姚 健，黎振華，于 睿，夏國濱

(1.哈爾濱師范大學(xué);2.黑龍江職業(yè)學(xué)院)

0 引言

自競技運(yùn)動(dòng)步入科學(xué)化和現(xiàn)代化發(fā)展以來，體能訓(xùn)練器械就成為運(yùn)動(dòng)員取得優(yōu)異運(yùn)動(dòng)成績的重要保障，并成為現(xiàn)代訓(xùn)練中不可缺少的重要組成部分［1］.超等長訓(xùn)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(xùn)練為代表的力量訓(xùn)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(xùn)練之中.在超等長訓(xùn)練中，工作肌作離心收縮，肌梭受到快速的牽拉導(dǎo)致牽張反射的產(chǎn)生，反射性地引起工作肌產(chǎn)生主動(dòng)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(qiáng)烈，肌肉產(chǎn)生貯存的能量就會(huì)越多，在緊接著的向心收縮中產(chǎn)生的力量就會(huì)越迅速、越大.在這種新理論下，闡述了機(jī)體超等長訓(xùn)練的關(guān)鍵所在，超等長訓(xùn)練的概念重新認(rèn)識(shí)是有必要的，應(yīng)該從定性的理解過渡到定量的理解.對(duì)于不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，不但要對(duì)肌肉進(jìn)行離心收縮時(shí)被牽拉的速度、長度有定量的理解，而且也要對(duì)離心—向心收縮的耦聯(lián)時(shí)間有定量的理解.在實(shí)際運(yùn)用中，超等長訓(xùn)練的認(rèn)識(shí)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(xiàng)力量練習(xí)裝置，為推進(jìn)我國田徑項(xiàng)目投擲運(yùn)動(dòng)發(fā)展、完善專項(xiàng)訓(xùn)練、提高運(yùn)動(dòng)員專項(xiàng)能力與競技水平提供參考.

1 光電式超等長鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)裝置的設(shè)計(jì)思路

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

光電式超等長鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)裝置，要解決有效用力距離短，投擲主動(dòng)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(yùn)動(dòng)生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)生理學(xué)等相關(guān)理論，并結(jié)合鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)的特點(diǎn)，使運(yùn)動(dòng)員在鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)時(shí)能夠加大練習(xí)阻力，主動(dòng)肌群用力準(zhǔn)確，身體重心穩(wěn)定，動(dòng)作不變形，同時(shí)能夠按正確的用力軌跡及出手角度進(jìn)行練習(xí)，投擲主動(dòng)用力肌群用力前預(yù)先離心拉長，有效用力距離貫穿整個(gè)用力過程，出手速度能夠即時(shí)有效地監(jiān)控，對(duì)于提高投擲鐵餅專項(xiàng)力量大有幫助.因此，在練習(xí)裝置的設(shè)計(jì)思路中就要突出光電結(jié)合、自動(dòng)化、科學(xué)化以及符合鐵餅運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練發(fā)展方向的特點(diǎn).

2 光電式超等長鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)裝置的技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)鐵餅運(yùn)動(dòng)員專項(xiàng)能力的提高，該文研制的一種光電式超等長鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)裝置，實(shí)用新型的練習(xí)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(gè)固定體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、牽引帶、牽引帶輪、支架、從動(dòng)軸、第一觸點(diǎn)開關(guān)、第二觸點(diǎn)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(gè)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(diǎn)至最低點(diǎn)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(gè)滾輪滾動(dòng)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(gè)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(gè)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(shí)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(duì)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(duì)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(dòng)配合，前固定板與滑板上各固裝有一個(gè)固定體，兩個(gè)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(dòng)軸的兩端各通過一個(gè)軸承與支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，從動(dòng)軸上固裝有一個(gè)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(dòng)電機(jī)的輸出軸與從動(dòng)軸之間通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，第一觸點(diǎn)開關(guān)的兩個(gè)第一觸點(diǎn)相對(duì)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(diǎn)開關(guān)的一個(gè)第一觸點(diǎn)，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(diǎn)開關(guān)的兩個(gè)第二觸點(diǎn)相對(duì)設(shè)置，第二觸點(diǎn)開關(guān)的一個(gè)第二觸點(diǎn)固裝在后固定板的前端面上，第二觸點(diǎn)開關(guān)的另一個(gè)第二觸點(diǎn)固裝在滑板上，且位于后固定板相對(duì)應(yīng)的端面上［5］.

