一種多功能訓練器械設計與實訓試驗

楊祥紅，龐昌凱，韓永恒，彭　宇，紀　坤

（海軍航空工程學院a.軍事教育訓練系；b學員一旅，山東煙臺264001）

一種多功能訓練器械設計與實訓試驗

楊祥紅a，龐昌凱b，韓永恒b，彭宇b，紀坤b

（海軍航空工程學院a.軍事教育訓練系；b學員一旅，山東煙臺264001）

針對以往特種運動器械存在設計理念陳舊、運動功能單一等缺陷，設計了一種能夠提高受訓人員綜合身體素質的多功能訓練器械。該器械主要由旋轉中心框架、圓形中心框架、防護裝置以及電動傳動裝置等組成，能夠進行康復治療、強化“核心”訓練等。通過實際訓練驗證，該器械性能穩定，使用安全可靠，并且適用于多人施訓，省時省力。

軍事訓練器械；核心訓練；抗眩暈；體能訓練

現代高科技條件下的局部戰爭，對軍人身體素質提出了越來越高的要求。現有的特種運動器械，如旋梯、滾輪等［1-2］，設計理念陳舊，運動功能單一，且大多僅供單人訓練使用，存在訓練功能使用面狹窄、訓練適用人群少、訓練耗時費力、訓練效率低等弊端。使用老式單一的訓練器械，尤其對于初學者、軍地兩用人員身體準備階段的訓練，訓練效果不明顯。諸如，抗眩暈［3］、心理行為、核心力量［4］和部分運動損傷康復等綜合性訓練不足，且危險性高，非常容易受傷，不利于實戰化訓練。此外，老式訓練器械訓練方法少、功能單一，初學者需要較長的適應性訓練時間，訓練時還需要有專業防護人員在場。滾輪與旋梯在運動過程中自身不會進行旋轉，需要由人力驅動才能進行運動，其力量來源構成是由操作者本人利用身體重心變換，合理運用內能轉化為動能和勢能之間的比例轉換而得到的。文獻［5］設計的抗眩暈模擬船艙，僅適用于作抗渡海眩暈預適應模擬訓練，存在的問題是器械功能單一，只能用于單人訓練，且結構復雜，造價高，性價比低。

為提高訓練效率，以及受訓人員的綜合身體素質，有必要設計一種安全可靠的多功能訓練器械。基于此，本文設計了一種性能穩定，使用安全可靠，能夠減少參訓人員受傷幾率，適用于多人同時施訓，省時省力，且能全方位、全體位、多角度提高身體素質的多功能訓練器械。該多功能訓練器械已獲國家專利［6］。

1　多功能訓練器械結構設計與工作原理

多功能訓練器械結構如圖1所示［7］。

圖1　多功能訓練器械結構Fig.1 Structure of the multi-function training instruments

多功能訓練器械主要包括支撐在底架上的旋轉架，旋轉架設有圓心相同、直徑相同的1對或2對圓環，每對圓環與圓環之間沿著圓周設有若干根環間連桿，在每個圓環的中心設有多邊形中心框架，在1對圓環之間設有框架間連桿，框架間連桿平行于環間連桿，平行于環間連桿的轉軸穿過多邊形中心框架，轉軸的兩端通過軸承支撐在底架上；多邊形中心框架與圓環之間通過A形框架連接，A形框架的頂部與圓環連接，A形框架的底部與多邊形中心框架連接，在每對圓環的A形框架之間設有折疊式斜邊連桿，在每個A形框架的斜邊之間設有橫桿，在A形框架的斜邊上或折疊式斜邊連桿上設有扶手；在每個圓環的環面上設有防護環，在圓環的環面上和/或環間連桿上設有腳踏板，在扶手、防護環和腳踏板上均設有束帶。

綜合其運轉原理和過程，多功能訓練器械在結構上主要分為4個部分：旋轉支架、圓形中心框架、防護裝置和電機傳動裝置。

1）旋轉支架。支撐在底架上的旋轉架。旋轉架至少設有圓心相同、直徑相同的一對圓環，每對圓環與圓環之間沿著圓周設有若干根環間連桿，在每個圓環的中心設有圓形中心框架，在一對圓環之間設有框架間連桿，框架間連桿平行于環間連桿，平行于環間連桿的轉軸穿過圓形中心框架，轉軸的兩端通過軸承支撐在底架上。

