一種光電式超等長鐵餅專項力量練習器設(shè)計

姚 健，黎振華，于 睿，夏國濱

(1.哈爾濱師范大學;2.黑龍江職業(yè)學院)

0 引言

自競技運動步入科學化和現(xiàn)代化發(fā)展以來，體能訓練器械就成為運動員取得優(yōu)異運動成績的重要保障，并成為現(xiàn)代訓練中不可缺少的重要組成部分［1］.超等長訓練是前蘇聯(lián)田徑教練員尤里·維爾霍山斯基在1967年發(fā)明的［2］.目前以超等長訓練為代表的力量訓練作為一種發(fā)展肌肉爆發(fā)力的手段，成為現(xiàn)代體育科技的最新成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于田徑訓練之中.在超等長訓練中，工作肌作離心收縮，肌梭受到快速的牽拉導致牽張反射的產(chǎn)生，反射性地引起工作肌產(chǎn)生主動收縮，使肌肉中的能量最大限度地被貯存起來，以利于在緊接著的向心收縮中爆發(fā)式的釋放出來，使肌肉的收縮更加迅速、有力.肌肉的這種特殊收縮方式使其產(chǎn)生的力量大且迅速，這是其他收縮方式所不能比擬的.研究表明，在工作肌伸展范圍內(nèi)，伸展幅度越大，伸展速度越快、越突然，牽張反射越強烈，肌肉產(chǎn)生貯存的能量就會越多，在緊接著的向心收縮中產(chǎn)生的力量就會越迅速、越大.在這種新理論下，闡述了機體超等長訓練的關(guān)鍵所在，超等長訓練的概念重新認識是有必要的，應(yīng)該從定性的理解過渡到定量的理解.對于不同的運動項目，不但要對肌肉進行離心收縮時被牽拉的速度、長度有定量的理解，而且也要對離心—向心收縮的耦聯(lián)時間有定量的理解.在實際運用中，超等長訓練的認識不應(yīng)僅僅停留在形式上，更重要的是要抓住它的本質(zhì)及關(guān)鍵因素［3］.基于此，研制了一種光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置，為推進我國田徑項目投擲運動發(fā)展、完善專項訓練、提高運動員專項能力與競技水平提供參考.

1 光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置的設(shè)計思路

這種光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置，是對鐵餅運動員專項能力、專項技術(shù)動作等進行專門性強化訓練的輔助器械.目前，國內(nèi)在鐵餅專項能力練習訓練器械不多，并且只是簡單的一般性力量訓練.如，鐵餅專項力量練習除采用杠鈴的臥推、臥拉及擴胸練習手段以外，主要采用揮片(揮動杠鈴片的投餅?zāi)７戮毩?、拉皮筋及投擲重物等方式進行力量練習.這種基于主觀判斷的訓練手段，極大地制約了運動員競技水平的提升［4］.以此，設(shè)計出一種以專項力量為主，使用性強，專門化操作簡便為特點鐵餅專門力量練習裝置，來滿足教練員和運動員在練習專項力量所需、推動訓練科學化發(fā)展.

光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置，要解決有效用力距離短，投擲主動用力肌群用力前沒有預(yù)先離心拉長，且出手速度難以有效地監(jiān)控等問題.按照運動生物力學及運動生理學等相關(guān)理論，并結(jié)合鐵餅專項力量練習的特點，使運動員在鐵餅專項力量練習時能夠加大練習阻力，主動肌群用力準確，身體重心穩(wěn)定，動作不變形，同時能夠按正確的用力軌跡及出手角度進行練習，投擲主動用力肌群用力前預(yù)先離心拉長，有效用力距離貫穿整個用力過程，出手速度能夠即時有效地監(jiān)控，對于提高投擲鐵餅專項力量大有幫助.因此，在練習裝置的設(shè)計思路中就要突出光電結(jié)合、自動化、科學化以及符合鐵餅運動訓練發(fā)展方向的特點.

