[0001] 本发明涉及的是排球运动训练器械。

[0002] 对于排球运动员的专业训练，除了常规训练技术之外，还应该大力引入科技手段，以弥补人工训练的不足。有效的利用科技器械，不但可以有效减少辅助人力的工作量而且也可以使运动员的训练水平得到有效提高。但是，己有的排球扣球训练器往往是将球固定在某一装置上，如中国专利CN200920104074.4中公开了一种将排球固定的一种方法，专利中提到是将事先与墙固定好的橡胶棒插入到排球内部，并且用胶粘结连接以期使排球稳定的固定在某一高度。此设计方法虽然使得排球的不稳定性问题得到了解决，可是同样也产生了使得排球运动员在扣球后无法看到球的运动状态及落地点的问题，导致运动员无法根据反馈信息来改进和提高扣球技术；或是装置控制球的稳定性差，如专利号为86208003中有人设计将排球与一根悬挂的绳子相连接，通过绳子上的吸盘来吸住球从而达到控制球的高度，但由于绳子本身的柔韧特性使得排球很难达到平衡稳定的状态。

[0014] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

[0015] 结合图1～3，为避免现有技术的不足，本发明提出了一种使排球悬浮的扣球装置。该装置针对运动员扣球训练中某一高度击球点技术训练的需要而设计，常规排球运动员扣球训练的高度为(2.8～3.6m)，因此本发明设计调节排球悬浮距离地面的高度范围为(2.6～4.0m)。本发明设计的实现方法主要是通过装置中动力泵叶轮的转动使装置内外产生气体压强差从而对排球产生吸力，并且使装置对排球产生的吸力与排球自身重力达到平衡从而控制排球悬浮在一定高度。在本发明设计中动力泵叶轮以固定50n/s的转速进行旋转使装置内外产生压强差，并且通过调节吸气管端口直径的大小控制端口风速大小从而控制排球悬浮的高度。本发明设计为运动员训练某一特定高度排球扣球的技术提供了方便，以期达到提高运动员扣球技术的目的。

[0016] 本发明解决技术问题所采取的技术方案是：装置内外产生压强差的流体动力泵，通过控制吸气管端口直径的大小实现对吸气管端口风速的调节，从而使排球承受具有悬浮在某一特定高度的支撑力的吸力。

[0017] 概括来说，本发明有三大结构特点：真空动力泵结构、伸缩性的吸气管端口直径和风速控制结构。

[0018] 所述流体动力泵是根据真空抽风机原理，当气泵转动时，会将空气沿着排气管道一直推到排气口。当空气被向前推动时，风扇前方的粒子密度会增加，空气压力也相应增加，而风扇后方的空气密度会减小。气泵后方的压力低于真空泵外部的压力，即外部环境大气压。从而在真空泵内部产生吸力，即部分真空。因此流体动力泵外部的空气就自动通过进气口进入吸气管，从而对位于吸气管正下方的排球产生吸力，并通过泵内外连续稳定的气体流动使排球所受的力稳定同时达到使排球悬浮的目的。

[0019] 本发明的理论依据是真空泵原理和气体紊流射流结构特征。根据真空泵原理有其中Ql指每秒钟叶轮流量，Ssqrt指与真空泵相连接的气体传输管道的吸气管端口的面积，并且有r0是吸气管端口的半径，则有 Vm为所求的外部气体向泵中流动的速度，即端口风速。 其中l代表动力泵内叶轮的叶片长度为0.1m，b代表叶片宽度0.05m；w代表叶轮旋转角速度，且有w＝2πnl(4)，其中n代表叶轮
3
转速，在本设计中取固定转速为50n/s。经计算得Ql＝0.123m/s；再将Ql代入(1)式则可求得端口气体流速。再由公式 求得排球悬浮距离s处的气体流
速；式中紊流系数a＝0.08，吸气管端口半径r0＝0.05m且可变，排球距离吸气管端口的距
2
离s＝0.5m亦可变；而排球所需支撑力F＝ρgv2πr(6)；式中r＝0.105m为排球半径，经计算得出F≥Gball＝2.646N，则排球悬浮在距离s处。

