СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕННИСНОГО ТРЕНАЖЕРА И ТЕННИСНЫЙ ТРЕНАЖЕР Российский патент 1995 года по МПК A63B69/38 

Изобретение относится к спортивно-тренировочным устройствам, а именно к тренажерам ударного типа, преимущественно теннисным, и может быть использовано как спортсменами и любителями тенниса, так и широкими слоями любителей физкультуры для развития ряда полезных навыков.

Практически все теннисные тренажеры можно разделить на два вида: тренажеры, в которых мяч закреплен на гибком, упругом элементе (например, резиновом шнуре), и тренажеры, в котором мяч (или его имитатор) закреплен на конце жесткого рычага, качающегося вокруг вертикальной или горизонтальной оси и возвращаемого под удар упругим элементом.

При очевидной подкупающей простоте тренажеров первого вида они не являются тренажерами в полном смысле этого слова. Нестабильная, плохо управляемая траектория полета мяча при достаточно большой амплитуде перемещения делает такие устройства непригодными для использования в небольших закрытых помещениях (в комнате) и для отработки техники различных ударов [1]
Что же касается тренажеров второго вида, то, выгодно отличаясь от тренажеров первого вида в части обеспечения определенной траектории мяча (или его имитатора), они также имеют существенный недостаток.

Время и скорость перемещения мяча (или его имитатора) определяется только усилием упругого элемента (пружины, резинового шнура), прилагаемым к рычагу, на котором закреплен мяч (или его имитатор), причем те же усилия, которые тормозят рычаг после удара, разгоняют его под удар.

Способ регулирования скорости и времени перемещения мяча (или его имитатора) в этом случае один изменение величины рабочих усилий упругих элементов. Но при этом изменение режимов разгона и торможения происходит совершенно идентично насколько сильнее торможение, настолько же активнее разгон и наоборот.

Такая жесткая и однозначная связь между разгоном и торможением очень усложняет работу на тренажере. При достаточно сильных ударах торможение рычага должно быть весьма активным, что неизбежно вызывает очень быстрый возврат мяча (или его имитатора) под удар. При этом скорость мяча очень велика, а времени на подготовку удара практически нет. Работать на таких режимах очень трудно, иногда и невозможно.

Этот момент осложняется еще и тем обстоятельством, что расстояние, проходимое мячом (или его имитатором) от точки удара до остановки весьма невелико (порядка 1-1,5 м), поэтому для торможения на таком коротком расстоянии требуются большие рабочие усилия на упругом элементе.

На корте интервал между двумя соседними по времени ударами составляет, как правило, 2-4 с, в то время как в силу указанных выше причин на известных тренажерах он намного меньше.

Определим с помощью несложного расчета интервал времени между ударами для тренажеров второго вида, наиболее характерные конструкции которых описаны в патентах [2 и 3]
Задавшись углом качания рычага с мячом 120^о и радиусом качания (длиной рычага) R 0,75 м, получим путь, проходимый мячом от точки удара до остановки:
S 1,5 м
Теперь, задавшись начальной скоростью полета мяча V 10 м/с, что соответствует удару средней силы, определим время торможения мяча
t₁= 0,33 c
Поскольку время разгона мяча (рычага) такое же, интервал времени между ударами будет
t₂ 2t₁ 0,66 с.

Совершенно очевидно, что работать на тренажере с такой частотой ударов утомительно, а нанесение более мощных ударов по движущемуся мячу вообще невозможно. Именно поэтому в ряде патентов предприняты попытки решить эту проблему различными способами. В патенте [4] этого пытаются достичь резким уменьшением плеча пружины относительно оси качания рычага в конце хода торможения.

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ и тренажер по патенту [5] по которому способ эксплуатации теннисного тренажера заключается в воздействии на вал рычага с мячом двух различных по величине тормозных моментов для торможения рычага после удара и разгона под удар и регулировании пределов изменения скорости и времени перемещения рычага с мячом путем изменения величин тормозных моментов перед ударом по мячу.

Теннисный тренажер по указанному патенту содержит рычаг с мячом (или его имитатором), установленный на валу перпендикулярно к нему с возможностью поворота на угол менее 180^о, и силовые элементы: пружину, тормозящую рычаг после удара и разгоняющую его обратно, а также пневматический буфер, тормозящий рычаг как после удара (вместе с пружиной), так и при возврате, снижая его скорость.