2 光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置的技術(shù)方案

為實現(xiàn)鐵餅運動員專項能力的提高，該文研制的一種光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置，實用新型的練習器主要包括環(huán)形板、可伸縮彈性支架、底板、滑板、第一彈簧、前固定板、兩個固定體、驅(qū)動電機、傳動機構(gòu)、牽引帶、牽引帶輪、支架、從動軸、第一觸點開關(guān)、第二觸點開關(guān)、控制開關(guān)、后固定板、光電速度傳感器、手柄、連桿、連桿螺套、鋼絲、第二彈簧、管體和兩個滾輪;可伸縮彈性支架的上端與環(huán)形板的下端面固接，環(huán)形板的后端向下傾斜，環(huán)形板的下端面與水平面之間的夾角為37°±3°，環(huán)形板的中心孔的孔徑為75～85 cm，環(huán)形板的外圓周端面的直徑為240～260 cm，管體彎制成螺旋形狀，管體設(shè)置在環(huán)形板的上環(huán)形面上且二者可拆卸連接，管體的外端口至環(huán)形板的中心連線與環(huán)形板的最高點至最低點的中心線之間的夾角為30°，管體的管壁上與環(huán)形板的外側(cè)壁相鄰的一側(cè)設(shè)有開口，開口沿管體的全長開設(shè)，兩個滾輪滾動設(shè)置在管體的內(nèi)壁上，且位于與環(huán)形板的中心孔相鄰的一側(cè)，連桿的一端與兩個滾輪的輪架固接，連桿的另一端穿出管體上的開口設(shè)置在管體的外部，連桿的橫截面為圓形，連桿的另一端側(cè)壁上加工有螺紋，連桿與連桿螺套螺紋連接，連桿螺套與手柄彈性連接，鋼絲的一端與兩個滾輪的輪架固接，鋼絲的另一端穿出管體的里端口并與第二彈簧的一端固接，第二彈簧的另一端與固定物體固接，俯看環(huán)形板，且由環(huán)形板的最低端至最高端逆時針方向看去的二者之間設(shè)置有光電速度傳感器，光電速度傳感器的終結(jié)端發(fā)射裝置位于環(huán)形板傾斜方向的垂直中心軸線上，光電速度傳感器的起始端發(fā)射裝置設(shè)置在環(huán)形板的最低端與該終結(jié)端發(fā)射裝置之間，且該起始端發(fā)射裝置與該終結(jié)端發(fā)射裝置之間的間距為50cm，光電速度傳感器的起始端發(fā)射裝置與起始端接收裝置對應(yīng)設(shè)置，光電速度傳感器的終結(jié)端發(fā)射裝置與終結(jié)端接收裝置對應(yīng)設(shè)置，起始端發(fā)射裝置和終結(jié)端發(fā)射裝置設(shè)置在管體的開口的上邊緣處，起始端接收裝置和終結(jié)端接收裝置設(shè)置在管體的開口的下邊緣處，底板與地面固接，底板上自前至后依次設(shè)置有前固定板和滑板，前固定板與底板固接，滑板與底板滑動配合，前固定板與滑板上各固裝有一個固定體，兩個固定體之間通過第一彈簧連接，可伸縮彈性支架設(shè)置在滑板上且位于固定體的后面，可伸縮彈性支架的下端與滑板固接，支架設(shè)置在底板的后側(cè)，支架與地面固接，從動軸的兩端各通過一個軸承與支架轉(zhuǎn)動連接，從動軸上固裝有一個牽引帶輪，牽引帶的一端與滑板的后端固接，牽引帶的另一端纏繞在牽引帶輪上，驅(qū)動電機的輸出軸與從動軸之間通過傳動機構(gòu)傳動連接，第一觸點開關(guān)的兩個第一觸點相對設(shè)置，且前固定板的后端面上和滑板的前端面上各固裝有第一觸點開關(guān)的一個第一觸點，控制開關(guān)固裝在滑板上，滑板的后端設(shè)有缺口，后固定板固裝在底板上且位于滑板的缺口處，第二觸點開關(guān)的兩個第二觸點相對設(shè)置，第二觸點開關(guān)的一個第二觸點固裝在后固定板的前端面上，第二觸點開關(guān)的另一個第二觸點固裝在滑板上，且位于后固定板相對應(yīng)的端面上［5］.

3 光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置的研制

3.1 裝置的整體研制

光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置(見圖1)，裝置包括環(huán)形板(2)、可伸縮彈性支架(3)、底板(8)、滑板(9)、第一彈簧(10)、前固定板(11)、兩個固定體(12)、驅(qū)動電機(13)、傳動機構(gòu)(14)、牽引帶(15)、牽引帶輪(16)、支架(17)、從動軸(18)、第一觸點開關(guān)、第二觸點開關(guān)、控制開關(guān)(19)、后固定板(20)、光電速度傳感器(50)、手柄(52)、連桿(53)、連桿螺套(54)、鋼絲(55)、第二彈簧(56)、管體(57)和兩個滾輪(51)等原件組成.可伸縮彈性支架(3)由四根可伸縮彈性支腿(23)和四根橫梁(24)組成;四根可伸縮彈性支腿(23)位于環(huán)形板(2)下端面的十字中心線上，由四根可伸縮彈性支腿(23)的上端面構(gòu)成一個斜面，斜面的傾斜方向和傾斜角度均與環(huán)形板(2)的傾斜方向和傾斜角度相同，相鄰兩根可伸縮彈性支腿(23)之間通過一根橫梁(24)連接.練習器還包括頂絲(59);頂絲(59)與連桿螺套(54)螺紋連接，頂絲(59)的端部頂靠在連桿(53)的側(cè)壁上.兩個第四彈簧(60);連桿螺套(54)與手柄(52)通過兩個第四彈簧(60)彈性連接.

