Велотренажер-велоергометр

Велотренажер-велоэргометр, содержащий установленный в нем цилиндрический корпус тормозного механизма, заполненный электрореологический жидкостью, имеющий ребристую внутреннюю поверхность, закрепленную на валу педального механизма крыльчатку и соединен Изобретение относится к спорту и медицине, в частности, к устройствам для тестирования переносимости физической нагрузки человеком и для тренировки велосипедистов на стенде. Известно устройство для тренировки спортсменов, в частности, бегунов, содержащее установленный в опорах вал, несущий последовательно размещенные вдоль него корпус с жидкостью и крестовиной с лопатками, барабан с намотанным на ней тросом для связи со спортсменом, средство изменения тормозного сопротивления лопаток, включающее шток с подшипником на одном конце и резьбовым участком на другом, установлен ные с источником питания размещенныев нем электроды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что сиденье и руль выполнены регулируемыми по высоте, и руль, кроме того, - по положению его рукояток с возможностью присоединения к нему съемных подлокотных желобообразных мягких опор с рукоятками, а крыльчатка выполнена в виде диска с радиальными ребрами, противопоставленными радиально расположенным внутренним ребрам корпуса, электроды которого помещены в различных электрически изолированных друг от друга секторах с возможностью перемещения их относительно оси педального механизма, положения рукояток и подлокотных желобообразных опор руля, при этом электроды связаны с источником питания через управляемый частотный генератор. ный в корпусе через гайку с возможностью продольного перемещения от внешнего усилия, шкалу отсчета тормозного сопротивления лопаток (Авт. св. № 1466766, кл. А 63 В 69/00, 1989). Недостаток его в том, что оно не связано с педальным механизмом и не может быть неиспользовано для тренировки велосипедистов, хотя по конструктивному решению тормозного механизма оно близко к аналогам велоэргометра. Известна книга А.А.Полищука "Велосипедный спорт", К.: Вища школа. - 1986. - С. 178, 179, в которой поставлена проблема важности отработки элементов педалирования в каждом из выделенных им С > о оо о 26586 секторов цикла педалирования, но, к сожалению, не предложено для этого какое-либо устройство. Недостаток и заключается в том, что в книге дается только ссылка на тензометрическую регистрацию усилий, прилагаемых к педали при педалировании, но нет приспособления для изменения этих усилий с целью тренировки и устранения выявленных в эксперименте недостатков. В силу этого полученные данные не реализуются в эффекте тренировки велосипедиста. Известно "Устройство для тренировки мышц конечностей", содержащее педальный механизм, коаксиально установленную на его валу втулку, смонтированную на раме и несущую средство для создания нагрузки с вибрацией в виде дисков с фигурными замкнутыми пазами, связанными через пальцы с шатунами педального механизма (Авт. св. № 154452, кл. А 63 В 23/00). Недостаток его в том, что вибрация подается на педали на протяжении всего полного цикла педалирования, а селекция вибрации по фазам педалирования невозможна. Известно устройство для тренировки велосипедистов, содержащее основание с желобами для расположения переднего колеса велосипеда и горизонтальной направляющей с установленной на ней кареткой с осью для размещения вилки заднего колеса рамы велосипеда, кинематически связанной с педальным механизмом и с валом маховика нагрузочного средства и в нем обеспечена возможность качательных перемещений велосипеда (Авт. св. № 1523155, кл. А 63 В 69/16, 1989). Недостаток этого устройства в том, что оно не содержит средства для-анализа усилий, прикладываемых к педалям в различных фазах цикла педалирования - при нажиме на педаль, при ее протяжке, при подтягивании и при проталкивании, а также невозможно на нем устранять недостатки педалирования в указанных секторах движения педалей. В силу этого и по ряду других причин такое устройство непригодно для эргономических целей. Известен велотренажер, содержащий раму со стойкой, несущий кинематически связанные между собой ножной и ручной приводы с педалями и рукоятками и регулируемыми по длине их шатунами с возможностью изменения длины шатунов и фиксации ее при тренировке (Авт. св. № 1489788, кл. А 63 В 69/16, 1989). 