陈书婉 姜千秋 葛茂煜 石艳兵 谭崎
（辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114000）
摘要：为提高体能训练机的使用寿命，改善使用体验，增强大学生体能训练的兴趣和锻炼效果，针对现有技术中体能训练机拉杆松脱或者拉杆上升的速度过快时，容易引起调节杆连同配重块的快速下落，进而使得配重块剧烈撞击，产生巨大的噪音，严重时导致训练装置损坏的问题，设计了新型大学生体能训练机。本文详细叙述了本设计是如何利用橡胶垫、压缩空气等，来减少噪音、碰撞，提升训练效果和使用感受的。
关键词：体能训练；训练装置；结构设计
1引言
依据体能在不同人群中的表现和作用，可将体能分为健康体能和竞技体能两个层次[1]，健康体能是指任何人群都必需的器官系统的机能能力，是竞技体能的基础，竞技体能是在健康体能的基础上，进一步发展的竞技比赛所需的身体机能能力[2]。发展运动员的竞技体能受着多种因素的影响，先天性的体能通过遗传效应而获得，后天性的体能则主要经由有效的体能训练而得到提高，同时，在适宜的地理环境和良好的社会环境中也可得到相应的发展[3]，体能训练的直接任务是根据各个项目竞赛的需要，提高运动员的运动素质。
现有技术中的技术方案，如体育教学使用的体能训练装置，包括底架，底架的顶部固定安装有支撑架，底架的顶部固定安装有缓冲座。使用者可以坐在座板上，将脚放置到踏板上，双手抓住拉环，缓慢的拉动牵引绳将增重块升起，再缓慢的放下增重块，当进行腹部训练时，只需双脚抬起放置到后置架上，并使脚背抵住限位杆，在平躺在前置架和后置架之间进行训练，也可以推动两侧的扣板与连接件分离，解除对插销的限制，再将插销抽离，并将座板抽离转换方向对称放置重新插入连接杆，并固定，这样座板形成圆弧状垫板，使用者可以靠着座板进行腰部和腹部的训练，达到了方便使用者操作的目的。
但现有技术中拉杆松脱时或者拉杆上升的速度过快时，容易引起调节杆连同配重块的快速下落，进而使得配重块剧烈撞击，产生巨大的噪音，严重时导致训练装置损坏。
2总体方案
2.1功能
设计的大学生体能训练机，在实现现有技术关于腰腹部训练的同时，还关注到弥补现有技术的不足，解决了调节杆连同配重块的快速下落，使得配重块剧烈撞击，产生巨大的噪音，甚至造成损坏的问题，并且增强清洁能力、通风性能。
2.2实现方案
2.2.1基本结构
大学生体能训练机，包括底架；底架顶部设有坐垫和靠背，底架远离靠背的一侧固连有立架，立架顶部设有一组导向滑轮；导向滑轮上设有钢绳，钢绳一端设有拉杆，另一端设有调节杆；底架一侧与调节杆对应位置设有支座，支座顶部固连有一对导杆，导杆上贯穿一组配重块，配重块与导杆滑动连接；配重块与调节杆对应位置开设有贯穿孔；配重块侧面开设有插孔，插孔内插有插销，调节杆上均匀设有一组与插孔配合的调节孔；配重块底部开设有一组滑孔，滑孔内滑动连接有滑柱，滑柱与滑孔底部之间固连有弹簧；滑柱底部延伸至配重块外部，且滑柱底部固连有橡胶垫；滑孔深度大于滑柱与橡胶垫的长度之和；滑孔底部开设有排气孔，排气孔直径小于滑孔直径的五分之一；通过滑柱减缓配重块的速度，减少训练装置的损坏；工作时，放松拉杆，使得调节杆在自重的作用下下落并插入贯穿孔中，之后通过插销插入不同的贯穿孔中，进而使得调节杆拉起不同数量的配重块，即可快速调节拉杆的拉力大小。
2.2.2减少噪音实现方案
当拉杆松脱时或者拉杆上升的速度过快时，容易引起调节杆连同配重块的快速下落，进而使得配重块剧烈撞击，产生巨大的噪音，严重时导致训练装置损坏，此时通过滑孔中滑动连接的滑柱，使得滑柱底部固连的橡胶垫最先接触底层的配重块，之后橡胶垫变形吸收一部分动能，避免上下层之间的配重块直接碰撞产生的巨大噪音，同时橡胶垫连同滑柱在配重块的压力下向滑孔内收缩，滑孔中的空气受到压缩时阻碍滑柱的滑动，进而降低配重块相互接近的速度，配合排气孔直径小于滑孔直径的五分之一，通过排气孔限制滑孔的排气速度，进一步降低配重块之间的接近速度，减少配重块之间的刚性碰撞，进一步减少训练装置的损坏。
2.2.3清洁功能实现方案
排气孔与贯穿孔连通，且排气孔靠近贯穿孔的一侧呈Y形分叉；通过排气孔向贯穿孔鼓入空气，减少贯穿孔被异物阻塞，保证训练装置正常运行；当滑柱向滑孔底部滑动时，滑孔底部的空气被压缩，压缩后的空气经排气管通入贯穿孔中，进而对贯穿孔内壁进行清理，减少异物卡柱贯穿孔，影响调节杆插入贯穿孔中，同时由于排气孔靠近贯穿孔的一侧呈Y形分叉，使得排气孔排出的空气向贯穿孔上下两端倾斜喷出，进一步增加排气孔对贯穿孔的清理效果。