圖1 光電式超等長鐵餅專項力量練習裝置

3.2 光電系統(tǒng)的研制

光電系統(tǒng)使用電子學的方法對光學信息進行處理與控制的系統(tǒng)，它是一種用于接收來自目標反射或自身輻射的光輻射，通過變換、處理、控制等環(huán)節(jié)，獲得所需要的信息或能力，并進行必要處理的光電裝置.它的基本功能就是將接收到的光輻射轉(zhuǎn)換為電信號，并利用它去達到某種實際應(yīng)用的目的［6］.光電式傳感器有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電二極管和光電三極管、光電池、半導體色敏傳感器、光電閘流晶體管、熱釋電傳感器、光電耦合器件等光電元件.另外，光電式傳感器還可分為模擬式光電式傳感器和脈沖式光電式傳感器兩類［7］.該文利用光電速度傳感器采用現(xiàn)有技術(shù)，由KEYENCE公司生產(chǎn)制造.該光電速度感器系統(tǒng)，可以幫助解決鐵餅運動員出手角度、運動方向、轉(zhuǎn)速等問題.當鐵餅經(jīng)過卡槽內(nèi)時遮擋光線，光敏管無線傳輸，以此來斷定運動員鐵餅出手的高度.

4 結(jié)束語

該實用新型鐵餅專項力量練習裝置，運動員在進行鐵餅專項力量訓練時，啟動控制開關(guān)使驅(qū)動電機正向(順時針)轉(zhuǎn)動，滑板向后滑動，當?shù)诙|點開關(guān)的兩個第二觸點相接觸時，驅(qū)動電機停止工作，此時，第一彈簧處于拉伸狀態(tài);啟動控制開關(guān)使驅(qū)動電機反向(逆時針)轉(zhuǎn)動，滑板向前滑動，當?shù)谝挥|點開關(guān)的兩個第一觸點相接觸時，驅(qū)動電機停止工作，此時第一彈簧趨于壓縮狀態(tài).運動員在進行鐵餅專項力量練習時，利用滑板的滑動模擬旋轉(zhuǎn)的前沖和最后制動，第二彈簧處于拉伸狀態(tài)，手握手柄并使兩個滾輪在管體(螺旋形狀)內(nèi)滾動，運動員進行超等長的鐵餅專項力量練習，運動員的出手速度能夠即時有效地監(jiān)控.目前經(jīng)國家知識產(chǎn)權(quán)局審批，該裝置已經(jīng)獲得國家專利(專利號:CN201020511156.3).該練習裝置能夠模擬投擲中實際出手速度，并通過光電式傳感器系統(tǒng)定位出手點，變換出手角度以滿足運動員訓練中實際的出手角度，有效地彌補鐵餅專項力量訓練手段不足及輔助器械少的問題，滿足田徑教練員和鐵餅運動員訓練所需.此外，該鐵餅專項訓練裝置價格較低，堅固可靠，不受場地限制使用方便，具有廣泛的推廣意義與價值.

［1］明宇，司虎克.中美體育器械專利國際申請競爭情報的實證研究［J］.北京體育大學學報，2013，36(4):18–23.

［2］詹姆斯，拉德克利夫，等.田徑指南［M］.1994.1－41.

［3］部義峰，李世明，成武剛.超等長訓練的影響因素及應(yīng)用研究［J］.魯東大學學報:自然科學版，2008，24(1):85–90.

［4］何長波，高俊.一種水球陸地射門訓練裝置開發(fā)與研制［J］.實驗技術(shù)與管理，2014，31(7):91–93.

［5］夏國濱，劉冬冰，劉阿男，等.光電式超等長鐵餅專項力量練習器.中國.CN201020511156.3［P］.2011–05–04.

［6］光電系統(tǒng)［EB/OL］.

［7］張燕，曾光宇.光電式傳感器的應(yīng)用與發(fā)展［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2006，16(13):254–255.