摩擦式功率车技术领域
本发明涉及有氧工作能力测功仪，特别是一种摩擦式的功率车。
背景技术
随着全民健身运动的开展，人们开始注重科学健身，了解自身的身体状况如心肺耐力、身体做功能力并选择合理的健身方式显得尤为重要。特别是在当前青少年有氧工作能力普遍下降的趋势下，如何正确评价青少年有氧工作能力，及早发现运动中的风险，保证青少年健康成长，显得至关重要，功率自行车是实验室常用的有氧工作能力测功仪，其具有负荷精确、测试过程中人体相对保持静止，便于收集其他生理指标、运动形式安全等优点，可广泛应用于全民健身运动中。
我国现有功率自行车以国外进口为主，配套测试方案较少，功能相对单一，负载施加不准确，因此测试误差较大，结构设计不太适合中国人的体型，使用时有较大噪音，因此也不适合家庭使用。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种摩擦式功率车，不仅测试数据可靠、准确，可配套各类测试方案和健身负荷方案，可实现一车多用，既可应用于高校、科研院所等作为测试评估的仪器用于国民体质与健康评价，也可应用于运动队、健身机构、社区甚至家庭作为训练设备，可作为准确评价有氧工作能力、及早发现运动风险、指导科学健身的有效工具。
本发明所采用的技术方案：
一种摩擦式功率车，包括车架，所述车架上安装有驱动轮、从动轮、摩擦负载轮和脚踏，所述脚踏与所述驱动轮同轴相对固定，所述驱动轮和从动轮分别为大、小同步带轮，二者间采用同步带传动，所述从动轮和摩擦负载轮传动连接，所述摩擦负载轮设有摩擦负载。
所述从动轮和摩擦负载轮的传动连接方式可以采用任意适宜的方式，其中一种优选方式为同轴相对固定安装。
所述车架上还安装有手把和鞍座，所述手把和鞍座作为待安装件可采用上下前后可调的安装结构连接于所述车架上。
所述上下前后可调的安装结构优选为：待安装件通过过渡件安装到所述车架上，所述车架上设有供所述过渡件插接的插管，插管外壁一侧设有可伸缩弹簧销，所述过渡件上设有竖向排列的若干可插入所述可伸缩弹簧销的插销孔，所述过渡件的顶部设有直线延伸的滑轨，待安装件底部设有与所述滑轨滑动配合的滑槽，所述待安装件与所述过渡件通过螺纹紧固件联接。
所述车架上还可以设有显示仪表和用于向所述显示仪表供电的内部电源和/或外部电源接入口。
对于前述任一种所述摩擦式功率车，所述摩擦负载为安装在所述车架上的加载装置，所述加载装置可以包括摩擦绳、过渡轮和配重单元，所述摩擦绳环绕所述摩擦负载轮和所述过渡轮并处于张紧状态，所述配重单元的上端固定连接在所述过渡轮的轮面上，下端悬空。
优选地，所述摩擦绳的两个端头均固定在所述过渡轮上，所述摩擦绳位于所述摩擦负载轮和所述过渡轮之间的一个绳段上可设有绳长调节装置。
所述摩擦绳通过本身的张紧作用与所述摩擦负载轮的相应侧面压力接触，由此当所述摩擦负载轮转动或具有转动趋势时，形成对所述摩擦负载轮的摩擦阻力。通过调节张紧力的大小，就可以调节摩擦阻力的大小。
优选地，所述摩擦绳在所述过渡轮上绕过的圈数为1-3圈，所述张紧状态是使所述配重单元与所述过渡轮的固定点保持在所述过渡轮的后部半个轮面范围内的张紧程度所对应的张紧状态。
所述配重单元可以包括单根吊杆和垂直于所述吊杆的水平托盘以及若干个重块，所述吊杆的下端固定在所述托盘的中心，所述吊杆的下部呈圆柱形，上部呈在该圆柱面上平行切掉两个相对侧面的形状，其横截面的两个侧边为平行直线，两个端边均为与这两条平行直线相应端点连接的圆弧，所述重块为左右对称结构，中央设有能够套在所述圆柱形上的圆孔，圆孔的一侧设有贯通该圆孔和外部的矩形缺口，所述矩形缺口的宽度小于所述吊杆下部圆柱形直径且大于所述吊杆上部两平行侧面之间的距离。
