（运动人体科学专业论文）变频式力量训练器的研发.pdf

学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文变频式力量训练器的研发，是在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 程的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 论文作者( 签名) ：张 渺7 年占月fj 日 ， 学位论文原创性确认书 学生童丝所提交的学位论文交频式力量训练器的研发，是 在本人的指导下，由其独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文 中已经注明引用的内容外，该论文不包含任何其他个人或集体已经或 撰写过的研究成果。 该生论文达到了硕士学位论文水平。 指导教师( 签名) ： 枷7 年占月7 ，日 变频式力量训练器的研发 中文摘要 提高国民的力量素质水平，先进的力量训练器起着重要的基础作用，力量训 练器从天然重物到杠铃再到当今各式各样的高科技力量训练器，经历了几次革 新，振动力量训练器利用振动刺激能有效地提高肌肉的最大力量和爆发力；可以 提高肌肉收缩的效率，并增强中枢神经系统之问的协调，提高肌肉的反应能力和 协调能力；振动力量训练也有利于增强肌肉弹性和柔韧性，还可以间接影响到皮 肤的血流量，从而有利于疲劳的快速恢复。 力量素质是人体身体素质的重要组成部分，是人类赖以生存的重要基础。随 着全民健身计划纲要和奥运争光计划纲要的颁布与实施，国民身体素质 与竞技体育水平的提高已成为我国体育事业发展的两个主流方向，而力量素质的 提高将是实现这两个计划的关键而有效的环节。为了适应目前这种需求，改进 传统的训练评价手段，从解决运动训练实践中的难点和关键点出发，应用现代 科技理念及手段，集成先进、科学的训练方法，全面提高我国运动员的科学训 练水平和运动竞技水平。并积极响应国家提出“科技奥运”中有关重点开展运 动训练的科学监控研究，体育训练信息采集、分析系统研究等号召。为了更好 地为奥运攻关项目服务，为全民健身服务，我们应该更好的发挥新型器械在体育 事业中的作用，但由于国外进口的振动力量训练器价格昂贵，我们必须要自主研 发出我们自己的振动力量训练器。本变频式力量训练器具体技术指标参数如下： 扎振动频率可调，频率范围1 5 0 h z ，频率可每1 h z 调节。 b 振幅为3 m m ，并且载重量足够大，承重3 0 0 公斤 c 振动方向确定，附加导向槽用以确定纵向振动方向。 d 操作简便，成本低廉，携带方便，便于教练员、运动员和科研人 员使用，利于推广。 本项研究创新点及技术关键： 重点：振动器械的频率可调，振动方向为垂直振动，振幅为3 m m 。 难点：由于是机械振动源，噪音问题是此项研究的难点。 创新：国内自主设计用于力量训练的振动台，振动方向确定，振动频率可调。 关键词：变频式力量训练器振动频率力量训练工程制图 t h er e s e a r c l lo ff r e q u e n c yc o n v e r s i o nt y p e o f s t r e n g t l at r n i n i n ge q u i o m e n t a b s t r a c t r a i s i n gn a t i o n a l ss t m l g t l aq u a l i t yl e v e l , t h ea d v a n c e d 曲嘟n g i ht r a i n i n g e q u i p m e n ti sp l a y i n gt h ei m p o r t a n tf o u n d a t i o nr o l e s t r e n g t ht r a i n i n ge q u i p m e n th a s e x p e r i e n c e ds e v e r a li l l l l o v l l t i o n sf r o mn a t u r a lh c a 、，yi t e mt ob a r b e l l , n o wt oa l lk i n d s o fh i g ht e e hs 咖g t ht r a i n i n ge q u i p m e n t w i t hu s i n gt h ev i b r a t i o ns t i m u l a t i o n , t h e v i b r a t i o ns t 略n g t ht r a t , 1 i n ge q u i p m e n t 啪e n h a n c et h em u s c l eb i g g e s t 鼬嘲睦g i h , t h e e x p l o s i v ef o r c e ，t h ec o n t r a e t u r eo ft h em u s c l e ，s t r e n g t h e n i n gt h ec o o r d i n a t i o n b e t w e e nt h ee e l m a