一種多功能訓(xùn)練器械設(shè)計與實訓(xùn)試驗

楊祥紅，龐昌凱，韓永恒，彭　宇，紀　坤

（海軍航空工程學(xué)院a.軍事教育訓(xùn)練系；b學(xué)員一旅，山東煙臺264001）

一種多功能訓(xùn)練器械設(shè)計與實訓(xùn)試驗

楊祥紅a，龐昌凱b，韓永恒b，彭宇b，紀坤b

（海軍航空工程學(xué)院a.軍事教育訓(xùn)練系；b學(xué)員一旅，山東煙臺264001）

針對以往特種運動器械存在設(shè)計理念陳舊、運動功能單一等缺陷，設(shè)計了一種能夠提高受訓(xùn)人員綜合身體素質(zhì)的多功能訓(xùn)練器械。該器械主要由旋轉(zhuǎn)中心框架、圓形中心框架、防護裝置以及電動傳動裝置等組成，能夠進行康復(fù)治療、強化“核心”訓(xùn)練等。通過實際訓(xùn)練驗證，該器械性能穩(wěn)定，使用安全可靠，并且適用于多人施訓(xùn)，省時省力。

軍事訓(xùn)練器械；核心訓(xùn)練；抗眩暈；體能訓(xùn)練

現(xiàn)代高科技條件下的局部戰(zhàn)爭，對軍人身體素質(zhì)提出了越來越高的要求?，F(xiàn)有的特種運動器械，如旋梯、滾輪等［1-2］，設(shè)計理念陳舊，運動功能單一，且大多僅供單人訓(xùn)練使用，存在訓(xùn)練功能使用面狹窄、訓(xùn)練適用人群少、訓(xùn)練耗時費力、訓(xùn)練效率低等弊端。使用老式單一的訓(xùn)練器械，尤其對于初學(xué)者、軍地兩用人員身體準備階段的訓(xùn)練，訓(xùn)練效果不明顯。諸如，抗眩暈［3］、心理行為、核心力量［4］和部分運動損傷康復(fù)等綜合性訓(xùn)練不足，且危險性高，非常容易受傷，不利于實戰(zhàn)化訓(xùn)練。此外，老式訓(xùn)練器械訓(xùn)練方法少、功能單一，初學(xué)者需要較長的適應(yīng)性訓(xùn)練時間，訓(xùn)練時還需要有專業(yè)防護人員在場。滾輪與旋梯在運動過程中自身不會進行旋轉(zhuǎn)，需要由人力驅(qū)動才能進行運動，其力量來源構(gòu)成是由操作者本人利用身體重心變換，合理運用內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能和勢能之間的比例轉(zhuǎn)換而得到的。文獻［5］設(shè)計的抗眩暈?zāi)M船艙，僅適用于作抗渡海眩暈預(yù)適應(yīng)模擬訓(xùn)練，存在的問題是器械功能單一，只能用于單人訓(xùn)練，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，性價比低。

為提高訓(xùn)練效率，以及受訓(xùn)人員的綜合身體素質(zhì)，有必要設(shè)計一種安全可靠的多功能訓(xùn)練器械?；诖?，本文設(shè)計了一種性能穩(wěn)定，使用安全可靠，能夠減少參訓(xùn)人員受傷幾率，適用于多人同時施訓(xùn)，省時省力，且能全方位、全體位、多角度提高身體素質(zhì)的多功能訓(xùn)練器械。該多功能訓(xùn)練器械已獲國家專利［6］。

1　多功能訓(xùn)練器械結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理

多功能訓(xùn)練器械結(jié)構(gòu)如圖1所示［7］。

圖1　多功能訓(xùn)練器械結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the multi-function training instruments

多功能訓(xùn)練器械主要包括支撐在底架上的旋轉(zhuǎn)架，旋轉(zhuǎn)架設(shè)有圓心相同、直徑相同的1對或2對圓環(huán)，每對圓環(huán)與圓環(huán)之間沿著圓周設(shè)有若干根環(huán)間連桿，在每個圓環(huán)的中心設(shè)有多邊形中心框架，在1對圓環(huán)之間設(shè)有框架間連桿，框架間連桿平行于環(huán)間連桿，平行于環(huán)間連桿的轉(zhuǎn)軸穿過多邊形中心框架，轉(zhuǎn)軸的兩端通過軸承支撐在底架上；多邊形中心框架與圓環(huán)之間通過A形框架連接，A形框架的頂部與圓環(huán)連接，A形框架的底部與多邊形中心框架連接，在每對圓環(huán)的A形框架之間設(shè)有折疊式斜邊連桿，在每個A形框架的斜邊之間設(shè)有橫桿，在A形框架的斜邊上或折疊式斜邊連桿上設(shè)有扶手；在每個圓環(huán)的環(huán)面上設(shè)有防護環(huán)，在圓環(huán)的環(huán)面上和/或環(huán)間連桿上設(shè)有腳踏板，在扶手、防護環(huán)和腳踏板上均設(shè)有束帶。

