一种光电式超等长铁饼专项力量练习器设计

姚 健，黎振华，于 睿，夏国滨

(1.哈尔滨师范大学;2.黑龙江职业学院)

0 引言

自竞技运动步入科学化和现代化发展以来，体能训练器械就成为运动员取得优异运动成绩的重要保障，并成为现代训练中不可缺少的重要组成部分［1］.超等长训练是前苏联田径教练员尤里·维尔霍山斯基在1967年发明的［2］.目前以超等长训练为代表的力量训练作为一种发展肌肉爆发力的手段，成为现代体育科技的最新成果已经广泛应用于田径训练之中.在超等长训练中，工作肌作离心收缩，肌梭受到快速的牵拉导致牵张反射的产生，反射性地引起工作肌产生主动收缩，使肌肉中的能量最大限度地被贮存起来，以利于在紧接着的向心收缩中爆发式的释放出来，使肌肉的收缩更加迅速、有力.肌肉的这种特殊收缩方式使其产生的力量大且迅速，这是其他收缩方式所不能比拟的.研究表明，在工作肌伸展范围内，伸展幅度越大，伸展速度越快、越突然，牵张反射越强烈，肌肉产生贮存的能量就会越多，在紧接着的向心收缩中产生的力量就会越迅速、越大.在这种新理论下，阐述了机体超等长训练的关键所在，超等长训练的概念重新认识是有必要的，应该从定性的理解过渡到定量的理解.对于不同的运动项目，不但要对肌肉进行离心收缩时被牵拉的速度、长度有定量的理解，而且也要对离心—向心收缩的耦联时间有定量的理解.在实际运用中，超等长训练的认识不应仅仅停留在形式上，更重要的是要抓住它的本质及关键因素［3］.基于此，研制了一种光电式超等长铁饼专项力量练习装置，为推进我国田径项目投掷运动发展、完善专项训练、提高运动员专项能力与竞技水平提供参考.

1 光电式超等长铁饼专项力量练习装置的设计思路

这种光电式超等长铁饼专项力量练习装置，是对铁饼运动员专项能力、专项技术动作等进行专门性强化训练的辅助器械.目前，国内在铁饼专项能力练习训练器械不多，并且只是简单的一般性力量训练.如，铁饼专项力量练习除采用杠铃的卧推、卧拉及扩胸练习手段以外，主要采用挥片(挥动杠铃片的投饼模仿练习)、拉皮筋及投掷重物等方式进行力量练习.这种基于主观判断的训练手段，极大地制约了运动员竞技水平的提升［4］.以此，设计出一种以专项力量为主，使用性强，专门化操作简便为特点铁饼专门力量练习装置，来满足教练员和运动员在练习专项力量所需、推动训练科学化发展.

光电式超等长铁饼专项力量练习装置，要解决有效用力距离短，投掷主动用力肌群用力前没有预先离心拉长，且出手速度难以有效地监控等问题.按照运动生物力学及运动生理学等相关理论，并结合铁饼专项力量练习的特点，使运动员在铁饼专项力量练习时能够加大练习阻力，主动肌群用力准确，身体重心稳定，动作不变形，同时能够按正确的用力轨迹及出手角度进行练习，投掷主动用力肌群用力前预先离心拉长，有效用力距离贯穿整个用力过程，出手速度能够即时有效地监控，对于提高投掷铁饼专项力量大有帮助.因此，在练习装置的设计思路中就要突出光电结合、自动化、科学化以及符合铁饼运动训练发展方向的特点.

2 光电式超等长铁饼专项力量练习装置的技术方案

为实现铁饼运动员专项能力的提高，该文研制的一种光电式超等长铁饼专项力量练习装置，实用新型的练习器主要包括环形板、可伸缩弹性支架、底板、滑板、第一弹簧、前固定板、两个固定体、驱动电机、传动机构、牵引带、牵引带轮、支架、从动轴、第一触点开关、第二触点开关、控制开关、后固定板、光电速度传感器、手柄、连杆、连杆螺套、钢丝、第二弹簧、管体和两个滚轮;可伸缩弹性支架的上端与环形板的下端面固接，环形板的后端向下倾斜，环形板的下端面与水平面之间的夹角为37°±3°，环形板的中心孔的孔径为75～85 cm，环形板的外圆周端面的直径为240～260 cm，管体弯制成螺旋形状，管体设置在环形板的上环形面上且二者可拆卸连接，管体的外端口至环形板的中心连线与环形板的最高点至最低点的中心线之间的夹角为30°，管体的管壁上与环形板的外侧壁相邻的一侧设有开口，开口沿管体的全长开设，两个滚轮滚动设置在管体的内壁上，且位于与环形板的中心孔相邻的一侧，连杆的一端与两个滚轮的轮架固接，连杆的另一端穿出管体上的开口设置在管体的外部，连杆的横截面为圆形，连杆的另一端侧壁上加工有螺纹，连杆与连杆螺套螺纹连接，连杆螺套与手柄弹性连接，钢丝的一端与两个滚轮的轮架固接，钢丝的另一端穿出管体的里端口并与第二弹簧的一端固接，第二弹簧的另一端与固定物体固接，俯看环形板，且由环形板的最低端至最高端逆时针方向看去的二者之间设置有光电速度传感器，光电速度传感器的终结端发射装置位于环形板倾斜方向的垂直中心轴线上，光电速度传感器的起始端发射装置设置在环形板的最低端与该终结端发射装置之间，且该起始端发射装置与该终结端发射装置之间的间距为50cm，光电速度传感器的起始端发射装置与起始端接收装置对应设置，光电速度传感器的终结端发射装置与终结端接收装置对应设置，起始端发射装置和终结端发射装置设置在管体的开口的上边缘处，起始端接收装置和终结端接收装置设置在管体的开口的下边缘处，底板与地面固接，底板上自前至后依次设置有前固定板和滑板，前固定板与底板固接，滑板与底板滑动配合，前固定板与滑板上各固装有一个固定体，两个固定体之间通过第一弹簧连接，可伸缩弹性支架设置在滑板上且位于固定体的后面，可伸缩弹性支架的下端与滑板固接，支架设置在底板的后侧，支架与地面固接，从动轴的两端各通过一个轴承与支架转动连接，从动轴上固装有一个牵引带轮，牵引带的一端与滑板的后端固接，牵引带的另一端缠绕在牵引带轮上，驱动电机的输出轴与从动轴之间通过传动机构传动连接，第一触点开关的两个第一触点相对设置，且前固定板的后端面上和滑板的前端面上各固装有第一触点开关的一个第一触点，控制开关固装在滑板上，滑板的后端设有缺口，后固定板固装在底板上且位于滑板的缺口处，第二触点开关的两个第二触点相对设置，第二触点开关的一个第二触点固装在后固定板的前端面上，第二触点开关的另一个第二触点固装在滑板上，且位于后固定板相对应的端面上［5］.