ln e n t o u ss y s t e m s , e n h a n c i n gt h em u s c l el e a c t i o l l lc a p a c i t ya n dt h e c o o r d i n a t e da b i l i t y ；t h ev i b r a t i o ns t 嘻n g i ht r a i n i n gi sa l s oa d v a n t a g e o mt ot h e 幽e c m e n tm u s c l ee l a s t i c i t ya n dt h ef l e x i b i l i t y , a l s om a ya f f e c ti n d i r e c t l yt h es k i n b l o o ds t r e a mq u a n t i t y , t h u si sa d v a n t a g e o u st ot h ew e a l yf a s tr e s t o r a t i o n t h es t r e n g t hq u a l i t yi st h ei m p o r t a n tc o n s t i t u e n ti nt h ep h y s i c a lq u a l i t yo f h u m a n b o d y , a n di m p o r t a n tf o u n d a t i o no fh u m a n i t y sl i v e l i h o o d w i t ht h ei m p l e m e n t a t i o no f f i l e ”f i t n e s sp l a ns u m m a r y a n d ”o l y m p i cg a m e sh o n o rp l a ns u m m a r y ，t h e n a t i o n a lp h y s i c a lq u a l i t ya n da t h l e t i c ss p o r t sl e v e la 由k m c 锄e n th a sb e c a m et w o m a i m l r e a md j 僦s ，w h a ti sm o l e ，t h es t i e n g t hq u a l i t ye n h a n e e m e n tw i l lb ea k e y f a c t o rb e t w e e nt h ed i r c c t i o l l s i no r d e rt oa d a p tt ot h i sk i n do f d e m a n da tt h em o m e n t i m p r o v et h et r a d i t i o nt r a i n i n ga n dr a t i n gm e a s u r e ，s t a r tw i t hr e s o l v i n gt h ed i t f i e u l t y a n dk e ys p o to ft h em o v e m e n tt r a i n i n gp l a c t i c e , u s i n gt h ei d e aa n di n c l t s u t eo f c o n t e m p o r a r ys c i e n c ea n dt e e l m o l o g y i n t e g r a t et h ew e l l - d e v e l o p e da n ds e i e n t i t i e k n o w l e d g er e l i n i n gm e a n s i m p r o v et h es c i e n t i f i ct r a i n i n ga n dm o v e m e n ta t l a l e t i e s l e v e lo f c h i n e s ea t h l e t e s m o r e o v e rp o s i t i v e l ya n s w e rt h e 印p c a la b o u t 4 s c i e n c ea n d t e c h n o l o g yo l y m p i cg a m e s ”p r o p o s e db y0 1 1 1 e o u n l r y s t r e s st ol a t m e l at h er e s e a r c h o fs e i e n t i t i es u p e r v i s i o na b o u t 台a i n i n ga n dc o l l e c t 血a i n j _ n gm e s s a g ea n dr e s e a r c ho f t h ea n a l y t i cs y s t e m w i t ht h eo n l yi d e ao fm a k i n gh i 曲s c i