CN104060516B

CN104060516B - 一种宜人式百米训练赛道

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Publication number: CN104060516B
Application number: CN201410291728.4A
Authority: CN
Inventors: 尹建业; 王毅; 刘大明
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: CN104060516A

Abstract

本发明涉及赛道，特别是一种宜人式百米训练赛道。该宜人式百米训练赛道，包括置于地槽上方的赛道，赛道表面的下面安装剪叉式升降机，赛道的下表面固定传感器，该传感器与plc控制电路连接，plc控制电路通过测量的角度与输入的数据比较，控制剪叉式升降机的液压缸的下一步动作。该产品的主要用途是加强运动员训练的强度，有针对性的解决运动员在比赛中出现的问题，提高训练的效率。这款设计更具有人性化，它实现了训练赛道与人体的有机结合，使用这款产品可以更大的激发运动员的潜能。该产品的独特优点，意味着它将会有巨大的市场潜力。

Description

一种宜人式百米训练赛道

（一）技术领域

本发明涉及赛道，特别是一种宜人式百米训练赛道。

（二）背景技术

在当前，随着科学技术的不断发展和高新技术推广应用，人们的生活方式也不断地发生着变化，各种电子产品和机械产品的功能也不再是单一的，而是趋向于一机多用，使产品的性价比更高。因此，我们综合现有的体育设施的使用情况与运动员的训练方式，经过仔细的研究讨论，设计了这一款宜人式百米训练赛道。

（三）发明内容

本发明提供了一种宜人式百米训练赛道，该赛道可以根据每个人的训练计划以及自身存在的缺陷随时对赛道进行调节，可以为每个运动员量身定做一个训练环境。在这种跑道上训练的优点就是可以有针对性的解决运动员在比赛中出现的问题，从而可以大幅度提高运动员的比赛成绩。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种宜人式百米训练赛道，包括置于地槽上方的赛道，其特殊之处在于：赛道表面的下面安装剪叉式升降机，该剪叉式升降机置于地槽内，赛道表面的后面设置泡沫板阻挡，两侧安放网状护栏，赛道的下表面固定传感器，该传感器与plc控制电路连接，plc控制电路通过测量的角度与输入的数据比较，控制剪叉式升降机的液压缸的下一步动作。

本发明的宜人式百米训练赛道，赛道分为若干段，各段赛道之间采用套筒和轴配合，赛道两侧设置便于安放保护栏杆的孔洞。

本发明的宜人式百米训练赛道，plc控制电路包括模拟量扩展EM231CN、CPU224、EM222数字量扩展模块。

本发明的宜人式百米训练赛道，在每段赛道的连接点附近安装剪叉式升降机的支撑上底座。

本发明的宜人式百米训练赛道，模拟量扩展EM231CN、CPU224、EM222数字量扩展模块依次连接。

本发明的有益效果是：该宜人式百米训练赛道，它是将普通运动训练、机械调节和电子控制相结合的机电一体化产品。该产品的主要用途是加强运动员训练的强度，有针对性的解决运动员在比赛中出现的问题，提高训练的效率。这款设计更具有人性化，它实现了训练赛道与人体的有机结合，使用这款产品可以更大的激发运动员的潜能。该产品的独特优点，意味着它将会有巨大的市场潜力。

（四）附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明的工字钢的结构示意图；

附图3为本发明的各段跑道之间采用套筒和轴配合的结构示意图；

附图4为本发明的每段跑道的连接点附近安装剪叉式升降机的支撑上的底座的结构示意图；

附图5为本发明的剪叉式升降机的结构示意图；

附图6为本发明的泡沫板的结构示意图；

附图7为本发明的PLC的结构示意图；

附图8为本发明的传感器的结构示意图；

附图9为本发明的第11段的受力示意图；

附图10为本发明的第10段的受力示意图；

附图11为本发明的第11段的受力分析图；

附图12为本发明的第11段的受力剪力图；

附图13为本发明的第11段的受力弯矩图；

附图14为本发明的局部装配图；

附图15为本发明的铰接支撑局部装配图；

附图16为本发明的跑道接口装配图；

图中：1赛道，2剪叉式升降机，3泡沫板，4传感器，5液压缸，6套筒，7轴，8模拟量扩展EM231CN，9CPU224，10EM222数字量扩展模块，11底座。

（五）具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

不同的运动员的自身条件以及其自身的固有的跑步习惯都会有所不同，因此，我们在设计时致力于让该赛道适用于绝大数的运动员。根据我们的设计目的，我们让此赛道可以根据每个人的训练计划以及自身存在的缺陷随时对赛道1进行调节，可以为每个运动员量身定做一个训练环境。在这种跑道上训练的优点就是可以有针对性的解决运动员在比赛中出现的问题，从而可以大幅度提高运动员的比赛成绩。

