НАГРУЗОЧНЫЙ УЗЕЛ ТРЕНАЖЕРА

Предложение относится к области спортивных тренажеров и предназначено для общефизической подготовки и тренировки, кроме того, оно может использоваться в лечебных целях во время восстановительного периода после полученных травм.
Для физической тренировки в массовой физической культуре и спорте применяются различные тренажерные устройства, которые позволяют тренировать различные мышечные группы в разных режимах мышечного сокращения. Недостатком обычных тренажеров является использование лишь постоянной нагрузки и невозможность ее быстрого изменения во время выполнения одного движения, так и во время выполнения последовательных движений одной серии. В тоже время хорошо известны высокоэффективные режимы тренировки, которые предполагают изменение тренировочной нагрузки как в процессе выполнения одного движения, так и во время выполнения последовательных движений одной серии.
Тренировочная целесообразность использования изменяемой нагрузки вовремя одного движения связана с тем, что сила, развиваемая сокращающейся мышцей, зависит от ее длины у разных людей, причем зависимость «сила-длина мышцы» для разных мышц одного человека может существенно различаться. Таким образом, становится очевидно, что использование переменной нагрузки, изменяющейся во время выполнения движения в соответствии с физиологическими особенностями тренируемой группы мышц, более эффективно для полноценной физической тренировки.
Попытки использования тренировочного режима, в котором внешняя нагрузка изменяется во время движения, имеют место в спортивной практике. Так, известен велотренажер (Патент на изобретение РФ №2255782 / В.Н. Чинилов. Опубл. 10.07.2005 г.), состоящий из основания на опорах, нагрузочного узла, выполненного в виде закрепленного на оси дискообразного элемента в форме эллипса с переменным радиусом, и нагрузочного элемента, выполненного с возможностью поворота вокруг оси основания, и содержащий концентрично расположенные втулки, между которыми размещен упругий элемент.
Принцип эксцентрика можно применять не только на велосипедных, но и на грузоблочных тренажерах. Однако к недостаткам такого способа программируемого изменения нагрузки следует отнести трудоемкость замены эксцентрика, так как его форма подбирается такой, чтобы изменение момента силы было наиболее эффективным для тренировки данной мышечной группы.
Также из уровня техники известен способ и система для тренировки мышц с использованием изменения нагрузки во время выполнения движения (Патент на изобретение RU №2334535 / Авторы А.И. Нетреба, А.С. Боровик, О.А. Виноградов, опубл. 27.08.2014 г.), содержащий платформу, силовой нагрузочный блок, компрессор с ресивером, датчик угла и/или перемещения, датчики рабочего давления, пневмосистему и блок управления.
Недостатком указанной системы является сложность конструкции и значительные массогабаритные характеристики, обусловленные необходимостью применения специальной пневматической (гидравлической) схемы. Также следует отметить высокую шумность при эксплуатации такого тренажера, обусловленную работой пневматического (гидравлического) компрессора.
Наиболее близким аналогом к заявленному предложению, является магнитожидкостный универсальный тренажер, содержащий подвижную платформу, силовой нагрузочный блок, состоящий из штока поршня и корпуса, в котором размещен поршень с каналами и электромагнитной катушкой, пружины, датчика перемещения, блока управления.
Недостатком магнитожидкостного универсального тренажера является его низкая эффективность обусловленная следующим:
значительными затратами электрической энергии для создания магнитного поля;
высокой стоимостью магнитореологических жидкостей;
негативным влиянием электромагнитного поля на здоровье человека.
Техническим результатом заявляемого нагрузочного узла тренажера является снижение эксплуатационных затрат, уменьшение стоимости тренажера и исключение негативного воздействия электромагнитного поля на здоровье человека.
Технический результат достигается тем, что в поршне устанавливают плунжеры, движение которых обеспечивается перемещением зубчатых реек при вращении шестерни жестко закрепленной на валу шагового электродвигателя.
Предложение поясняется рисунками.
На фиг. 1 изображена схема размещения узлов на тренажере, где 1 - подвижная платформа, 2 - нагрузочный узел, 3 - датчик перемещения, 4 - блок управления.
На фиг. 2 представлена схема устройства нагрузочного узла, где 5 - шток поршня, 6 - корпус нагрузочного узла, в котором размещен поршень 7, в котором выполнены каналы 8, сообщающие подпоршневую 9 и надпоршневую 10 полости, заполненные гидравлическим маслом. Внутри поршня устанавливают шаговый электродвигатель 11, связанный с блоком управления 4 (фиг. 1), на валу которого жестко фиксируют шестерню 12, обеспечивающую возвратно поступательное движение зубчатых реек 13, на концах которых закреплены плунжеры 14, пружина 15.
На фиг. 3 представлен поршень 7 (вид сверху), где 8 - канал, 12 - шестерня, 13 - зубчатая рейка, 14 - плунжер.
Предлагаемый нагрузочный узел тренажера работает следующим образом. Испытуемый занимает место в тренажере, ноги согнуты в коленях, стопы размещаются на подвижной платформе 1. Упражнение подразумевает выполнение испытуемым серию движений по разгибанию ног, для этого он усилием мышц ног перемещает подвижную платформу 1 из начального в конечное положение (см. фиг. 1).
Поступательное движение подвижной платформы 1 обуславливает перемещение штока 5 и, следовательно, жестко соединенного с ним поршня 7. В поршне 7 выполнены каналы 8, по которым, при его движении, осуществляется перетекание гидравлического масла из подпоршневой 9 полости нагрузочного узла в надпоршневую 10 и обратно (см. фиг. 2).
Обеспечение переменной нагрузки по ходу движения платформы (поршня) достигается следующим образом. Перпендикулярно каналам 8 в поршне 7 выполнены отверстия, в которых располагают плунжеры 14, имеющие возможность возвратно-поступательного движения. Плунжеры 14, изменяя проходное сечение каналов 8 и создавая гидравлическое сопротивление, могут препятствовать свободному перетеканию гидравлического масла из подпоршневой полости 9 в надпоршневую 10, обуславливая, таким образом, увеличение или уменьшение нагрузки по ходу движения подвижной платформы 1. Плунжеры 14 жестко, путем скручивания, соединены с одним концом зубчатых реек 13. Движение плунжеров 14 обеспечивается перемещением зубчатых реек 13 при вращении шестерни 12, жестко закрепленной на валу шагового электродвигателя 11, расположенного в поршне 7 (см. фиг. 3). Управляющий сигнал на шаговый электродвигатель 11 формируется блоком управления 4 в зависимости от целей тренировки и уровня подготовки спортсмена.
Таким образом, за счет изменения гидравлического сопротивления каналов поршня, имеется принципиальная возможность реализации практически любого закона изменения нагрузки.
Динамичное возвращение подвижной платформы 1 в начальное положение обеспечивается за счет использования потенциальной энергии пружины 15, растянутой при перемещении подвижной платформы в конечное положение. В это время положение плунжеров 14 обеспечивает минимальное сопротивление перетеканию гидравлического масла. После возвращения подвижной платформы 1 в начальное положение информация об этом с датчика перемещения 3 поступает на блок управления 4. Затем цикл повторяется.
По сравнению с прототипом предлагаемый нагрузочный узел тренажера позволяет обеспечить снижение эксплуатационных затрат, уменьшение его стоимости и исключение негативного воздействия электромагнитного поля на здоровье человека.