e n c ea n dt e e l m o l o g y r , r o d u e e i no r d e rt os e l v e sw e l lf o rt h eo l y m p i cg a m e sa t t a c kp r o j e c t , f i m e s sf o ra l l t h ep e o p l e , w es h o u l dt h eb e t t e rd i s p l a yn e wi n s l x u m c n ti ns p o r t se l l t 州s ef t m e t i o n , b u tt h ev i b r a t i o ns t r e n g t ht r a i n i n ge q u i p m e n ti se x p e n s i v ea sar e s u l to ft h eo v e r s e a s i m p o r t , w em u s th a v et or e s e a r e l aa n dd e v e l o po u rv i b r a t i o ns t r e n g l ht r a i n i n g i n d e p e n d e n t l y t h i sd e s i g nc o n c e p to ft h eb o d ys u 舶g t h 位咄a p p l i a n c ei s 嬲 2 f o l l o w s ： a v i b r a t i o nf r e q u e n c yi sa d j u s t a b l e , f r e q u e n c yr a n g ea 砖f r o m lt o5 0 h le a c h i h zo ft h ef 嘲u e n c ym a ya d j u s t b t h eo s c i l l a t i o na m p l i t u d ei s3 m m , a n dt h el o a d - c a r r y i n gc a p a c i t yi s b i g ， e n o u s h , l o a d - b e a t i n g3 0 0k i l o g r a m s c t h ev i b r a t i o nd i c 哇a md e t e r m i n e d , d e t e r m i n e st h el o n g i n l d i n a l o s c i l l a t i o nd i r e c t i o nw i t ht h ea d d i t i o n a l 础s l o t 也t h ee n d e a v o 叫o p a t a t i o ni ss i m p l e , t h ec o s ti si n e x p 吲v c , t h ec m y h o m ei s c o n v e n i e n t , i sa d v a n t a g e o u sf o rt h el r a i l l c l , t h ea t h l e t e , t h es c i e n t i f i c l e s e a t e h e ra n dt h ep r o m o t i o n t h i sr e s e a r c hi n n o v a t i o na n dt e c h n i c a lk e y ： d i f f i c u l t y ：v i b r a t e st h ei n s t r u m e n tt h ef t e q u e n c ya d j u s t a b l e ，t h ev i b r a t i o nd i r e c t i o ni s t h ev e r t i c a lv i b r a t i o n , t h eo s c i l l a t i o na m p l i t u d ei s3 m m k e y s t o n e ：b e c a u s ei st h em e c h a n i c a lv i b r a t i o n ss o i l l t h en o i s eq u e s t i o ni st h i s r e s e a r c hd i f f i c u l t y i n n o v a t e ：t h ed o m e s t i ci n d e p c n d 蛐td e s i g nu s e si nt h es 协e n g t ht r a i n i n gt h es h a k c t a b l e , t h ev i b r a t i o nd i c t i d e t e r m i n c d v i b r a t i o nf r e q u e n c ya d j u s t a b l e k e yw o r d s ：f r e q u e n c yc o n v e r s i o nt y p eo fs 艄越g t h 缸l i n i n ge q u i p m e n t v i b r a t i o n f r e q u e n c y 鼬啡t r a i n sp r o j e c tc h a r t i n g 1 丽青 1 1 选题依据 1 1 1 力量训练发展的三次变革 在古代竞技体育中，人们已经认识到力量训练的重要性，古埃及的角斗士每 天利用小牛进行力量训练，待小牛长大后，角斗士也能举起大牛，这也是运用渐 增阻力原理的较早例子。