Устройство для тренировки мышц ног
DEVICE FOR LEG MUSCLES TRAINING

Изобретение относится к устройству для тренировки спортсменов, в частности мышц ног разгибателей бедра и сгибателей голени.
Для тренировки мышц нижних конечностей используются различные виды нагрузочных тренажеров, например: жим штанги лежа на спине; жим платформы ногами под углом, в вертикальной и горизонтальной плоскости.
Известен широкий ряд силовых тренажеров для жима ногами фирм Hardman, Body-Solid, Sports Art Fitness, Matrix, которые включают в себя платформу для ступней, опоры для навесов и сиденье со спинкой.
Недостаток указанных тренажеров заключается том, что для осуществления регулирования нагрузки необходимо остановить выполнение упражнения и изменить вес штанги. Кроме того, данный тип устройства не предусматривает выполнение нагрузки в отдельности для каждой ноги.
Известны способ и система для тренировки мышц с использованием изменения нагрузки во время выполнения движения (патент РФ №2334535 С2). Система для тренировки мышц содержит рабочую платформу, перемещающуюся поступательно под воздействием сокращения и растягивания мышц пользователя и управляющее устройство с датчиками, при этом силовой нагрузочный блок связан с перемещающейся рабочей платформой, датчик нагрузки связан с нагрузочным блоком и управляющим устройством, а датчик перемещения связан с рабочей платформой и управляющим устройством. В качестве силового нагрузочного блока использован пневмопривод, состоящий из пневмоцилиндра, клапанов сброса/накачки и компрессора с ресивером для нагнетания сжатого воздуха, при этом состояние клапанов контролируется управляющим устройством, которое по информации с датчиков нагрузки и перемещения рабочей платформы задает алгоритм изменения рабочего давления для реализации заданного режима тренировки. А в качестве силового нагрузочного блока использован электрический, гидравлический или механический привод. Недостатком указанной системы для тренировки мышц является отсутствие возможности дифференцированного регулирования нагрузки с учетом состояния развития мышц каждой ноги в отдельности.
В качестве ближайшего аналога принимаем тренажер фирмы Hammer Strength Plate-Loaded (IL-LP) [https://www.life-fitness.ru/] с независимым жимом ногами с расходящимися траекториями из положения сидя, содержащий основание в виде металлической рамы и четыре опоры, причем наружная пара опор установлена на противоположных сторонах горизонтальной перекладины рамы, при этом опоры оснащены кронштейнами для нагрузочных дисков с фиксаторами. Внутренняя пара опор установлена на боковых сторонах рамы, при этом каждая из них имеет дополнительную опорную планку, также прикрепленную к основанию. На опорах смонтирована верхняя рама, посередине которой между передней и задней сторонами размещены две перекладины под углом, обеспечивающим создание расходящейся траектории движения площадок для ступней. Между боковыми сторонами верхней рамы и перекладинами смонтированы валы, закрепленные в подшипниках. Внутри верхней рамы под каждым валом закреплен страховочный крюк. На каждом валу подвешен элемент П-образной конструкции с прикрепленной к нему площадкой для ступней, оснащенной покрытием, препятствующим скольжению ног, а с противоположной стороны площадки установлен держатель с фиксаторами для нагрузочных дисков. Между дополнительными опорными планками внутренних опор закреплена горизонтальная перекладина на некоторой высоте от рамы основания. При этом между задней стороной основания и горизонтальной перекладиной прикреплены направляющие рейки для перемещения по ним кресла, при этом оно снабжено пружинным средством, позволяющем регулировать положение кресла в переднезаднем направлении. Кроме того, кресло расположено под углом 35°, имеет упор и оснащено ручками для захвата руками.
Недостатком прототипа является то, что для осуществления регулирования нагрузки необходимо остановить выполнение упражнения и изменить вес нагрузочных дисков, что снижает эффективность тренировочного процесса, так как исключает возможность дифференцированного и оперативного регулирования нагрузки с учетом состояния развития мышц каждой ноги в отдельности.
Технический результат изобретения состоит в расширении арсенала устройств для тренировки мышц ног.