綜合其運轉(zhuǎn)原理和過程，多功能訓(xùn)練器械在結(jié)構(gòu)上主要分為4個部分：旋轉(zhuǎn)支架、圓形中心框架、防護裝置和電機傳動裝置。

1）旋轉(zhuǎn)支架。支撐在底架上的旋轉(zhuǎn)架。旋轉(zhuǎn)架至少設(shè)有圓心相同、直徑相同的一對圓環(huán)，每對圓環(huán)與圓環(huán)之間沿著圓周設(shè)有若干根環(huán)間連桿，在每個圓環(huán)的中心設(shè)有圓形中心框架，在一對圓環(huán)之間設(shè)有框架間連桿，框架間連桿平行于環(huán)間連桿，平行于環(huán)間連桿的轉(zhuǎn)軸穿過圓形中心框架，轉(zhuǎn)軸的兩端通過軸承支撐在底架上。

2）圓形中心框架。圓形中心框架與圓環(huán)之間通過A形框架連接。A形框架的頂部與圓環(huán)連接，A形框架的底部與圓形中心框架連接，在每對圓環(huán)的A形框架之間設(shè)有折疊式斜邊連桿，在每個A形框架的斜邊之間設(shè)有橫桿，在A形框架的斜邊或折疊式斜邊連桿上設(shè)有扶手。

3）防護裝置。在每個圓環(huán)的環(huán)面上設(shè)有防護環(huán)，在圓環(huán)的環(huán)面上和/或環(huán)間連桿上設(shè)有腳踏板，在扶手、防護環(huán)和腳踏板上均設(shè)有安全束帶。

4）電機傳動裝置［8］。多功能訓(xùn)練器械的轉(zhuǎn)軸一端通過傳動機構(gòu)與調(diào)速電機連接，或直接與調(diào)速電機連接，電機調(diào)速通過變頻器控制，有助于提高訓(xùn)練器械的起動、調(diào)速和制動性能，操作方便，靈活性高。

2　多功能訓(xùn)練器械優(yōu)勢

由于多功能訓(xùn)練器械添加了防護裝置，其安全防護措施更加有效，減少了參訓(xùn)人員的受傷概率。該器械具有如下5點優(yōu)勢。

1）具有康復(fù)治療效果。訓(xùn)練中針對一般的肌肉受傷，具有一定的康復(fù)治療效果。

2）能夠提高訓(xùn)練效率。訓(xùn)練時可供多人、多體位、多種方式同時訓(xùn)練使用。對訓(xùn)練器械的驅(qū)動方式進行了改進，在旋轉(zhuǎn)軸上加裝了調(diào)速電機［9］，將原有的人力驅(qū)動改變?yōu)槭謩踊螂妱?種驅(qū)動方式，可視情況增減訓(xùn)練負荷，節(jié)省訓(xùn)練時間，提高訓(xùn)練效率。

3）訓(xùn)練方式靈活多變。在訓(xùn)練中能夠結(jié)合參訓(xùn)者的身體素質(zhì)情況，從宏觀角度考慮每一種訓(xùn)練方法的個性特點，并充分考慮參訓(xùn)人員的生理和心理實際情況，靈活選擇、靈活應(yīng)用、適度搭配、漸進變化，有目的、有節(jié)奏、循序漸進地提高參訓(xùn)人員的多體位綜合抗眩暈?zāi)芰秃诵牧α俊?/p>

4）多方位綜合訓(xùn)練內(nèi)容。同時，模擬訓(xùn)練［10］可以通過多種訓(xùn)法進行，能有效鍛煉參訓(xùn)人員的心理行為、團結(jié)協(xié)作、組織籌劃和指揮管理等能力，以及提高參訓(xùn)人員各種實戰(zhàn)化訓(xùn)練項目的效果。比如，針對飛行、航海、機械化運輸?shù)冗\動項目，提高參訓(xùn)人員的前庭器官的平衡功能和身體多體位、多角度適應(yīng)動態(tài)環(huán)境的能力。