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Недостаток этого велотренажера аналогичен предыдущему - он не содержит средства анализа педалирования в различных теоретических установленных фазах цикла педалирования и в силу этого он не может быть использован для тренировки с целью устранения ошибок, которые могут быть выявлены в этих зонах (секторах). Известен велотренажер, содержащий педальный привод, связанный с регулируемой нагрузкой и имеющий датчики потенциалов, формирователь, сумматор, тактильный раздражитель, установленный с возможностью взаимодействия с ахилловым сухожильем тренирующего (Авт. св. № 1498520, кл. А 63 В 23/04, 69/16, 1989). Недостаток его в том, что, хотя в нем и предусмотрена стимуляция действий тренирующегося через ударный механизм, взаимодействующий с сухожильем, однако, это общее воздействие, а стимуляция в процессе приложения усилия на педаль в каждом секторе педалирования избирательно не предусмотрена, поэтому для тренировки он недостаточно эффективен. Наиболее близким по технической сущности является нагружающее устройство велоэргометра, содержащее заполненный жидкостью цилиндрический корпус, внутренняя поверхность которого выполнена ребристой, крыльчатку, установленную в корпусе с возможностью вращения и связанную с педальным механизмом, а корпус выполнен в виде катушки индуктивности, соединенной с источником питания, а жидкость - ферромагнитной, причем в корпусе размещены электроды, выполненные в виде нанесенных на поверх- * ности ребер, металлизированных покрытий, а жидкость выполнена электрореологической (Авт. св. № 1519723, кл. А 63 В 69/16, 1989). Недостаток прототипа в том, что на этом устройстве невозможно получить более или менее полную информацию о качестве педалирования, в частности в измерении и моделировании усилий, прилагаемых велосипедистом в различных фазах прохождения педалей в их цикле. Это же относится и к изменениям усилий при различных позах велосипедиста, которые ему приходится принимать в различных дорожных ситуациях и в различных соревнованиях. В силу этого такой велоэргометр малоэффективен как в эксперименте, так и в тренировочной работе. Предложенное изобретение решает задачу повышения качества получаемой при 26586 педалировании информации и эффективности использования ее в тренировке велосипедистов. Эта задача решена тем, что в велоэргометре, содержащем установленный в нем корпус тормозного механизма, заполненный электрореологической жидкостью и имеющей ребристую внутреннюю поверхность, установленную связанную с педальным механизмом крыльчатку и соединенные с источником питания размещенные в нем электроды, согласно предлагаемому изобретению, сиденье и руль велоэргометра выполнены регулируемыми по высоте и руль, кроме того, .по положению его рукояток с возможностью присоединения к ним съемных подлокотных опорных желобов с рукоятками, а крыльчатка выполнена в виде диска с радиальными ребрами, противопоставленными радиальным ребрам, выполненным в корпусе, электроды которого помещены в различных электрически изолированных друг от друга секторах с возможностью перемещения их относительно оси педального механизма, положения руля и подлокотных опорных желобов, при этом электроды связаны с источником питания через управляемый частотный генератор. Технический результат, достигаемый от использования совокупности отличительных признаков предложенного устройства, заключается в том, что посредством введения в корпус тормозного механизма велоэргометра изолированных секторов и возможности их автономного питания током переменной частоты с различным регулируемым напряжением, обеспечиваемого плавное и дискретное (вибростимулирующее) педалирование на протяжении всего цикла или на его отдельно выбранных фазах, а также применения руля, обеспечивающего принятия велосипедистом различных неизбежных рабочих поз, обусловливающих особенности прилагаемых усилий в каждой отмеченной секторами корпуса фазе, дало возможность повысить экспериментальные и тренировочные возможности велоэргометра и использовать его не только для оценки физической работоспособности человека, но и для тренировки его в качестве велотренажера в подготовке велосипедистов. На фиг. 1 дан общий вид велоэргометра и возможные позы велосипедиста", на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид спереди; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 - руль в аксонометрии; на фиг. 6 - возможные положения руля; на фиг. 7 - руль с опорными лок 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тевыми ложами, вид сверху; на фиг. 8 тормозной механизм и электрическая схема подключения его секторов, вид сбоку; на фиг. 9 - то же, вид спереди; на фиг. 10 - тормозной диск в аксонометрии; на фиг. 11 - педальный механизм и тормозной диск, вид спереди; на фиг. 12 - стыковка опорных локтевых лож с рулевой трубкой, вид сбоку; на фиг. 13 - фрагмент тормозного механизма, вид спереди, с вырывом, увеличено; на фиг. 14 электрическая схема. Велотренажер-эргометр содержит Тобразную опору 1, на которой установлена рама 2 с двойной вилкой 3. На раме сзади установлено сиденье 4, а спереди руль 5. Рама укреплена распорками 6, а в ее двойной вилке установлены тормозной 7 и педальный 8 механизмы. Опора 1 выполнена треугольной с упорами 9 по углам. Распорки 6 закреплены на ней и на раме жестко. Сиденье