2）圓形中心框架。圓形中心框架與圓環之間通過A形框架連接。A形框架的頂部與圓環連接，A形框架的底部與圓形中心框架連接，在每對圓環的A形框架之間設有折疊式斜邊連桿，在每個A形框架的斜邊之間設有橫桿，在A形框架的斜邊或折疊式斜邊連桿上設有扶手。

3）防護裝置。在每個圓環的環面上設有防護環，在圓環的環面上和/或環間連桿上設有腳踏板，在扶手、防護環和腳踏板上均設有安全束帶。

4）電機傳動裝置［8］。多功能訓練器械的轉軸一端通過傳動機構與調速電機連接，或直接與調速電機連接，電機調速通過變頻器控制，有助于提高訓練器械的起動、調速和制動性能，操作方便，靈活性高。

2　多功能訓練器械優勢

由于多功能訓練器械添加了防護裝置，其安全防護措施更加有效，減少了參訓人員的受傷概率。該器械具有如下5點優勢。

1）具有康復治療效果。訓練中針對一般的肌肉受傷，具有一定的康復治療效果。

2）能夠提高訓練效率。訓練時可供多人、多體位、多種方式同時訓練使用。對訓練器械的驅動方式進行了改進，在旋轉軸上加裝了調速電機［9］，將原有的人力驅動改變為手動或電動2種驅動方式，可視情況增減訓練負荷，節省訓練時間，提高訓練效率。

3）訓練方式靈活多變。在訓練中能夠結合參訓者的身體素質情況，從宏觀角度考慮每一種訓練方法的個性特點，并充分考慮參訓人員的生理和心理實際情況，靈活選擇、靈活應用、適度搭配、漸進變化，有目的、有節奏、循序漸進地提高參訓人員的多體位綜合抗眩暈能力和核心力量。

4）多方位綜合訓練內容。同時，模擬訓練［10］可以通過多種訓法進行，能有效鍛煉參訓人員的心理行為、團結協作、組織籌劃和指揮管理等能力，以及提高參訓人員各種實戰化訓練項目的效果。比如，針對飛行、航海、機械化運輸等運動項目，提高參訓人員的前庭器官的平衡功能和身體多體位、多角度適應動態環境的能力。

5）強化“核心”訓練。從訓練部位上講，從人體解剖學角度來看，人體的“核心（core）”是指脊柱、髖關節和骨盆所在的位置，它們正好處于人體的上下肢的結合部位，在運動中發揮著承上啟下的作用［11］。從功能上講，核心訓練主要是主導平衡和控制的，這一點與傳統力量訓練差別很大。傳統力量訓練功能是訓練力量的大小，而核心力量訓練的作用，主要有以下6個方面：①穩定脊柱和骨盆；②改善控制力和平衡性；③提高能量輸出；④提高肢體協調工作效率；⑤降低能量消耗；⑥預防運動損傷。

綜上所述，多功能訓練器械能夠提高人體在非穩定狀態下的控制能力，增強平衡能力，更好地訓練人體深層的小肌肉群，協調大小肌群的力量輸出，增強運動機能。

3　多功能訓練器械訓練模式與使用步驟

多功能訓練器械在使用中，由2位操作員操作。其基本操作由起動、擺動、制動和運動結束4個步驟組成。訓練模式（或操作方法）可根據實際情況靈活選用手動模式或電動模式。

3.1訓練模式

由于多功能訓練器械具有電機傳動裝置，多功能訓練器械設計有2種訓練模式，分別為手動模式和電動模式。

1）手動模式。多功能訓練器械由2位操作員分別站在訓練器前后兩邊，每人握住一側外圓環，用力拉動圓環，旋轉架開始運動，操作員可在訓練器旋轉過程中繼續施加拉力，待訓練結束時，施加阻力停止訓練器的工作。

2）電動模式。施訓人員將調速電機通過傳動機構連接到旋轉架，打開電源，通過調速電機可實現某一方向的勻速轉動或變速轉動，或者正反方向上的調速運動。電機由一個變頻器控制，根據實際情況設置合適轉速控制電機運動。

3.2操作步驟

多功能訓練器械訓練操作步驟如下。

1）準備階段。在器械準備階段，2位操作員拉住旋轉架，參訓人員依次上位。當有2人參訓時，位置在A形框架的對應2端；若4人參訓，位置在A形框架的4端或者在4個1/4圓環上；若8人參訓，位置在1對圓環的A形框架4端，達到最大訓練人數。在起動階段，訓練人員的側立（站）姿訓練、俯臥仰臥姿（坐姿）訓練的固定方式分別如圖2、3所示。