当代短跑运动员训练要求

在进行快速蹬伸力量训练时,可选择上坡跑或拖物跑练习方法。练习时,应采用蹲踞式或站立式起跑姿势,要求斜坡的角度3度～5度或拖物的重量3～5公斤,加速跑距离为30～40米,并在计时形式下进行快速的冲刺跑。这种练习方法旨在加速跑过程中克服一定的外界阻力,从而增强了臀部、膝部和脚部伸肌群的快速收缩力量,有助于提高运动员加速跑的能力。为增加运动员的步幅和步频，可以选择3°——6°的斜坡，距离在40——80米，用100%——120%强度，从上往下跑。

赛道硬件设计

1.1整体外观

此训练赛道1长110米，宽5米，最大抬升高度6米。整条赛道1分为11段，其中前10段供训练用，最后一段作为缓冲区。

1.2结构设计

1.2.1跑道底面设计

跑道表面采用3mm厚45号钢板做成钢板表层，跑道底面采用多块钢板焊接最终形成10m×5m×0.003m为一段的跑道面。

下方运用工字钢（32b）形成网状结构用来支撑跑道面，每段跑道的两侧焊接槽钢（32b），用以焊接套筒6，见图2。

各段跑道之间采用套筒6和轴7配合连接。

每段跑道钢板连接处铺设保护橡胶从而保证无缝连接。

在每段赛道1的连接点附近安装剪叉式升降机2的支撑上底座11，见图4：

每段跑道的连接处和中间2.5米处两侧槽钢设置孔洞便于安放保护栏杆。

1.2.2跑道面设计

跑道面采用13mm标准混合型塑胶跑道面，跑道面和钢板间具有防水层。

1.2.3支撑部分设计

跑道下方由剪叉式升降机2进行支撑，液压缸5选择标准：缸径160mm,杆径100mm,行程3600mm，推力141KN,压力等级7MPa。

剪叉式升降机如图5：

1.2.4防护措施

赛道1升起时，在赛道1两侧人为安放网状护栏，用铝合金杆支起。缓冲赛道1后面用泡沫板3阻挡，泡沫板3后面用钢杆支撑,见图6。

1.2.5地槽的设计

地槽为长方体形，将剪叉式升降机2，控制模块和连线部分放入地下，安放完毕后盖上上盖从而保护使用者和路人，将剪叉式升降机2附近的木板镂空，从而不影响剪叉式升降机2的正常使用。上盖由角钢和木板组成，角钢做成底部支架，支架上面覆盖木板。木板边缘留有1m×2m的可开关式出入口，方便对设备进行保养维护。

2赛道的调节方法

此赛道1的不同段赛道1的角度可以灵活的调节，每段赛道1的倾角可在0°～8°范围内调节。该赛道1的调节准则为：在最大调节高度6米、最大调节角度8°两个条件同时满足的情况下，每段赛道1的角度可以任意调节。

3控制部分设计

该赛道1通过剪叉式升降机2的伸缩来带动每段赛道1两端高度的调节，从而实现赛道1坡度的调节。在剪叉式升降机2伸缩的同时，倾角传感器4会实时测量赛道1的倾角，并将信息反馈给plc控制电路，plc将测量的角度与输入的数据进行比较，从而控制液压缸5的下一步动作。在赛道1调节完成后，液压缸5自动锁死，剪叉式升降机2将不再运动，赛道1将保持此状态直至下一次调节。plc控制电路包括依次连接的模拟量扩展EM231CN8，CPU2249，EM222数字量扩展模块10。