установлено с возможностью регулировки его высоты посредством, например, зажимного винта 10, фиксирующего подседельный стержень 1 1 с трубкой рамы. Руль имеет рулевой стержень 12, вставленный в трубку рамы и закрепленный (с возможностью регулировки по высоте) с помощью, например, зажимного винта 13. Трубка 14 руля имеет фигурный вид. Серединой она вставлена в обойму 15, закрепленную на торце стержня 12 и обеспечивающего проворот трубки 14 в ней и фиксацию ее посредством зажимного винта 16. Концы трубки 14 являются рукоятками 17 руля. При горизонтальном положении рукояток руля к ним присоединяют опорные локтевые ложи 18, выполненных в виде имеющих мягкое покрытие продолговатых желобов с рукоятками 19. На них прикреплены жестко фиксирующие кассеты 20, закрепленные в изгибе трубки руля зажимным винтом 21. Тормозной механизм 7 закреплен между опорными концами двойной вилки с возможностью проворота и фиксации, например, посредством зажимного винта 22, установленного на дуге £3, закрепленной на вилке 3 опоры 1 и имеющей паз 24 для пропуска в нем фланца 25, прикрепленного снизу к корпусу 26 механизма 7 и имеющего для пропуска винта 22 дугообразную прорезь 27. Корпус 26 преде тавляет собой емкость, заполненную ферромагнитной или электрореологичоской жидкостью 28 {например "Элон-2"). Внутренняя поверхность корпуса покрыта электропроводным покрытием, разделенным на изолированные друг от друга (внутри вы 26586 полненного из диэлектрика корпуса) секторы, принятые в теории педалирования: А - сектор проталкивания педали (70°), Б - нажима на педаль (110°), В - протяжка педали (70°) и Г подтягивания педали (110°) - см. фиг. 8, 9. В каждом секторе установлен проводный электрод 29, связанный с электрической схемой гибким подвижным проводом 30. На внутренних стыках корпуса выполнены ребра 31, расположенные радиально, а электропроводный слой металла на диск и ребра может быть нанесен путем напыления. Противоположным полюсом указанных секторов и их контактами-электродами 29 является тормозной диск 32, выполненный из токопроводящего материала. Он имеет ступицу 33 и радиально расположенные ребра 34, выполненные на его боковых поверхностях и образующие двухстороннюю крыльчатку, ребра которой направлены к ребрам 31 с зазором для жидкости 28. Ступица диска 33 закреплена на валу 35 педального стандартного механизма, имеющего шатуны 36 и педали 37. Вал 35 помещен в центральные отверстия 38 корпуса 26 и связан электрически с источником питания, изолирован от его токопроводящих секторов (А, Б, В, Г). Он установлен в диэлектрических подшипниках и имеет сальники (не показано). Диск 32 и его ребра 34 также покрыты токопроводящим материалом, (например, напылением) или выполнены из него. Корпус 26 может быть выполнен разъемным и снабженным наливным отверстием (не показано). Электроды 29 корпуса и вала педального механизма гибким проводом 30 связаны с частотным генератором 39, составляющим основу электросхемы, имеющей ПУ (пульт управления) 40. 5 10 15 20 25 30 35 40 Пользуются эргометром, как обычно, для измерения и оценки физической нагрузки - мощности мышечной работы при педалировании. Отличие состоит в том, 45 что, во-первых, нагрузка на педали и в более широком диапазоне более того регламентируется, во-вторых, педалирование возможно как плавное, так и дискретное, т.е. создающее вибростимулирующее воз- 50 действие на работающие мышцы и костно-связочный аппарат конечностей велосипедиста и, в-третьих, возможна смена положения велосипедиста, связанная с необходимостью смены положения руля и 55 соответственно провороти корпуса тормозного механизма для перемещения его контактных секторов А, Б, В и Г, создающих различный уровень физической нагрузки на каждом этапе проворота педалей в цикле педалирования, т.е различное по величине сопротивления педалям в зонах этих секторов. Плавная нагрузка задается тем, что на электроды 29 и соответственно секторы А, Б, В, Г подают так от блока питания и генератора частотой свыше 50 Гц, а напряжение тока плавно регулируют и устанавливают соответственно величине задаваемой физической нагрузки. Дискретный режим работы педального механизма создают снижением частоты питающего тока до 10-50 Гц с возможностью изменения его скважности и направления (для изменения физической нагрузки) и по назначению (для автономного питания секторов А, Б, В, Г тормозного механизма и обеспечения тормозных различий при нахождении педалей в различных зонах цикла педалирования). Инерционность процессов затердевания и размягчения жидкости таковы, что при тех частотах вибрации, которые необходимы шія положительной биохимической стимуляции опорно-двигательного аппарата человека (5-50 Гц) педали получают вибрацию с требуемым для этого параметрами, что повышает эффективность тренировки. Таким образом, при плавном и при дискретном режимах педалирования обеспечена возможность установки и регулировки нагрузки, как на все секторы одновременно и одинаково по напряжению и величине нагрузки, так и избирательно, т.