Od kołyski aż po grzbiet – ramy motocyklowe

Często słyszymy, że jeden motocykl ma archaiczną i słabą ramę, a drugi nowoczesną i zaawansowaną. Ale co to znaczy? Czy rama nie ma być tylko bazą dla wszystkich podzespołów motocykla? Otóż nie. Od konstrukcji ramy zależą geometria podwozia, rozkład mas, prowadzenie, komfort jazdy oraz bezpieczeństwo, a do tego musi ona znosić niesamowite przeciążenia, i to w każdych warunkach atmosferycznych. Różne motocykle mają różne wymagania co do tych aspektów, więc i różne są rodzaje ram oraz materiały, z jakich je zbudowano. Najprostszym typem jest pojedyncza kołyska wykonana ze stalowych rur lub profili zamkniętych. Dziś te ramy stosowane są jedynie w niedrogich i powolnych maszynach.

Rama kołyskowa, z podwójnymi podciągami, stosowana w motocyklach terenowych, gdzie liczą się małe gabaryty, wytrzymałość i elastyczność. Wykonuje się ją ze stali lub aluminium.

Głównie dlatego, że są tanie, kompaktowe i zmniejszają gabaryty motocykla. Ograniczenie ich stosowania do pojazdów o skromnych osiągach spowodowane jest niewielką sztywnością. Taka rama w połączeniu z mocnym silnikiem, np. 60-konnym, podczas przyspieszania nadmiernie się wygina i skręca, co powoduje destabilizację motocykla. Podobnie zachowuje się w trakcie pokonywania zakrętów z wysokimi prędkościami – brakuje jej sztywności. Bardziej zaawansowana jest podwójna kołyska, czyli z dwiema belkami u góry i dwoma podciągami. Taka budowa zwiększa masę i gabaryty, ale też podnosi sztywność konstrukcji. Dlatego jeszcze kilkadziesiąt lat temu większość mocnych motocykli miało właśnie taką ramę. Jednak wciąż daleko jej do ideału, co zapewne potwierdzą właściciele dużych japońskich modeli z lat 70.

Choć sztywniejsza od pojedynczej, podwójna kołyska wciąż nie radzi sobie dobrze w trakcie szybkiej jazdy, bo jest po prostu zbyt wiotka. Ale nie znaczy to, że do niczego się nie nadaje. Wciąż świetnie odnajduje się w klasycznych motocyklach typu cruiser, chopper czy dużych japońskich nakedach, jak Honda CB 1100. Motocykle te nie są bowiem nastawione na szybką, tylko komfortową jazdę. W takich warunkach ta rama całkowicie wystarcza. Mała sztywność zapewnia łatwe i płynne prowadzenie przy niskich prędkościach. Do tego dochodzi jeszcze kwestia komfortu – wiotka rama w pewnym stopniu wspomaga zawieszenie w tłumieniu drgań i nierówności. Ostatnią wariacją kołyski jest jej pojedyncza wersja, ale z podwójnymi podciągami dolnymi.

Podwójna kołyska, to zabytek w świecie ram i poza klasykami nie znajduje już zastosowania. Do mocnych, współczesnych maszyn jest zbyt ciężka i wiotka

Można ją spotkać głównie w lekkich i mocnych enduro czy crossówkach, co może wydawać się dziwne w świetle tego co napisałem wcześniej. W zastosowaniu offroadowym taka rama jest jednak najlepszą opcją. Po pierwsze, jest lekka i mała; po drugie, jej dolne podciągi chronią silnik przed poważnymi uszkodzeniami np. po wylądowaniu na belce lub kamieniu. Po trzecie, nieprzesadnie sztywna rama bardzo dobrze wspomaga zawieszenie podczas jazdy po bezdrożach i akurat w tym przypadku poprawia stabilność oraz wyczucie maszyny. Wszak w enduro czy MX występują mniejsze prędkości niż w jeździe szosowej.

W ramach nowoczesności

Ramy kołyskowe, poza kilkoma wyjątkami wymienionymi powyżej, nie znajdują już szerokiego zastosowania. Z powodzeniem wyparły je ramy grzbietowe, których główne elementy konstrukcyjne są umieszczone w górnej części. Można rozróżnić ich dwa zasadnicze typy – z rurą centralną lub, najczęściej spotykane, z dwiema belkami po bokach (tzw. grzbietowa boczna). Taka konstrukcja jest nieporównywalnie sztywniejsza, a przy tym lżejsza od kołyski. Z tego względu obecnie większość maszyn sportowych, turystyków i mocnych nakedów ma właśnie taką ramę. Co ciekawe, jest to rama otwarta, czyli bez dolnych podciągów. Zastąpił je silnik, który stał się elementem nośnym.

