高山滑雪初学者手扶雪上练习器的设计与试验

随着冬奥“北京周期”的开启，进一步推进冰雪运动的广泛普及与提高，越来越多的人将滑雪作为户外运动的最佳选择。由于滑雪运动初学者不具备控制雪板的能力，难以在短时间内掌握滑雪技术，若无专业教练指导保护，独自练习经常出现滑摔甚至受伤现象，而初学者聘请教练的费用较高且教练数量有限，难以满足滑雪旺季的实际需求，绝大多数的初学者均未聘请教练，铤而走险，导致每年受伤人数众多，这一现象限制了滑雪人口数量的增长，不利于滑雪运动的长期发展[1-3]。

为降低受伤几率，解决滑雪人口数量众多与初学者聘请教练费用昂贵及滑雪旺季教练数量供应不足间的矛盾，本文设计了一种适用于滑雪初学者的辅助练习器，对保证初学者人身安全、缩短初学者滑雪入门时间及提高人们对滑雪运动的热情具有重要意义。

1 高山滑雪初学者手扶雪上练习器的整机设计

1.1 设计目标

结合国内外大型滑雪场初级滑雪道的主要参数，本文设计的高山滑雪初学者手扶雪上练习器使用环境为：雪道变向处角度大于135°，宽度大于20m，坡度小于8°，停止区开阔平缓长度大于20m，雪道长度为200m。

本文设计的高山滑雪初学者手扶雪上练习器旨在为初学者滑雪提供一种结构简单、安全可靠、运行灵活的器具，降低滑雪过程中的危险系数，为初学者自行练习提供可靠保障，现对器具提出以下要求：(1)初学者对器具失去控制时，器具可对周边人员提供保护；(2)使用过程中可实现回转；(3)器具置于雪场雪面不产生下陷且便于携带。

1.2 整机结构和工作原理

高山滑雪初学者手扶雪上练习器主要由固定连接架、扁马蹄形环状雪橇、制动拉线、制动手柄、防踏拦网、自控制动舌等组成，如图1所示。

  

注：1.固定连接架；2.扁马蹄形环状雪橇；3.制动拉线；4.手扶连杆；5.制动手柄；6.握把；7.防踏拦网；8.自控制动舌；9.手控制动舌；10.限位挡网

 

图1 高山滑雪初学者手扶雪上练习器结构示意图

使用时，将器具放置于雪场雪面上，练习者双手扶着握把，穿上雪板站立在左、右侧的扁马蹄形环状雪橇之间，此时，在自控制动舌与雪面接触配合控制下器具在雪面上静止，当初学者双手推压左、右侧的握把时，由于双手的压力使自控制动舌克服弹簧的扭力，左、右侧的扁马蹄形环状雪橇底部上发生向上方的转动，消除制动阻力，器具开始滑行练习使用。当运行中需要停止滑行时，双手同时拉紧左、右侧的制动手柄，通过制动拉线使左、右侧的手控制动舌转动，与雪面接触产生阻力，完成制动停止运行。单独拉紧一侧的制动手柄，即可完成本器具转弯运行(实现回转练习)。当初学者的双手全部离开握把时，在弹簧的扭力作用下，自控制动舌恢复到初始位置，与雪面接触产生阻力，器具静止。左、右侧的防踏拦网和前侧的限位挡网可分别防止初学者的滑雪板误踏在左、右侧的扁马蹄形环状雪橇上或从器具前端滑出，避免对初学者造成伤害。器具的主要参数如表1所示。

 

表1 高山滑雪初学者手扶雪上练习器技术参数

  

参数数值外形尺寸(长×宽×高)/mm1180×1200×820质量/kg15环形雪橇宽度/mm50接地比压/Pa≤3000

2 高山滑雪初学者手扶雪上练习器的关键部件设计

2.1 环状雪橇设计

器具采用两个扁马蹄形环状雪橇平行对称连接组合构成的流线型坦克状器体，以保证器具结构简单稳定可靠且行走阻力较小。

接地比压是雪橇单位面积上所承载的垂直载荷，是雪上机械的一个非常重要的技术参数，它直接决定器具行驶的通过性和稳定性，其表达式为[4]：

 