е. с изменением напряжения и с приоритетом нагрузки в том или ином секторе (электроде 29) каждого цикла педалирования. Это необходимо в том случае, когда ставят диагностику технике педалирования спортсмена - выявляют, в каких фазах цикла педалирования обнаруживается недостаточность усилия для последующего исправления в процессе тренировки, для чего используют этот же велоэргометр в качестве велотренажера, имеющего различные тормозные свойства в каждом секторе педалирования. Смена положения тела велосипедиста, угол наклона его к горизонту обусловливается условиями дороги, необходимостью смены позы для отдыха, возможностью снижения любого сопротивления воздуха и т.п. и это необходимо моделировать. Эта смена возможна на велоэргометре только с изменением положения руля 5, что реализовано путем проворота его трубки 14 внутри обоймы 15 и стопорения ее винтом 16 и это возможно "на ходу", т.е.. в процессе педалирования, не превышая его. Кроме того, возможна и 9 26586 заблаговременная установка высоты руля посредством выдвижения его стержня 12 и фиксации винтом 13. В необходимых случаях предусмотрена установка на трубку и рукоятки 27 руля опорных и локтевых лож 18 с рукоятками 19„ и тогда спортсмен может занимать наиболее выгодную позу для скоростного педалирования, предельно наклонившись вперед, опираясь предплечьями на ложе и управляя велосипедом, воздействуя на рукоятки 19. В этом положении наиболее требовательно выступает необходимость изменения техники педалирования в зависимости от угла наклона туловища, соотношения в связях звеньев тела человека и различного напряжения его работающих мышц, а также исходя из положения руля. Эту необходимость удовлетворяет возможность проворота корпуса 26 тормозного и педального механизмов, что в эксперименте и тренировке позволяет выявить объективно существующие различия в распределении усилий нажима на педали при педалировании в различных его секторах и использовать это в интересах тренировки. Эта новая возможность и обеспечивается проворотом и фиксацией корпуса 26 винтом 22. И еще одна важная возможность. Когда подают повышенное напряжение на один из секторов, например "Г", а к этому прибегают для того, чтобы исправить недостаток - устранить слабое подтягивание педали, то в силу этого нарушают соотношение усилий на педали в других секторах: А, Б, В, чем нарушается плавность педалирования - задержкой ноги в секторе Г. Чтобы избежать этого и, вместе с тем, добиться усиленного тренировочного эффекта именно в этом секторе, прибегают к тому, что вибрацию подают только на сектор Г, а остальные секторы ноги проходят без вибрации. Тогда плавность сохраняется и достигается эффект целенаправленного повышенного тренировочного воздействия, и именно в этом секторе - Г. Такой эффект не может 5 10 15 20 25 30 35 40 45 10 быть достигнут ни в аналогах, ни в прототипе. Таким образом, достигнута цель повышения контрольно нагрузочных возможностей велоэргометра за счет введения вибратора и связанных с изменением позы велосипедиста сдвигов секторов его тормозного механизма. Иными словами, достигнуто повышение эффективности использования велоэргометра за счет его исследовательских и тренировочных возможностей. Преимущество предложенного устройства по сравнению с прототипом заключается в том, что с применением тормозного механизма на основе вращения тормозного диска в среде быстро реагирующей по вязкости на изменяющиеся* параметры питающего тока жидкости достигнута не только более точная установка нагрузки и более широкий диапазон ее изменения по величине, но и по соответствию ее положениювелосипедиста. Достигнуто также повышение эффективности тренировки с помощью вибростимуляции, т.е. и велоэргометр повысил свои качества и он в большей мере приобрел качества велотренажера. Полагаем, что предложенный велоэргометр-велотренажер найдет более широкое распространение, чем аналоги и прототип, так как при простоте конструкции он обладает большими возможностями в экспериментальных исследованиях, в контроле за техникой педалирования и непосредственно в физической тренировке велосипедистов, т.е. в качественной подготовке их к соревнованиям. Более того, данный велотренажервелоэргометр более приемлем и для целей физкультурно-оздоровительной направленности, он может применяться как в стационарных условиях в учреждениях и спортивных залах, так и в домашних условиях и при этом обеспечивает более высокую эффективность контроля и тренировки. 26586 -З СР. V^6 jt Ь А v V// О -З 26586 2 A^ S г аti т Z2 у\ А, Зь SS 'Ц 2? /4 Г? /3 Упорядник Замовлення 517 Техред М. Келемеш Коректор М. Самборська Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 f ..,'< -' П %