英式橄榄球司克兰器的研制与应用

郑 刚，王新坤，程 公

（1.沈阳体育学院 运动训练学院，辽宁 沈阳 110102；2.沈阳体育学院 体育教育学院，辽宁 沈阳 110102）

英式橄榄球司克兰器的研制与应用

郑 刚1，王新坤2，程 公1

（1.沈阳体育学院 运动训练学院，辽宁 沈阳 110102；2.沈阳体育学院 体育教育学院，辽宁 沈阳 110102）

以解决橄榄球司克兰技术在教学、训练中量化力量、防止颈部损伤及校正技术动作标准等为目的。运用机械工程设计法、力学试验、设计计算和加工制作，研制了用器械替代用人力的司克兰教学训练辅助器材。试验取得了关键技术参数，并对样机进行了实际应用检验。得出橄榄球队员的体重与推顶力具有二者相关关系和推顶力的置信范围，P＜0.05；在1－α＝95%的条件下，受力置信范围是可信的。验证了橄榄球司克兰推顶力设备具有技术性能可靠性和对提高橄榄球司克兰教学训练质量具有十分良好的效果。

英式橄榄球；司克兰器；研制；应用

伴随着英式橄榄球项目已被正式列入奥运会和全运会的比赛项目，我国橄榄球竞技水平和普及程度不断提高。由于橄榄球司克兰（scrum）争球是比赛双方获取球权的最为重要的手段之一，因此，司克兰争球就显得尤为重要。它是由两队各3名队员（七人制）或8名队员（十五人制）各夹扎成一排或前后三排，各让自己前排队员头头不相临地与对方互相顶架成一隧道，以便传锋把球投入其中，让双方前排队员能够靠任意一单脚钩球，争取占球的一种架构。在比赛中，两队队员相互用推顶力争夺球权，而这种两队的推顶的强弱来自动作正确的姿势和平时的正确的训练。正确的训练需要有使身体安全的耐久架构辅助设备，才能达到正确的技术要求并能发挥出最大的推顶力，获得瞬时球权优势。

目前我国还没有能够可测量出推顶力的司克兰器械设备。为了我国橄榄球司克兰技术能够达到科学化水平要求，为奥运争光计划和教学、训练的科学化服务，有必要对这项技术设备进行自主创新研究、设计和制作。

1 试验对象及研究方法

1.1 试验对象

对体育学院男子橄榄球18名院队队员进行司克兰器产品的顶推力的测试试验分析。

1.2 研究方法

1.2.1 方案设计 自行设计一台测力设备，进行推顶力测定试验，而测力设备的研制方案原则是：①能模仿司克兰动作；②能测量出推顶力量；③设备结构简便；④造价低廉。本着这一原则，以机械弹簧测力式为宜，图1是结构简图，图2

是制作后的样机构造图。从图1可以看出，结构简图共分为：①机架；②行走部分；③推顶力部分；④测力部分。

图1 司克兰结构图

图2 司克兰构造图

1.2.2 测力设备的设计 司克兰测力设备的设计主要工作在测力部件设计，而测力主要部件为螺旋弹簧，因此，按着弹力要求设计一个弹簧，其他部件的设计，如材料、尺寸、强度参数等则需按工程设计手册选择与制定。

弹簧弹力的大小和范围要由弹簧尺寸、圈数，弹簧的粗细等参数决定，所以要确定这些参数必须先做一些试验，否则无法确定各部的初步尺寸。

1.2.3 弹簧参数试验 在国内尚无这种设备和参考资料的情况下，只得自行试验取得相应的设计参数以便决定各部尺寸。首先选用几种现成的弹簧做为试验样本，做几种弹簧型式和弹簧的受力试验。由表1可得如下结论：①弹簧外径小，如序号1需要的弹簧长度要大，但受力时产生弯曲变形，不稳定，钢丝直径小，受力小，仅能承受到50kg的压力，不能采用。②弹簧外径大，受力大、稳定，如序号3，外径大，机构尺寸将会加大，对整机不利，故亦不能采用。序号2各方面参数较为适合，受力后又稳定。因此，应在这个参数范围左右选用设计较为合适。