我国古代勇士武夫，采用不同重量的石担、石锁、石狮、 铜鼎等原始器械进行力量训练。这些古老的力量训练方法沿用了几千年，直到1 0 0 多年前国外出现了铁制的杠铃时才被淘汰。杠铃以其简单、方便、实用，能进行 多种力量训练的优点，在世界上很快被普及和推广，并逐渐形成一套有实践经验 与理论研究相结合的杠铃力量训练法，杠铃的出现开创了力量训练史上的第一次 变革，它归纳了静力性、动力性和退让性力量训练方法。力量训练的第二次变革 出现在2 0 世纪6 0 年代到7 0 年代末，6 0 年代末美国纽约大学的学者设计的一种电动 等动器械应用于力量训练后，实现了在练习速度受控条件下，阻力随作用力变化 而随时变化的“适应阻力练习”方法。这种方法能使肌肉在整个运动范围内都受到 了最大阻力，从而获得较好的力量训练效果。但是速度和爆发力均受到了限制， 起止点无阻力，练习过程中无负阻力，不能进行离心收缩。在7 0 年代出现了一“诺 蒂拉斯”的凸轮加重块式器械，凸伦的半径按肌肉的力量曲线设计，从而产生了 与肌肉力量曲线变化相适应的变力矩力量训练法。其优点是阻力矩与肌力矩相 等，并且阻力方向能与关节轴同轴旋转，使肌肉在运动的全范围中都能提供最大 阻力，实现了肌肉全幅度的最大力量训练，能在短时间内锻炼肌肉的潜在能力， 获得较好的力量训练效果。力量训练的第三次变革出现在8 0 年代后期9 0 年代初， 电子计算机进入了力量训练，产生了计算机器械的定量控制训练，伴随着出现程 序训练法，如控制阻力的程序训练，可按顶阻力、增阻力、减阻力，按特定环节 力量曲线或根据技术项目的特定阻力曲线进行练习。 1 1 2 目前力量训练的主要方式及特点 在运动实践中常见的力量训练方法有等张训练法、等长训练法、等动训练法、 超等长训练法、离, 凸, i l l 练法和电刺激法等。 等张训练法( t r a i n i n go fi s o t o n i cs t r e n g t h ) 是一种利用特定的力量训练 器或自由物体( 如杠铃、哑铃等) 进行的力量训练方法，又称动力性训练或向, t , i t i 4 练。等长训练法( t r a i n i n go fi s o m e t r i cs t r e n g t h ) 是一种肌肉紧张用力与肌肉 长度保持不变的力量练习方法n 1 。等动训练法( t r a i n i n go fi s o k i n e t i cs t r e n g t h ) 是借助于专门的等动力量训练器( 如美国u n i v e r s a l 公司生产的m e r a c 等速测力系 统、美国s y b e x 、b i o d e x 、德国i s o 她d 2 0 0 0 、澳大利亚k e y l i n k 公司生产的k i n i t e c h 等速康复系统等) 在动力状态下完成练习的方法。等动力量训练法又称为等速力 量训练法，利用器械在各关节的各个角度都能保持相同的速度转动，这就使受试 者能够在关节的各个角度都能保证最大力量的发力。从而测试出受试者在不同速 度下的最大力量，例如有许多研究用6 0 度秒的速度测试最大绝对力量，用2 4 0 度秒测试快速力量的最大力量。离心训练法( t r a i n i n go fe c c e n t r i cs t r e n g t h ) 又称退让性力量练习，即肌肉在产生张力的同时被拉长。离心训练法除会导致肌 肉疼痛的持续时间更长外没有明显的缺点，但是这种力量训练方法在运动实践中 不常用，往往与等张性练习结合使用“。超等长训练法( t r a i n i n go f s u p e r - i s o m e t r i cs t r e n g t h ) 是一种肌肉离心收缩与向心收缩顺序进行的力量练 习方法。练习时在速度性冲击负荷作用下，肌肉先被迫进行离心收缩，紧接着转 为向心收缩。进行超等长练习的关键是：冲击性负荷要大，这样才能产生强烈的 牵张反射。目前主要采取“跳深”练习，维尔霍山斯基研究证明，从0 6 - 1 6 8 米高 度进行跳深练习，可以发展肌肉“离心一向心”工作方式转移的最大速度能力；从 0 9 - 2 2 米高度跳深，可以最大程度的发展爆发力量。0 1 电刺激训练法是指通过 电刺激代替有大脑发出的神经冲动使肌肉产生等张收缩或等长收缩的力量训练 方法。电刺激训练法有三种形式：一、在完成简单动作过程中直接应用，可提高 肌肉最大力量；二、在静止条件下，进行不同角度的被动刺激；三、采用电刺激 作为预防措旌，借以消除肌腱、韧带等部位的疼痛；并可在比赛前5 - 1 0 分钟作为 准备活动的内容之一。