(1)

式中：Pa—平均接地比压(Pa)；

W—器具对雪地压力(N)；

n—雪橇个数；

b—雪橇宽度(m)；

1.2 研究方法 地高辛组：根据患者情况给予利尿、血管扩张剂，口服3周华法林(上海信谊药厂有限公司)，剂量2.5～5.0 mg，待患者转复心率后再服用1个月。口服小剂量地高辛(上海信谊药厂有限公司)，每次12.5 mg，每日1次，治疗3个月。观察组：基础治疗同地高辛组；口服琥珀酸美托洛尔缓释片(瑞典阿斯利康制药有限公司)，起始剂量每次23.75 mg，每日1次，一周后增加剂量至每次47.50 mg，每日1次。治疗期间若心率明显改善，则适时减少药物剂量。观察患者的疗效、不良反应、心室率、心室重构指标及胃饥饿素水平。

当器具的接地段过长时会导致转向性能变差，过短则使雪橇对雪地的压力分布不均匀，降低器具稳定性[5]，综合考虑雪橇的接地段长度取为1m。W为人对器具的压力与器具重力之和，预计为200N，雪地不下陷的最大接地比压约为3 000Pa。将相关参数代入式(1)可得雪橇宽度为0.033m，设计时取为0.05m。

2.2 自控制动舌设计

自控制动舌的作用是当初学者摔倒时，双手脱把，在扭力弹簧扭力的作用下，自控制动舌弹出，与雪面接触产生阻力，器具停止，与防踏拦网共同对操纵人员起到保护作用。自控制动舌工作状态受力示意图如图2所示。

  

图2 自控制动舌工作状态受力示意图

器具在沿坡面方向受力有：

∑Fx=Fs+Fax-Gx-ma=0

(1)

Fs=FNfs

(2)

Gx=Gsinθ

(3)

Gy=Gcosθ

(4)

式中：Gx—器具重力沿坡面方向分力(N)；

对上式积分后得：

Fax—自控制动舌摩擦力沿坡面方向分力(N)；

m—器具质量(kg)，取为15kg；

a—器具沿坡面方向加速度(m/s2)；

FN—器具受到坡面的支持力(N)；

日粮蛋白质水平对蛋鸡育成期料重比有极显著影响（P＜0.01）。P4组(CP 15.7%)的料重比最低（4.483），且极显著低于其他各组（P＜0.01），P1(CP 14.2%)组、P2(CP 14.7%)组和 P3(CP 15.2%)组之间无显著差异（P＞0.05）。整个试验周期中各组之间的死淘率和胫长并无显著差异（P＞0.05）。

fs—雪面滑动摩擦系数，取为0.1；

L—雪橇接地段长度(m)。

G—器具重力(N)；

θ—雪坡角度(°)，取为8°。

在城市建设及发展过程中，水资源被过度开发，国内多个地区城市水生生态环境逐渐恶化，阻碍了城市的可持续发展，同时对市民生活质量也有一定的影响作用。城市再生水综合利用是解决当前城市发展与水资源短缺的有效方法。再生水一般是污水处理厂对废弃水进行一系列处理，促使经由处理后的水资源符合相关标准，再生水处理流程如图1所示。再生水资源来自城市污水，没有被去除的污染物成分较为复杂，其可能发生的相互影响并不明确，对此类水源进行利用期间，面临一定的生态风险，为此，有必要对再生水水质生态风险进行评价，而生物毒性监测便是主要项目之一。

垂直坡面受力有：

∑Fy=FN+Fay-Gy=0

(5)

式中：Fy—器具重力垂直坡面方向分力(N)；

Fay—自控制动舌摩擦力垂直坡面方向分力(N)。

由于雪面松软且自控制动舌正常工作时并未对器具起到支撑作用，因此Fay可忽略不计，式(5)可简化为：

为确定手控制动舌的结构参数，建立器具转弯过程的平面运动学模型[6-7]，如图5所示，考虑初学者尚未熟练掌握回转技巧，回转过程中的制动力全部由器具提供且行驶速度平稳。

FN=Gy

(6)

