Российской федерации кубанский государственный университет
Скачать 1.4 Mb.
|
ПЕРЕДНИЕ ЗВЕЗДЫ НЕКРУГЛОЙ ФОРМЫ И УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ПЕДАЛИ С ШАТУНОМ ВЕЛОСИПЕДА: ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Rodrigo R. Bini, Frederico Dagnese Источник: Rev Bras Cineantropom Desempenho Hum, 2012, 14 (4) Введение. Прогресс в разработке тренировочных программ и развитии прикладных технологий позволяет тренерам совершенствовать методы мониторинга тренировочного процесса и способствует повышению работоспособности спортсменов. В велоспорте модификации конструкции велосипедов направлены на снижение сопротивления качению и внутренней работы (механической работы по движению ног) в целях обеспечения более высокой скорости движения велосипеда. Аэродинамическая сила является главной силой сопротивления в велоспорте, поэтому постоянно предпринимаются попытки разработки новых конструкций колес, велообуви, рам и руля, чтобы снизить силу лобового сопротивления и тем самым повысить результативность. Считается, что более низкие энергозатраты при педалировании с заданным уровнем рабочей нагрузки (т.е. более высокая экономичность/КПД) обеспечивают улучшение работоспособности, при этом снижение энергозатрат достигается путем уменьшения количества внешней и/или внутренней работы (т.е., энергии, затрачиваемой на преодоление возникающих при педалировании внешних сил, и энергии, затрачиваемой на движение ноги без учета внешнего сопротивления, соответственно). C другой стороны, возможность увеличения выходной мощности при одинаковых энергозатратах послужила для исследователей стимулом к поиску маркеров, обеспечивающих более высокую экономичность/КПД (таких как потребление кислорода или частота сердечных сокращений). Поскольку выходная мощность зависит от плеча силы на шатуне и прилагаемой к шатуну тангенциальной силы (эффективной силы), то для применения гипотетической постоянной силы должен быть увеличен крутящий момент шатуна за счет повышения плеча силы. Однако по причине механических и анатомических ограничений постоянная эффективная сила вряд ли может быть достигнута, поэтому усилия исследователей в этой области должны быть направлены, прежде всего, на изменение посредством вращения шатуна плеча силы в целях максимизации крутящего момента шатуна. Для достижения этой цели предпринимались попытки изменения длины шатуна, узла соединения педали с шатуном, и профиля передней звезды (рисунок 1). Однако, несмотря на прочное теоретическое обоснование их разработки, в ходе научных исследований некоторых новых конструкций не было получено экспериментальных данных, подтверждающих их влияние на биомеханические, физиологические и определяющие результативность переменные. эллиптическая звезда Osymetric круглая звезда  Рисунок 1 - Иллюстрация теоретической конструкции некруглой передней звезды (эллиптическая звезда Osymetric), предназначенной для увеличения плеча силы в положении верхней мертвой точки (12 часов). Плечо силы некруглой прямой звезды (Ma1), плечо силы круглой прямой звезды (Ma2), сила сопротивления (RF) и сила, прилагаемая к педали (PF) В специальной литературе были описаны различные конструкции некруглых передних звезд и соединений педалей с шатунами, которые оказывали разное влияние на определяющие работоспособность физиологические и биомеханические переменные. Поэтому существует потребность в предоставлении велосипедистам и тренерам соответствующих разъяснений, чтобы помочь им выбрать оптимальную систему передних колец или узел соединения педали с шатуном. Таким образом, цель настоящей статьи состояла в обзоре теоретических основ разработки передних колец некруглой формы и новых узлов соединения педали с шатуном и их влияния на биомеханические, физиологические и определяющие результативность переменные. Методы. Для выполнения приведенной в данной статье экспертной оценки статей из журналов, книг, диссертаций и трудов конференций, опубликованных с 1960 г., был проведен интернет-поиск в академических базах данных (MEDLINE, SCOPUS, ISI Web of Knowledge, EBSCO и Google Scholar) с применением ключевых слов «узел соединения педали с шатуном», «передняя звезда» и «некруглая звезда». Для сужения поиска среди первоначально полученных 2165 источников было использовано ключевое слово «велосипед». Затем был выполнен реферативный анализ 29 статей. Статьи, посвященные теоретическим основам или экспериментальной оценке систем некруглых передних колец или узлов соединений педали с шатуном, были отобраны для анализа в их полном объеме. Ссылки на 13 статей, отобранных после анализа их полных версий, были