Grzbietowa kratownica ze stali może być lżejsza od swojego aluminiowego odpowiednika.

Ten zabieg ma niebagatelny wpływ na usztywnienie konstrukcji oraz, co ważne, odciążenie jej. Będąc przy temacie ram grzbietowych, warto wspomnieć o tym, że zazwyczaj są one wykonywane z dwóch rodzajów materiałów – stali lub stopów aluminium (dla uproszczenia będę używał po prostu nazwy „aluminium”). Ten drugi powszechnie uważa się za lepszy, jest bowiem dwa razy lżejszy od stali. Z drugiej strony, aluminium jest też znacznie mniej wytrzymałe, więc by uzyskać zbliżone parametry, trzeba zastosować większą ilość materiału. W wielu przypadkach i tak te konstrukcje są znacznie lżejsze, przy zachowaniu większej sztywności.

Monocoque to jednolity odlew z aluminium, wybitnie sztywny i lekki

Początkowo wiązało się to z dużymi kosztami, ale dziś jest na odwrót. Aluminium w masowej produkcji jest obecnie często łatwiejsze i tańsze w obróbce od stali, co ma duże znaczenie, w szczególności przy skomplikowanych kształtach ramy. Do tego, dzięki nowym technologiom wytwarzania, jak np. odlewanie metodą wysokociśnieniową, ramy aluminiowe mogą być coraz mniejsze i trwalsze. Pozwoliło to także na dopracowanie ram nowego typu, czyli monocoque. Jest to konstrukcja przestrzenna i jednolita, a więc pozbawiona łączeń, co zwiększa jej wytrzymałość i sztywność oraz zmniejsza masę.

Do tego może również pełnić dodatkowe funkcje, np. airboxu i mieć zintegrowane kanały ssące. To rozwiązanie, ze względu na wysokie skomplikowanie konstrukcji, nie zdobyło jednak dużej popularności i w produkcji seryjnej można było je spotkać właściwie tylko w droższych motocyklach Kawasaki np. ZZR 1400 czy GTR 1400.

Stal kontra aluminium

Zalet ram z aluminium nie da się podważyć – są lekkie, sztywne, nie rdzewieją i są stosunkowo tanie. Nie ma jednak szans, by całkowicie wyparły one stal, która jest przede wszystkim wytrzymalsza. Rama aluminiowa jest sztywniejsza, ale po pewnym czasie może zwyczajnie pęknąć, i to wcale nie w wyniku dużych przeciążeń. Po prostu po dużej liczbie odkształceń, materiał ten traci swoją wytrzymałość, co pokazuje chociażby przykład starych Kawasaki Ninja, które słyną z popękanych ram.

Grzbietowa boczna, aluminiowa – dziś to niemalże standard w mocnych motocyklach.

Do tego w trakcie wypadku rama aluminiowa po prostu się łamie, a nie krzywi lub pęka jak stalowa. Mowa tu jednak o sytuacjach skrajnych, a co z tymi bardziej przyziemnymi? Otóż chociażby zwykłe wrażenia z jazdy są różne w przypadku ram aluminiowych i stalowych. Aluminiowe są w niektórych przypadkach aż za sztywne, co procentuje stabilnością w wybitnie szybkiej jeździe, ale przy normalnej lub amatorskiej sportowej sprawia, że motocykl jest twardy i oporny w zmianie kierunków.

Rama bowiem powinna w pewnym stopniu się uginać, ale mowa tutaj o delikatnych ruchach wzdłużnych, a nie niekontrolowanym skręcaniu, jak w starych kołyskach. Elastyczność konstrukcji sprawia, że przy niewielkich prędkościach motocyklem łatwiej sterować, a w trakcie szybkiej jazdy zacieśnienie zakrętu wymaga mniej wysiłku. Wpływa to także pozytywnie na przyczepność w trakcie jazdy sportowej, z dużymi złożeniami. Można powiedzieć, że na pofalowanej nawierzchni, która zdarza się nawet na torach, tłumi część nierówności i ogranicza możliwość utraty przyczepności. Nie jest to temat łatwy, zwłaszcza w motocyklach sportowych, bowiem elastyczność ramy trzeba wystroić tak, by zapewniała dobre prowadzenie zarówno przy niskich, jak i wysokich prędkościach.