Технический результат достигается устройством для тренировки мышц ног, включающем основание, четыре опоры, устройство для создания нагрузки, кресло с упором, его направляющие рейки и средство регулирования положения наклона спинки, согласно изобретению основанием устройства является полый короб, в котором установлены четыре вертикальные опоры с жестко закрепленной на них неподвижной плитой и два одинаковых по конструкции устройства для создания и регулирования нагрузки для правой и левой ног пользователя, при этом каждое из них выполнено в виде цилиндрической полой гильзы с отверстием в основании, снабженной крышкой с отверстием с противоположной стороны, причем внутри рабочей полости гильзы размещен поршень со встроенным тензодатчиком и штоком, на конце которого закреплена ручка для перемещения поршня; между поршнем и основанием гильзы размещена пружина; кроме того каждое устройство для создания и регулирования нагрузки для правой и левой ног пользователя соединено канатом через блок и узел натяжения и фиксации каната со специальной накладкой, которая закрепляется на голеностопе ноги. Причем узел натяжения и фиксации каната содержит ось, на которой размещен барабан для намотки каната, установленный в корпусе, на барабане закреплена шестеренка, находящаяся в контакте со стопором, соединенным с пружиной и рычагом отключения стопора, при этом ось установлена с возможностью вращения, а на ее свободном конце закреплена ручка для вращения барабана. Кроме того на неподвижной плите закреплены две направляющие рейки для передвижения подвижной плиты, расположенной над зубчатой планкой, зубчатое колесо, пружинное и тормозное устройство; кроме того, на подвижной плите установлено кресло с наклонной спинкой с возможностью его регулирования, которое оснащено подлокотниками с цифровыми индикаторами, получающими информацию от тензодатчика устройства для создания и регулирования нагрузки для правой и левой ног пользователя.
Применение устройства создания и регулирования нагрузки позволяет осуществлять силовое воздействие на мышцы ног и обеспечивает оперативное изменение нагрузки для каждой ноги в отдельности.
Использование цифрового индикатора обеспечивает изменение величины нагрузки как до начала, так и во время выполнения упражнения на устройстве для тренировки мышц ног.
Применение узла натяжения и фиксации каната позволяет осуществлять сгибание или разгибание ног в коленном суставе с возможным отклонением в любую сторону, при этом натяжение каната постоянно за счет его конструкции.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- фиг. 1 - представлен общий вид устройства;
- фиг. 2 - средство для передвижения подвижной плиты;
- фиг. 3 - устройство для создания и регулирования нагрузки;
- фиг. 4 - представлены показатели расчета величины упругой силы при сжатии пружины;
- фиг. 5 - представлен вариант использования устройства для тренировки задней поверхности мышц бедра и голени;
- фиг. 6 - узел натяжения и фиксации каната.
Устройство для тренировки мышц ног включает полый короб 1 (фиг. 1), в котором установлены четыре вертикальные опоры 2 (фиг. 1, 2), на которых жестко закреплена неподвижная плита 3 (фиг. 1, 2). Кроме того в полом коробе 1 размещены два одинаковых по конструкции устройства для создания и регулирования нагрузки для правой 4 и левой 5 ног (фиг. 1, 3), которые выполнены в виде полой гильзы 14 с отверстием в основании. Каждая полая гильза 14 (фиг. 3) снабжена крышкой 15 с отверстием с противоположной стороны. Внутри рабочей полости каждой гильзы размещен поршень 16 со встроенным тензодатчиком 17 и штоком 18, между поршнем 16 и основанием гильзы в полости размещена пружина для создания нагрузки 19. На штоке 18 выполнена винтовая резьба, взаимодействующая с гайкой 20, установленной в отверстии крышки 15, а на конце штока закреплена ручка 21 для перемещения поршня 16 в переднезаднем направлении. Причем каждое устройство для создания нагрузки соединено канатом 6 через блок 7 и узлом натяжения и фиксации каната 8 со специальной накладкой 9, которая закрепляется на голеностопе правой или левой ноги при помощи липучки (на рисунке не показано). При этом узел натяжения и фиксации каната 8 (фиг. 6) содержит ось 32, на которой размещен барабан для намотки каната 34, установленный в корпусе 33, на барабане закреплена шестерня 35, находящаяся в контакте со стопором 36, соединенным с пружиной 37 и рычагом отключения стопора 38, при этом ось 32 установлена с возможностью вращения, а на ее свободном конце закреплена ручка для вращения барабана 39. На неподвижной плите 3 (фиг. 1, 2) закреплены две направляющие рейки 22 для передвижения подвижной плиты 23, по которой на роликах 24 при помощи зубчатого колеса 26, закрепленного на подвижной плите 23, осуществляется передвижение в переднезаднем направлении кресла 10 при помощи пружинного устройства 27 (фиг. 2). Кроме того на неподвижной плите 3 закреплена зубчатая планка 25, по которой при помощи зубчатого колеса 26 усилиями спортсмена перемещается подвижная плита 23 (фиг. 1). На подвижной плите 23 установлено кресло 10 с возможностью наклона спинки 11 до горизонтального положения при помощи упора 29. Для правой и левой рук установлены подлокотники 12 (фиг. 1), на которых размещены цифровые индикаторы 13, которые получают информацию от тензодатчика 17 устройства для создания и регулирования нагрузки для правой ноги и левой ноги в отдельности (фиг. 3). Регулирование подвижной плиты 23 в переднезаднем направлении осуществляется при помощи пружинного устройства 27, зубчатого колеса 26, тормозного устройства 28, ограничивающего движение подвижной плиты 23. При выполнении сгибания ног в коленном суставе (фиг. 5) предусмотрено опускание спинки 11 кресла 10 до соприкосновения ее с подвижной плитой 23. К спинке 11 кресла 10 вмонтирована выдвижная опора 31 с цифровыми индикаторами 13 (фиг. 1).