также подвергнуты анализу по их заголовкам, рефератам и полным объемам. Всего для данного обзора было отобрано 39 литературных источников, включая 37 журнальных статей, одну книгу и один веб-сайт. В обзоре мы применяли широкий спектр разных видов исследований (от одновременного поперечного углублённого исследования до компьютерного моделирования) в целях расширения дискуссии от изложения теоретических основ до обсуждения практических преимуществ применения передних звезд некруглой формы и/или различных узлов соединения педалей с шатунами. Дискуссия. Среди многочисленных целей разработки некруглых передних звезд и новых узлов соединения педали с шатуном можно перечислить сокращение количества внутренней работы, снижение пикового показателя крутящего момента шатуна и сокращение затрат времени прохождения верхней и нижней мертвых точек (в положениях 12 и 6 часов, соответственно). При оценках воздействия передних звезд некруглой формы и новых узлов соединения педалей с шатунами наблюдались изменения в кинематике движения суставов при отсутствии влияния на мышечную активацию. При использовании большинства некруглых звезд были получены противоречивые результаты исследований экономичности/КПД педалирования. В то же время новые конструкции узлов соединения педалей с шатунами обеспечивали повышение экономичности/КПД педалирования. Теоретическое обоснование изменений длины шатуна или узла соединения педали с шатуном или применения передних звезд некруглой формы. В таблице 1 представлены системы некруглых передних звезд и модифицированных узлов соединения педали с шатуном, которые были разработаны на протяжении последних десятилетий. При применении различных систем передних звезд или узлов соединения педали с шатуном определение угла шатуна относительно главной (большой) оси (наибольшая величина плеча силы на цепи до каретки – т.е., сила сопротивления) основывалось на крайнем правом положении шатуна, соответствующем 3 часам на циферблате часов, принимая во внимание тот факт, что пиковый крутящий момент обычно измеряется при данном угле шатуна (см. рисунок 1). Таблица 1 - Общая информация о системах передних звезд или узлов соединений педали с шатуном, представленных в публикациях последних десятилетий, включая изобретателя и год разработки, овальность, угол шатуна относительно главной оси, назначение конструкции и проведение экспериментальных испытаний. Все результаты были получены при одинаковых условиях педалирования с применением систем передних колец круглой и некруглой формы
A Соотношение между большой (главной) и малой осями; B Происхождение неизвестно. Вероятно, была включена в систему привода велосипеда в 1860 г. C Применялась в качестве эталона при сравнении с некруглыми звездами D Увеличение расстояния между осью педали и центром педали на 1,8 см. Уменьшение высоты от оси педали до поверхности педали на 2 см. Из представленных в таблице данных можно видеть, что различные конструкции передних звезд некруглой формы и модификации узла соединения педали с шатуном были предназначены для оптимизации различных переменных (напр., крутящего момента) на основе изменения соотношения между большой и малой осями передней звезды или расстояния между педалью и кареткой (с помощью узлов соединения педали с шатуном). Угол шатуна относительно большой оси также может оказывать влияние на крутящий момент, создаваемый силой сопротивления, как показано на рисунках 1 и 2. Сила сопротивления представляет собой сумму силы лобового сопротивления, несущей способности, силы качения и инерционной силы, которые действуют на велосипед и передаются на шатун через систему передач и цепь. эллиптическая звезда Osymetric круглая звезда  Рисунок 2 - Изображение некруглой передней звезды Biopace, разработанной в целях увеличения момента плеча в положении близком к расположению стрелки на циферблате в 3 часа (3-часовое или крайнее правое положение). Ma – плечо силы, действующей на некруглую переднюю звезду, RF – сила сопротивления, PF – сила, прилагаемая к педали На рисунке 2 можно видеть, что главные оси передней звезды находятся ближе к крайнему правому и крайнему левому положениям (3- и 9- часовым положениям) в отличие от конструкции, представленной на рисунке 1, на котором главные оси находятся в непосредственной близости от 12- и 6- часового положения, то есть крайней верхней и крайней нижней позиции при одном и том же положении шатуна. В зависимости от профиля прилагаемой к педали силы, как показано на рисунке 3, когда максимальное толкающее усилие прилагается к педали при угле шатуна около 90° (3-часовое положение шатуна), обе эти овальные