При несомненно хорошей идее системы регулирования (торможение суммой усилий, а разгон их разностью) она в данном варианте обладает существенными недостатками. Усилие пружины и тормозящее усилие в пневмобуфере меняются в процессе рабочего цикла в широких пределах. Этот факт в сочетании с использованием для передачи усилий на вал рычага кривошипно-шатунного механизма (в котором крутящий момент на валу кривошипа, т.е. в нашем случае на валу рычага, меняется, снижаясь в положениях, близких к мертвым точкам, почти до 0) приводит к тому, что суммарный момент на валу рычага меняется в течение рабочего хода по весьма сложному закону. Положение усугубляется еще и тем, что пневмобуфер вообще поддается плавной регулировке.

В этих условиях для установления определенной скорости мяча (или его имитатора) и его плавной регулировки необходимо сводить три меняющиеся в процессе поворота рычага момента (один из которых еще и может быть нестабилен от цикла к циклу) к заданной постоянной сумме для выбранного положения рычага. Это практически невозможно.

Кроме того, увеличение тормозящего момента в конце возврата мяча (или его имитатора) под удар в сочетании с резким уменьшением разгоняющего момента будет приводить к сильному замедлению рычага перед ударом, что сделано с целью увеличения интервала времени между ударами. Это также весьма ограничивает возможность тренажера, сужая диапазон скоростей мяча (или его имитатора) перед ударом.

И, наконец, применение пневмоцилиндра в подобных условиях (поступление из атмосферы неочищенного воздуха, отсутствие регулярной смазки и работа с длительными перерывами) чревато нестабильностью в работе и быстрым выходом его из строя.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем обеспечения более надежного и плавного регулирования скорости и времени перемещения мяча (или его имитатора).

На фиг. 1 изображен тренажер, вид спереди; на фиг.2 объект удара, вид сбоку.

Объект удара 1, выполненный в виде мяча или диска-имитатора, установлен на горизонтальной оси 2, закрепленной в головке 3 рычага 4. Рычаг 4 закреплен с помощью муфты 5 на валу 6, установленном в корпусе 7 в подшипниках 8. На другом конце вала 6 имеется шкив 9 с канатиком 10. На конце канатика 10 висит груз 11, фиксируемый в горизонтальной плоскости двумя направляющими 12.

На корпусе 7 имеется полумуфта 13, а на валу 6 полумуфта 14, образующие фрикционный тормоз совместно с пружиной 15 и гайкой 16. На валу 6 закреплен также контргруз 17 для уравновешивания рычага 4.

Корпус 7 закреплен в головке 18 штанги 19, телескопически связанной со стойкой 20. Шпонка 21 фиксирует штангу 19 от поворота в стойке 20. Со стойкой 20 шарнирно связаны три ноги 22, сидящие на осях 23 и фиксируемые в рабочем положении головкой 24.

Тренажер работает следующим образом.

После удара ракеткой по объекту 1 под воздействием полученной энергии рычаг 4 начинает вращаться вместе с валом 6 в подшипниках 8 корпуса 7. Вращение продолжается до тех пор, пока энергия рычага не погасится двумя тормозящими компонентами: работой сил трения, вращающейся вместе с валом 6 полумуфты 14 о полумуфту 13, и тормозящим моментом, создаваемым грузом 11, поднимающимся вверх при наматывании канатика 10 на вращающийся вместе с рычагом шкив 9.

Поскольку максимально допустимое число оборотов рычага определяется диаметром шкива 9 и высотой подъема груза 11, а в реальных размерах оно будет порядка 3-4 оборотов, величина тормозного момента в муфте, изменяемого с помощью гайки 16 и пружины 15, а также вес груза 11 выбираются такими, чтобы можно было погасить инерцию рычага 4 за эти 3-4 оборота или же раньше.

Поскольку путь объекта удара 1 от точки удара до остановки составляет при трех оборотах рычага 4 и его длине 0,5 м примерно: S 2 πR x 3 6,28 х 0,5 х 3 9 м против 1,5 м в вышеприведенном расчете, то очевидно, что время только на торможение рычага составит при той же начальной скорости имитатора 1, равной 10 м/с
t₁= 1,8 c
Поэтому, если разгон рычага 4 в обратном направлении будет идти с той же интенсивностью, что и торможение, то время между ударами будет
t₂ t₁ x 2 1,8 х 2 3,6 с
Между тем, это время на разгон рычага, а значит и скорость подхода имитатора мяча 4 к точке удара могут также регулироваться в широких пределах следующим образом. Совершенно очевидно, что крутящий момент, разгоняющий рычаг 4, определяется радиусом шкива 9, который неизменен, и весом груза 11, который можно менять. Между тем тормозной момент во фрикционной муфте, противодействуя вращению рычага после удара, противодействует также и его разгону в обратном направлении.