所述摩擦负载轮的轮缘表面优选设有负载槽，所述摩擦绳绕在所述摩擦负载轮上的部分位于所述负载槽中，所述配重单元的上端与所述过渡轮的固定连接方式为所述吊杆上端连接有一个横向连接杆，所述横向连接杆设有对称的两个连接带，所述连接带的下端与所述横向连接杆的相对应端固定连接，上端固定连接在所述过渡轮的轮面的两端上。
所述绳长调节装置可以为下列任意一种结构：（1）所述绳长调节装置包括位于摩擦负载轮和过渡轮之间的张紧轮，所述摩擦绳还绕过所述张紧轮，所述张紧轮可沿一滑道改变其与所述摩擦负载轮和过渡轮的距离，所述滑道固定在所述车架上；（2）所述绳长调节装置包括相互螺纹连接的外螺纹套件和内螺纹套件，所述内螺纹套件的螺纹孔底部设有通孔，所述摩擦绳在所述绳长调节装置处设有断开的两个绳接头，一个绳接头与所述外螺纹套件固定连接，另一个绳接头穿过所述内螺纹套件的所述通孔且端头打结从而固定在所述内螺纹套件中。
所述摩擦负载轮可以位于驱动轮的前方，相应地所述过渡轮位于所述摩擦负载轮的前上方，所述过渡轮轴向的一端设有第一挡块，所述车架上对应设有第二挡块，所述第一挡块和第二挡块的设计位置是随着重块的减少两挡块距离逐渐接近而在不放置重块时两挡块刚好相抵靠的位置。
本发明的有益效果是：
1、通过对大样本中国人的人体形态学测试数据如身高、坐高、腿长、臂长等的分析，得到适合中国人使用的功率自行车坐高、手柄高度及车长等外形设计参数，使得本发明尤其适合中国人及类似体型的人使用。功率车鞍座可以前后、上下移动，这样可以缩小功率车整体的体积，便于搬运。
2、功率车转动轮采用轮带式结构，这样可以降低噪音，便于家庭使用，特别重要的是，可以使启动过程柔和、平稳，避免在负载过大时因启动时的冲击给人体特别是膝关节造成伤害。
3、加载装置采用单杆结构，同时，在吊杆上部设置两个竖直的平行平面，有利于加载重块并且能够保持配重的平衡，避免因配重不平衡或晃动造成负载力波动及车身整体晃动，重块设置有里端为圆孔通过矩形缺口径向延伸到外部的卡槽，可以保证在测试过程 中重块不会滑落。
4、功率车可以采用内部电源和/或外部交流电供电，取电方便，具有普遍适用性。
5、功率车显示仪表采用大屏显示，在显示仪表显示转速、负荷、里程等指标，进而还可以通过相应的通信技术和通信方式与其他电子设备进行通信和信号传输，例如可将人体佩戴的心率遥测带无线通信，将心率测量数据显示在显示仪表上，方便功率车的使用者随时了解自身状况，也可以通过具有数据处理功能的检测装置自动进行数据采集、存储和分析处理，实现对各种测试数据的综合分析，从而有利于实现心肺功能测评、运动风险评估、无氧能力测试、最大摄氧量测试、健身负荷等多种测评方案的实现。
附图说明
图1是本发明的轮传动部分结构示意图；
图2是本发明的鞍座部分结构示意图；
图3是本发明的加载装置部分结构示意图；
图4是本发明的吊杆的一个实施例的结构示意图；
图5是本发明的重块的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种摩擦式功率车，如图1所示，包括车架1，所述车架上安装有驱动轮2、从动轮3、摩擦负载轮4和脚踏5，所述脚踏与所述驱动轮同轴相对固定，所述驱动轮和从动轮分别为大、小同步带轮，齿数可分别是84和22，二者间采用同步带传动，所述从动轮和摩擦负载轮同轴相对固定安装。脚踏的踏板上设有固定带，便于脚部的固定。使用时，人双脚蹬踏在脚踏5上做骑行动作，驱动轮转动，通过带传动带动从动轮转动，从而带动摩擦负载轮随从动轮同步转动。采用同步带传动相比现有技术下普遍采用的链传动，可有效降低测试或锻炼时的噪音，因此也非常适合家庭使用。所述车架可采用矩形金属管焊接制成。