嘲 随着近代工业革命的成功和科学技术的日新月异，先进的科学技术和训练理 念不断的渗透到体育训练中，在这种大环境下，振动力量训练( y i b r a t i o n t r a i n i n g ) 被体育科研人员应用到了力量训练中。早在上世纪6 0 年代，便有学者 利用一种小型振动器( v i b r a t o r ) ，放置于肌腹或肌腱上以诱发身体振动性张力反 射( t o n i cv i b r a t i o nr e f l e x ，t v r ) ，e k l u n d ( 1 9 6 6 年) 对偏瘫患者进行振动 刺激，发现振动刺激能激活肌肉的本体感受器，反射性的引起不随意收缩的肌肉 产生收缩。a r c a n g e l ( 1 9 7 1 年) 报道了对肌肉和肌腱进行局部振动刺激能引起肌肉 5 收缩力量的增加。 在我国国内，关于振动训练的研究也是已经刚刚起步，上海体育学院彭春 政等利用自制振动台让运动员膝关节角度控制在1 1 0 。1 2 0 。傲半蹲起，共训练 8 周，每周3 次，振动刺激的频率范围为2 0 2 5 h z ，加速度为1 5 2 0 m s 2 。实验结果 表明：肌肉抗负荷的动态训练中附加全身振动刺激，能够有效地提高肌肉力量的 训练效果，能够在相对较小的负荷下有效地提高肌肉的最大力量和爆发力，能够 有效地提高肌肉的抗冲击的缓冲能力，能够有效地提高肌肉的弹性势能利用率。 嘲同时山东体育学院、河北师范大学、广州体科所、北京体科所等体育科研机构 和体育院校对振动力量训练的研究也已经越来越深入，并已获得了一定的研究成 果。 目前，所有有关的振动力量训练的实验研究发现：振动力量训练可以明显的 提高肌肉力量，并且在同样的负荷作用下，要比普通的力量训练更有效的提高最 大力量和爆发力。振动力量训练可以提高肌肉收缩的效率，并增强中枢神经系统 之间的协调，提高肌肉的反应能力和协调能力。振动力量训练有利于增强肌肉弹 性和柔韧性，还可以间接影响到皮肤的血流量，从而有利于疲劳的快速恢复。 1 2 振动力量训练的理论基础 1 2 1 物理学基础( 振动的主要参数和对人体影响的主要因素) 1 2 1 1 振动的主要参数 振动可分为周期性振动和非周期性振动。用于训练的振动主要是周期性振动 中的简谐振动。振动对人体产生作用效果的主要参数是振动频率、振幅和振动的 加速度。用数学式表达为：x ( t ) = a o c o s ( m otw o ) 式中x ( t ) 位移 a r 振幅t 一时间i l o 一角速度p 矿初始相位 ( 1 ) 振幅( a o ) ：距平衡位置( 正或负方向) 的最大垂直距离。振幅大小表示振动的 强弱。但在器械技术指标上，规定正负方向最大位移为振幅参数。 ( 2 ) 周期( t ) ：相临波峰与波谷之间的时间 ( 3 ) 频率( f ) ：单位时间内振动的次数，是周期的倒数1 t ( 4 ) 速度( v ) ：指波的传播速度，也是位移对时间的一阶导数- v = x ( t ) = t o o a o c o s ( ，ot + q + t r 2 ) ( 5 ) 加速度( a ) ：位移对时间的二阶导数： 8 = x ( t ) ”：t 0 0 2 a o c o s ( t o ot + a + 丌) 6 i 2 1 2 振动对人体影响的主要因素振动频率 m a t y a s 报道给偏瘫病人的肌腱附加5 0 赫兹的振动刺激，发现肌肉出现随意收 缩现象。嘲a d r i a n 和b j o r k 分别于1 9 2 9 和1 9 5 5 年报道由于神经冲动释放本身机制 决定，每分钟4 0 - 5 0 赫兹的冲动频率肌肉的等长和向心力能达到最大值。口 ”a r m s t r o n g 也发现手握力在4 0 赫兹的附加振动刺激下增加了5 2 。嘲肌电图分析 同样发现，腕屈肌在附加4 0 赫兹的振动刺激时神经传导的同步性增大，传导的冲 动增强，肌肉张力也相应增加。n 帕上述研究都是针对手臂肌肉进行的，并且在实践 中获得良好的训练效果。对腿部肌肉的研究显示：当振动刺激为1 0 - 2 5 赫兹左右 时，肌肉力量即表现出良好的积极收缩能力。n 1 1 但当振动频率超过5 0 赫兹时，肌 肉力量开始衰减，超过1 0 0 赫兹，情况更加明显。b e r n a r d 利用肌电图质谱分析发现 在高频振动( 特别是超过1 0 0 赫兹时) 刺激下，神经传导的同步性降低甚至出现随 意传播现象。他认为：是由于肌肉肌腱粘弹性体的阻尼作用，高频振动波被人体 组织吸收，对肌梭刺激作用发生衰减，并且对人体产生一系列不适影响。“”p y y k k o 的研究也证实了这种现象：部分高频振动波能通过刺激关节、皮肤的机械感受器 和肌梭次级传入纤维反馈抑制y 运动神经元的活性，导致由y 环路传导到ia 传 入纤维的冲动减小，抑制肌梭的初级传入纤维的兴奋性，降低了传导冲动的数量 和同步性，最终导致运动单位募集数量的减少。“”s a l m e l i n 认为是高频振动引起 主动肌和对抗肌的相互抑制。“”b o n g i o v a n n i l g 的研究也有类似发现，但他的研 究还进一步证实高频振动波本身能导致神经元传导冲动的过程产生衰减。 “5 1 r o m a i g u e r e 还发现附加高频振动刺激时，强直振动反射主要通过多突触途径进 行传导，易造成中枢神经系统特别是突触的疲劳，产生抑制性保护。“” 1 2 1 3 振动方向 振动在解剖位置上有三个方向：x 轴、y 轴和z 轴并且有3 个直线和3 个旋转 自由度：即x 、y 、z 轴振动和沿y 轴旋转的俯仰、沿x 轴的旋转的滚翻，沿z 轴 旋转的偏航等振动。振动对人体的影响，除了与上述因素有关外还与接振的时间 有关。长时间暴露在振动条件下，即使是较低强度的振动也能使人产生一系列不 适现象。 1 2 2 振动力量训练的生理学基础 有关生理学研究证明：在肌肉的随意收缩过程中，运动单位不可能全部动员 参加运动。这是由人体的自我保护机制作用和肌肉的动态收缩特点所决定的。普 7 通人或训练水平较低的人，只有6 0 9 6 的肌纤维参加活动，而训练水平良好的运动员 可以达到9 0 9 。振动刺激作为一种外在刺激，能刺激肌肉的本体感受器，特别是初 级肌梭传入纤维末梢的兴奋性。“”振动刺激低频波从远至近在肌肉传导，激活了 大量肌梭ia 传入纤维。其产生的动作电位经过单突触或单突触和多突触途径a _ 运动神经元的活动。在肌肉主动收缩的前提下，附加振动刺激能使潜在的运动单 位进一步激活，从而使肌肉在克服特定负荷的前提下，动员更多甚至全部运动单 位参加活动，增大了肌肉的力量。n 羽 根据运动单位募集的体积原则：肌肉募集通常不是由速度而是由所需力量 决定的。在肌肉随意运动中，细胞体小的运动单位( 慢收缩单位) 将首先募集，而细 胞体较大的运动单位( 快收缩单位) 在募集过程排在最后。在特定负荷进行肌肉活 动过程中，运动单位的募集由小到大，肌纤维的动员由慢缩型到快缩型，这便形成 了肌肉收缩力量的剃度现象。机械性振动刺激作为一种外加刺激，使肌肉募集的 方式发生改变，但并不是使肌肉的募集的顺序发生改变。由于振动刺激频率使神 经发放冲动频率和强度增大、皮肤感觉传入冲动以及振动对耳前庭机械感受器和 神经中枢机制等综合因素的影响，呻“1 在运动过程中高阈值的运动单位与低阈值 的运动单位几乎同时激活。在募集更多的运动单位参与活动、改善肌肉协调性的 前提下，提高了对i i 型纤维的训练效果，进而导致快肌纤维百分比提高，增加了肌 肉的爆发力。同时，附加振动刺激使神经冲动的数量和同步性增强，使肌肉收缩的 运动单位数量增加而且改善了肌肉的协调性，增强了肌肉力量训练的效果，并且 对肌肉进行下一次收缩产生良好的作用。“1 国外有学者还发现振动刺激能同时激活腱器，增加腱器的活性，它的兴奋能 加强伸肌的活性。在主动肌和协同肌迅速而有力的收缩的同时，腱器的兴奋，使对 抗肌及时而有力地放松，提高了肌肉收缩的效率，并增强了中枢神经系统之间的 协调，提高了肌肉的反应能力和协调能力。嘲这就克服了以往常规力量训练特别 是电刺激力量训练伸肌力量得不到同时发展的局限，避免了因屈一伸肌力量发展 不均衡造成的肌肉拉伤以及运动成绩停滞不前的现象。 1 2 3 振动力量训练的研究现状 1 2 3 1 局部振动力量训练 局部振动力量训练主要指是针对上肢肌肉进行力量训练。1 9 9 9 年意大利生物 力学专家b o s c o 做了两个关于振动训练的即时效应的研究，第一个研究是关于振 8 动刺激对人体臂屈肌机械功率与肌电反应的研究嘲。研究的实验对象是1 2 个拳击 手，共进行5 组振动刺激，每次持续1 分，振动频率为3 0 赫兹，振幅为6 毫米，加 速度为3 4 m s 2 ，受试一臂接受振动刺激，另一臂不接受振动刺激。结果发现接受 振动刺激手臂屈肌的机械功率提高了约1 2 ，而未经过振动刺激的功率未出现增 长。结论是由于振动刺激使神经的兴奋阈值降低导致肌肉随意收缩增强。同年， 他做了关于骨骼肌对振动刺激的适应性反映的研究嘲1 。实验对象是1 4 个女子排球 运动员，采用的振动频率是2 6 赫兹，振幅为1 0 毫米，实验时受试者脚趾着台半蹲 于振动台上，膝角为1 0 0 。，共振动1 0 组，每组持续1 分钟。测试发现腿的最大蹬 伸功率提高了5 8 7 6 。他认为振动训练所产生的影响与爆发力训练( 如连续纵 跳训练或跳深练习) 所产生的影响性质是相同的，只是振动训练神经对肌肉的刺 激强度要强得多，因此产生的训练效果要比普通爆发力训练出现的早得多。 w e b r e 在常规力量中附加振动训练，振动频率为2 5 赫兹。乜6 1 振动训练进行了5 周，每周训练2 次，每次4 组练习，每组重复8 次，强度为最大力量的8 0 。受试者的最 大力量提高了2 4 - 3 4 ，明显高于以往文献中报道的常规力量训练肌肉力量的增 大值。i s s u r i n 等人于1 9 9 4 年在运动员传统力量训练过程中附加振动刺激，将2 8 名运动员随机分成三组，第一组进行传统的手臂屈伸肌力训练及振动刺激下肢柔 韧性训练，第二组进行传统下肢柔韧性训练及振动刺激手臂屈伸训练，第三组则 进行相同运动时间的随意身体活动，他所采用的振动刺激频率为4 4 赫兹，振幅为3 毫米，经过2 5 分钟的力量训练与柔韧性练习后，进行三项比较：等张坐姿胸部 推举( i s o t o n i cs i t t i n gb e n c h p u l l ) 、分腿柔韧度( 1 e gs p l i t s ) 、体前屈柔韧 度( f l e x a n d r e a c ht e s t ) ，其结果显示：附加振动刺激在上肢肌力表现平均提高 4 8 9 。