Введение к работе
Актуальность проблемы: Объектами исследования в данной диссертации являются спортивные и оздоровительные тренажеры, составляющие особую группу пассивных мехаттзмов, а иногда и машин с самостоятельным приводом. В последние годы тренажеры получили широкое распространение. Тренажерами оснащаются многочисленные спортивные залы, клиники и больницы. Тренажеры широко используются для задания дозированных нагрузок в периоды реабилитации людей, перенесших тяжелые заболевания, и для укрепления мышц опорно-двигательного аппарата. Специализированные тренажеры используют также классные спортсмены для сохранения спортивной формы в межсезонье, а также представители бодибилдинга для наращивания определенных групп мышц. Нередко тренажеры устанавливаются в организациях в помещениях, близких к рабочим местам, чтобы предоставить персоналу возможность чередовать основную работу с краткими интервалами выполнения упражнений на тренажерах.
В течение многих лет тренажеры изготавливались как в нашей стране, так и за рубежом полукустарно, в соответствии с пожелаїшями тренеров. В последнее десятилетие положение существенно изменилось, тренажеры серийно выпускаются крупными фирмами, такими, как «Kettler» (Германия), «Sport House» (США) и «Tuntury» (Финляндия), причем проектирование осуществляется в Западной Европе и США, а само серийное производство налажено в странах Юго-Восточной Азии.
При организации серийного выпуска тренажеров встали обычные для новой области техники задачи обоснованного выбора и оптимизации типажа, ти-гпгзации злемеїггов конструкции, расчета основных параметров, предоставление возможности их переналадки и регулировки, оснащения электроникой и т.д.
Этот большой комплекс вопросов оказался проработанным очень неравномерно. Если с каждым годом совершенствовалось сенсорно-компьютерное оснащение, вплоть до самых современных средств отображения информации и устройств программирования режимов тренировки, то вопросы механики тре-
нажеров серьезно не прорабатывались. Помогала лишь аналогия с условиями тренировки и со спортивным инвеотарем в различных видах спорта.
При проектировании и проведении испытаний тренажеров представляется перспективным развить традиционный подход, обычный при создании новых механизмов, машин. При таком подходе, в соответствии с назначением, определяются кинематические схемы, затем формулируются требования к параметрам и характеристикам, и по этим требованиям выбираются параметры механизмов. Такой подход позволяет отделить вопросы проектирования тренажеров, как технических устройств, от проблематики методик тренировки и вопросов наилучшего согласования тренажера с человеком. Согласование тренажера с человеком, конечно, необходимо, но оно происходит при использовании обычных методов эргономики. Таким образом, при проектировании тренажеры рассматриваются, как обычные механизмы или обычные машины, но конечно, имеющие специфику - необходимость приспособления к человеку. В силу сказанного, задачи качественного и количественного описания тренажеров, как специализированных механизмов и машин, проектируемых по определенным техническим требованиям, представляются актуальными.
Целью диссертации является разработка рекомендаций по оптимизации конструкций тренажеров различных типов на базе предложенных обобщенных математических моделей, анализа геометрии, кинематики и динамики тренажеров, рассматриваемых как специализированные механизмы.
Для достижения сформулированной цели в диссертации поставлены следующие задачи:
-
Проведение обзора типажа существующих спортивных и оздоровительных тренажеров, рассмотрение их схемных и конструктивных решений и разработка их общей классификации.
-
Формулирование совокупности требований к тренажерам.
-
Разработка обобщенных математических моделей, описывающих силовое взаимодействие человека с тренажером, и энергетические аспекты этого взаимодействия.
-
Конкретизация требований к отдельным группам тренажеров (вело-тренажеров, гребных тренажеров, «наездников», степперов, беговых дорожек).
-
Решение ряда задач статики и динамики для типовых тренажеров с целью выявления их силовых характеристик.
-
Разработка предложений по расширению возможностей тренажеров, их лучшей приспосабливаемое к тренирующемуся человеку.
Научная новизна:
-
Предложено рассматривать тренажеры как механизмы и машины, предназначенные для создания сил сопротивления по заданным законам, с позиций теоретической механики и теории мехашгзмов.
-
Систематизированы сведеїшя о существующих схемных и конструктивных решениях спортивных и оздоровительных тренажеров, разработана их общая классификация с учетом кинематических схем тренажеров и способов создания сил противодействия.
-
Предложена обобщенная математическая модель тренажера, описывающая силовое взаимодействие человека с тренажером и энергетические аспекты этого взаимодействия.
-
Решен ряд задач статики и динамики для типовых тренажеров (вело-тренажеров, гребных тренажеров, степперов, «наездников» и беговых дорожек).
-
Предложены пути совершенствования тренажеров и лучшей их приспосабливаемое к отдельным видам тренировок.
Практическая ценность и реализаиия работы: В результате проведенных теоретических исследований сформулированы общие требования и намечены пути совершенствования схем и конструкций по каждому типу тренажеров, что позволяет мехаиіпмам тренажера более полно отражать особенности тренировки в естественных условиях и регулировать нагрузки.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы доложены на международной научно-технической конференции «Метромед-99» (Санкт-Петербург, 1999), ежегодных научно-технических конференциях в Санкт-Петербургском государственном техническом университете (СП6ТТУ),
заседаниях и семинарах кафедр «Автоматы» и «ТММ» СПбГТУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 печатные работы.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 161 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков и 3 таблицы. Она состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 91 наименования и приложения.