5）強化“核心”訓(xùn)練。從訓(xùn)練部位上講，從人體解剖學(xué)角度來看，人體的“核心（core）”是指脊柱、髖關(guān)節(jié)和骨盆所在的位置，它們正好處于人體的上下肢的結(jié)合部位，在運動中發(fā)揮著承上啟下的作用［11］。從功能上講，核心訓(xùn)練主要是主導(dǎo)平衡和控制的，這一點與傳統(tǒng)力量訓(xùn)練差別很大。傳統(tǒng)力量訓(xùn)練功能是訓(xùn)練力量的大小，而核心力量訓(xùn)練的作用，主要有以下6個方面：①穩(wěn)定脊柱和骨盆；②改善控制力和平衡性；③提高能量輸出；④提高肢體協(xié)調(diào)工作效率；⑤降低能量消耗；⑥預(yù)防運動損傷。

綜上所述，多功能訓(xùn)練器械能夠提高人體在非穩(wěn)定狀態(tài)下的控制能力，增強平衡能力，更好地訓(xùn)練人體深層的小肌肉群，協(xié)調(diào)大小肌群的力量輸出，增強運動機能。

3　多功能訓(xùn)練器械訓(xùn)練模式與使用步驟

多功能訓(xùn)練器械在使用中，由2位操作員操作。其基本操作由起動、擺動、制動和運動結(jié)束4個步驟組成。訓(xùn)練模式（或操作方法）可根據(jù)實際情況靈活選用手動模式或電動模式。

3.1訓(xùn)練模式

由于多功能訓(xùn)練器械具有電機傳動裝置，多功能訓(xùn)練器械設(shè)計有2種訓(xùn)練模式，分別為手動模式和電動模式。

1）手動模式。多功能訓(xùn)練器械由2位操作員分別站在訓(xùn)練器前后兩邊，每人握住一側(cè)外圓環(huán)，用力拉動圓環(huán)，旋轉(zhuǎn)架開始運動，操作員可在訓(xùn)練器旋轉(zhuǎn)過程中繼續(xù)施加拉力，待訓(xùn)練結(jié)束時，施加阻力停止訓(xùn)練器的工作。

2）電動模式。施訓(xùn)人員將調(diào)速電機通過傳動機構(gòu)連接到旋轉(zhuǎn)架，打開電源，通過調(diào)速電機可實現(xiàn)某一方向的勻速轉(zhuǎn)動或變速轉(zhuǎn)動，或者正反方向上的調(diào)速運動。電機由一個變頻器控制，根據(jù)實際情況設(shè)置合適轉(zhuǎn)速控制電機運動。

3.2操作步驟

多功能訓(xùn)練器械訓(xùn)練操作步驟如下。

1）準備階段。在器械準備階段，2位操作員拉住旋轉(zhuǎn)架，參訓(xùn)人員依次上位。當有2人參訓(xùn)時，位置在A形框架的對應(yīng)2端；若4人參訓(xùn)，位置在A形框架的4端或者在4個1/4圓環(huán)上；若8人參訓(xùn)，位置在1對圓環(huán)的A形框架4端，達到最大訓(xùn)練人數(shù)。在起動階段，訓(xùn)練人員的側(cè)立（站）姿訓(xùn)練、俯臥仰臥姿（坐姿）訓(xùn)練的固定方式分別如圖2、3所示。

圖2　側(cè)立姿勢訓(xùn)練固定方式示意Fig.2 Schematic diagram of fix mode of cross-stand posture

圖3　俯臥仰臥姿（坐姿）訓(xùn)練示意Fig.3 Schematic diagram of lie posture（sitting position）

2）擺動階段。訓(xùn)練人員和操作員均就位并做好準備工作后，若采用手動模式，2名操作員同時用力按照訓(xùn)練科目要求，統(tǒng)一按順時針或逆時針方向拉旋轉(zhuǎn)架，使其擺動起來，直至器械達到一定速度足以使訓(xùn)練人員和器械同時轉(zhuǎn)動；與此同時，訓(xùn)練人員按照訓(xùn)練要求緊握防護環(huán)以固定自身。若采用電動模式，則由拖動電機的變頻控制器按事先設(shè)置好的轉(zhuǎn)速控制電機轉(zhuǎn)動，拖動器械按訓(xùn)練要求擺動。

