用于水上阻力牵拉器的力特性标定方法与流程

本发明涉及一种用于水上阻力牵拉器的力特性标定方法，属于游泳水中训练器材标定技术领域。

背景技术

据发明人所知，游泳运动员的游泳训练通常包括陆上训练和水中训练，其中，加载负荷训练通常应用于陆上训练，而很少应用在水中训练。究其原因，在陆上训练中，训练器械的负荷加载量是可量化、可调整的，教练员可依据实际训练情况对负荷加载量进行增减，以达到训练目的，实现科学训练；然而，目前尚不存在专门针对游泳水中训练、且负荷加载量可量化可调整的训练器械，这导致在水中训练时很难进行科学有效的加载负荷训练。同时，由于运动姿态不同，陆上训练中的加载负荷训练所锻炼的肌肉群并不能涵盖水中训练时所用到的全部肌肉群。这不仅需要研制能在游泳水中训练时使用的负荷加载训练器材，更需要研发将其负荷量化的标定方法。

经检索发现，申请号cn201410681377.8、授权公告号cn104436564b的中国发明专利，公开了一种负载可调式游泳辅助装置，充气后为圆柱状的器身前端设有前轴连接吊环；器身上设有流线型结构、对称分布的翼片；器身后端的管轴套入轴套中，轴套与管轴为松配合且能灵活转动；轴套外壁上设有机翼形状、倾角可调的旋翼，旋翼在轴套上成流线型对称分布，旋翼外缘设有旋翼环构成一个整体部件；管轴上设有可拆卸的旋盖实现密封，旋盖上设有气嘴。申请号cn201420119557.2、授权公告号cn203790549u的中国实用新型专利，公开了一种体育运动训练阻力伞，包括背带、软质降落伞，能够调整长度且能紧固的腰带后面通过拉绳连接有一个软质降落伞，在降落伞面上分布有至少3条拉链式调整通气缝，腰带上有两个肩膀固定带，拉绳长度为1-3米。然而，此类技术方案虽然能增加运动员的负荷，但是其负荷既不能量化，也不能按需调整，并不能满足在游泳水中训练时实施加载负荷训练的要求。

技术实现要素：

本发明的主要目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种用于水上阻力牵拉器的力特性标定方法，能标定出水上阻力牵拉器的力特性，使其负载量化，利于训练使用。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

用于水上阻力牵拉器的力特性标定方法，采用具有牵引绳和测力器的游泳牵拉装置，其特征是，包括以下步骤：

前置步、对于载荷调节型水上阻力牵拉器，调整该水上阻力牵拉器的载荷状态并作为预设载荷状态，然后转至第一步；对于非调节型水上阻力牵拉器，直接转至第一步；

第一步、将水上阻力牵拉器的牵引端连接到游泳牵拉装置的牵引绳末端；由游泳牵拉装置牵引水上阻力牵拉器在水中按预设速度行进预设距离，同时游泳牵拉装置的测力器测定牵引绳承受的拉力值，计算平均拉力值；转至第二步；

第二步、判断是否继续速度-拉力标定，若是，则将下一速度作为预设速度，然后重复第一步；若否，则将已获得的所有速度、平均拉力值数据作为采集数据，并转至第三步；

第三步、以速度为横坐标，以拉力值为纵坐标，采用第二步的采集数据作曲线图；

对于载荷调节型水上阻力牵拉器，判断是否继续下一载荷状态的标定，若是则将下一载荷状态作为预设载荷状态并转至第一步，若否则转至第四步；对于非调节型水上阻力牵拉器，直接转至第四步；

第四步、将所得曲线图作为水上阻力牵拉器的力特性图。

该方法可将水上阻力牵拉器的力特性以图形曲线的方式标定出来：对于非调节型水上阻力牵拉器，可标定出该装置在水中不同速度下所能产生的不同拉力，从而可以判断该装置是否适用于当前训练需求；对于载荷调节型水上阻力牵拉器，可标定出该装置处于不同载荷状态时在水中不同速度所产生的不同拉力，从而能根据当前训练需求对该装置进行调整，以用于训练。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，前置步中，对于载荷调节型水上阻力牵拉器，若该水上阻力牵拉器设有带刻度的标尺用以指示不同的载荷状态，则在调整该水上阻力牵拉器的载荷后，将该载荷对应的标尺刻度值作为预设载荷的载荷刻度值。

