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赵辉 马俊明 高科学 杜锐
(东北林业大学机电工程学院 哈尔滨 150040)
摘要：本文针对体育训练中击碎物浪费原料及影响环境问题，应用技术创新方法中ARIZ85解题流程寻找解决方案，并设计击碎物模拟装置，降低训练成本，消除对环境卫生的负面影响。同时，该装置可以通过传感器与计算机联接，分析运动员的训练情况，为运动员制定合理的训练计划奠定基础。
关键词：ARIZ85；体育技击；击碎物；模拟装置；
Abstract： In this paper, to the problem that crushed material wasted raw materials and has negative effect to environment in physical training, problem-solving project was found by the application of ARIZ85, one of innovative technique, simulation device was designed, training costs reduced, negative impact on environment eliminated. At the same time, this device can be connected with a computer by sensors to analyze athlete training effect, providing athletes training program with basis data.
Key words: ARIZ85; attack sports; crushed material; simulation device
在体育训练中需要进行打击训练，采用的打击对象有沙袋、树干、砖、瓦、木板等。打击沙袋是训练中一种常见的力量训练方法，对于增加打击力度十分有效。还有的训练者将树干缠绕草绳，对其进行打击，打击对象有很好的稳定性。这两种方法在体育打击训练中也在应用，但是在体育表演中还采用砖、瓦、木板等打击对象，应用这些对象可以产生击碎效果，更具观赏性。但在平时训练中如果采用这些击碎物会造成很大的浪费，还会产生环境污染，所以还是以沙袋，树干为训练对象，这样就产生了训练和表演中训练应用对象不统一的矛盾。下面应用技术创新方法ARZI85解决此问题。
ARIZ最初由Ahshuller于1956年提出，经过多次完善才形成比较完整的体系，ARIZ是解决发明问题的完整算法，是TRIZ中最强有力的工具，集成了TRIZ理论中大多数观点和工具。ARIZ有多个版本，ARIZ 85是最具有代表性的版本。
人的击打部位（手、臂、腿、脚等）作为工具对击碎物（砖、瓦等）是有害的，而击碎物对人是有益的，主要表现在提高训练效果，增加技击技能。但是击碎物对环境卫生是有害的，同时产生浪费。图示两种情况
图1 过分应用击碎物情况
图2 减少应用击碎物情况
图1表示为了减少对环境卫生的影响，尽可能少采用击碎物进行训练，但是训练效果不好。图2表示以训练效果为追求目标，不顾及对环境的影响和原料的浪费。
形成以上冲突对，根据实际工程情况，选择图2情况强化冲突，并引入X元素维持或者改善训练效果，消除环境污染，保证不浪费原料。
图3 引入X元素
寻找资源，并应用创新原理中的机械系统替代原理，形成解决方案。利用机械模拟装置代替击碎物，形成如图4的解决方案情况。
图4 解决方案应用后的冲突情况
对于塑性材料，其断裂曲线如图5所示，而脆性材料与间距很短，表现为不经过塑性变形直接断裂，如图6所示。
图5 塑性材料的应力-应变曲线
图6脆性材料的应力-应变曲线
设计模拟装置需要满足脆性断裂的状态，刚开始被击打时反作用力迅速增加，当增加到某一值时消失后者迅速下降，作用力与时间曲线见图7。图中前段曲线呈线性，可用弹簧模拟。后段曲线随着时间急剧下降，可用电磁铁模拟。
图7 模拟的力与作用时间关系曲线
电磁铁的吸力经验公式为：
N——线圈匝数；
I——电流强度；
——真空导磁率，其值为4π×10-7Wb/A·m；
——气隙长度，m；
S——磁路面积，m2；
电磁铁的吸力与气隙的平方成反比，随着打击力作用时间的增加，气隙也相应增加，最终可以实现图7曲线的模拟。模拟装置如图8，装置分为左右两部分的对开门式结构，右边为初始状态，电磁铁2吸紧板簧1，左边为击打后的状态。电磁铁应该与基座6固定，为了表达清楚，将固定部分拆掉。击打物4可用木板和丝织物组成，用以保护手、脚等击打部位。击打后击打物受力首先使板簧2变形，力与时间的关系近似为图7的前半段曲线，当力达到一定值，板簧脱离电磁铁，如图8中的左边装置所示，当打击结束，电磁铁的吸力使转动部分复位。
图8 体育击碎物模拟装置
1——板簧；2——电磁铁；3——转轴套；4——击打物；5——转轴；6——基座
该装置应用板簧和电磁铁装置模拟被击打的脆裂物，可以有效防止浪费，有利于保护环境卫生。电磁力可调，便于控制，可以针对不同力量的运动员进行训练。此装置装入传感器后可与计算机联接，记录运动员的训练水平，为其制定合理的训练计划。
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