3 光电式超等长铁饼专项力量练习装置的研制

3.1 装置的整体研制

光电式超等长铁饼专项力量练习装置(见图1)，装置包括环形板(2)、可伸缩弹性支架(3)、底板(8)、滑板(9)、第一弹簧(10)、前固定板(11)、两个固定体(12)、驱动电机(13)、传动机构(14)、牵引带(15)、牵引带轮(16)、支架(17)、从动轴(18)、第一触点开关、第二触点开关、控制开关(19)、后固定板(20)、光电速度传感器(50)、手柄(52)、连杆(53)、连杆螺套(54)、钢丝(55)、第二弹簧(56)、管体(57)和两个滚轮(51)等原件组成.可伸缩弹性支架(3)由四根可伸缩弹性支腿(23)和四根横梁(24)组成;四根可伸缩弹性支腿(23)位于环形板(2)下端面的十字中心线上，由四根可伸缩弹性支腿(23)的上端面构成一个斜面，斜面的倾斜方向和倾斜角度均与环形板(2)的倾斜方向和倾斜角度相同，相邻两根可伸缩弹性支腿(23)之间通过一根横梁(24)连接.练习器还包括顶丝(59);顶丝(59)与连杆螺套(54)螺纹连接，顶丝(59)的端部顶靠在连杆(53)的侧壁上.两个第四弹簧(60);连杆螺套(54)与手柄(52)通过两个第四弹簧(60)弹性连接.

图1 光电式超等长铁饼专项力量练习装置

3.2 光电系统的研制

光电系统使用电子学的方法对光学信息进行处理与控制的系统，它是一种用于接收来自目标反射或自身辐射的光辐射，通过变换、处理、控制等环节，获得所需要的信息或能力，并进行必要处理的光电装置.它的基本功能就是将接收到的光辐射转换为电信号，并利用它去达到某种实际应用的目的［6］.光电式传感器有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电二极管和光电三极管、光电池、半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、热释电传感器、光电耦合器件等光电元件.另外，光电式传感器还可分为模拟式光电式传感器和脉冲式光电式传感器两类［7］.该文利用光电速度传感器采用现有技术，由KEYENCE公司生产制造.该光电速度感器系统，可以帮助解决铁饼运动员出手角度、运动方向、转速等问题.当铁饼经过卡槽内时遮挡光线，光敏管无线传输，以此来断定运动员铁饼出手的高度.

4 结束语

该实用新型铁饼专项力量练习装置，运动员在进行铁饼专项力量训练时，启动控制开关使驱动电机正向(顺时针)转动，滑板向后滑动，当第二触点开关的两个第二触点相接触时，驱动电机停止工作，此时，第一弹簧处于拉伸状态;启动控制开关使驱动电机反向(逆时针)转动，滑板向前滑动，当第一触点开关的两个第一触点相接触时，驱动电机停止工作，此时第一弹簧趋于压缩状态.运动员在进行铁饼专项力量练习时，利用滑板的滑动模拟旋转的前冲和最后制动，第二弹簧处于拉伸状态，手握手柄并使两个滚轮在管体(螺旋形状)内滚动，运动员进行超等长的铁饼专项力量练习，运动员的出手速度能够即时有效地监控.目前经国家知识产权局审批，该装置已经获得国家专利(专利号:CN201020511156.3).该练习装置能够模拟投掷中实际出手速度，并通过光电式传感器系统定位出手点，变换出手角度以满足运动员训练中实际的出手角度，有效地弥补铁饼专项力量训练手段不足及辅助器械少的问题，满足田径教练员和铁饼运动员训练所需.此外，该铁饼专项训练装置价格较低，坚固可靠，不受场地限制使用方便，具有广泛的推广意义与价值.

［1］明宇，司虎克.中美体育器械专利国际申请竞争情报的实证研究［J］.北京体育大学学报，2013，36(4):18–23.

［2］詹姆斯，拉德克利夫，等.田径指南［M］.1994.1－41.

［3］部义峰，李世明，成武刚.超等长训练的影响因素及应用研究［J］.鲁东大学学报:自然科学版，2008，24(1):85–90.

［4］何长波，高俊.一种水球陆地射门训练装置开发与研制［J］.实验技术与管理，2014，31(7):91–93.

［5］夏国滨，刘冬冰，刘阿男，等.光电式超等长铁饼专项力量练习器.中国.CN201020511156.3［P］.2011–05–04.

［6］光电系统［EB/OL］.

［7］张燕，曾光宇.光电式传感器的应用与发展［J］.科技情报开发与经济，2006，16(13):254–255.