英式橄欖球司克蘭器的研制與應(yīng)用

鄭 剛，王新坤，程 公

（1.沈陽體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)院，遼寧 沈陽 110102；2.沈陽體育學(xué)院 體育教育學(xué)院，遼寧 沈陽 110102）

英式橄欖球司克蘭器的研制與應(yīng)用

鄭 剛1，王新坤2，程 公1

（1.沈陽體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)院，遼寧 沈陽 110102；2.沈陽體育學(xué)院 體育教育學(xué)院，遼寧 沈陽 110102）

以解決橄欖球司克蘭技術(shù)在教學(xué)、訓(xùn)練中量化力量、防止頸部損傷及校正技術(shù)動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)等為目的。運(yùn)用機(jī)械工程設(shè)計(jì)法、力學(xué)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)計(jì)算和加工制作，研制了用器械替代用人力的司克蘭教學(xué)訓(xùn)練輔助器材。試驗(yàn)取得了關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并對樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)。得出橄欖球隊(duì)員的體重與推頂力具有二者相關(guān)關(guān)系和推頂力的置信范圍，P＜0.05；在1－α＝95%的條件下，受力置信范圍是可信的。驗(yàn)證了橄欖球司克蘭推頂力設(shè)備具有技術(shù)性能可靠性和對提高橄欖球司克蘭教學(xué)訓(xùn)練質(zhì)量具有十分良好的效果。

英式橄欖球；司克蘭器；研制；應(yīng)用

伴隨著英式橄欖球項(xiàng)目已被正式列入奧運(yùn)會和全運(yùn)會的比賽項(xiàng)目，我國橄欖球競技水平和普及程度不斷提高。由于橄欖球司克蘭（scrum）爭球是比賽雙方獲取球權(quán)的最為重要的手段之一，因此，司克蘭爭球就顯得尤為重要。它是由兩隊(duì)各3名隊(duì)員（七人制）或8名隊(duì)員（十五人制）各夾扎成一排或前后三排，各讓自己前排隊(duì)員頭頭不相臨地與對方互相頂架成一隧道，以便傳鋒把球投入其中，讓雙方前排隊(duì)員能夠靠任意一單腳鉤球，爭取占球的一種架構(gòu)。在比賽中，兩隊(duì)隊(duì)員相互用推頂力爭奪球權(quán)，而這種兩隊(duì)的推頂?shù)膹?qiáng)弱來自動(dòng)作正確的姿勢和平時(shí)的正確的訓(xùn)練。正確的訓(xùn)練需要有使身體安全的耐久架構(gòu)輔助設(shè)備，才能達(dá)到正確的技術(shù)要求并能發(fā)揮出最大的推頂力，獲得瞬時(shí)球權(quán)優(yōu)勢。

目前我國還沒有能夠可測量出推頂力的司克蘭器械設(shè)備。為了我國橄欖球司克蘭技術(shù)能夠達(dá)到科學(xué)化水平要求，為奧運(yùn)爭光計(jì)劃和教學(xué)、訓(xùn)練的科學(xué)化服務(wù)，有必要對這項(xiàng)技術(shù)設(shè)備進(jìn)行自主創(chuàng)新研究、設(shè)計(jì)和制作。

1 試驗(yàn)對象及研究方法

1.1 試驗(yàn)對象

對體育學(xué)院男子橄欖球18名院隊(duì)隊(duì)員進(jìn)行司克蘭器產(chǎn)品的頂推力的測試試驗(yàn)分析。

1.2 研究方法

1.2.1 方案設(shè)計(jì) 自行設(shè)計(jì)一臺測力設(shè)備，進(jìn)行推頂力測定試驗(yàn)，而測力設(shè)備的研制方案原則是：①能模仿司克蘭動(dòng)作；②能測量出推頂力量；③設(shè)備結(jié)構(gòu)簡便；④造價(jià)低廉。本著這一原則，以機(jī)械彈簧測力式為宜，圖1是結(jié)構(gòu)簡圖，圖2

是制作后的樣機(jī)構(gòu)造圖。從圖1可以看出，結(jié)構(gòu)簡圖共分為：①機(jī)架；②行走部分；③推頂力部分；④測力部分。

圖1 司克蘭結(jié)構(gòu)圖

圖2 司克蘭構(gòu)造圖

1.2.2 測力設(shè)備的設(shè)計(jì) 司克蘭測力設(shè)備的設(shè)計(jì)主要工作在測力部件設(shè)計(jì)，而測力主要部件為螺旋彈簧，因此，按著彈力要求設(shè)計(jì)一個(gè)彈簧，其他部件的設(shè)計(jì)，如材料、尺寸、強(qiáng)度參數(shù)等則需按工程設(shè)計(jì)手冊選擇與制定。