Rama jako zbiornik paliwa. Niektórzy producenci, jak Buell czy Beta, wykorzystali w ten sposób gabaryty ram grzbietowych.

Konstruktorzy ram aluminiowych radzą sobie jednak i z tym. Najczęstszym sposobem jest zespawanie lub skręcenie aluminiowych odlewów czy odkuwek obrabianych różnymi metodami, co ma zapewniać kontrolowaną elastyczność. I rzeczywiście daje to zamierzone efekty. Pozostaje jeszcze kwestia bardzo indywidualna, czyli wyczucie motocykla. Wielu kierowców woli charakterystykę ram stalowych, bowiem ich zdaniem dają one lepszą informację zwrotną o tym co się dzieję z maszyną.

Z tego względu wielu producentów, jak KTM, Ducati, BMW czy Kawasaki, konsekwentnie nie rezygnuje ze stali lub do niej wraca. Specjalistą w tej dziedzinie jest KTM, który po wielu testach ram aluminiowych definitywnie odrzucił ten projekt i nawet w MotoGP używa stalowej kratownicy grzbietowej. Przy zastosowaniu ich technologii i materiałów, rama ze stali sprawuje się lepiej, jest mniejsza i, co ciekawe, lżejsza! Niestety jest też droższa, bo wykonanie ramy o takich parametrach wymaga zaawansowanych technologii i przede wszystkim więcej czasu.

Modny minimalizm

Ostatnim krzykiem mody są filigranowe grzbietowe ramy, potocznie nazywane szczątkowymi. Głównym ich elementem nośnym, czyli mówiąc wprost, usztywniającym i spinającym całą konstrukcję, jest silnik. Rama może być przez to bardzo mała i lekka oraz zapewniać bardzo dobre wyczucie motocykla. To rozwiązanie w szczególności upodobały sobie BMW oraz Ducati w nowych Panigale V4. Z technicznego punktu widzenia jest to majstersztyk, ale w praktyce ma pewne wady.

Przede wszystkim znacząco utrudnia serwis silnika np. regulację zaworów (poza bokserami BMW), a po wypadku zazwyczaj oprócz ramy uszkodzeniu ulega także silnik. Inną ciekawostką jest łączenie materiałów, jak w Aprilii Shiver czy niektórych Ducati Monsterach. W przypadku tych modeli główna, górna część ramy to stalowa kratownica, natomiast tylne podciągi mają formę aluminiowego odlewu. Ma to wpływ na prowadzenie, choć trzeba przyznać, że są to niuanse i dlatego jest to kolejne rozwiązanie, które nie zdobyło ogromnej popularności.

Nie czekajmy na rewolucję

Dyskusja na temat wyższości ram aluminiowych nad stalowymi będzie się toczyć jeszcze przez wiele lat. Wszystko wskazuje na to, że w najbliższych latach nie ma się co spodziewać rewolucji. Co prawda na horyzoncie majaczy wizja ram z włókna węglowego, ale na razie jest to ekstrawagancja realizowana w motocyklach kolekcjonerskich, takich jak Ducati Panigale Superleggera czy BMW HP4 Race. Choć jest wybitnie lekka, w użytku codziennym nie ma po prostu sensu.

Włókno węglowe raczej nie znajdzie zastosowania w seryjnych ramach. Jest zbyt drogie i kruche.

Najpoważniejszymi ograniczeniami są koszty i czas produkcji. Poza tym włókno węglowe jest kruche i dość szybko traci swoją wytrzymałość. Wystarczy jeden szlif i rama za kilkadziesiąt tysięcy będzie do wyrzucenia. Inną alternatywą są ramy z tytanu, bardzo wytrzymałego i niesamowicie lekkiego metalu. Zainteresowanie tym materiałem jest jednak niewielkie, w produkcji seryjnej zastosował go tylko jeden producent – Vertigo, wytwarzający motocykle trialowe. Historia tej konstrukcji trwała jednak raptem tylko kilka lat i była limitowana do zaledwie kilkuset egzemplarzy. Ale przecież nic nie jest przesądzone. Kiedyś cały motocyklowy świat był przekonany, że aluminium całkowicie wyprze stal z podwozi.