Развитие технологий композитных велосипедов: часть 2 — повышение прочности рамы и обода

Мой недавний блог о велосипедах HIA Velo касался использования высокомолекулярного полипропилена (HMWPP) с углеродным волокном для более прочных рам. Но есть еще тема: ободы (колеса), комбинирующие углерод и HMWPP для большей вязкости. Я недавно поговорил с Рэем Скраггз, основателем, владельцем и дизайнером Derby Rims LLC (Сан-Ансельмо, штат Калифорния, США). Компания названа по прозвищу Скраггза (derby), полученному за участие в дружеских велогонках в горах Калифорнии.

Скраггз начал проектировать и тестировать ободы из углеродного волокна в 2012 году, и в 2013 продал первые горные ободы, которые были шире любых доступных тогда. «Мои дизайны имели значительно улучшенные более толстые, прочные верхние стенки обода и безопасность удержания шины по сравнению с существующими композитными ободами», — говорит Скраггз. Продвинутые райдеры оценили преимущества в ширине, прочности и безопасности. Скраггз реинвестировал всю выручку обратно в бизнес, продолжая основную работу по тестированию и разработке бизнес-софта. Он объясняет, что подал патентные заявки для защиты, но добавляет: «Мои дизайны тут же были скопированы почти каждым брендом углеродных ободов».

Дизайны Скраггза производила китайская компания с экспертизой в углеродных композитах и велосипедах. Он говорит, что был «поражен» при оценке первых ободов. Конфиденциальный производитель использует стальные формы, укладывает однонаправленное углеродное волокно в формы и применяет пульсный баллон для давления консолидации полой части обода. После отверждения и охлаждения формы ободы снимаются, снимается заусенец, шлифуются, сверлятся (под спицы) и финишируют (некоторые красятся), — говорит Скраггз: «Завод Derby Rims имеет 24 этапа контроля качества при производстве каждого обода перед отгрузкой».

Скраггз говорит, что, вероятно, нет более тяжелого предназначенного для удара применения углеродного волокна, чем горный обод. Они подвергаются частым и нерегулярным изгибам от камней и корней на тропах, и множественным тяжелым гравитационным нагрузкам (G-нагрузкам) при компрессии, когда колеса ударяются о препятствия и преодолевают внезапные обвалы или приземления после прыжков, где полный вес райдера часто сильно ударяется о седло и полностью сжимает подвеску. После появления Derby Rims слух о их качестве и производительности быстро разнесся среди райдеров и гонщиков. Первые ободы Derby были 34 мм (внутренняя ширина) и 40 мм (внешняя), 31 мм глубины, толщина стенки 3 мм, что значительно повысило устойчивость к острым ударам на каменистых тропах и устойчивость к излишнему изгибу обода по сравнению с алюминиевыми и другими композитными ободами. Действительно, ободы Derby сразу были в 3–5 раз прочнее любых других горных ободов из углеродного волокна в 2013 году. Тем не менее, Скраггз говорит, что углеродные ободы могут делиминироваться и микротрещиноваться при действительно сильных ударах в области верхней стенки обода (где шина крепится к ободу).

«Я искал дальнейшие улучшения прочности и наткнулся на ребят из Oxeon (Борас, Швеция), которые пригласили меня на CAMX 2016 в Анахайм. Я поехал на выставку, и они познакомили меня с Джен Ханной из Innegra Technologies [Гринвилл, штат Южная Каролина, США].» Ханна направила Скраггза к Рассу Эманису из Innegra, который предоставил образцы тканей Innegra и гибридных материалов углерод-Innegra, а также предложения многослойной укладки с Innegra для горного обода.

После экспериментов с Innegra в различных зонах обода, Скраггз скорректировал укладки для каждой модели и типа колеса. «Первые калиброванные машинные тесты на изгиб тестовых ободов в конце 2017 года, гибрид Innegra S/углерод, показали улучшенные показатели допуска нагрузки на изгиб по сравнению с обычным производством 100% углеродного волокна UD с тем же весом и числом слоев», — говорит Скраггз. Эти результаты дали ему уверенность инвестировать в еще несколько тестовых ободов и реальных колес для тестирования экспертов по горному велосипеду.

Весной 2018 года тестовые ободы с Innegra были переданы двум райдерам категории Expert и Pro для реального экстремального тестирования. Тестовые райдеры не испытали ни одного отказа обода в течение почти 12 месяцев частого тренировочного использования. «Гибридные тестовые ободы с Innegra, переданные моим тестовым райдерам, имели значительно более легкую укладку по сравнению с 100% углеродной моделью Downhill, на которой они обычно гоняли. Мы ожидали, что гораздо более легкие гибридные ободы быстро выйдут из строя. Но они продолжают использоваться для частых тренировок более 2000 миль и выдерживают экстремально жесткое использование, включая приземления с 25-футовых прыжков и препятствия даунхилл-трасс на очень высоких скоростях по каменистой местности».

Скраггз планирует продолжить тестирование зимой в известной лаборатории прочности в Лос-Анджелесе, оснащенной динамическими роликовыми стендами для тестирования до 6 колес одновременно с крупными буграми на роликах и тяжелыми нагрузками на осях. Будут протестированы до отказа два гибридных тестовых колеса и два базовых производственных. «После этого теста у меня будет уверенность инвестировать в гибридные ободы с Innegra для производства».

Посетите сайт Derby Rims: https://www.derbyrims.com/leader-of-rim-design.html.