更优选地，第四步中，将所得曲线图转换为以速度为横坐标、且以载荷刻度值为纵坐标的曲线图，并将该曲线图作为水上阻力牵拉器的力特性图。

采用上述优选方案后，可更加直观地从力特性图上找到需要将水上阻力牵拉器调节到的载荷刻度值。

优选地，第一步中，以水上阻力牵拉器行进过程的中间部分测得的拉力值来计算平均拉力值；第三步中，速度横坐标的单位为米/秒，速度横坐标的每一刻度下还标有单位为秒/50米的计时刻度值，对于载荷调节型水上阻力牵拉器，不同的预设载荷所得曲线图全部集中于同一张坐标图纸上。

采用该优选方案后，可进一步优化标定过程。

优选地，还包括位于第四步之后的检验步：

检验步、s1，将当前需求设定为：对于载荷调节型水上阻力牵拉器，水上阻力牵拉器在预设速度范围内所能产生的拉力值处于预设拉力值范围内；

s2，根据第四步所得力特性图，判断该水上阻力牵拉器是否符合当前需求，若是，则检验结束；若否，则对该水上阻力牵拉器进行结构调整，并重复前置步至第四步进行标定，直至符合当前需求。

采用该优选方案后，可通过标定对水上阻力牵拉器进行检验，以符合预期需求。

优选地，还包括位于第四步之后的使用步：

使用步、对于载荷调节型水上阻力牵拉器，先确定目标游泳运动员的训练速度和训练拉力，再根据力特性图找到该水上阻力牵拉器的对应载荷状态，之后将该水上阻力牵拉器调整至该载荷状态，并用于目标游泳运动员的水中训练；对于非调节型水上阻力牵拉器，先确定目标游泳运动员的训练速度和训练拉力，再根据力特性图判断该水上阻力牵拉器是否适用。

采用该优选方案后，可进一步指导水上阻力牵拉器的实际使用。

优选地，所述水上阻力牵拉器为载荷调节型；所述水上阻力牵拉器包括具有顶面和底面的浮板，所述浮板的底面固连有支撑件，所述支撑件的一侧设有牵引部位，所述支撑件的另一侧设有阻力调节装置；所述阻力调节装置包括转轴、阻力件和调节器，所述转轴设于支撑件上，所述阻力件有两个，各阻力件分别与转轴转动连接；所述调节器包括中心杆、动子和联杆，所述中心杆与转轴连接且相互垂直，所述动子套设于中心杆周向，所述联杆有两个且与阻力件一一对应，各联杆的一端与动子铰接且另一端与对应的阻力件铰接；所述阻力件、联杆分别对称分布于中心杆的两侧；所述阻力调节装置具有：由外力驱动动子沿中心杆移动，并通过联杆带动阻力件绕转轴旋转，以调整阻力件迎水角度的调节状态；以及，将动子固定在中心杆上使阻力件之间夹角固定的使用状态；所述浮板的底面还设有标示阻力件之间夹角角度的标尺，所述标尺位于阻力件与底面之间；所述阻力件为阻力板或阻力布。

采用该优选方案后，该装置在浮板作用下可漂浮于水中，便于在水中使用；通过调整阻力件的迎水角度，来调整该装置能产生的水中阻力，从而给游泳运动员带来预定的负荷加载；同时，根据标尺可以直观标示阻力件之间的夹角角度，利于量化负荷加载。

更优选地，所述中心杆经转接座与转轴连接，所述转接座具有套设于转轴周向的第一孔以及套设于中心杆周向的第二孔，所述第一孔的中心轴与第二孔的中心轴相互垂直；所述中心杆为螺杆，所述动子具有内螺纹孔，所述内螺纹孔与中心杆经螺纹连接；所述转接座的第一孔与转轴形成具有轴向约束的转动副，所述转接座的第二孔与中心杆形成具有轴向约束的转动副；所述阻力调节装置还包括旋拧螺母，所述中心杆远离转轴的末端具有与旋拧螺母相配的螺纹；所述中心杆具有在旋拧螺母驱动下绕其自身中心轴旋转、进而驱使动子沿中心杆轴向运动的驱动状态。