圖2　側立姿勢訓練固定方式示意Fig.2 Schematic diagram of fix mode of cross-stand posture

圖3　俯臥仰臥姿（坐姿）訓練示意Fig.3 Schematic diagram of lie posture（sitting position）

2）擺動階段。訓練人員和操作員均就位并做好準備工作后，若采用手動模式，2名操作員同時用力按照訓練科目要求，統一按順時針或逆時針方向拉旋轉架，使其擺動起來，直至器械達到一定速度足以使訓練人員和器械同時轉動；與此同時，訓練人員按照訓練要求緊握防護環以固定自身。若采用電動模式，則由拖動電機的變頻控制器按事先設置好的轉速控制電機轉動，拖動器械按訓練要求擺動。

3）制動階段。訓練結束時，由操作員施加阻力，或者按變頻控制器“制動”按鈕使旋轉架緩緩減速直至停止。

4）運動結束階段。旋轉架停止后，操作員同時拉住以固定，參訓人員依次按照起動階段上位時的逆順序緩慢脫離器械。

4　試驗

為驗證多功能訓練器械的訓練效果，設置了對比試驗。本試驗器械分別為多功能訓練器械、傳統的旋梯和滾輪訓練器械，試驗對象為未參加過訓練的剛入伍新生各300名。

試驗選取3種不同方法進行，分別為：

1）傳統法，采用傳統的旋梯和滾輪訓練器械，直至達到訓練目標，即抗眩暈率達到80%；

2）新器械法，采用所設計的多功能訓練器作為訓練器械，達到訓練目標；

3）新舊結合法，對傳統法初次訓練不合格的人員按照新器械進行訓練，達到訓練目標。

經過3組人員的訓練，其試驗結果如表1所示，其中一課時為45min。

表1　2種不同訓練器械下人員訓練數據Tab.1 Data of training with two different instruments

從表1數據可以看出，采用傳統法的初次訓練合格率較低，且最終達標課時較長；新器械法的初次訓練合格率能夠達到60%，所需要課時也減少了50%；新舊結合法縮短的課時，也是由于采用新器械提高的訓練效率；并且通過與學員溝通，學員普遍反映新訓練器械訓練性更強，而且方式較好。因此，新器械對于訓練能夠更好地達到訓練目標。

5　結論

多功能訓練器械有效克服了現有旋梯和滾輪等老舊訓練器械在技術和功能方面上的缺陷和不足，其優勢體現在：①能夠全方位、全體位和多角度改變人體空間定向的正確感覺，影響和改善人體前庭器官的穩定性，促使參訓者的平衡感覺受到的刺激強度與普通肌體本體感覺和一般運動感覺。綜合訓練是以旋轉運動為特征，幫助受訓者在前后、左右、上下、俯臥、仰臥（或坐臥）等方向上進行360°全旋運動，對人體前庭半規管內淋巴液逐步產生離心刺激作用，從而提高人體抗大幅度（和大強度）搖晃、翻滾等運動所致眩暈的耐受能力；②能夠全方位、全體位和多角度增強參訓人員的核心力量訓練和心理行為訓練。

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Design&Training Experiment of a Multi-Functional Training Instruments

YANG Xianghonga，PANG Changkaib，HAN Yonghengb，PENG Yub，JI Kunb
（Naval Aeronautical and Astronautical University a.Department of Military Education and Training；b.Students’Brigade 1，Yantai Shandong 264001，China）

To overcome the defect of obsolete design and single motor function of the existing special sports facilities，the multi-function training instruments was designed to improve trainees’comprehensive fitness.This instruments is mainly composed of rotating center frame，circular center frame，protective device and electric motor drive.This instruments could carry out rehabilitation treatment，strengthen the core training and carry out other training subjects.Practical training vali?dated the stability，safety and reliability of the instruments，and it also showed that the instruments was suitable for multi?player applying training，saving time and effort.

military training instruments；core training；anti-vertigo；physical training

E939

A

1673-1522（2015）06-0597-04DOI：10.7682/j.issn.1673-1522.2015.06.019

2015-09-01；

2015-10-16

專利名稱［專利編號］：一種用于提高身體素質的多功能綜合訓練模擬器［ZL 201520150150.0］

楊祥紅（1978-），男，工程師，碩士。