передние звезды могут приводить к получению разных результатов. Более высокая величина плеча силы для овальной звезды, показанной на рисунке 1, может потребовать приложения большей силы к педали для сохранения аналогичного крутящего момента, чем для овальной звезды, изображенной на рисунке 2. В теории эффективность каждой системы передних звезд можно оценить в зависимости от того, насколько положение главных осей будет способствовать увеличению плеча силы сопротивления в момент нахождения педали в положении, близком к углу шатуна, при котором достигается пиковая сила, прилагаемая к педали (3-часовое положение). Таким образом, увеличение плеча силы сопротивления может приводить к увеличению крутящего момента, создаваемого силой сопротивления, и потребовать приложения большей пиковой силы к педали при установленном уровне рабочей нагрузки. При применении круглой передней звезды мгновенная скорость шатуна варьирует в пределах ±22% при средней частоте педалирования 90 об/мин, что объясняется бóльшим количеством внутренней работы. Следовательно, увеличение оси передней звезды в областях с более низкой скоростью вращения педали (напр., в 3-часовом положении) приводит к более плавному изменению мгновенной скорости шатуна и к меньшей величине внутренней работы. Поэтому некоторые звезды некруглой формы конструировались таким образом, чтобы способствовать увеличению равномерности крутящего момента, что становится причиной создания более низкого пикового крутящего момента (как на модели, показанной на рисунке 1). В центре внимания разработчиков других передних звезд находилось сокращение времени прохождения через верхнюю и нижнюю мертвые точки (в 12- и 6-часовом положении, соответственно) (напр., система Rotor), поскольку в данных областях вращения педали к ней прилагается малая сила. Система Rotor включает круглую переднюю звезду, снабженную расцепляющим механизмом, который разъединяет шатуны в 12- и 6-часовом положении путем выдвижения ведущего шатуна вперед относительно противоположного шатуна. Таким образом, одни системы разрабатывались так, чтобы уменьшить оси в верхней и нижней мертвых точках, другие предусматривали механическое разъединение шатунов в этих областях вращения педали. Целью создания еще одной системы (Pro-Race) послужило увеличение оси в 3-часовом положении и уменьшение оси в 9-часовом положении. Эта последняя система предназначена для снижения тормозного момента, который создается прилагаемой к педали силой во время фазы возврата (от 6- до 12-часового положения шатуна), однако, до сих пор еще не было получено данных, подтверждающих эту гипотезу. В связи с тем, что данные системы предусматривали оптимизацию разных переменных (напр., сокращение внутренней работы или снижение крутящего момента шатуна), не было выяснено, какое влияние они могут оказывать на биомеханические и физиологические характеристики и показатели результативности. Остается неясным, следует ли при разработке передней звезды некруглой формы стремиться к увеличению плеча силы сопротивления в 12-часовом положении шатуна в целях улучшения крутящего момента силы сопротивления (как в образце звезды на рисунке 1) или же следует снизить плечо силы сопротивления в 3-часовой позиции в целях уменьшения внутренней работы и пикового крутящего момента шатуна (как показано на рисунке 2). |
Похожие:
 | Криминалистика. Часть Раздел Криминалистическая тактика : рабочая тетрадь для выполнения лабораторных заданий/ Г. М. Меретуков, В.... |  | Российской Федерации, федеральными законами или установленной Правительством Российской Федерации квотой на образование иностранных... |
| КубГУ, а также ряда вузов г. Краснодара и региона. Научные статьи характеризуют в целом междисциплинарность гуманитарного знания,... | | А. В. Гусев профессор кафедры криминалистики фгкоу впо «Краснодарский университет мвд рф», канд юр наук, доцент |
| А. В. Гусев – канд юр наук, профессор кафедры криминалистики фгкоу впо «Краснодарский университет мвд рф» | | Настоящие Правила разработаны на основании действующего жилищного законодательства и нормативных актов Российской Федерации, Устава... |
| В. О. Осипян, доктор физико-математических наук, доцент (Кубанский государственный университет) | | Сельское хозяйство; 35. 06. 04 Технологии, средства механизации и энергетические оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве;... |
| «Амурский государственный университет» (далее Университет) и их пребывания на территории Российской Федерации | | Правила) регламентируют прием граждан Российской Федерации, иностранных граждан и лиц без гражданства (далее вместе – поступающие)... |