采用该优选方案后，可使阻力调节装置的调节器结构简化，利于使整体优化；转接座的第一孔与转轴转动连接，可使整个阻力调节装置随水流变化而偏移，这样在运动员游泳转身时可降低运动员所需耗费的体力，利于提高训练效果。

更优选地，所述支撑件基本呈等腰三角形，且该等腰三角形的底边与浮板底面固连；所述支撑件还具有加固件，所述加固件与该等腰三角形的高重合；所述支撑件具有支撑座，所述转轴支撑于支撑座上，所述转轴与支撑座固定连接或转动连接；所述转轴与该等腰三角形的高处于同一平面内，且该平面垂直于该等腰三角形；所述牵引部位基本呈直角三角形，该直角三角形的一直角边与浮板底面固连、且另一直角边与加固件固连，该直角三角形的斜边上开设有至少一个牵引孔；该直角三角形垂直于支撑件、且与转轴处于同一平面内；

所述阻力件为阻力板；所述阻力件具有转动连接座，所述转动连接座套设于转轴周向，所述转动连接座与转轴形成具有轴向约束的转动副，所述阻力件通过转动连接座与转轴转动连接；所述动子具有两个第一铰接座，各第一铰接座分别与对应联杆的一端铰接；所述阻力件分别设有第二铰接座，所述第二铰接座与对应联杆的另一端铰接；

所述阻力件的一侧面为迎水面且另一侧面为背水面，所述转轴、调节器分别位于两阻力件的背水面之间；所述阻力件的迎水面具有导流槽，所述导流槽沿横向布置；所述阻力件的背水面设有一组凸筋；所述阻力件下沿还设有指针，所述指针的末端指向标尺上具有的刻度；所述标尺呈圆弧形且标有角度值刻度；所述标尺有两个且与阻力件一一对应，所述标尺对称分布于转轴的两侧。

采用该优选方案，一方面可使支撑件和牵引部位结构简化且保持稳固，另一方面，可使阻力调节装置各部件之间的活动连接结构简化，利于使装置整体优化。

更优选地，所述浮板由浮漂层和表面层复合而成，所述浮板的顶面位于表面层，所述浮板的底面位于浮漂层；在浮漂层和表面层之间埋设有标尺固定板和支撑件固定板；所述标尺固定板经紧固件与标尺固连，所述支撑件固定板经紧固件与支撑件固连；所述浮板具有迎向水流上翘的弧形部位；所述浮板具有其弧形部位的部分底面脱离水面，且浮板的其余底面位于水面以下的水中漂浮状态。

采用该优选方案，可使整个装置在水中有着更稳定的运动姿态，进而使加载于运动员身上的负荷保持稳定。

本发明方法可将水上阻力牵拉器的力特性以图形曲线的方式标定出来，使其负载量化，利于训练使用。

附图说明

图1至图4为本发明实施例所用水上阻力牵拉器的侧视方向、主视方向、后视方向、仰视方向示意图。

图5为本发明实施例所用水上阻力牵拉器的斜向示意图。

图6为本发明实施例所用水上阻力牵拉器的爆炸示意图。

图7为本发明实施例所用水上阻力牵拉器的水中姿态示意图。

图8为本发明实施例标定所得的力特性图。

具体实施方式

本发明具体实施的用于水上阻力牵拉器的力特性标定方法，采用具有牵引绳和测力器的游泳牵拉装置，包括以下步骤：

前置步、对于载荷调节型水上阻力牵拉器，调整该水上阻力牵拉器的载荷状态并作为预设载荷状态，然后转至第一步；对于非调节型水上阻力牵拉器，直接转至第一步；

其中，对于载荷调节型水上阻力牵拉器，若该水上阻力牵拉器设有带刻度的标尺用以指示不同的载荷状态，则在调整该水上阻力牵拉器的载荷后，将该载荷对应的标尺刻度值作为预设载荷的载荷刻度值。