器具下滑过程中由动能定理有：

颜晓晨问：“我打算这周去买面试穿的衣服，有人一起去吗？”刘欣晖惊诧地说：“你怎么现在才去买？我暑假的时候，妈妈就陪我买好了，你妈没帮你买吗？”

 

(7)

式中：l—坡道长度(m)，取为200m。

器具下滑过程中：

V2=2ax

(8)

式中：x—器具失控时制动距离(m)，取为5m。

式中：CM为测量成本；CZ为测量误差成本；CMF为测量仪器成本；CMM为测量策略成本；CEA为弃真误差成本；CEB为纳伪误差成本；CEA为单个弃真事件成本；cEB为单个纳伪事件成本；N为待测区域关键部位的个数；P(∪TfA)为公差T时弃真事件发生的概率；P(∪TfB)为公差T时纳伪事件发生的概率。

联立式(1)至(8)有：

Faxl+Gcosθfsl-Glsinθ=(Gcosθfs+Fax-Gsinθ)x

(9)

代入相关参数计算可得Fax为6N，综合考虑整体布局与制动效果，自控制动舌的作用尺寸设计为67mm×36mm，材料选用耐模磨性强、韧性高及耐冲击性能优良的304不锈钢，密度为7.93×103kg/m3，极限屈服强度为205MPa。

为保证所设计的自控制动舌具有足够的强度能对练习者提供保护，运用有限元软件对其强度进行分析，利用三维建模软件建立自控制动舌几何模型，并导入至有限元分析软件中。为提高仿真运行速度及精度，对其几何模型进行简化处理，将倒角、圆角简化为直角，在螺栓孔处设置为铰接连接方式，对自控制动舌施加平行于坡面方向的作用力Fax大小为6N，网格划分如图3所示，有限元分析结果如图4所示。

  

图3 网格划分示意图

  

图4 有限元分析结果图

图4a结果显示最大应力为23.96MPa，远小于不锈钢的极限屈服强度，图4b结果显示最大形变为0.0001mm，形变及其微小可忽略不计，自控制动舌设计合理满足设计要求。

社交媒体日渐普及，电子商务蓬勃发展，粉丝不仅可以建立起互通有无的社交网络，还积极参与各种商业文化的生产，粉丝进入媒介市场的壁垒被打破。

2.3 手控制动舌设计

回转是整个滑雪运动的核心部分，回转过程靠改变雪橇角度与双腿的用力实现，对于初学者来说较难掌握，本文设计的手扶雪上练习器结合犁式回转的动作要领，特设计左手拉紧制动柄使器具向右回转，与左板蹬板向右回转保持一致，同理可实现左转。

形势任务在变，铁肩担当不改。以不怕丢“乌纱帽”的无私无畏、“功成不必在我”的宽广胸襟、“功成必定有我”的使命自觉，练就干事的真本领，拿出担当的硬举措，才能接好改革的接力棒，创造出无愧于前人的新光荣！

入股后，董明珠开始频频为银隆站台，并坚信其会在格力电器多元化战略中扮演重要角色。同时，董明珠并不避讳自己的双重身份，银隆和格力签订关联采购协议，2017年计划互相采购总金额接近200亿元。

  

图5 器具平面运动示意图

  

图6 外侧雪橇受力示意图

变向时器具绕瞬时旋转中心C2旋转，取外侧雪橇纵向轴线上微元dy如图6所示，作用于该微元的地面切向反作用力dF2大小与单位长度的正压力成正比，那么沿雪橇接地段纵向中心线有：

地方政府的相关管理人员必须深入接触、学习和掌握农业经济管理的内涵和内容，要明白农业经济管理对农业发展和经济发展的真正价值和意义。从而以正确的农业经济管理意识组织和引导当地农民积极参与农业经济管理，深入贯彻落实中央政府下达的农业经济管理任务。农民是发展农业经济的重要成员，应提高农民对农业经济管理的认识，在乡村振兴建设背景下增强农业经济管理的科学性。

dFy2=dF2sinφ2+FR4=Paμsinφ2dy+FR4

(10)

