自行车运动员踏蹬技术研究，本文主要内容关键词为：技术研究论文,运动员论文,自行车论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
摘要 利用“自行车运动训练测试台”同步采集了70名运动员在任一踏蹬周期中左、右脚曲柄和脚蹬的角度，垂直与平行于脚蹬面的瞬时力值及派生参数，合力、有用力、效率等。应用运动力学结合人体踝关节做圆周运动的生理特点，经理论统计分析，定量地给出了一种较好的踏蹬技术方式。并提出一种新的圆图表示法。同时对踏蹬技术中“死点”的概念提出了新的看法，充实了自行车运动踏蹬技术的理论。
关键词 踏蹬技术 效率 死点 圆图法
Technical Analysis of Cycling Treading
Deng Xingguo,et al. 1996,16(1):48
(Shanxi Research Institute of Sports science,Taiyuan,China 030012)
Abstract Angles of left/right cycling pedals and curvinghandles,momentary strength alterations of vertical/horizontalstrikings and other relevent indexes such as compound forces,necessary forces,and their efficiencies were recorded for atotal of 70 cyclists on a special training treadmill forcycling.Combined with physiologicaal properties of pedalankles in circular exercises,statistical analysis of sportsmechanics was applied to gain an available and quantitativescheme for cycling treading with a brand- new
circularindecation.A new consideration about "dead point" was alsodrawn up.
Key words cycling,pedaling,dead point
1 引言
自行车运动是奥运会的比赛项目之一。运动员在比赛中能否取得好成绩，与踏蹬技术的好坏有很大关系。自1889年R.Ps call发表的第一篇关于自行车运动研究的文章[1]以来，已有一百年的历史了。 在这期间随着科学技术的不断发展，测试仪器的不断改进，踏蹬技术的研究水平也在提高。其研究方法从总体上来看可分两大类。一类是运动生理学，一类是生物力学。本文主要是从力学角度对自行车运动的踏蹬技术进行研究。据有关资料介绍，具有代表性的是前苏联的吉莫申科夫“论公路自行车踏蹬技术的研究”[2]。 他使用的仪器是由加重的自行车练习台和一辆公路自行车构成。自行车上装有两个带张力的自动测力计脚蹬，两个脚蹬旋转角的变阻器和一个连杆在一周中的记录器。他的主要分析方法是以人对自行车脚蹬作用力（合力）的大小为主。天津体院李立写的“自行车运动员踏蹬技术的生物力学分析方法”[3]论文中， 所使用的测试仪器是一台SX-16高速摄影机和一台PZ-80A 单板机与自制的二维简易测力脚蹬构成。这套组合测试系统测取信号后，通过胶片解析后再对应分析研究。这种方法虽然较吉莫申科夫的测试仪器先进，但是存在测试系统误差，且费力费时，取样少，只有男女各4名队员。 本文使用的是一套专用的微机控制闭环测试系统——“自行车运动训练测试台”。对自行车运动员的踏蹬技术从力学角度进行了较细的分析研究，结合测试结果与人体踝关节作圆周运动的生理特点给出了一种比较合理的自行车运动员踏蹬技术方式及相应的各种力之间的相互变化关系。
