Тензоплатформа для измерений усилий отталкивания при спортивных исследованиях

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)5 А 63 В 71/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (л) (лЭ

О

Ю

0 фиг. 1 (21) 4807424/12 (22) 31,01.90 (46) 15.05.92. Бюл. N 18 (75) С, А. Рубинчик, С. Ф. Быконя и А, С. Чалый (53) 685.648(088.8) (56) Миненков Б. В. Техника и методика тензометрических исследований в биологии и медицине. M. Медицина, 1976, с. 161 — 163.

Авторское свидетельство СССР

¹ 662288993377,, кКл, А 63 В 71/06, 1977. (54) ТЕНЗОПЛАТФОРМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ УСИЛИЙ ОТТАЛКИВАНИЯ ПРИ

СПОРТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ (57) Изобретение позволяет повысить точность измерения усилий отталкивания спортсмена от платформы. Тензоплатформа состоит из жесткой плиты 1, шесть степеней.. Ж 1 733026 А1 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.

1733026

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 тензодатчики, предназначенные для измерения других составляющих, что также снижает точность измерений, Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена мнзоплатформа, 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 65х65хб.

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 силоизмерительных элементов позволяет при передаче усилий от плиты к динамометрам исключить силы трения скольжения, вносящие погрешность.

Это устройство исключает также влияние составляющих усилий на тензорезисто5 ры, не предназначенные для измерения этих усилий, что также уменьшает погрешность измерений и позволяет предельно упростить конструкцию силоизмерительных элементов. Каждый силоизмерительный

10 элемент (балочка-динамометр) в данном случае воспринимает только один силовой фактор: усилие, действующее перпендикулярно оси этого динамометра.

Для системы сил, действующих на опор15 ную плиту, можно составить шесть независимых уравнений равновесия (см. фиг. 3).

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

20 Ру Рх, Pz — составляющие равнодействующего усилия; х, у, z — координаты точки приложения равнодействующего усилия.

Если пренебречь толщиной плиты, то

25 очевидно, что z=0, и можно обойтись системой пяти уравнений с пятью неизвестными;

nPx=0, Рх В6=0

30 nPy=o; Py R4 R5= 0 (2) и Р =О, -Р +В1+В2+кз=0; (3) mox=0 — Pz у+Вз 1=0; (4)

moy=0, Pz х — Вз d — R2 f=0. (5)

Поскольку неизвестные разделяются, решение этой системы предельно просто;

40 из (1) Рх=йб

vI3 (2) Py=R4+R5;

45 из (3) Pz=R>+Rz+Rg; з Вз

Rz В1+R2+Вз

50 Вз б+Вг Вз б+ г из (5) х

Rz R> + R2+ З

Зная три составляющие усилия отталкивания Px, Py, Р, 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. коорди1733026

40 наты 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, ограничивающего опорную площадку плиты, Поскольку плита опирается на шарики свободно, она будет закреплена геометрически неизменяемо (лишена всех шести степеней свободы) лишь в случае, если измеряемое усилие будет 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 размеры треугольника вполне достаточны, что показало использование тензоплатформы в работе.

Размещение плиты на трех шариках, а не на четырех вызвано стремлением предельно упростить конструкцию и расшифровку осциллограмм, . Тензоплатформа предлагаемой конструкции была изготовлена и использована при проведении исследований, она показала надежную и безотказную работу. В комплекте с ней использовались усилитель

10 постоянного тока "Топаз †" и шлейфовый осциллограф М вЂ 0. 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

15 полевых условиях — спортлагере, на стадионе.

Формула изобретения

Тензоплатформа для измерений усилий отталкивания при спортивных исследовани20 ях, содержащая платформу, несущую на опорах с тензодатчиками плиту, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения, она снабжена тремя консольными балками равного сопротивления

25 с тензодатчиками для измерения горизонтальных усилий, балки закреплены на платформе с возможностью шарнирного взаимодействия с плитой консольными участками, при этом одна балка расположена

30 перпендикулярно по отношению к двум другим, а плита установлена на опорах через сферические тела, причем опоры выполнены в виде консольных балок равного сопро-тивления, а сферические тела образуют в

35 плане вершины воображаемого геометрического треугольника. ограничивающего опорную площадку плиты.

1733026

1733026