表1 3种弹簧样本参数试验

1.2.4 弹簧尺寸设计 按上述试验，考虑各种情况，对弹簧部件设计，原始条件为：承受推顶力按3～8人推顶计为3 000 N（300kg），按工程设计手册设计计算，其各部尺寸设计：螺旋弹簧中径D＝90mm，弹簧丝直径d＝10mm，弹簧长度H＝260mm，圈数n＝8.5，螺旋角α＝6°24′，节距t＝31.8mm。按上述设计尺寸，经厂家制造后，用成品件以230kg的载荷在材力试验机上又进行了压缩试验，认为基本满足设计要求。

1.2.5 刻度盘的设计 受力的大小需用弹簧变形大小计量，为拥有一刻度盘指示其受力的大小，即在盘上要设有一定的刻度，用刻度表示受力的大小，指示刻度大小需按虎克定律，P＝Kx求出，其中P＝推顶力，x＝弹性变形值。K＝弹性系数，由压力试验所受的推顶力P＝230kg，弹簧的最大变形为10cm。则弹性系数K＝230／10≈2.3kg／mm。

在刻度盘上的起始范围定为0～25kg，以后的顺序每段都为25kg，即50、75……250kg等。则刻度的间隔L＝P／K＝25／2.3≈11mm，经计算具体刻度值如表2所示。每一段长11mm中要刻成10分，这样保持了10进制。

表2 刻度盘刻度

2 结果与分析

2.1 司克兰在教学、训练和比赛中的应用

2.1.1 力量型队员在橄榄球比赛中尤显重要 橄榄球比赛中，攻守双方为了最大限度争取司克兰球权的拥有，队员相互运用司克兰技术的团队配合，贴身夹扎，嵌入对撞，推顶发力，推顶移动控球等，越来越快速、有力和激烈。司克兰争顶随时随地都可能出现，而这一对抗局面的成败意味着球权的保持或失去，直接影响随后的比赛进程，甚至决定比赛的胜负。因此，力量型队员在比赛场上具有极其重要的角色。

2.1.2 司克兰器为橄榄球训练提供了与队员受力的相关关系 训练方法与运动成绩就像一对函数，训练方法是自变量，运动成绩是因变量，训练方法这个自变量正确与否，可以从成绩这个因变量得到反映。因此，司克兰训练要本着橄榄球运动的夹、撞、顶、蹬、伸、推几个运动的特点进行训练，队员的力量型动作在橄榄球运动训练中占有重要地位。司克兰器的设计就是从理论上找出力量型队员动作受力的情况，以求提高训练的这种相关函数关系。

2.1.3 队员相互碰撞中体重与推顶力关系 在橄榄球训练、比赛中，队员间相互碰撞是比较常见的动作，因此在教学中要将碰撞理论注入实践中，要从理论上解决问题。关于碰撞问题，可用动量定理来解释。在力学中动量的变化等于冲量，用公式表示为mv－mv。＝ft，例如90kg的体重的队员，以7m／s（相当于100m14s）的速度，撞向另一位队员，在“咕”的一秒撞击中，瞬时力将为630N（63kg与表3相对照大致相符），若时间再短，瞬时力还会增加，从而可以断定碰撞物体质量（队员体重）对推顶力起重要作用。

2.1.4 司克兰设备的应用 司克兰设备在教学训练中将起重要作用。从操作上校正了技术动作的姿势，可使队员个人或团队在司克兰器上逐一进行检查和校正，使每个技术动作达到标准化。解决了用人力无法达到的训练质量细化的技术效果。它能找出下肢伸张的角度大小，组合夹扎推顶的方式等；它能测单人、双人、多人等的顶推力大小；它防止了司克兰动作的垮塌可能造成的颈部、耳部、面颊损伤的危险；解决了力量对比失衡而导致崩塌或溃散，从而无法进行放球、钩球、推进、取球等各环节的练习。设备的应用保障了训练质量的提高，模拟了司克兰技术在比赛时争夺球权的动作，充分发挥了队员在争夺球权动作中协调一致的发力，从理论和实践上体现了训练的要求。

2.2 司克兰的测试与回归分析

2.2.1 司克兰的测力操作 制造司克兰设备的目的在于测定推顶力和姿势的较正。为此，在训练中曾以不同的体重分别对单人、双人、多人等对司克兰推顶力进行了测定，而表3中为单人推顶力的实测数据。图3和图4所示者为3人实际操作情况。