所述车架上还安装有手把和鞍座6，所述手把和鞍座作为待安装件可采用上下前后可调的安装结构连接于所述车架上。
以鞍座的安装为例，如图2所示，所述上下前后可调的安装结构优选为：待安装件（即鞍座）通过过渡件7安装到所述车架上，所述车架上设有供所述过渡件插接的插管11，插管外壁一侧设有可伸缩弹簧销12，所述过渡件上对应一侧面上设有竖向排列的若干可供所述可伸缩弹簧销插入的插销孔，所述过渡件的顶部设有直线延伸的滑轨71，所述滑轨前后方向延伸，待安装件底部设有与所述滑轨滑动配合的滑槽，所述待安装件与所述过渡件通过螺纹紧固件联接固定。通过改变所述可伸缩弹簧销插入的插销孔，可以改变鞍座的高度，通过改变鞍座相对于滑轨的相对位置，可以改变鞍座的前后位置。即本发明的鞍座、手把均前后、上下可调，以适应不同测试者的体型要求，同时，鞍座、手把的前后可调可有效减小功率车的前后长度，以缩小体积，节省空间。
所述车架表面上可设置显示仪表及相应的内部电源和/或外部电源接入口。所述显示仪表可以显示摩擦负载轮的转速、负载和里程等数据，所述外部电源接入口可供外部电源插头插入以为所述显示仪表提供外部供电。所述显示仪表的连接线可从车架的内部走线。
如图3、4、5所示，所述车架上还安装有加载装置，所述加载装置构成施加于所述摩擦负载轮的摩擦负载，可以包括摩擦绳8、过渡轮9和配重单元，过渡轮与车架旋转连接，所述摩擦绳环绕所述摩擦负载轮和所述过渡轮并处于张紧状态，所述摩擦绳在所述过渡轮上绕过的圈数为1-3圈，所述配重单元的上端可通过柔性带固定连接在所述过渡轮的轮面上，配重单元的下端悬空，所述张紧状态是使所述配重单元与所述过渡轮的固定点保持在所述过渡轮的后部半个轮缘表面范围内的张紧程度所对应的张紧状态。设置配重单元以及使摩擦绳处于张紧状态，且摩擦绳在过渡轮上绕过多圈，可有效地保持过渡轮、摩擦绳大体上不随摩擦负载轮的转动而移位，即可以在摩擦负载轮转动时有效地维持摩擦负载轮与摩擦绳之间的相对运动状态和过渡轮与摩擦绳之间的相对静止状态。摩擦绳施加在过渡轮上的合力矩驱使过渡轮与摩擦负载轮同一方向的转动或有转动趋势，该合力矩与摩擦绳和摩擦负载轮之间的摩擦力相关，配重单元施加在过渡轮上的力矩阻止过渡轮的上述转动或转动趋势。在摩擦绳张力一定时，配重单元的重力越大，摩擦绳与摩擦负载轮间的摩擦力越大，即所加载荷越大，被测人体需要克服的阻力矩越大，且成正比关系。
所述摩擦绳的两个端头均固定在所述过渡轮上，其中一个端头在所述过渡轮上绕过一圈以上再固定在所述过渡轮上，由此实现前述的“所述摩擦绳在所述过渡轮上绕过的圈数为1-3圈”，所述摩擦绳位于所述摩擦负载轮和所述过渡轮之间的一个绳段上可设有绳长调节装置。当使用一段时间后，摩擦绳可能出现松懈现象，可以通过调节所述绳长调节装置微调摩擦绳的张紧力。更重要的是，在对功率车进行校准时，可以通过所述绳长调节装置进行微调，使实测功率等于理论计算功率。