贯穿孔顶部设有锥形的沉头部，利于调节杆插入贯穿孔；贯穿孔底部是由于沉头部配合的凸环，通过凸环嵌入下层的配重块中，增加配重块底部的空气流速，增加配重块底部的清理效果；当配重块沿导杆的导向向下滑动时，通过锥形的沉头部方便调节杆快速插入贯穿孔中，同时，在凸环接近沉头部时，凸环挤压沉头部附近的空气，进而增加沉头部附近的空气向外周流动和逸散，配合贯穿孔中喷出的气流，进一步增加对配重块底部的清洁效果。
2.2.4效率提升实现方案
沉头部下部的贯穿孔内固连有弹性膜，弹性膜中间开设有直径略小于调节杆直径的圆孔；通过弹性膜增加对调节杆的清理，进一步防止调节杆卡死；当调节杆插入贯穿孔中时，调节杆撑大圆孔，进而使得弹性膜刮擦调节杆外周，进一步清洁调节杆，减少调节杆粘附的杂质卡入贯穿孔中，阻碍调节杆的顺利滑动，同时调节杆撑大圆孔时，弹性膜配合调节杆封闭贯穿孔顶部，使得排气孔喷出的压缩空气全部经贯穿孔底部排出，增加贯穿孔底部的出风量，进而进一步增加配重块底部的清洁效果，保证配重块顺利归位，减少异物夹杂在配重块之间使得插孔与调节孔错位，增加插销插入插孔和调节孔的效率。
2.2.5使用体验提升实现方案
靠背底部设有支杆，坐垫底部的底架上固连有铰支架，支杆靠近铰支架的一端与铰支架铰接；铰支架底部的底架上固连与三脚架，三脚架顶部与支杆支架设有复位弹簧；靠背的转动中心与人体坐在坐垫上时腰部的转动轴心重合；通过转动的靠背减少人体背部与靠背的摩擦，减少锻炼损伤；由于靠背的转动中心与人体坐在坐垫上时腰部的转动轴心重合，使得运动人员坐在坐垫上拉动拉杆时，靠背随人员腰部的转动而同步转动，进一步减小人员背部与靠背的滑动摩擦，在保证靠背对人员背部足够的支撑力作用下减少人员背部摩擦，进而减少运动对人体的摩擦伤害。
靠背上均匀开设有一组通风孔；支座顶部与调节杆对应位置开设有一号孔，一号孔与调节杆滑动密封连接；一号孔底部连通有二号孔，二号孔通过气管与通风孔连通；通过一号孔鼓气增加靠背的通风效果，进而增加锻炼效率；当松开拉杆使得调节杆连同配重块下落时，调节杆底部插入一号孔中，使得一号孔中的空气受到压缩时阻碍调节杆下移，避免调节杆直接触底引起的调节杆变形和配重块之间的剧烈碰撞，同时一号孔中的空气经压缩之后从二号孔排出，进而经气管从通风孔喷出，进一步增加靠背的通风性能，减少运动人员的出汗对运动的影响，增加训练装置的锻炼效果。
3附图说明
图1为大学生体能训练机的立体图；
图2为大学生体能训练机的主视图；
图3为大学生体能训练机的右视图；
图4为大学生体能训练机图3中所示A处的局部放大图。
图中：底架1、坐垫11、靠背12、立架13、导向滑轮14、钢绳15、拉杆16、调节杆17、支座2、导杆21、配重块3、贯穿孔31、插孔32、插销33、调节孔18、滑孔34、滑柱35、橡胶垫36、排气孔37、沉头部38、凸环39、弹性膜4、圆孔41、支杆5、铰支架51、三脚架52、一号孔53、二号孔54、通风孔55。
图 1 立体图
图 2 主视图
图 3 右视图
图 4 A处（图3中）局部放大图
4结语
如今普通大学生体能水平不断下降[4]，提升大学生的体能是一个社会广泛关注的重点问题。训练时的舒适环境和感受能有效提高大学生对于体能训练的兴趣。本设计的创新点在于利用橡胶垫减少了配重块之间的刚性碰撞，进而降低了机器使用时带来的噪音，能给使用者提供低噪音的训练环境。本设计还增加了靠背的通风性能，有效减少运动人员的出汗对运动的影响，增加训练装置的锻炼效果。
如何进一步细化设计，确定尺寸数据、各类工作参数等，是后续研究的方向。需要进行多次试验，通过研读现有的相关研究成果文献并对试验数据进行深入分析，完善设计。
参考文献：
[1]姜广富. 国内外体能训练研究的可视化分析[D].大连理工大学,2019.
[2]李广文,师庆新.体能研究：概念、范畴、历史与发展[J].德州学院学报,2019,35(06):70-75.
[3]郭宇,张锦锦.高校体育教学中体能训练的必要性和实施策略[J].大陆桥视野,2020(11):107-108.
[4]刘明亭. 抗阻训练对普通大学生体能干预的实验研究[D].中国石油大学(华东),2018.
基金支持：
项目获得辽宁科技大学2021年大学生创新创业训练计划资助