接受传统是训练的只提高1 6 ：柔韧度附加振动刺激组也显著高于传统训 练组。a r n s t r o n g 也发现手握力在4 0 赫兹的附加振动刺激下增加了5 2 。” 1 2 3 2 全身振动力量训练 全身振动力量训练主要专门针对腿部力量进行训练，运动员脚部接受振动刺 激，比较符合绝大多数运动项目的动作技术特点和发力的要求，德国科隆体育大 学s c h w a r z e r 以站姿进行垂直方向的振动训练，每周3 次，每次以最大力量的6 0 完成1 2 次，振动频率为1 0 一2 4 赫兹，振幅为6 毫米，最大力量增加了4 0 。这种训练方 法要求对振动频率和接振时间进行严格控制，因此在实践中运用的较少，但它已 经在力量训练领域引起了足够的重视。s p i t z e n p f e i l 、h e s t e r 等人采用交变训练 9 法进行振动训练，即振动训练与非振动训练交替进行，每3 天交替一次，共进行 了1 6 天嘲。振动过程中采取不同的运动形式：负重练习、跳深练习、单腿半蹲练 习和半蹲跳。结果发现，腿部最大等张收缩力量提高了4 麟，半蹲跳的高度提高 了2 3 ，肌酸激酶的浓度在第一天出现提高，但随后逐渐恢复正常。w e b r e 在常规 力量训练中附加振动训练刺激，振动频率为2 5 赫兹。振动训练持续了5 周，每周2 次，每次4 组，每组重复8 次，训练负荷为最大力量的8 0 。受试者的最大力量平 均提高了2 4 一3 4 。 b o s c o 在2 0 0 0 年做了振动刺激对男子激素水平的影响的研究嘲。振动频率为 2 6 赫兹，振幅为4 毫米，受试者以前脚掌着台，膝角为1 0 0 。半蹲在振动训练台上。 振动进行1 0 组，每组持续1 分钟，研究发现试验结束后，c m j ( 纵跳高度) 提高了 4 ，7 0 最大力量的蹬伸测试其功率提高了7 ，睾酮和生长激素水平提高。 芬兰的s a i l a t o r v i e ne ta 1 ( 2 0 0 2 ) 进行了垂直式振动训练对于运动表现及 平衡能力影响的实验研究。咖他们将5 6 位健康受试者随机平均分成两组，实验组 接收2 5 4 0 赫兹、振幅为2 毫米的振动刺激，并在振动台上进行简易的六项全身性 训练；控制组则在训练过程中无振动刺激。训练每周3 - 5 次，每次4 分钟。经过四 个月的训练，实验组在垂直跳的表现有显著性进步，平衡能力显著性提高。目前， 我国也对此方面的研究，上海体育学院彭春政等利用自制振动台让运动员膝关节 角度控制在1 1 0 。1 2 0 。做半蹲起，共训练8 周，每周3 次，振动刺激的频率范围 为2 0 2 5 赫兹，加速度为1 5 2 0 米秒2 。实验结果表明：肌肉抗负荷的动态训练 中附加全身振动刺激，能够有效地提高肌肉力量的训练效果，能够在相对较小的 负荷下有效地提高肌肉的最大力量和爆发力，能够有效地提高肌肉的抗冲击的缓 冲能力，能够有效地提高肌肉的弹性势能利用率。 另外，许以诚的研究试图从生理的角度来探究振动训练的潜在机制，他发现： 振动力量训练时，小负荷刺激就能募集更多的运动单位参加工作，且兴奋性较高， 而且振动训练在增加主动肌力量的同时，对抗肌的力量也得到一定的发展。并且 增强中枢神经系统的协调，提高了肌肉的反应能力和协调能力嘲。 1 2 3 3 振动训练对柔韧性的影响 柔韧性训练一般在痛觉感觉阀以下进行。国外研究已经发现，广泛分布于手 上的本体感受器环层小体、( 皮肤乳头内的) 触觉小体分别对5 0 - 6 0h z 和对 5 6 0h z 的震动频率非常敏感删。l u n d e b e r g ( 1 9 8 4 ) 硌盯发现振动刺激能影响皮肤 l o 感觉痛觉的本体感受器如：环层小体、鲁菲尼小体等活性的改变，提高痛觉的感觉 阈。当附加振动刺激时，皮肤的本体感受器活性增加，通过一系列反馈活动特别是 环层小体传导导致交感神经兴奋。当4 0 - 5 0 赫兹的适宜振动刺激作用于肌肉或肌 腱时，刺激当时和停止即刻都产生止痛的作用。s a n t i n ie 蚓也发现振动通过手臂系 统传导能引起体交感神经兴奋性提高，有利于增强肌肉的弹性和柔韧性。 i s s u r i n 对运动员采取附加振动刺激的下肢伸展训练方法。其采用的振动频率 为4 4h z ，振幅为3 r a m , 振动加速度为2 2 m s 。2 。3 n 训练结束后，实验结果显示附加振 动刺激的训练组下肢的柔韧性明显增强，两腿纵向劈伸距离平均增加8 7 ，明显 高于对照组的2 4 。在实验中通过检测发现：在上述刺激条件下，皮肤痛觉感觉的 传导速度降低了1 0 _ 1 5 秒。 大量的实验研究还发现：由于振动刺激的后效应机体的本体感受器仍处于相 对兴奋状态，发放的神经冲动引起肌肉轻微的、持续的交替收缩，细胞膜对有害物 质的透通性增强田1 。振动刺激过后即刻至6 m i n 内，皮肤的血流量相对于对照一致 处于持续增加状态，皮肤的血流加速，温度仍相对较高。血流加速，一方面有利于 氧的运输，另一方面加快物质间的交换，促进机体新陈代谢的速率，有利于机体对 疲劳的快速恢复。