倾角传感器4工作原理：将传感器4固定在赛道1的下表面，测量前使用零位按钮实现清零功能，传感器4在此之后读出来的数据就是相对于该平面的相对倾角。如图8。

4理论计算部分

4.1赛道层：

45#钢密度7.85g/cm³

正许用应力600MPa剪切许用应力355MPa

塑胶跑道17kg/m²

工字钢(32B)规格320mm×132mm×11.5mm理论重量57.741kg/m

工字钢(10)规格100mm×68mm×4.5mm理论质量11.261kg/m

槽钢（32B）规格320mm×90mm×10mm理论质量43.107kg/m

人的质量100kg

钢板挠度问题：

钢板选取45#钢，厚度3mm

钢板质量M1=7.85×1000×500×0.3/1000=1177.5kg

人在跑道上选取，2个人跑步，6个人静止

人对赛道作用力（转化为质量）M2=2×100×2+100×6=1000kg

塑胶的质量M3=17×50=850kg

支架的质量M4=m1+m2+m3

32B工字钢m1=57.741×（3×10+5×5）=3300.6kg

10工字钢m2=11.261×（10×4+5×9）=957kg

32B槽钢m3=5×4×53.466=1069.66kg

支架总质量M4=m1+m2+m3=5322.26kg

套筒6（半径5cm）的质量：

M5=π×5^2×500×7.85/1000=308.11kg

一块赛道1（10m长）总质量：

M=M1+M2+M3+M4+M5=8557.26kg

钢板挠度计算：

钢板支撑部分工字钢总长L=5×10+5×5=75m，每段跑道长l=10m

Q=M×g/L=9057.26×10/75=1207N/m

E=210G/paI=11600cm⁴

ω1=5ql⁴/384×E×I=5×1207×10⁴/384×210×10⁹×1.16×10^-4=6.5mm

工字钢的许用挠度ω=l/250=40mm

ω1<ω

所以工字钢的挠度在许用范围之内，所以采用这样的支撑可以满足。

轴对板的支撑力

以A为矩心，则9×5-F1×9.34=0，F1=4.82×10⁴N

εFy=0则Fa1=4.18×10⁴N

以A1为矩心，则9×5+4.18×10-F2×9.34=0则F2=9.29×10⁴N

εFy=0则Fa2=3.89×10⁴N

第九段受力分析同第十一段和第十段

得F3=8.98×10⁴N.

εFy=0则Fa3=3.91×10⁴N

经计算第七段到第一段连接套筒6受到的外力相等，所以受到的最大外力为第十一段所受外力，则q=Fmax/2.5=1.672×10⁴N/m

对轴正应力校核：许用安全系数（n）=3

见图11-13。

得Mmax=3.266×10³N×m

因为W=3.14×d³/32=2.12×10^-5m³

所以σmax=Mmax/W=154.06MPa

n=σst/σmax=600/154.06=3.9

n>(n)

所以安全满足要求。

对轴切应力校核：

Fs=2.09×10⁴N,许用安全系数（n）=3

τmax=Fs/πr²=2.09×10⁴/π(15×10^-3)²=29.57Mpa

n=τst/τmax=355/29.57=12

n>(n)

所以满足安全要求

5、局部装配图（见图14）

铰接支撑局部装配图，见图15。

跑道接口装配图，见图16。

创新点

1.可针对性的加强百米赛跑运动员薄弱环节的训练，突出宜人化特点。

2.突破了倾角固定式训练赛道1的局限性。

3.训练场地使用率最大化，且具有更高的实用价值。

Claims

1.一种宜人式百米训练赛道，包括置于地槽上方的赛道（1），其特征在于：赛道（1）表面的下面安装剪叉式升降机（2），该剪叉式升降机（2）置于地槽内，赛道（1）表面的后面设置泡沫板（3）阻挡，两侧安放网状护栏，赛道（1）的下表面固定传感器（4），该传感器（4）与plc控制电路连接，plc控制电路通过测量的角度与输入的数据比较，控制剪叉式升降机（2）的液压缸（5）的下一步动作。

2.根据权利要求1所述的宜人式百米训练赛道，其特征在于：赛道（1）分为若干段，各段赛道（1）之间采用套筒（6）和轴（7）配合，赛道（1）两侧设置便于安放保护栏杆的孔洞。

3.根据权利要求1或2所述的宜人式百米训练赛道，其特征在于：plc控制电路包括模拟量扩展EM231CN（8）、CPU224（9）、EM222数字量扩展模块（10）。

4.根据权利要求1或2所述的宜人式百米训练赛道，其特征在于：在每段赛道（1）的连接点附近安装剪叉式升降机（2）的支撑上底座（11）。

5.根据权利要求3所述的宜人式百米训练赛道，其特征在于：模拟量扩展EM231CN（8）、CPU224（9）、EM222数字量扩展模块（10）依次连接。