彈簧彈力的大小和范圍要由彈簧尺寸、圈數(shù)，彈簧的粗細(xì)等參數(shù)決定，所以要確定這些參數(shù)必須先做一些試驗(yàn)，否則無法確定各部的初步尺寸。

1.2.3 彈簧參數(shù)試驗(yàn) 在國內(nèi)尚無這種設(shè)備和參考資料的情況下，只得自行試驗(yàn)取得相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)以便決定各部尺寸。首先選用幾種現(xiàn)成的彈簧做為試驗(yàn)樣本，做幾種彈簧型式和彈簧的受力試驗(yàn)。由表1可得如下結(jié)論：①彈簧外徑小，如序號1需要的彈簧長度要大，但受力時(shí)產(chǎn)生彎曲變形，不穩(wěn)定，鋼絲直徑小，受力小，僅能承受到50kg的壓力，不能采用。②彈簧外徑大，受力大、穩(wěn)定，如序號3，外徑大，機(jī)構(gòu)尺寸將會加大，對整機(jī)不利，故亦不能采用。序號2各方面參數(shù)較為適合，受力后又穩(wěn)定。因此，應(yīng)在這個(gè)參數(shù)范圍左右選用設(shè)計(jì)較為合適。

表1 3種彈簧樣本參數(shù)試驗(yàn)

1.2.4 彈簧尺寸設(shè)計(jì) 按上述試驗(yàn)，考慮各種情況，對彈簧部件設(shè)計(jì)，原始條件為：承受推頂力按3～8人推頂計(jì)為3 000 N（300kg），按工程設(shè)計(jì)手冊設(shè)計(jì)計(jì)算，其各部尺寸設(shè)計(jì)：螺旋彈簧中徑D＝90mm，彈簧絲直徑d＝10mm，彈簧長度H＝260mm，圈數(shù)n＝8.5，螺旋角α＝6°24′，節(jié)距t＝31.8mm。按上述設(shè)計(jì)尺寸，經(jīng)廠家制造后，用成品件以230kg的載荷在材力試驗(yàn)機(jī)上又進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)，認(rèn)為基本滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2.5 刻度盤的設(shè)計(jì) 受力的大小需用彈簧變形大小計(jì)量，為擁有一刻度盤指示其受力的大小，即在盤上要設(shè)有一定的刻度，用刻度表示受力的大小，指示刻度大小需按虎克定律，P＝Kx求出，其中P＝推頂力，x＝彈性變形值。K＝彈性系數(shù)，由壓力試驗(yàn)所受的推頂力P＝230kg，彈簧的最大變形為10cm。則彈性系數(shù)K＝230／10≈2.3kg／mm。

在刻度盤上的起始范圍定為0～25kg，以后的順序每段都為25kg，即50、75……250kg等。則刻度的間隔L＝P／K＝25／2.3≈11mm，經(jīng)計(jì)算具體刻度值如表2所示。每一段長11mm中要刻成10分，這樣保持了10進(jìn)制。

表2 刻度盤刻度

2 結(jié)果與分析

2.1 司克蘭在教學(xué)、訓(xùn)練和比賽中的應(yīng)用

2.1.1 力量型隊(duì)員在橄欖球比賽中尤顯重要 橄欖球比賽中，攻守雙方為了最大限度爭取司克蘭球權(quán)的擁有，隊(duì)員相互運(yùn)用司克蘭技術(shù)的團(tuán)隊(duì)配合，貼身夾扎，嵌入對撞，推頂發(fā)力，推頂移動(dòng)控球等，越來越快速、有力和激烈。司克蘭爭頂隨時(shí)隨地都可能出現(xiàn)，而這一對抗局面的成敗意味著球權(quán)的保持或失去，直接影響隨后的比賽進(jìn)程，甚至決定比賽的勝負(fù)。因此，力量型隊(duì)員在比賽場上具有極其重要的角色。

2.1.2 司克蘭器為橄欖球訓(xùn)練提供了與隊(duì)員受力的相關(guān)關(guān)系 訓(xùn)練方法與運(yùn)動(dòng)成績就像一對函數(shù)，訓(xùn)練方法是自變量，運(yùn)動(dòng)成績是因變量，訓(xùn)練方法這個(gè)自變量正確與否，可以從成績這個(gè)因變量得到反映。因此，司克蘭訓(xùn)練要本著橄欖球運(yùn)動(dòng)的夾、撞、頂、蹬、伸、推幾個(gè)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練，隊(duì)員的力量型動(dòng)作在橄欖球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中占有重要地位。司克蘭器的設(shè)計(jì)就是從理論上找出力量型隊(duì)員動(dòng)作受力的情況，以求提高訓(xùn)練的這種相關(guān)函數(shù)關(guān)系。