所述配重单元可以包括单根吊杆101和垂直于所述吊杆的水平托盘102以及若干个重块103，所述吊杆的下端固定在所述托盘的中心，通过将适量的重块放置在水平托盘上实现加载。本实施例中，所述吊杆是一根圆柱形杆，其上部为在该圆柱形柱面上竖向平行切掉两个相对侧平面后形成的形状，设有两个竖直的平行平面1011，所述平行平面的间距小于所述吊杆的直径，所述重块外形是圆柱形，所述重块的中心设有通孔1031，该通孔的直径略大于所述吊杆的直径，以便所述重块能够套在所述吊杆上，所述重块上设有上下贯通的径向延伸的矩形缺口1032，所述矩形缺口的宽度略大于所述吊杆上部两平行平面的间距，以方便将重块套在吊杆上，同时所述缺口的宽度小于所述吊杆的直径，以避免套在吊杆上的重块因非人为因素（例如摩擦式功率车出现摆动或偏斜）从吊杆上脱落。同样的道理，吊杆、重块以及重块上的通孔还可以是其他形状。相比于采用两根吊杆并一左一右分别承载重块的技术手段，本申请采用单根吊杆并使之处于左右对称中心位置，不仅简化了结构，更使得加载变得精确，不会出现像左右分别承载两个/两组重块那样出现左右不平衡等的问题。所述吊杆的上端连接有一个横向连接杆，所述横向连接杆设有对称的两个连接带，所述连接带的下端与所述横向连接杆的相对应端固定连接，上端固定连接在所述过渡轮的轮面的两端上。所述过渡轮的中间设有轮槽，所述连接带的上端分别固定在过渡轮两端的轮面上，即两个直径较大的轮面上，摩擦绳则缠绕在轮槽的槽面上。
所述摩擦负载轮的轮缘表面优选设有负载槽41，所述摩擦绳绕在所述摩擦负载轮上的部分位于所述负载槽中。一方面，负载槽可有效避免摩擦绳脱离摩擦负载轮，另一方面，仅需要保证负载槽的底面这样一个局部表面的粗糙度情况，即可较好地保证摩擦绳与摩擦负载轮间的摩擦特性。
所述绳长调节装置可以为下列任意一种结构：（1）所述绳长调节装置包括位于摩擦负载轮和过渡轮之间的张紧轮，所述摩擦绳还绕过所述张紧轮，所述张紧轮可沿一滑道改变其与所述摩擦负载轮和过渡轮的距离，所述滑道固定在所述车架上，当张紧轮越远离所述摩擦负载轮和过渡轮，则摩擦绳的张力越大；（2）所述绳长调节装置包括相互螺纹连接的外螺纹套件和内螺纹套件，所述内螺纹套件的螺纹孔底部设有通孔，所述摩擦绳在所述绳长调节装置处设有断开的两个绳接头，一个绳接头与所述外螺纹套件固定连接，另一个绳接头穿过所述内螺纹套件的所述通孔且端头打结从而固定在所述内螺纹套件中，当留置在内螺纹套件内的绳接头越长时，摩擦绳的张力越大。所述外螺纹套件和内螺纹套件的外表面可设有防滑花纹，所述外螺纹套件上可设置径向贯通的供扳手插入的插孔，以方便利用工具装拆绳长调节装置。
所述摩擦负载轮可以位于驱动轮的前方，相应地所述过渡轮位于所述摩擦负载轮的前上方，所述过渡轮轴向的一端设有第一挡块91，所述车架上对应设有第二挡块，所述第一挡块和第二挡块的设计位置是随着重块的减少两挡块距离逐渐接近而在不放置重块时两挡块刚好相抵靠的位置。
申请人依据本发明技术方案制备的一种功率自行车实例，其功率的准确性可达到进口同类产品水平，小功率输出时误差小于5%，大功率输出时误差小于1%；关于功率自行车的稳定性，连续使用1小时，功率输出误差小于1%；关于功率自行车输出最大阻力功率：最大功率700瓦，最小5瓦 ；功率自行车输出阻力功率递增梯度可低至1瓦。
所述摩擦式功率车具有负荷精确、测试过程中人体相对保持静止，便于收集其他生理指标（如测量血压和采集血样）、运动形式安全（不承受体重的测试方式，尤其对体重大、久坐不动、膝关节有病症人群身体的威胁小）等优点，可适用于高校等体育科学研究机构进行心肺功能等方面测试评估；适用于运动队进行专项训练、康复训练；以及适用于健身机构、社区及家庭进行大众健身。
本发明所称的前后左右是从坐在该摩擦式功率车上正常骑行的人体的视角所感知的相应方向。