第一步、将水上阻力牵拉器的牵引端连接到游泳牵拉装置的牵引绳末端；由游泳牵拉装置牵引水上阻力牵拉器在水中按预设速度行进预设距离，同时游泳牵拉装置的测力器测定牵引绳承受的拉力值，计算平均拉力值；转至第二步；

其中，以水上阻力牵拉器行进过程的中间部分测得的拉力值来计算平均拉力值，这样可使测定值更加准确。

第二步、判断是否继续速度-拉力标定，若是，则将下一速度作为预设速度，然后重复第一步；若否，则将已获得的所有速度、平均拉力值数据作为采集数据，并转至第三步。

第三步、以速度为横坐标，以拉力值为纵坐标，采用第二步的采集数据作曲线图；对于载荷调节型水上阻力牵拉器，判断是否继续下一载荷状态的标定，若是则将下一载荷状态作为预设载荷状态并转至第一步，若否则转至第四步；对于非调节型水上阻力牵拉器，直接转至第四步。

其中，速度横坐标的单位为米/秒，速度横坐标的每一刻度下还标有单位为秒/50米的计时刻度值，对于载荷调节型水上阻力牵拉器，不同的预设载荷所得曲线图全部集中于同一张坐标图纸上。

第四步、将所得曲线图作为水上阻力牵拉器的力特性图；

其中，可根据实际情况，将所得曲线图转换为以速度为横坐标、且以载荷刻度值为纵坐标的曲线图，并将该曲线图作为水上阻力牵拉器的力特性图。

检验步、s1，将当前需求设定为：对于载荷调节型水上阻力牵拉器，水上阻力牵拉器在预设速度范围内所能产生的拉力值处于预设拉力值范围内；

s2，根据第四步所得力特性图，判断该水上阻力牵拉器是否符合当前需求，若是，则检验结束；若否，则对该水上阻力牵拉器进行结构调整，并重复前置步至第四步进行标定，直至符合当前需求。

使用步、对于载荷调节型水上阻力牵拉器，先确定目标游泳运动员的训练速度和训练拉力，再根据力特性图找到该水上阻力牵拉器的对应载荷状态，之后将该水上阻力牵拉器调整至该载荷状态，并用于目标游泳运动员的水中训练；对于非调节型水上阻力牵拉器，先确定目标游泳运动员的训练速度和训练拉力，再根据力特性图判断该水上阻力牵拉器是否适用。

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例

本实施例采用以上方法针对具体的水上阻力牵拉器进行标定。该水上阻力牵拉器为载荷调节型，其具体结构如下。

如图1至图7所示，水上阻力牵拉器包括具有顶面和底面的浮板01，浮板01的底面固连有支撑件02，支撑件02的一侧设有牵引部位03，支撑件02的另一侧设有阻力调节装置04；阻力调节装置04包括转轴05、阻力件06和调节器，转轴05设于支撑件02上，阻力件06有两个，各阻力件06分别与转轴05转动连接；调节器包括中心杆07、动子08和联杆09，中心杆07与转轴05连接且相互垂直，动子08套设于中心杆07周向，联杆09有两个且与阻力件06一一对应，各联杆09的一端与动子08铰接且另一端与对应的阻力件06铰接；阻力件06、联杆09分别对称分布于中心杆07的两侧；阻力调节装置04具有：由外力驱动动子08沿中心杆07移动，并通过联杆09带动阻力件06绕转轴05旋转，以调整阻力件06迎水角度的调节状态；以及，将动子08固定在中心杆07上使阻力件06之间夹角固定的使用状态；浮板01的底面还设有标示阻力件06之间夹角角度的标尺10，标尺10位于阻力件06与底面之间；阻力件06为阻力板或阻力布。

中心杆07经转接座11与转轴05连接，转接座11具有套设于转轴05周向的第一孔以及套设于中心杆07周向的第二孔，第一孔的中心轴与第二孔的中心轴相互垂直；中心杆07为螺杆，动子08具有内螺纹孔，内螺纹孔与中心杆07经螺纹连接；转接座11的第一孔与转轴05形成具有轴向约束的转动副，转接座11的第二孔与中心杆07形成具有轴向约束的转动副；阻力调节装置04还包括旋拧螺母14，中心杆07远离转轴05的末端具有与旋拧螺母14相配的螺纹；中心杆07具有在旋拧螺母14驱动下绕其自身中心轴旋转、进而驱使动子08沿中心杆07轴向运动的驱动状态。

