磁阻式自行车专项训练台的研制过程

【摘 要】以磁阻式减速装置为核心，研制符合自行车踏蹬方式和用力特点的新型自行车磁阻式专项能力训练台，其技术性能要求：实现模拟原地启动、平路骑行、坡路骑行、变速骑行的全过程训练；实现模拟踏蹬技术动作过程可控的数据化负荷加载。

【关键词】磁阻；自行车；研制

一、引言

自行车运动员专项力量的提高直接关系到运动成绩的提高，也有助于运动员掌握和使用正确的技术动作，为达到训练自行车运动员专项能力的目标，不仅要满足运动员专项技术训练要求，还要满足专项负荷训练要求所以， 围绕专项力量的训练是自行车训练中的核心内容。目前，在自行车训练实践中，许多教练员认为最大力量是发展快速力量的基础，所以就通过负重练习来发展肌肉的最大力量，采用杠铃负重练习作为发展运动员最大力量的训练手段，并以此衡量运动员力量素质水平。这种训练方法对于初、中级运动员而言，可以在较短时间内迅速提高身体力量素质，为提高运动成绩打下良好的力量基础，但是专项能力训练中不同负荷的抗阻练习所发展的肌肉力量与自行车运动所需要的专项能力是不尽相同的，它们在动作结构、肌肉用力顺序和供能方式等方面和专项技术动作都有明显的差异。

专项能力是自行车运动员技术训练和提高运动成绩的基础，为达到训练专项能力的目标，不仅要满足专项技术训练要求，还要满足专项负荷训练要求，使运动员具备能够承受高强度比赛的专项能力。多年来，如何将力量练习中获得的力量转化到专项运动能力上是一个困扰着广大教练员的问题。为提高专项运动能力，需要一种有效的专项能力训练手段。对于自行车这种周期性运动项目，需要考虑对速度耐力水平、性质及能力要求相似的专项训练手段。

二、主要结构研制

以磁阻式减速装置为核心，研制符合自行车踏蹬方式和用力特点的新型自行车磁阻式专项能力训练台，主要研究包括如下几部分：

（一）磁阻装置结构。利用减速磁阻电机与自行车传动系统连接，通过负荷加载增加运动员踏蹬骑行时的传动阻力。解决运动员专项力量训练无法转化以及专项训练负荷不足等问题。

（二）训练台结构。为真实地模拟运动员双腿周期踏蹬运动，训练台采用齿轮传动机构，训练台传动系统通过塔形变速齿轮与自行车传动系统实现无缝连接；连接装置为通用规格，任何品牌、型号的自行车均可连接，无需调试；高度模拟运动员在赛道上骑行时的传动结构。

（三）传动力学结构。自行车骑行踏蹬动作在训练台上产生静应力和变应力，需要考虑机械零件的强度，满足所产生的变载荷，防止损伤累积造成的疲劳破坏。各部件的技术力学和结构要求：良好的强度和刚性。与齿轮相接的传动转轴，要具有一定扭矩和弯矩性能。为使整机达到一定刚性，采取焊接、铆接相结合的加工工艺。传动装置，实现能量传递和运动转换，一定程度上具有改变运动形式和速度的作用。从动轴齿轮与磁阻装置齿轮以传动链为基本工作原理，两轮间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。

（四）负荷控制与监控装置结构。为方便训练中的使用与数据监控，负荷控制使用预设程序单片机转换器、USB通信与磁阻减速电机连接；功率、踏频、心率等负荷指标监控。磁阻式自行车专项力量训练台不仅可为优秀自行车运动员专项力量训练、启动训练提供数字化训练平台，并通过对功率、心率以及频率训练中的重要指标进行数据化与定量化管理。为训练提供科学、有效、有依据的保障；为我省自行车项目取得十三运会金牌提供有效辅助和保障作用。

三、训练台研制的技术难点

磁阻式自行车专项训练台可为自行车运动员练提供新型专项能力训练平台，实现专项速度力量、力量耐力和原地启动等训练的技术动作与训练负荷科学合理化。a传动方式如何进行专项技术运动模式模拟；b传动过程中如何实现专项动作与磁阻负荷的有效链接；c传动过程中如何实现负荷控制与负荷监控；通过解决上述三个技术难点，实现磁阻源技术在自行车专项训练系统中的应用，拓展自行车专项训练手段与方法，并为相关的辅助或模拟教练专项运动训练器材领域的深入研究提供参考依据。

四、研制过程与功能

为了开发研制一种磁阻式自行车专项能力训练器，我们确定的技术路线是通过训练器功能研究与结构分析，确立系统整体架构方案，再进行局部部件分解与加工，局部调试与样机装配，最后完成样机试验。具体地说就是，首先是研究磁阻式自行车专项能力训练器的整体架构、性能分析、各部件技术力学与机械学机理、系统集成方案与技术方法、整机图版设计与各部件机械图制版。在此基础上购置各部件标准件与非标准件材料，加工生产非标准件，进行各部件性能测试与调整，整机系统集成与试验。然后基于自行车专项能力训练特点及技术动作要求，进行速度力量和力量耐力等训练方法测试与实验，对训练器进行试验评估和局部调整。针对自行车项目踏蹬方式和周期性特点，机械结构设计符合自行车踏蹬用力特点，保证专项运动形式的实现，训练台专项性能要满足其速度耐力水平、性质及能力要求。通过对磁阻力学特征分析和相关研究，我们发现磁阻负荷性质对提高自行车运动员专项能力具有优异特性和很强的模拟性。磁阻的大小通过预设程序的单片机转换器控制的磁阻减速电机实现；通过磁阻减速电机机械转动结构与自行车传动系统连接，形成作用于踏蹬腿的外加阻力源；磁阻的大小可根据不同运动员踏蹬的力量、踏蹬频率等信息实现个性化训练；通过磁阻大小的调节，实现不同强度的有氧、无氧、速度耐力和专项力量的训练。由于磁阻负荷可根据需要而变化，可针对改变磁阻负荷前后以及相同负荷不同训练周期的踏频、功率、心率等训练数据进行对比，从而解决运动训练中无法数据化和定量化控制阻力负荷的难题。训练强度取决于磁阻负荷的大小，磁阻负荷的增加为可控的、渐进的，不会出现骤然增加负荷对身体构成安全的危害，有效地避免运动损伤。

五、结语

磁阻式自行车训练台应具备结构上落地支架式的结构形式；室内外均可；外形美观，工作稳定可靠；方便携带，满足自行车项目转地训练的要求。功能上可以实现模拟自行车原地启动过程技术训练；实现模拟自行车匀速骑行过程技术训练；实现模拟自行车变速骑行过程技术训练； 实现磁阻源技术的训练负荷加载等功能。

参考文献：

[1] 孙伊.我国自行车运动速度能力训练原理与方法研究进展[J].德州学院学报，2008（2）：106-109.

[2] 杜长亮.自行车训练过程协同动力系统研究[J].北京体育大学学报 ，2014，32（4）：123-128.

黑龙江省属科研院所自拟课题，课题编号：HTK201304