Тензоплатформа для измерений усилий отталкивания при спортивных исследованиях Советский патент 1992 года по МПК A63B71/06 

фиг.1

Предлагаемая тензоплатформа относится к устройствам для измерения усилий методом электротензометрии и может найти основное применение при измерении усилий отталкивания ног легкоатлета при прыжках в длину, высоту, при беге. Результаты исследования этих усилий могут быть использованы тренером для совершенствования методики тренировок.

Известна конструкция тензоплатформ, которые, однако имеют недостаток, заключающийся в том, что при передаче усилий от плиты динамометром вследствие упругих деформаций в точках контакта возникают касательные силы трения, которые дополнительно нагружают динамометры и увеличивают погрешность измерений. Кроме того, не исключено влияние различных составляющих измеряемого усилия на тензо- датчики, предназначенные для измерения других составляющих, что также снижает точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена тензоплатформа, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема измеряемых нагрузок и реакций опор; на фиг. 4(- опора горизонтальных составляющих нагрузок в аксонометрии; на фиг. 5 - то же, вид сверху; на фиг. 6 - то же, вид сбоку; на фиг. 7 - то же, вид с торца; на фиг. 8 - опора, воспринимающая вертикальные составляющие нагрузок, вид сбоку; на фиг. 9 - то же, вид сверху.

Предлагаемая тензоплатформа (фиг. 1, 2) состоит из жесткой плиты 1, шесть степеней свободы которой ограничены шестью опорами-динамометрами 2-7. Каждая опора представляет собой консольную балочку равного сопротивления и ограничивает одну степень свободы плиты. Опоры-динамометры 2-7 жестко крепятся к платформе 8, сваренной из уголка 65x65x6.

Реакции связей (опор) определяются при помощи тензорезисторов , наклеенных на опорные балочки-динамометры.

Воздействие плиты на динамометры осуществляется либо через сферические тела - металлические шарики 9 (на опоры 2, 3, 4, воспринимающие вертикальные составляющие нагрузки), либо через подшипники качения (на опоры 5, 6, 7). Опоры 5, 6, 7 воспринимают горизонтальные составляющие измеряемого усилия (фиг. 3),

На фиг. 2 показан только шарик 9 на опоре 3. Два других шарика на опорах 2 и 4 не показаны.

Приведенное устройство силоизмери- тельных элементов позволяет при передаче усилий от плиты к динамометрам исключить

силы трения скольжения, вносящие погрешность.

Это устройство исключает также влияние составляющих усилий на тензорезисто- ры, не предназначенные для измерения этих усилий, что также уменьшает погрешность измерений и позволяет предельно упростить конструкцию силоизмерительных элементов. Каждый силоизмерительный элемент (балочка-динамометр) в данном случае воспринимает только один силовой фактор: усилие, действующее перпендикулярно оси этого динамометра.

Для системы сил, действующих на опор- ную плиту, можно составить шесть независимых уравнений равновесия (см. фиг. 3).

Поскольку реакции связей определяют ся экспериментально, в эти уравнения входят шесть неизвестных:

Ру, РХ, PZ - составляющие равнодействующего усилия;

х, у, z - координаты точки приложения равнодействующего усилия.

Если пренебречь толщиной плиты, то очевидно, что , и можно обойтись системой пяти уравнений с пятью неизвестными:

Px-Re 0(1)

Py-R4-Rs 0(2)

n -Pz+R 1+R2+R3 0;(3)

m0x 0;-Pz y+Ra (4)

40

Pz x-Ra d-Ra . (5)

Поскольку неизвестные разделяются, решение этой системы предельно просто:

из (1) из (2) Py R4+Rs; 45 из (3) Pz Ri+R2+R3;

R3l

R3I

Rz

Ri + R2 + Rs

из (5) х

R3 d + R2 f Rs d + R2 f

R

Ri + R2 +R3

Зная три составляющие усилия отталкивания РХ, Ру, Pz, можно определить как величину этого усилия, так и его направляющие в пространстве.

Кроме того, как видно из решения системы, можно определить координаты точки приложения этого усилия х и у, т. е. координаты точки приложения равнодействующей силы давления стопы на плиту.

Следует отметить, что плита опирается на сферические тела - шарики, которые в плане образуют вершины воображаемого геометрического треугольника, ограничива- ющего опорную площадку плиты. Поскольку плита опирается на шарики1 свободно, она будет закреплена геометрически неизменяемо (лишена всех шести степеней свободы) лишь в случае, если измеряемое усилие бу- дет приложено внутри этого треугольника. Этот треугольник на поверхности плиты выделен яркой краской. Размеры его могут быть сколь угодно большими, но и при существующих размерах тензоплатформы раз- меры треугольника вполне достаточны, что показало использование тензоплатформы в работе.

Размещение плиты на трех шариках, а не на четырех вызвано стремлением пре- дельно упростить конструкцию и расшифровку осциллограмм.

Тензоплатформа предлагаемой конструкции была изготовлена и использована при проведении исследований, она показа- ла надежную и безотказную работу. В комплекте с ней использовались усилитель

постоянного тока Топаз-4 и шлейфовый осциллограф М-041. Эти приборы компактны и имеют небольшой вес, и поскольку вес платформы не более 8 кг, можно проводить измерения не только в спортзале, но и в полевых условиях - спортдагере, на стадионе.

Формула изобретения Тензоплатформа для измерений усилий отталкивания при спортивных исследованиях, содержащая платформу, несущую на опорах с тензодатчиками плиту, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, она снабжена тремя консольными балками равного сопротивления с тензодатчиками для измерения горизонтальных усилий, балки закреплены на платформе с возможностью шарнирного взаимодействия с плитой консольными участками, при этом одна балка расположена перпендикулярно по отношению к двум другим, а плита установлена на опорах через сферические тела, причем опоры выполнены в виде консольных балок равного сопротивления, а сферические тела образуют в плане вершины воображаемого геометрического треугольника, ограничивающего опорную площадку плиты.

Изобретение позволяет повысить точность измерения усилий отталкивания спортсмена от платформы. Тензоплатформа состоит из жесткой плиты 1, шесть степеней свободы которой ограничены опорами-динамометрами 2-7. Каждая опора представляет собой консольную балку равного сопротивления. Опоры жестко крепятся к платформе 8. Реакция опор определяется при помощи тензорезисторов, наклеенных на балки. Воздействие плиты 1 на динамометры 2, 3,4 осуществляется через металлические шарики. Воздействие плиты 1 на динамометры 5, 6, 7 осуществляется через подшипники качения. Точки соприкосновения плиты с динамометрами 2, 3, 4 в плане образуют вершины воображаемого геометрического треугольника, ограничивающего рабочую опорную площадку плиты 1. Расположение опор 2-7 позволяет определить координаты точки приложения усилия и величину этого усилия 9 ил. (Л С 1 vj со со о ю о

А-А

Фиг. 2

ttfopt/xoBdtf /refftw/rrf.

L

П 1 /7м/яа

Д/ 0лгф0р/ах

Фиг. 5

Фиг. 6

фиг. 8

i т

фиг. 7