2.1.3 隊(duì)員相互碰撞中體重與推頂力關(guān)系 在橄欖球訓(xùn)練、比賽中，隊(duì)員間相互碰撞是比較常見的動(dòng)作，因此在教學(xué)中要將碰撞理論注入實(shí)踐中，要從理論上解決問題。關(guān)于碰撞問題，可用動(dòng)量定理來解釋。在力學(xué)中動(dòng)量的變化等于沖量，用公式表示為mv－mv。＝ft，例如90kg的體重的隊(duì)員，以7m／s（相當(dāng)于100m14s）的速度，撞向另一位隊(duì)員，在“咕”的一秒撞擊中，瞬時(shí)力將為630N（63kg與表3相對照大致相符），若時(shí)間再短，瞬時(shí)力還會增加，從而可以斷定碰撞物體質(zhì)量（隊(duì)員體重）對推頂力起重要作用。

2.1.4 司克蘭設(shè)備的應(yīng)用 司克蘭設(shè)備在教學(xué)訓(xùn)練中將起重要作用。從操作上校正了技術(shù)動(dòng)作的姿勢，可使隊(duì)員個(gè)人或團(tuán)隊(duì)在司克蘭器上逐一進(jìn)行檢查和校正，使每個(gè)技術(shù)動(dòng)作達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化。解決了用人力無法達(dá)到的訓(xùn)練質(zhì)量細(xì)化的技術(shù)效果。它能找出下肢伸張的角度大小，組合夾扎推頂?shù)姆绞降龋凰軠y單人、雙人、多人等的頂推力大小；它防止了司克蘭動(dòng)作的垮塌可能造成的頸部、耳部、面頰損傷的危險(xiǎn)；解決了力量對比失衡而導(dǎo)致崩塌或潰散，從而無法進(jìn)行放球、鉤球、推進(jìn)、取球等各環(huán)節(jié)的練習(xí)。設(shè)備的應(yīng)用保障了訓(xùn)練質(zhì)量的提高，模擬了司克蘭技術(shù)在比賽時(shí)爭奪球權(quán)的動(dòng)作，充分發(fā)揮了隊(duì)員在爭奪球權(quán)動(dòng)作中協(xié)調(diào)一致的發(fā)力，從理論和實(shí)踐上體現(xiàn)了訓(xùn)練的要求。

2.2 司克蘭的測試與回歸分析

2.2.1 司克蘭的測力操作 制造司克蘭設(shè)備的目的在于測定推頂力和姿勢的較正。為此，在訓(xùn)練中曾以不同的體重分別對單人、雙人、多人等對司克蘭推頂力進(jìn)行了測定，而表3中為單人推頂力的實(shí)測數(shù)據(jù)。圖3和圖4所示者為3人實(shí)際操作情況。

圖3 三人模式正面圖

圖4 三人模式側(cè)面圖

表3 實(shí)測的單人體重的推頂力與瞬時(shí)力（kg）

從表3可以看出瞬時(shí)力約為推頂力的2倍左右，所以在司克蘭爭頂過程中，如何巧妙地應(yīng)用瞬時(shí)力爭取球權(quán)是非常重要的。

2.2.2 回歸分析 推頂力的大小與體重有關(guān)，從日常訓(xùn)練中可以感知，體重大者，推頂力就大，就像平常所說的那樣“身大力不虧”，在表3數(shù)據(jù)中也確實(shí)有這種趨勢，為了驗(yàn)證這一問題，將表3數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，用minitab軟件程序進(jìn)行回歸分析，其所得回歸線圖如圖5所示。

圖5 回歸線圖

回歸計(jì)算分析通過minitab程序給出的回歸方程和方差分析如表4所示。回歸分析：Y vs X

回歸方程：

表4 方差分析

2.2.3 體重與推頂力關(guān)系分析 回歸分析中x為自變量（相當(dāng)體重），一般是可控制的非隨機(jī)變量，是予先確定的。而做為y（相當(dāng)于推頂力）的因變量除受x的影響外，還受其它隨機(jī)因素的影響，所以隨機(jī)變量y與x的對應(yīng)關(guān)系是一種平均意義上的數(shù)量關(guān)系。在所建立回歸方程的目的是去表達(dá)兩個(gè)具有線性相關(guān)的變量間的定量關(guān)系，因此，只有兩個(gè)變量具有線性相關(guān)時(shí)，所建立的回歸方程才是有意義的，兩個(gè)變量間是否存在線性關(guān)系所建立的回歸方程必須要對回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

表4中的P值是用于檢驗(yàn)回歸方程顯著性的，用P值判斷相關(guān)系數(shù)是否為零是檢驗(yàn)回歸方程顯著性的重要依據(jù)?，F(xiàn)P＝0.006＜0.05，說明兩個(gè)變量間的回歸系數(shù)不為零。即回歸方程是顯著的。說明y與x是存在相關(guān)關(guān)系的。從圖5中可以看出它們是正相關(guān)的。