3 光電式超等長鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)裝置的研制

3.1 裝置的整體研制

光電式超等長鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)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(gè)固定體(12)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)、牽引帶(15)、牽引帶輪(16)、支架(17)、從動(dòng)軸(18)、第一觸點(diǎn)開關(guān)、第二觸點(diǎn)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(gè)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(gè)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(xí)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(gè)第四彈簧(60);連桿螺套(54)與手柄(52)通過兩個(gè)第四彈簧(60)彈性連接.

圖1 光電式超等長鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)裝置

3.2 光電系統(tǒng)的研制

光電系統(tǒng)使用電子學(xué)的方法對(duì)光學(xué)信息進(jìn)行處理與控制的系統(tǒng)，它是一種用于接收來自目標(biāo)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(jìn)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(hào)，并利用它去達(dá)到某種實(shí)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(dǎo)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(yùn)動(dòng)員出手角度、運(yùn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)速等問題.當(dāng)鐵餅經(jīng)過卡槽內(nèi)時(shí)遮擋光線，光敏管無線傳輸，以此來斷定運(yùn)動(dòng)員鐵餅出手的高度.

4 結(jié)束語

該實(shí)用新型鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)裝置，運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行鐵餅專項(xiàng)力量訓(xùn)練時(shí)，啟動(dòng)控制開關(guān)使驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向(順時(shí)針)轉(zhuǎn)動(dòng)，滑板向后滑動(dòng)，當(dāng)?shù)诙|點(diǎn)開關(guān)的兩個(gè)第二觸點(diǎn)相接觸時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作，此時(shí)，第一彈簧處于拉伸狀態(tài);啟動(dòng)控制開關(guān)使驅(qū)動(dòng)電機(jī)反向(逆時(shí)針)轉(zhuǎn)動(dòng)，滑板向前滑動(dòng)，當(dāng)?shù)谝挥|點(diǎn)開關(guān)的兩個(gè)第一觸點(diǎn)相接觸時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作，此時(shí)第一彈簧趨于壓縮狀態(tài).運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)時(shí)，利用滑板的滑動(dòng)模擬旋轉(zhuǎn)的前沖和最后制動(dòng)，第二彈簧處于拉伸狀態(tài)，手握手柄并使兩個(gè)滾輪在管體(螺旋形狀)內(nèi)滾動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行超等長的鐵餅專項(xiàng)力量練習(xí)，運(yùn)動(dòng)員的出手速度能夠即時(shí)有效地監(jiān)控.目前經(jīng)國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局審批，該裝置已經(jīng)獲得國家專利(專利號(hào):CN201020511156.3).該練習(xí)裝置能夠模擬投擲中實(shí)際出手速度，并通過光電式傳感器系統(tǒng)定位出手點(diǎn)，變換出手角度以滿足運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練中實(shí)際的出手角度，有效地彌補(bǔ)鐵餅專項(xiàng)力量訓(xùn)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(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練所需.此外，該鐵餅專項(xiàng)訓(xùn)練裝置價(jià)格較低，堅(jiān)固可靠，不受場地限制使用方便，具有廣泛的推廣意義與價(jià)值.

［1］明宇，司虎克.中美體育器械專利國際申請(qǐng)競爭情報(bào)的實(shí)證研究［J］.北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，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(xùn)練的影響因素及應(yīng)用研究［J］.魯東大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008，24(1):85–90.

［4］何長波，高俊.一種水球陸地射門訓(xùn)練裝置開發(fā)與研制［J］.實(shí)驗(yàn)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(xiàng)力量練習(xí)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(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16(13):254–255.