嘲 1 3 振动力量训练器的研究意义 力量素质是人体身体素质的重要组成部分，是人类赖以生存的重要基础。国 民自身的力量素质将直接影响到一个国家整体国民体质的好坏。随着全民健身 计划纲要和奥运争光计划纲要的颁布与实施，国民身体素质与竞技体育水 平的提高已成为我国体育事业发展的两个主流方向，而力量素质的提高将是实现 这两个计划的关键而有效的环节。 不论是大众体育还是竞技体育，任何的项目都是以力量素质为基础的，没有 良好的力量素质基础，就不可能取得优异的运动成绩。而我国目前基础力量素质 的训练要远远落后于世界先进水平，先进的力量训练理念可以更有效的提高我们 的力量素质，而先进的训练器械更是提高力量素质水平的基础，目前欧美等发达 国家，已经有了各种专项力量训练的器械，例如他们有专门用于协调性的小肌群 力量训练器，还有用于各种鞭打动作的专项力量训练器，但振动力量训练器他们 也是刚刚起步，则振动力量训练也是近几年才刚刚兴起，所有有关的振动力量训 练的实验研究发现：振动力量训练可以明显的提高肌肉力量，并且在同样的负荷 作用下，要比普通的力量训练更有效的提高最大力量和爆发力。振动力量训练可 以提高肌肉收缩的效率，并增强中枢神经系统之间的协调，提高肌肉的反应能力 和协调能力。振动力量训练有利于增强肌肉弹性和柔韧性，还可以间接影响到皮 肤的血流量，从而有利于疲劳的快速恢复。 目前所有的研究均证明振动力量训练是力量训练有效的辅助方式，但是我们 国内还没有自主研发出一台可用于推广的振动力量训练器，而国外进口的仪器价 格又十分昂贵，无法大范围的普及，使我国的力量训练还停留在2 0 世纪仅靠杠铃 训练的单一训练方法的水平上，而目前国际上先进的力量训练理念是利用一切科 技手段辅助基础的力量训练，既综合性的力量训练，振动力量训练更是一种新兴 的综合力量训练方法，而振动力量训练器的基础理论就是振动学的物理学和工程 学基础，我国物理学研究中的振动学基础从理论上已经能够满足振动训练器的制 作，而且工程制作上也能够完成对振动力量训练器各个部件的加工，所以研发出 我们自己的振动力量训练器，使我们能够更大范围的普及新兴的力量训练方法， 是我们必须尽快作的事情。 1 4 振动力量训练器的研发现状 1 4 1 早先的振动力量训练器械 图1 1 是早先的振动力量器械，俄罗斯的体操教练员那萨洛夫是第一个真正将 振动刺激用于运动训练的入，他用的是其自制的一个特殊的振动器，采用的振动 频率是2 3 赫兹。他发现振动刺激不仅可以增加肌肉力量，还可以提高关节的活动 范围。图1 2 是最早的上下肢综合力量训练器，其振幅为3 毫米，频率为4 4 赫兹。 图l 1 2 图2 1 4 2 现有的振动力量训练器 美国p o w e r p l a t e 公司生产的p o w e r p l a t e 振动力量训练器用于全身振动训练， 其技术参数为最大负荷3 8 5 公斤，可调频率3 0 赫兹、3 5 赫兹、4 0 赫兹、4 5 赫兹， 振幅可调2 _ _ 6 毫米。如图3 所示。 图3 图4 是意大利g l o b u s 公司生产的p h y s i op l a t e 振动训练台。p h l f s l 0p l a t e 振 动训练台的技术参数是最大承重2 0 0 公斤，频率l o _ _ 8 0 赫兹振幅有高与低两种高 为7 毫米低为4 毫米。 图4 图5 是普康公司生产的的振动训练台，可用于全身振动训练，其技术参数是 最大承重6 0 0 公斤，可调频率1 0 赫兹8 0 赫兹振幅可调3 毫米和6 毫米。 图5 1 4 振动力量训练器在国外也是刚刚起步，国外所有的振动力量训练器可分为机 械振动和电磁振动两种类型，机械振动的优点是在载重量大，振动方向确定，但 噪音大；电磁振动噪音小，但载重量小，而且振动方向不确定。以上的几种变频 式力量训练器，都暴露出一个缺陷，就是他们的振动方向方向不确定，振动方向 是决定力量训练效果好坏的主要因素之。，有研究显示，相对于人体的切向振动 是对人体力量训练没有显著效果的。 无论是机械振动式还是电磁振动式的振动力量训练器，其的制作原理均十分 简单，我国的加工技术也能够制造出和国外同等水平的振动力量训练器，但是目 前国内没有一家工厂在生产这种力量训练器，这也体现了我们国内体育器械生产 的一种现状，我国还停留在简单的杠铃片的生产加工上，而没有将体育科研充分 和生产实践相结合，我国在振动力量训练的研究早在2 0 0 2 年就已经开始，但研究 也仅仅就停留在力量训练的实验研究的层面上。在科技是第一生产力的今天，自 主研发出我国自己的新型训练器材，不仅对提高体育事业有很大帮助，而且可以 为我国的体育经济做出很大的贡献。为了更好的发展我国的体育事业，新型的力 量训练器变频式力量训练器的研发，是势在必行的。 2 变频式振动力量训练器的研发 2 1 设计思想 本研究制作的变频式力量训练器是由动力系统、导向系统、连接系统、减震 系统、控制系统和支撑系统构成的。详细构成见图6 。 图6 1 5 2 1 1 本变频式力量训练器的具体指标参数如下： a 振动频率可调，频率范围1 - - , 5 0 赫兹，频率可每l 赫兹调节； b 振幅为3 毫米，并且载重量足够大，承重3