图3 三人模式正面图

图4 三人模式侧面图

表3 实测的单人体重的推顶力与瞬时力（kg）

从表3可以看出瞬时力约为推顶力的2倍左右，所以在司克兰争顶过程中，如何巧妙地应用瞬时力争取球权是非常重要的。

2.2.2 回归分析 推顶力的大小与体重有关，从日常训练中可以感知，体重大者，推顶力就大，就像平常所说的那样“身大力不亏”，在表3数据中也确实有这种趋势，为了验证这一问题，将表3数据输入计算机内，用minitab软件程序进行回归分析，其所得回归线图如图5所示。

图5 回归线图

回归计算分析通过minitab程序给出的回归方程和方差分析如表4所示。回归分析：Y vs X

回归方程：

表4 方差分析

2.2.3 体重与推顶力关系分析 回归分析中x为自变量（相当体重），一般是可控制的非随机变量，是予先确定的。而做为y（相当于推顶力）的因变量除受x的影响外，还受其它随机因素的影响，所以随机变量y与x的对应关系是一种平均意义上的数量关系。在所建立回归方程的目的是去表达两个具有线性相关的变量间的定量关系，因此，只有两个变量具有线性相关时，所建立的回归方程才是有意义的，两个变量间是否存在线性关系所建立的回归方程必须要对回归方程进行显著性检验。

表4中的P值是用于检验回归方程显著性的，用P值判断相关系数是否为零是检验回归方程显著性的重要依据。现P＝0.006＜0.05，说明两个变量间的回归系数不为零。即回归方程是显著的。说明y与x是存在相关关系的。从图5中可以看出它们是正相关的。

回归方程表达式说明了体重x与推顶力y是线性相关的，其中回归估计标准误差S＝10.5725，说明理论值与实际值之间大致之差，若各观测点越靠近直线，则S值越小，回归直线对各观测点的代表性就越好，S值说明了回归直线的拟合程度或两个变量之间的关系密切程度，该回归直线的密合程度虽不是非常紧密的，但该回归直线具有代表性。

回归方程确定了体重与推顶力的相关关系，在排除其他影响之后，通过体重即可予先确定运动员的推顶力大小范围，推顶力大，无疑地可以证明运动员身体是强壮的，力气是足的，这种力量型队员可以在橄榄球各项较力动作中诸如夹、撞、顶、蹬、伸、推等动作中发挥威力，在相互的冲击中起积极作用。

2.3 总体的推顶力平均值置信区间

体重与推顶力是相关的，样本的平均推顶力通过计算是可求的，但样本的推顶力不等于总体的平均推顶力，总体的平均推顶力在哪一范围，这一问题需要根据样本平均数抽样分布定理加以解决。

对未知的总体平均数为μ的情况下，在1－α精度下，其置信区间是：

从上述的计算结果按总体估计，任何一个团队的夹、撞、顶、蹬、伸、推等动作之力基本都可在这一区间，所以这一区间对于先估计橄榄球队所能发挥的力量是有参考价值的。

3 结束语

司克兰推顶力设备研制填补了国内的空白。它不仅能测量出推顶作用力的大小，还可以在教学和训练中用本设备对司克兰技术动作姿势进行矫正等，从而提高教学、训练的质量，起到了用人力无法达到的效果。当然由于初次设计制作，应用中还有不足之处，待以后改进。通过所测定的资料参数用计算机作了回归分析，求得回归曲线和回归方程，从理论上获得了体重与推顶力之间的相关关系。利用抽样分布定理，确定了总体推顶力的平均值的置信区间，在95%可信程度下对总体平均推顶力的估计值做了理论上的判断，在实际教学、训练中具有十分好的实用价值。

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Development and Application of Rugby Scrum Equipment

ZHENG Gang1，WANG Xinkun2，CHENG Gong1
（1.Dept.of Sports Training，Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China；2.Physical Education School，Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China）

The paper aims to solve problems existing in rugby scrum technology，such as quantizing strength，preventing neck injury，adjusting technical motions according to standard etc.It develops scrum educational and training equipment to replace human power by mechanical engineering designs，mechanic experiments，design calculation and manufacture.The test gives us the crucial technical data and inspects the model machine in the actual application.We can conclude that there is a relation between the weights and ejection force.If the confidence interval is in the range of P＜0.05，and under the condition of 1－α＝95%，then the load－carrying capability range is credible.It verified the reliable performance of the rugby scrum ejection force function and it has a good effect on improving rugby scrum teaching.

rugby；scrum；equipment；development；application

G849.2

A

1004－0560（2011）03－0124－03

2010－04－06；

2010－12－20

郑 刚（1962－），男，副教授，硕士，主要研究方向为橄榄球教学与训练。

刘红霞

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