Поэтому, если общий тормозной момент, останавливающий рычаг, равен сумме моментов на шкиве и в муфте, то момент, разгоняющий рычаг, будет равен разности моментов на шкиве и в муфте.

Регулируя с помощью гайки 16 тормозной момент в муфте по отношению к моменту на шкиве 9, который также может меняться за счет изменения веса груза, можно получать сколь угодно малую разность этих моментов независимо от их суммы и, следовательно, получать сколь угодно малую скорость движения имитатора мяча под удар, что весьма удобно на ранних стадиях обучения. При этом можно сочетать мощные удары по имитатору с малой скоростью его возврата под удар.

Так, чтобы погасить за три оборота инерцию рычага с имитатором мяча после сильного удара, требуется сумма моментов, тормозящих рычаг, равная примерно 2 Нм, в то время, как их разность может быть от 1,8 Нм (1,9 Нм 0,1 Нм) до 0,1 Нм (1,05 Нм -0,95 Нм) и менее, что соответствует скорости имитатора мяча в момент удара V 0,5-15 м/с.

Поскольку имитатор мяча 1 может вращаться вокруг оси 2, по нему удобно наносить скользящие удары (резанные или крученные).

Для увеличения срока службы имитатора мяча он выполнен в виде одной или нескольких шайб из устойчивого к ударным нагрузкам материала, что также позволило приблизить к центру имитатора щеки головки 3 и избежать опасности повреждения о них струн ракетки.

Возможность изменять высоту корпуса 7 над поверхностью, над которой стоит тренажер, за счет телескопического соединения штанги 19 со стойкой 20 в сочетании с достаточным смещением плоскости вращения имитатора мяча вбок от стойки позволяет тренировать удары по низколетящему мячу.

Рычаг 4 может закрепляться в муфте 5 в прямом (для ударов справа) и перевернутом (для ударов слева) положении, а также устанавливаться с разным радиусом вращения имитатора.

Все это дает возможность тренировать удары справа и слева практически на любой высоте имитатора над уровнем пола.

Изобретение позволяет повысить эксплуатационные характеристики тренажера и способа его эксплуатации. На валу 6 закреплен рычаг с объектом удара 1 в виде мяча или плоской шайбы. На вал воздействуют двумя различными по величине сопротивления силовыми элементами. Один из них выполнен в виде фрикционного дискового тормоза, одна полумуфта 13 которого установлена на корпусе 7, а другая 17 на валу. Предварительное регулирование величины тормозного момента осуществляют пружиной 15 с гайкой 16. Другой силовой элемент выполнен в виде регулируемого пакета грузов 11, связанного с валом через канат 10 и шкив 9. Оба силовых элемента создают постоянные по величине тормозные моменты при вращении вала после удара по объекту 1. Причем после удара на вал воздействует сумма тормозных моментов, создаваемых силовыми элементами, а для разгона рычага под удар воздействует разность, т. к. груз начинает двигаться в обратном направлении. Это способствует созданию благоприятного режима тренировки теннисистов как начинающих, так и мастеров. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ эксплуатации теннисного тренажера, заключающийся в воздействии на вал рычага с объектом удара двух различных по величине тормозных моментов для торможения рычага после удара и разгона под удар и регулировании пределов изменения скорости и времени перемещения рычага путем изменения величин тормозных моментов перед ударом, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, каждый из тормозных моментов поддерживают постоянным по величине при вращении вала, при этом вал устанавливают с возможностью вращения более одного оборота. 2. Теннистый тренажер, содержащий размещенный в корпусе вал, несущий перпендикулярный ему рычаг с объектом удара и связанный с двумя регулируемыми по величине сопротивления силовыми элементами для торможения рычагов после удара и разгона под удар, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, один из силовых элементов выполнен в виде фрикционного дискового тормоза, диски которого соответственно установлены на валу и корпусе, а другой силовой элемент представляет собой пакет грузов, подвешенный к валу через установленный на нем шкив. 3. Тренажер по п.2, отличающийся тем, что объект удара выполнен в виде мяча. 4. Тренажер по п.2, отличающийся тем, что объект удара выполнен в виде одной или нескольких плоских шайб из устойчивого к ударным нагрузкам материала.