[0020] 所述伸缩性吸气管端口的原理如下：本设计中吸气管端口要与使得排球距离地面高度变化范围在(2.6～4.0m)之间，通过控制装置内外的压强差对排球产生吸力使排球悬浮。本发明设计方法中的技术方案提到使电动机以固定转速转动，通过调节吸气管端口直径的大小从而控制端口风速，达到控制排球悬浮的目的。本发明中端口直径的伸缩范围在(6.0～10.0cm)，即半径变化范围为(3.0～5.0cm)；经公式计算得可调节排球与吸气管端口之间的距离为(0.5～1.0m)。且本发明中在气体传输管道外侧刻有距离刻度，以地面为起点刻度范围在(2.5～4.0m)之间，以方便运动员直观的看到排球与地面之间的距离。

[0021] 所述风速控制结构原理如下：风速控制结构主要由速度传感器、信号输入线、控制器以及信号输出线等部分组成。

[0022] 在介绍风速控制结构工作原理之前，首先要了解控制器结构设计原理。控制部分主要由存储器、微处理器、液晶屏幕及数字键盘等四部分组成。其中存储器主要储存的数据为理论计算得出的吸气管端口直径及与其相对应的排球悬浮所在位置与吸气管端口之间的距离；微处理器主要是接收由速度传感器发来的电信号并与存储器中的相对应速度的信号进行比较，并将比较结果显示在液晶屏幕上，后通过设置在气体传输管道上的调节旋钮来调节端口直径大小。数字键盘通过外接线与存储器连接，安装在液晶屏幕的下方，用于输入排球与地面之间的距离数据，便于训练员手动操作。

[0023] 本发明中速度传感器通过胶粘使其固定在吸气管端口，其作用是用于测得吸气管端口的风速，并将风速信号转换成电信号再通过与控制器相连接的信号输入线输送到控制器。而控制器收到信号后，首先将其与存储器中事先存好的数据对比，如果误差大于±2％，则控制器需要对采集到的信号进行分析并处理，将分析结果显示在液晶屏幕上，再手动调节旋钮达到控制排球高度的目的，此时一个指令动作周期结束；这时仍需要由速度传感器测得端口风速，如果吸气管端口速度已经达到使排球悬浮本次训练高度的目的，则停止调节，保持现在的状态即可；若仍无法满足排球悬浮高度，则需重复以上步骤直到达到此次排球扣球训练的高度。

[0024] 本发明包括速度传感器1、吸气管端口2、气体传输管道3、塑料保护罩4、进气口5、电动机6、排气口7、控制器8、装置外壳9、装置底座10、万向脚轮11、风扇叶片12、排气管道13、液晶屏幕14、数字键盘15、信号输入线16、微处理器17、存储器18、旋钮19、信号输出线
20、电源插座21。当整个装置电源21接通时，通过安装在气体传输管道3上的数字键盘15输入排球与吸气管端口的距离，并且设定好电动机6转速为50n/s，此时可通过设置在吸气管端口的速度传感器1测得气体流速，并将模拟信号转换成电信号通过输入信号线16送到控制器端8，控制端8收到信号后，对传感器1发来的信号进行分析，如果由速度传感器1反馈的电信号信息与事先在存储器18中相对应距离的风速数据比较误差大于±2％，则将其结果已误差的结果显示在液晶屏幕14上，并指导训练员调节旋钮来调节吸气管端口直径的大小，如此一次调节气体流速过程结束；之后再由速度传感器1测得吸气管端口2风速，如果满足预期排球悬浮位置则保持此风速不变；如果仍未达到训练要求，则需循环上述动作，直到风速能够使排球悬浮达到此次扣球训练高度。

[0025] 结合图2和图3，流体动力泵主要由电动机6和风扇叶片12两部分，当电源21接通时，电动机6以预先设定好的转速50n/s转动带动叶片12转动，由于带动气体流动造成动力泵内部部分真空，可以使得外部气体通过进气口5进入，并且通过排气管道13使气体从排气口7排出装置，使动力泵内部压强稳定，从而使得吸气管端口风速达到稳定。在未调节吸气管端口直径之前，即端口半径为r0＝0.05m，此时排球悬浮在距离吸气管端口s＝0.5m处，即排球距离地面高度为3.8m，且这一数据也可以通过直接观察气体传输管道上的刻度值也可得到。在本设计中，吸气管端口直径的大小与排球距离吸气管端口的关系数据如下表：

[0026] 表1.端口直径与排球距离端口的关系表

[0027]

[0028] 由表中我们可以得出端口直径的大小与排球距离端口的远近成反比例关系。端口直径越小，由于真空动力泵转速是固定的，因此端口风速流量是固定的，则由关系式知，吸气管端口风速越大，则对同一距离的排球产生的吸力就更大，因此要使排球悬浮则会使排球与吸气管端口之间的距离越远。