2 研究方法
2.1 使用仪器
“自行车运动训练测试台”是一套由微机控制的闭环训练测试系统，其主要功能是：
（1）可同步测取运动员在踏蹬过程中， 任意踏蹬周期中曲柄的旋转角度（每10度取一值）和双脚在脚蹬面上水平和垂直力及在相应位置时脚蹬与水平面的夹角。
（2 ）把所测取的力值及对应的脚蹬旋转角度通过软件计算出相应的有用力和效率。
（3）可把测取的数据与结果等，用屏幕图形显示、打印或存盘。
（4）在测试中可以随意设置模拟阻力。
2.2 测试对象
测试人员共70名，包括山西、天津、云南自行车队。其中男队员48名，女队员22名。被测人员中有优秀队员，普通队员及集训队员。这些队员的项目大都是兼项（公路和场地，长距离和短距离）等。
2.3 测试条件
对所有的测试人员取同等测试条件。都是使用上海产28型永久跑车，车座位置高低自行调整。测试的骑行速度保持20公里/时。 每人每次测试两次以上。其中一次不加阻力，一次加模拟阻力3.34公斤（相当于正常姿势50公里/时的风速）骑行。采样时间10秒，取数8400个， 每个受试者的脚和脚蹬用皮带轧在一起成为一体。
2.4 取分析点及数据处理
本文在一个踏蹬周期中选取12个分析点（曲柄每旋转30度为一个点）。对所测取的大量数据进行了理论分析，认为：踏蹬技术的最终结果是效率问题。在作用力一定时，效率的高低主要取决于踏角。因此，本文以效率和踏角进行了统计处理。
3 分析与结果
3.1 选择主要分析指标
选择主要分析指标，是课题研究成败的关键。本文查阅了大量有关资料，研究了他人的分析方法，如吉莫申科夫对“公路自行车运动员踏蹬技术的研究”一文中的分析方法是以人施于车子作用力的大小为主，贯穿全文的。大家知道人施于车子的作用力不会完全产生有效力的，因为自行车的运动是一种比较复杂的非匀速圆周运动，起作用的只能是作用力在圆周切线方向的投影力（有用力）。表1列出了6名队员踏蹬作用力与效率的比较。
表1 6名运动员踏蹬作用力与效率的比较
序号 代号 踏脚 作用力(kg) 效率(%)
11278
左 9.95
44.41
右10.48
32.61
21279
左12.00
58.58
右13.93
42.07
31272
左11.885.20
右10.15
78.55
41273
左15.39
59.92
右12.73
56.95
51277
左11.53
29.14
右11.92
26.33
61271
左11.05
53.03
右11.47
49.87
表中序号1和2的队员左脚比右脚作用力小，但效率左脚比右脚高。序号5和6的队员的作用力基本相同，但他们的效率却不相同。从这几名队员的情况可以看出，作用力与效率之间的关系不是简单的线性关系。完整地说，在自行车运动中，人施于车子作用力的效率，除了考虑作用力，还需考虑作用力与曲柄的夹角，夹角不同，效率也不同。所以，本文选用“有用力”作为分析研究自行车运动中踏蹬技术的主要指标。
3.2 较好的踏蹬方式
在自行车的踏蹬过程中，人们普遍认为左右脚各有两个“死点”（上下死点），但我们在数据统计中发现有所不同。踏蹬技术好的运动员效率达到70%时，踏蹬过程中往往出现的“死点”会减少。“死点”又是踏蹬技术好、坏的重要指标，因此，定为以效率70%为界，取踏蹬技术较好和较差两组进行分析研究。
在以角度统计中，还发现曲柄旋转在同一角度时，效率的高低与踏蹬角度的大小有很大关系。比如，踏蹬技术好的运动员在曲柄旋转角度为0度、180度、330度时，分别对应的踏蹬角度是40度、40度和50度。与此类似，效率在某一范围内对应的踏角大部分都有会聚一点（度）的趋势。根据上述情况结合人体踝关节作圆周运动的规律，给出了一种比较好的踏蹬技术方式。 为了比较也给出了踏蹬技术较差的方式（见表2）。
表2 踏蹬方式比较表
曲柄角度
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
较好的踏蹬角度40 20 20 20 30 40 40 50 80 80 50 50