支撑件02基本呈等腰三角形，且该等腰三角形的底边与浮板01底面固连；支撑件02还具有加固件26，加固件26与该等腰三角形的高重合；支撑件02具有支撑座27，转轴05支撑于支撑座27上，转轴05与支撑座27固定连接或转动连接；转轴05与该等腰三角形的高处于同一平面内，且该平面垂直于该等腰三角形；牵引部位03基本呈直角三角形，该直角三角形的一直角边与浮板01底面固连、且另一直角边与加固件26固连，该直角三角形的斜边上开设有至少一个牵引孔28；该直角三角形垂直于支撑件02、且与转轴05处于同一平面内；阻力件06为阻力板；阻力件06具有转动连接座15，转动连接座15套设于转轴05周向，转动连接座15与转轴05形成具有轴向约束的转动副，阻力件06通过转动连接座15与转轴05转动连接；动子08具有两个第一铰接座16，各第一铰接座16分别与对应联杆09的一端铰接；阻力件06分别设有第二铰接座17，第二铰接座17与对应联杆09的另一端铰接；阻力件06的一侧面为迎水面且另一侧面为背水面，转轴05、调节器分别位于两阻力件06的背水面之间；阻力件06的迎水面具有导流槽18，导流槽18沿横向布置；阻力件06的背水面设有一组凸筋19；阻力件06下沿还设有指针20，指针20的末端指向标尺10上具有的刻度；标尺10呈圆弧形且标有角度值刻度；标尺10有两个且与阻力件06一一对应，标尺10对称分布于转轴05的两侧。

浮板01由浮漂层21和表面层22复合而成，浮板01的顶面位于表面层22，浮板01的底面位于浮漂层21；在浮漂层21和表面层22之间埋设有标尺固定板23和支撑件固定板24；标尺固定板23经紧固件与标尺10固连，支撑件固定板24经紧固件与支撑件02固连；浮板01具有迎向水流上翘的弧形部位25；浮板01具有其弧形部位25的部分底面脱离水面，且浮板01的其余底面位于水面以下的水中漂浮状态。

针对上述水上阻力牵拉器，按前述方法进行标定，具体如下：

前置步、调整水上阻力牵拉器的载荷状态，使其指针20指向标尺10上的角度值6°，将该载荷状态作为预设载荷状态。

第一步、预设速度定为1.00m/s(即米/秒，下同)，预设距离定为25m(即米，下同)，计算平均拉力值时，不统计行进开始的5m和最后的5m，只统计行进中间20m的拉力值来计算平均拉力值。

第二步、继续测定，分别以1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45、1.50、1.55、1.60、1.65、1.70、1.75、1.80、1.85、1.90、1.95、2.00m/s作为预设速度，重复第一步进行测定，直至所有速度测完(本实施例中还增设了平均拉力值条件，即，如果测得平均拉力值等于或大于8.3kg，则不再进行下一速度的测定，因为该值通常作为载荷上限，以免对运动员身体产生损害)。

第三步、采用第二步采集数据作速度-拉力曲线图，此即6°下的力特性曲线图；之后，将调整水上阻力牵拉器的载荷状态，使其指针20分别指向标尺10上的角度值7°、8°、9°、10°、11°、......、38°、39°、40°，然后分别转至第一步开始测定，最终在同一张坐标图纸上获得不同角度值下的力特性曲线图，如图8所示，其测定数据如下表所示。

第四步、如图8所示的曲线图即为前述水上阻力牵拉器的力特性图。

检验步、经检验，该水上阻力牵拉器符合当前需求。

使用步、举例来说，当前有一运动员，确定其训练速度为1.65m/s(即30.30s/50m)，训练拉力为5kg，根据图8，应将该水上阻力牵拉器的角度值调整至20°，然后用于该运动员的水中训练即可。

此外，也可根据实际情况，将所得曲线图转换为以速度为横坐标、且以标尺角度刻度值为纵坐标的曲线图，并将该曲线图作为水上阻力牵拉器的力特性图。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。