שכפי שציינתי הרבה פעמים מייצור מסיבי פחם.
    יתרון נוסף של דיסקים בדומה לאופני ההרים שניתן לייצר חישוקים בעובי מוגדל ללא פס עצירה.

    לסיכום,
    כפי שציינתי בהתחלה כל רוכב והצרכים שלו. רובינו לא רוכבי טור דה פרנס או רוכבי down hill שוק האופניים מלא בטרנדים ובמוכרים שרוצים לשכנע אותך שאתה צריך כל מיני פיצ’רים שתכלס מיותרים לשימוש שלך.
    לכן כמו איפיון ותכנון של כל מערכת יש צורך להגידר את הצרכים של הרוכב ולפי זה להתאים אופנים.

  3. אלי הגב

    יש עוד עניין שאני נתקלתי בו בבלמי חישוק חוץ מפיצוץ הפנימית מחום של הבלם, יכול להיות מצב של שחיקת החישוק עצמו משימוש אגרסיבי,זה קרה לחבר שלי, רוב החישוקים היום הם מאלומיניום והוא השתמש הרבה שזה ממש השחיז לו את החישוק וממש ראו ירידת עובי, שבהמשך היה צריך להחליף חישוק ולבנות גלגל מחדש, בבולם דיסק בדרך כלל הדיסק מפלדה או נירוסטה, ושם אם קורה כזה דבר ההחלפה של הרוטור היא לוקחת כמה דקות בניגוד לחישוק שדורש בניית גלגל.

    • משה קלמן הגב

      אלי,
      תודה על תגובתך.
      אמת, החישוק יכול להשחק ולצאת משימוש. לדעתי, יקח הרבה זמן, ואפשר להחליף גלגל/חישוק באחר. זו לא צריכה להיות תקלת דרך.
      פיצוץ בגלל חום. יתכן. אך קשה לי להאמין שהתרחש. האם ראית בעיניך פיצוץ שכזה? והפנימית הייתה חדשה? ובטוח שבגלל החום?
      תעשה חשבון קטן: כדי שצמיג יתפוצץ רק בגלל הלחץ הפנימי, צריך להגדיל את הלחץ ב, נאמר 50%. כדי שזה יקרה, הטמפ של האויר בתוך הצמיג, צריכה לגדול ב 50%, אך, שים לב, במעלות קלווין. שזה אומר לעלות ב 150 מעלות קלווין. נראה לך שזה קרה למשהו בזמן הירידה, אפילו מהפרינאים בטור דה פרנס? (אני ירדתי מהפרינאים באופני כביש. זה לא קרה- החימום הזה, וגם לא התפוצץ הצמיג).
      אבל, לפחות תיאורטית, נקודות לזכות המערכת ההידראולית…
      שנה טובה, וגמר חתימה טובה

השארת תגובה