较差的踏蹬角度 0
0 -20 -20
0
0 10 20 30 30 30 20
3.3 一种新的踏蹬圆图法
图示的特点是能把较复杂的问题进一步简化，使人容易接受。本文在图示表示方法上结合自行车运动的特点及规律，把运动过程中各种量的变化及数值之间的关系仿照实际用一种新颖的圆图法来表示 （见图1、图2说明）。
3.4 左、右脚的协调性
单脚踏蹬技术的好坏是很重要的，但是，左右脚的配合也是至关重要的。若双脚配合得好，技术好，效率就会充分地发挥出来。反之，单脚技术再好，也不会有好的效果。如一名运动员右脚在前半周（0 度到180度）向下蹬起作用，而左脚和右脚正好相反（提拉）才起作用， 如果这时也是下蹬，那么不但不起作用，而且会起反作用。那么，左右脚踏蹬配合会不会一致呢？或者配合到什么程度就算可以呢？在自行车这种比较复杂的非匀速圆周运动中，在某一时刻（角度），双脚作用力大小、方向及夹角都对称，显然是不容易的。但在某个时刻或区间对称出现或接近对称是可能的。针对这种情况我们对被测人员进行整理统计，发现左右脚踏蹬配合程度的效率差在5%以内就不错了， 优秀运动员可达2%左右。这与国外有关资料介绍基本相符[4]。
3.5 死点
自行车运动中踏蹬“死点”是踏蹬过程中的一个焦点。它可直接反应踏蹬技术的好坏，对于“死点”认识人们各有论述，前苏联的吉莫申科夫认为踏蹬中的上、下“死点”脚蹬不受力。马尔登诺夫认为脚在一踏周任一点上均受力。还有人认为上下“死点”固定地出现在一周的最高点（0度）和最低点（180度）的位置等。有关踏蹬“死点”的这些说法还需进一步商讨。我们借助这套专用的测试仪器，经过测试和力学分析对踏蹬“死点”及其含意有了新的认识（见表3）。
表3 40名较好的运动员踏蹬中加阻前后死点的变化情况
名称阻力(kg) 左脚“死点”(个数) 右脚“死点”(个数)
加阻前 0 77 77
加阻后3.34
62 70
从表中的数据可以看出，40名运动员并不是左右脚各有80个“死点”。而是不加阻力前出现77个，加阻力后左脚减为62个，右脚减为70个。且加阻前后出现的位置也不同，也不是固定出现在最高点和最低点，这和以前有些人对“死点”的认识不同，在概念上和含意上都有很大的区别[5]）。
4 结论
4.1 自行车运动员双脚效率差在5%以内为协调性较好，优秀运动员可达2%左右。
4.2 对“死点”提出商榷的看法：“死点”并不是不受力，而是在该点上所受的合力等于零；上下“死点”不是固定地出现（包括0度和180度）；若脚和脚蹬用皮带扎为一体，那么，脚蹬在运动中任何一点均有力的存在。
图1 较好的踏蹬方式
图2 较差的踏蹬方式
4.3
将踏蹬周期中各点多种受力的数值及相互关系用一种圆图法表示，更直观、清晰。
注解：1，规定曲柄和脚蹬的旋转角逆时针方向为正， 顺时针方向为负。脚蹬在最高点为0度，最低点为180度。
2，效率＝（合有用力/总作用力）×100%
圆图说明：
规定圆的外沿为起点（即0点），圆心为最大点， 半径大小表示量值，方向指向圆心。圆心的度数表示曲柄的旋转角度，其它说明见图上。
现以圆图1曲柄60度时，对应的各种力的大小、 方向和画法作一说明。在半径延长线上的小方块表示脚蹬，数值20表示在该点位置时脚蹬面与水平面夹角是20度。半径上ad线段表示在该点人施于脚蹬的总作用力54.56Kg。ab线段表示该点的垂直有用力31.83Kg，bc线段表示该点的
画法是从圆的外沿a点开始起沿着半径方向找出垂直有用力b点（31.82Kg），接着以b点为起点再找出水平有用力c点（17.43Kg）。ac即为合有用力（49.45Kg）。然后再以a点为起点找出总作用力d点（54.56Kg）。（这里的力均以矢量表示，如水平有用力为负值是以b 点为起点沿半径的离心方向找c点）。 用同样的方法可找出其它曲柄角度时对应的各种力值，然后把一周中找出的各点分别画出相应的曲线。最后再用图上各种力的标志描出对应的范围就得到了完整的图形。
（收稿日期1995－08－20）