回歸方程表達(dá)式說明了體重x與推頂力y是線性相關(guān)的，其中回歸估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差S＝10.5725，說明理論值與實(shí)際值之間大致之差，若各觀測點(diǎn)越靠近直線，則S值越小，回歸直線對各觀測點(diǎn)的代表性就越好，S值說明了回歸直線的擬合程度或兩個(gè)變量之間的關(guān)系密切程度，該回歸直線的密合程度雖不是非常緊密的，但該回歸直線具有代表性。

回歸方程確定了體重與推頂力的相關(guān)關(guān)系，在排除其他影響之后，通過體重即可予先確定運(yùn)動(dòng)員的推頂力大小范圍，推頂力大，無疑地可以證明運(yùn)動(dòng)員身體是強(qiáng)壯的，力氣是足的，這種力量型隊(duì)員可以在橄欖球各項(xiàng)較力動(dòng)作中諸如夾、撞、頂、蹬、伸、推等動(dòng)作中發(fā)揮威力，在相互的沖擊中起積極作用。

2.3 總體的推頂力平均值置信區(qū)間

體重與推頂力是相關(guān)的，樣本的平均推頂力通過計(jì)算是可求的，但樣本的推頂力不等于總體的平均推頂力，總體的平均推頂力在哪一范圍，這一問題需要根據(jù)樣本平均數(shù)抽樣分布定理加以解決。

對未知的總體平均數(shù)為μ的情況下，在1－α精度下，其置信區(qū)間是：

從上述的計(jì)算結(jié)果按總體估計(jì)，任何一個(gè)團(tuán)隊(duì)的夾、撞、頂、蹬、伸、推等動(dòng)作之力基本都可在這一區(qū)間，所以這一區(qū)間對于先估計(jì)橄欖球隊(duì)所能發(fā)揮的力量是有參考價(jià)值的。

3 結(jié)束語

司克蘭推頂力設(shè)備研制填補(bǔ)了國內(nèi)的空白。它不僅能測量出推頂作用力的大小，還可以在教學(xué)和訓(xùn)練中用本設(shè)備對司克蘭技術(shù)動(dòng)作姿勢進(jìn)行矯正等，從而提高教學(xué)、訓(xùn)練的質(zhì)量，起到了用人力無法達(dá)到的效果。當(dāng)然由于初次設(shè)計(jì)制作，應(yīng)用中還有不足之處，待以后改進(jìn)。通過所測定的資料參數(shù)用計(jì)算機(jī)作了回歸分析，求得回歸曲線和回歸方程，從理論上獲得了體重與推頂力之間的相關(guān)關(guān)系。利用抽樣分布定理，確定了總體推頂力的平均值的置信區(qū)間，在95%可信程度下對總體平均推頂力的估計(jì)值做了理論上的判斷，在實(shí)際教學(xué)、訓(xùn)練中具有十分好的實(shí)用價(jià)值。

［1］池潔如.經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)學(xué)［M］.北京：工商出版社，2002：79－80.

［2］顧善光.我國足球運(yùn)動(dòng)水平下降原因分析及理論對策探討［J］.中國體育科技，2008，44（2）：32－36.

［3］姚 磊.我國部分高校高水平教練隊(duì)伍現(xiàn)狀的調(diào)查與發(fā)展對策的研究［J］.沈陽體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（1）：86.

［4］楊振華.六西格瑪統(tǒng)計(jì)分析常用工具手冊［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：117－118.

［5］第三版編委會.機(jī)修手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

［6］鄭 剛.橄欖球［M］.沈陽：遼寧大學(xué)出版社，1996：51－60.

Development and Application of Rugby Scrum Equipment

ZHENG Gang1，WANG Xinkun2，CHENG Gong1
（1.Dept.of Sports Training，Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China；2.Physical Education School，Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China）

The paper aims to solve problems existing in rugby scrum technology，such as quantizing strength，preventing neck injury，adjusting technical motions according to standard etc.It develops scrum educational and training equipment to replace human power by mechanical engineering designs，mechanic experiments，design calculation and manufacture.The test gives us the crucial technical data and inspects the model machine in the actual application.We can conclude that there is a relation between the weights and ejection force.If the confidence interval is in the range of P＜0.05，and under the condition of 1－α＝95%，then the load－carrying capability range is credible.It verified the reliable performance of the rugby scrum ejection force function and it has a good effect on improving rugby scrum teaching.

rugby；scrum；equipment；development；application

G849.2

A

1004－0560（2011）03－0124－03

2010－04－06；

2010－12－20

鄭 剛（1962－），男，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)殚蠙烨蚪虒W(xué)與訓(xùn)練。

劉紅霞

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