式中：

α—转向角速度(rad/s)。

F2—外侧雪橇P2上与绝对速度方向相反的作用力(N)；

φ2—外侧雪橇P2上与绝对速度方向相反的作用力和X轴夹角(°)；

μ—滚动系数，取为0.1；

因此外侧雪橇整个接地段沿纵向中心线的牵引力为：

W—器具重力及人施加压力合力(N)；

Vax2、Vay2—分别为外侧雪橇P2上绝对速度沿X、Y轴的分速度(m/s)。

FR4—手控制动舌受到的阻力(N)；

 

 

(11)

式中：A1、A2—内外侧雪橇的横向偏移量(m)，取为1m；

L—雪橇接地长度(m)，取为1m；

Fy2—外侧雪橇驱动力(N)；

Fs—器具滑动摩擦力(N)；

 

(12)

为简化计算令则式(10)简化为：

 

(13)

式(13)代入相关参数可得，FR4为4.3N，根据前期测定可确定手控制动舌受到的雪面均布载荷P约为9 500Pa，由式(14)可确定手控制动舌的受力面积至少为453mm2，因此综合考虑手控制动舌的工作面尺寸设计为36mm×20mm。

 

(14)

3 高山滑雪初学者手扶雪上练习器试验与分析

自控制动舌工作时由双齿扭簧提供扭力，因此扭簧线径对工作性能好坏起到重要作用，为使选用的扭簧可满足工作性能且安全可靠，本文采用试验方法对扭簧直径进行选取。

2018年2月25日于哈尔滨名都滑雪场对器具进行场地试验，分别对安装扭簧线径为1mm、1.5mm、2mm的器具进行多次测试，当器具在雪坡上快速行驶时，释放器具对其制动距离进行测量，试验过程如图7a所示。试验发现安装扭簧线径为1mm、1.5mm、2mm的器具在比较平整的雪面上制动深度不够，在不平整的雪面上借助于颠动的力量可小幅度弹出，制动效果较差，满足不了器具随时制动的需求，因此这3种线径的扭簧不适用于该器具。

  

图7 高山滑雪初学者手扶雪上练习器试验过程图

2018年3月18日于哈尔滨体育学院(帽儿山)冠军滑雪场对分别安装扭簧线径为2.5mm、3mm的器具进行多次测试，当器具在雪坡上快速行驶时，释放器具对其制动距离进行测量，试验过程如图7b所示。试验发现安装扭簧线径为3mm的器具在使用者并未释放时自控制动舌便已经弹出，深入雪面形成阻力导致无法正常滑行，而当线径为2.5mm时自控制动舌工作效果最佳，制动距离为4.8m，因此选用线径为2.5mm的双齿扭簧。

3.创办“优秀作文”专刊。如我校初一年段就创办了“优秀作文”专刊《春草园》，它主要的作用是将每月的写作主题中比较优秀的作文（指导教师给予适当的点评）进行选编，以供同年级的学生学习和交流。让同年级的学生看同年级的作文，别有一番滋味。

可得：△AEC∽，设A(x1，y1)，B(x2，y2)，有设AB：y=px+q，和y=ax2+bx+c联立可得：

4 结 论

(1)结合高山滑雪场初级滑雪道的主要参数，研究设计了一种高山滑雪初学者手扶雪上练习器，阐述分析了器具结构组成与工作原理，该器具接地比压小于3 000Pa，拥有自控与手控两种制动方式，为高山滑雪初学者的练习提供了可靠保证。

where I0 is the saturation current, V is the employed voltage,n is the ideality factor, q is the charge of electron, T is the absolute temperature, and K is the well-known constant of Boltzmann.

(2)将接地比压作为参考因素，优化设计了环状雪橇的几何参数；理论分析了自控制动舌工作时的受力情况，并对其进行有限元分析验证其结构合理性；建立器具转向平面运动模型，确定了手控制动舌的作用面积。

(3)为选配合适的扭簧，以扭簧线径为因素，制动距离为考核指标，对器具的自控制动舌性能进行测试，结果表明，当自控制动舌扭簧线径为2.5mm时制动距离为4.8m，效果最佳，满足器具设计要求。

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