Massimo Clarke: Introduzione alle sospensioni, lo smorzamento idraulico
L’impiego di un banco prova ammortizzatori è particolarmente vantaggioso per gli addetti ai lavori in quanto permette tra l’altro di verificare l’efficacia delle regolazioni, ovvero dei cambiamenti che vengono apportati ai dispositivi che costituiscono la parte “idraulica” delle sospensioni, senza che sia necessario, dopo il montaggio, andare a provare la moto in pista o su strada. I risultati che si ottengono sono oggettivi e rigorosi e non vengono quindi influenzati da fattori esterni o da variabili aleatorie.
L’andamento dei grafici fornisce indicazioni molto accurate per quanto riguarda lo smorzamento, tanto alle basse quanto alle alte velocità con le quali si muovono verticalmente le ruote. Occorre quindi tenere conto sempre del fatto che la sospensione posteriore è generalmente del tipo con singolo elemento elastico-smorzante, collocato a notevole distanza dall’asse della ruota; il movimento di quest’ultima pertanto non coincide con quello dell’ammortizzatore. Esiste perciò un rapporto di leva, dato che la distanza tra il fulcro di oscillazione del forcellone e l’asse della ruota è notevolmente maggiore di quella tra il fulcro stesso e il punto di attacco dell’ammortizzatore. Un semplice esempio descrive chiaramente ciò che questo comporta. Con un rapporto di leva pari a 2,5, se la velocità della ruota è di 500 mm/s, quella dell’ammortizzatore è di 200 mm/s; di conseguenza, se la forza di smorzamento che esso fornisce è di 900 N, il movimento della ruota viene frenato con una forza di 360 N.
A seconda dei casi l’ammortizzatore può essere collegato al forcellone direttamente o mediante un sistema articolato a geometria variabile. In questo secondo caso la situazione è più complessa perché durante l’escursione molleggiante si ha un cambiamento progressivo del rapporto tra lo spostamento della ruota e quello dell’ammortizzatore.
Per quanto riguarda la ruota anteriore, il suo spostamento verticale non coincide esattamente con il movimento della forcella (scorrimento dei foderi rispetto alle canne) dato che quest’ultima è inclinata.
I vantaggi della telemetria
La telemetria consente di conoscere l’escursione e quindi la velocità con la quale si muovono le sospensioni (spostamento in funzione del tempo!) in tutti i punti di un circuito, il che risulta di grande aiuto allorché si lavora alla messa a punto dell’idraulica.
Le basse velocità si incontrano tipicamente in accelerazione, in decelerazione e in curva. Una corretta regolazione delle sospensioni in questo caso si rivela fondamentale anche per il feeling! Il pilota deve “sentire” cosa stanno facendo la ruota e le sospensioni.
Con le alte velocità si ha a che fare invece quando si incontrano irregolarità pronunciate del fondo stradale, buche, etc… Come ovvio qui occorre una frenatura in grado di assicurare un accurato controllo del movimento delle ruote.
È chiaro quindi che, date le condizioni di funzionamento (e quindi le esigenze di frenatura) nettamente differenti, per ottenere il miglior comportamento da parte delle sospensioni sarà necessario disporre di tarature specifiche per le alte e per le basse velocità, oltre a forze di smorzamento diverse per la compressione e per l’estensione.
I grafici che si ottengono con un banco prova ammortizzatori sono di grande aiuto perché descrivono con accuratezza come cambia la forza frenante al variare della velocità e quindi permettono di stabilire in che modo e in quale misura si deve intervenire. Lo smorzamento è legato fondamentalmente a quanto velocemente si deve muovere l’olio e a dove è costretto a passare. I sistemi impiegati per controllare il flusso forniscono curve del grafico forza/velocità che fondamentalmente possono essere ricondotte a tre tipi base, ai quali corrispondono rispettivamente un andamento lineare, regressivo o progressivo (ovvero parabolico). Intervenendo come opportuno è possibile ottenere curve aventi conformazioni diverse, costituite in pratica da una sorta di combinazione di quelle base.
L’esame dei grafici consente di conoscere l’entità della forza frenante massima, il grado di smorzamento medio e la variazione della forza prodotta da un dato cambiamento di velocità (nota anche come coefficiente di smorzamento). È opportuno ricordare che il prodotto tra una forza e una velocità è una potenza. Quella di un ammortizzatore è costituita dalla velocità con la quale esso assorbe energia di movimento (per dissiparla quindi sotto forma di calore).
Fori calibrati e lamelle
A questo punto è opportuno descrivere come lavora un ammortizzatore con maggiore dettaglio rispetto a quanto fatto in precedenza, osservando ciò che accade al suo interno. Alle basse velocità l’olio passa attraverso orifizi a sezione fissa. In molti casi si tratta di fori, praticati nel pistone, che sono completamente indipendenti dai pacchi delle lamelle. Altre volte sono gli stessi fori utilizzati per la frenatura alle alte velocità, disposti in modo tale che una parte di essi viene a trovarsi al di fuori della zona di appoggio della lamella; in questo modo si viene ad avere una sezione di passaggio che rimane invariata e libera anche alle velocità più modeste. Una soluzione che trova largo impiego è costituita da un passaggio praticato nella parte terminale dello stelo dell’ammortizzatore, che consente di bypassare il pistone e i suoi pacchi di lamelle. Si tratta di uno schema molto pratico, che consente di variare agevolmente, agendo dall’esterno, la sezione di passaggio mediante un apposito registro del tipo a spillo conico.
Al crescere della velocità con la quale l’ammortizzatore viene compresso o si estende aumenta il volume di olio che deve passare attraverso il pistone nell’unità di tempo. La maggior forza esercitata dal liquido fa sollevare le lamelle e di conseguenza fa aumentare la sezione di passaggio a disposizione. La resistenza al flusso viene allora controllata dai fori e dalla alzata delle lamelle che agiscono su di essi. La flessibilità di queste ultime “modula” come opportuno la frenatura. Il numero, il diametro, lo spessore e la disposizione delle lamelle costituiscono quindi parametri assolutamente fondamentali nel determinare le modalità di funzionamento dell’ammortizzatore. Pure il pistone però è importantissimo. Si tratta di un componente dalla apparenza semplice, ma la cui geometria è in effetti sofisticata. I parametri in gioco in questo caso sono le dimensioni, la forma, la disposizione e il numero dei fori di passaggio (diversi per l’estensione e per la compressione), nonché la conicità della superficie di appoggio della lamella basale, che determina il precarico.
Non si deve quindi pensare che quando si mette a punto l’idraulica dell’ammortizzatore, agendo sugli elementi di taratura interni, si lavori solo sulle lamelle. Spesso si sostituiscono anche i pistoni con altri aventi differenti caratteristiche. E in certi casi, come quello di alcune forcelle di ultima generazione, vengono forniti dal produttore vari kit di pistoni già muniti di pacchi lamellari.