3）制動階段。訓(xùn)練結(jié)束時，由操作員施加阻力，或者按變頻控制器“制動”按鈕使旋轉(zhuǎn)架緩緩減速直至停止。

4）運動結(jié)束階段。旋轉(zhuǎn)架停止后，操作員同時拉住以固定，參訓(xùn)人員依次按照起動階段上位時的逆順序緩慢脫離器械。

4　試驗

為驗證多功能訓(xùn)練器械的訓(xùn)練效果，設(shè)置了對比試驗。本試驗器械分別為多功能訓(xùn)練器械、傳統(tǒng)的旋梯和滾輪訓(xùn)練器械，試驗對象為未參加過訓(xùn)練的剛?cè)胛樾律?00名。

試驗選取3種不同方法進行，分別為：

1）傳統(tǒng)法，采用傳統(tǒng)的旋梯和滾輪訓(xùn)練器械，直至達到訓(xùn)練目標，即抗眩暈率達到80%；

2）新器械法，采用所設(shè)計的多功能訓(xùn)練器作為訓(xùn)練器械，達到訓(xùn)練目標；

3）新舊結(jié)合法，對傳統(tǒng)法初次訓(xùn)練不合格的人員按照新器械進行訓(xùn)練，達到訓(xùn)練目標。

經(jīng)過3組人員的訓(xùn)練，其試驗結(jié)果如表1所示，其中一課時為45min。

表1　2種不同訓(xùn)練器械下人員訓(xùn)練數(shù)據(jù)Tab.1 Data of training with two different instruments

從表1數(shù)據(jù)可以看出，采用傳統(tǒng)法的初次訓(xùn)練合格率較低，且最終達標課時較長；新器械法的初次訓(xùn)練合格率能夠達到60%，所需要課時也減少了50%；新舊結(jié)合法縮短的課時，也是由于采用新器械提高的訓(xùn)練效率；并且通過與學(xué)員溝通，學(xué)員普遍反映新訓(xùn)練器械訓(xùn)練性更強，而且方式較好。因此，新器械對于訓(xùn)練能夠更好地達到訓(xùn)練目標。

5　結(jié)論

多功能訓(xùn)練器械有效克服了現(xiàn)有旋梯和滾輪等老舊訓(xùn)練器械在技術(shù)和功能方面上的缺陷和不足，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：①能夠全方位、全體位和多角度改變?nèi)梭w空間定向的正確感覺，影響和改善人體前庭器官的穩(wěn)定性，促使參訓(xùn)者的平衡感覺受到的刺激強度與普通肌體本體感覺和一般運動感覺。綜合訓(xùn)練是以旋轉(zhuǎn)運動為特征，幫助受訓(xùn)者在前后、左右、上下、俯臥、仰臥（或坐臥）等方向上進行360°全旋運動，對人體前庭半規(guī)管內(nèi)淋巴液逐步產(chǎn)生離心刺激作用，從而提高人體抗大幅度（和大強度）搖晃、翻滾等運動所致眩暈的耐受能力；②能夠全方位、全體位和多角度增強參訓(xùn)人員的核心力量訓(xùn)練和心理行為訓(xùn)練。

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Design&Training Experiment of a Multi-Functional Training Instruments

YANG Xianghonga，PANG Changkaib，HAN Yonghengb，PENG Yub，JI Kunb
（Naval Aeronautical and Astronautical University a.Department of Military Education and Training；b.Students’Brigade 1，Yantai Shandong 264001，China）

To overcome the defect of obsolete design and single motor function of the existing special sports facilities，the multi-function training instruments was designed to improve trainees’comprehensive fitness.This instruments is mainly composed of rotating center frame，circular center frame，protective device and electric motor drive.This instruments could carry out rehabilitation treatment，strengthen the core training and carry out other training subjects.Practical training vali?dated the stability，safety and reliability of the instruments，and it also showed that the instruments was suitable for multi?player applying training，saving time and effort.

military training instruments；core training；anti-vertigo；physical training

E939

A

1673-1522（2015）06-0597-04DOI：10.7682/j.issn.1673-1522.2015.06.019

2015-09-01；

2015-10-16

專利名稱［專利編號］：一種用于提高身體素質(zhì)的多功能綜合訓(xùn)練模擬器［ZL 201520150150.0］

楊祥紅（1978-），男，工程師，碩士。