Предлагаемое устройство для тренировки мышц ног работает следующим образом.
Перед выполнением упражнения разгибание ног в коленном суставе пользователь для каждой ноги в отдельности устанавливает для первого подхода минимальную (для последующих подходов - оптимальную или максимальную) нагрузку (самостоятельно или инструктором) при помощи ручки 21 устройства для создания и регулирования нагрузки 4 и 5 и цифровых индикаторов правой и левой ног 13. Затем пользователь принимает исходное положение «сидя» (фиг. 1) в кресле 10, предварительно установив при помощи зубчатого колеса 26, подвижной плиты 23 и пружинного устройства 27 для перемещения кресла 10 в переднезаднем направлении, наклон спинки кресла 11 при помощи упора 29 в удобное для выполнения разгибания ног в коленном суставе. Затем пользователь (или инструктор) в узлах натяжения и фиксации каната правой и левой ног 40 при помощи рычага 38, отключает стопор 36 от шестерни 35 и поворотом ручки 39 вращает установленный на оси 32 баран 34, который натягивает канат 6. После выполнения натяжения каната 6 пользователь при помощи рычага 38 возвращает стопор 36 при помощи пружины 37 в исходное положение до сцепления стопора 36 с зубьями шестерни 35. По завершению предварительной подготовки устройств 4 и 5 и узла 8, пользователь (самостоятельно или при помощи инструктора) закрепляет при помощи липучки (на рисунке не показано) на голеностопах правой и левой ног специальные накладки 9 и начинает выполнять разгибание ног в коленном суставе вместе или каждой ногой в отдельности в динамическом, статическом или статико-динамическом режимах, которые направлены на развитие четырехглавой мышцы бедра.
Устройство позволяет выполнять сгибания ног в коленном суставе, которое направлено на развитие трехглавой мышцы голени из исходного положения «лежа на груди» (фиг. 5). Для этого необходимо выполнить следующие конструктивные изменения устройства для тренировки ног при сгибании их в коленном суставе, а именно: снять с кресла 10 оба подлокотника 12 и оба цифровых индикаторов 13; установить спинку кресла 11 в горизонтальное положение, то есть до соприкосновения ее с подвижной плитой 23; вытянуть из спинки кресла 11 опору для рук 31 и вмонтировать в них цифровые индикаторы 13. Затем пользователь ложится на грудь, вытянув ноги в длину. Инструктор закрепляет на голеностопе правой и левой ног накладки 9 с липучкой. Установка величины нагрузки осуществляется аналогично, что и при выполнении разгибание ног в коленном суставе (на первом подходе - минимальная, а на последующих подходах - с учетом физических возможностей пользователя: оптимальная или максимальная нагрузка). При этом натяжение каната 6 постоянно за счет узла натяжения и фиксации каната 8, который содержит установленный на оси 32 барабан 34 для намотки каната 6 в корпусе 35. На барабане 34 закреплена шестеренка 35, находящаяся в контакте со стопором 36, соединенным с пружиной 37 и рычагом отключения стопора 38, причем ось 32 установлена в корпусе с возможностью вращения, а на ее свободном конце закреплена ручка 39 для вращения барабана 34. Пользователь начинает выполнять упражнение каждой ногой в отдельности или вместе в динамическом, статическом или статико-динамическом режимах.
упр
kg
упр
Для расчета силы упругости пружины (F) и величины нагрузки (m) использовалась формула силы упругости пружины (F) при ее сжатии или растяжении, которые подчиняются закону Гука:
где:
упр
F - сила упругости пружины,
kg
m - величина нагрузки в кгс,
k - коэффициент жесткости пружины,
х - сжатие пружины в см (фиг. 4).
kg=
упр
kg
упр
kg
Расчеты показали, что минимальный вариант силы упругости пружины, позволяющая создать величину нагрузки для каждой ноги в пределах m0-10 кгс при выполнении разгибания или сгибания одной ноги в коленном суставе, осуществляется при условии, если давление поршня 16 на пружину 19 сжатие пружины будет равно 0 см (фиг. 4А). Оптимальный вариант (фиг. 4В) - сила упругости пружины (F) для каждой ноги находится в пределах m=10-20 кгс, при условии, если давление поршня 16 на пружину 19, за счет поворота ручки 21 по отношении к нулевому варианту сжатия пружины будет равно 2 см; максимальный вариант (фиг. 4V) - сила упругости пружины (F) для каждой ноги находится в пределах m=20-30 кгс, при условии, если давление поршня 16 на пружину 19, за счет поворота ручки 21 по отношении к нулевому варианту сжатия пружины будет равно 4 см.
При использовании заявляемого устройства достигается оперативная дозировка величины нагрузки для каждой ноги с большой точностью посредством применения устройства для создания и регулирования нагрузки, что способствует достижению более высокого уровня технического и физического результата с учетом индивидуального морфофункционального и физического состояния мышц ног.