英式橄欖球司克蘭器的研制與應用

鄭 剛，王新坤，程 公

（1.沈陽體育學院 運動訓練學院，遼寧 沈陽 110102；2.沈陽體育學院 體育教育學院，遼寧 沈陽 110102）

英式橄欖球司克蘭器的研制與應用

鄭 剛1，王新坤2，程 公1

（1.沈陽體育學院 運動訓練學院，遼寧 沈陽 110102；2.沈陽體育學院 體育教育學院，遼寧 沈陽 110102）

以解決橄欖球司克蘭技術在教學、訓練中量化力量、防止頸部損傷及校正技術動作標準等為目的。運用機械工程設計法、力學試驗、設計計算和加工制作，研制了用器械替代用人力的司克蘭教學訓練輔助器材。試驗取得了關鍵技術參數，并對樣機進行了實際應用檢驗。得出橄欖球隊員的體重與推頂力具有二者相關關系和推頂力的置信范圍，P＜0.05；在1－α＝95%的條件下，受力置信范圍是可信的。驗證了橄欖球司克蘭推頂力設備具有技術性能可靠性和對提高橄欖球司克蘭教學訓練質量具有十分良好的效果。

英式橄欖球；司克蘭器；研制；應用

伴隨著英式橄欖球項目已被正式列入奧運會和全運會的比賽項目，我國橄欖球競技水平和普及程度不斷提高。由于橄欖球司克蘭（scrum）爭球是比賽雙方獲取球權的最為重要的手段之一，因此，司克蘭爭球就顯得尤為重要。它是由兩隊各3名隊員（七人制）或8名隊員（十五人制）各夾扎成一排或前后三排，各讓自己前排隊員頭頭不相臨地與對方互相頂架成一隧道，以便傳鋒把球投入其中，讓雙方前排隊員能夠靠任意一單腳鉤球，爭取占球的一種架構。在比賽中，兩隊隊員相互用推頂力爭奪球權，而這種兩隊的推頂的強弱來自動作正確的姿勢和平時的正確的訓練。正確的訓練需要有使身體安全的耐久架構輔助設備，才能達到正確的技術要求并能發揮出最大的推頂力，獲得瞬時球權優勢。

目前我國還沒有能夠可測量出推頂力的司克蘭器械設備。為了我國橄欖球司克蘭技術能夠達到科學化水平要求，為奧運爭光計劃和教學、訓練的科學化服務，有必要對這項技術設備進行自主創新研究、設計和制作。

1 試驗對象及研究方法

1.1 試驗對象

對體育學院男子橄欖球18名院隊隊員進行司克蘭器產品的頂推力的測試試驗分析。

1.2 研究方法

1.2.1 方案設計 自行設計一臺測力設備，進行推頂力測定試驗，而測力設備的研制方案原則是：①能模仿司克蘭動作；②能測量出推頂力量；③設備結構簡便；④造價低廉。本著這一原則，以機械彈簧測力式為宜，圖1是結構簡圖，圖2

是制作后的樣機構造圖。從圖1可以看出，結構簡圖共分為：①機架；②行走部分；③推頂力部分；④測力部分。

圖1 司克蘭結構圖

圖2 司克蘭構造圖

1.2.2 測力設備的設計 司克蘭測力設備的設計主要工作在測力部件設計，而測力主要部件為螺旋彈簧，因此，按著彈力要求設計一個彈簧，其他部件的設計，如材料、尺寸、強度參數等則需按工程設計手冊選擇與制定。

彈簧彈力的大小和范圍要由彈簧尺寸、圈數，彈簧的粗細等參數決定，所以要確定這些參數必須先做一些試驗，否則無法確定各部的初步尺寸。

1.2.3 彈簧參數試驗 在國內尚無這種設備和參考資料的情況下，只得自行試驗取得相應的設計參數以便決定各部尺寸。首先選用幾種現成的彈簧做為試驗樣本，做幾種彈簧型式和彈簧的受力試驗。由表1可得如下結論：①彈簧外徑小，如序號1需要的彈簧長度要大，但受力時產生彎曲變形，不穩定，鋼絲直徑小，受力小，僅能承受到50kg的壓力，不能采用。②彈簧外徑大，受力大、穩定，如序號3，外徑大，機構尺寸將會加大，對整機不利，故亦不能采用。序號2各方面參數較為適合，受力后又穩定。因此，應在這個參數范圍左右選用設計較為合適。

表1 3種彈簧樣本參數試驗

1.2.4 彈簧尺寸設計 按上述試驗，考慮各種情況，對彈簧部件設計，原始條件為：承受推頂力按3～8人推頂計為3 000 N（300kg），按工程設計手冊設計計算，其各部尺寸設計：螺旋彈簧中徑D＝90mm，彈簧絲直徑d＝10mm，彈簧長度H＝260mm，圈數n＝8.5，螺旋角α＝6°24′，節距t＝31.8mm。按上述設計尺寸，經廠家制造后，用成品件以230kg的載荷在材力試驗機上又進行了壓縮試驗，認為基本滿足設計要求。

1.2.5 刻度盤的設計 受力的大小需用彈簧變形大小計量，為擁有一刻度盤指示其受力的大小，即在盤上要設有一定的刻度，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＝推頂力，x＝彈性變形值。K＝彈性系數，由壓力試驗所受的推頂力P＝230kg，彈簧的最大變形為10cm。則彈性系數K＝230／10≈2.3kg／mm。

在刻度盤上的起始范圍定為0～25kg，以后的順序每段都為25kg，即50、75……250kg等。則刻度的間隔L＝P／K＝25／2.3≈11mm，經計算具體刻度值如表2所示。每一段長11mm中要刻成10分，這樣保持了10進制。

表2 刻度盤刻度

2 結果與分析

2.1 司克蘭在教學、訓練和比賽中的應用

2.1.1 力量型隊員在橄欖球比賽中尤顯重要 橄欖球比賽中，攻守雙方為了最大限度爭取司克蘭球權的擁有，隊員相互運用司克蘭技術的團隊配合，貼身夾扎，嵌入對撞，推頂發力，推頂移動控球等，越來越快速、有力和激烈。司克蘭爭頂隨時隨地都可能出現，而這一對抗局面的成敗意味著球權的保持或失去，直接影響隨后的比賽進程，甚至決定比賽的勝負。因此，力量型隊員在比賽場上具有極其重要的角色。

2.1.2 司克蘭器為橄欖球訓練提供了與隊員受力的相關關系 訓練方法與運動成績就像一對函數，訓練方法是自變量，運動成績是因變量，訓練方法這個自變量正確與否，可以從成績這個因變量得到反映。因此，司克蘭訓練要本著橄欖球運動的夾、撞、頂、蹬、伸、推幾個運動的特點進行訓練，隊員的力量型動作在橄欖球運動訓練中占有重要地位。司克蘭器的設計就是從理論上找出力量型隊員動作受力的情況，以求提高訓練的這種相關函數關系。

2.1.3 隊員相互碰撞中體重與推頂力關系 在橄欖球訓練、比賽中，隊員間相互碰撞是比較常見的動作，因此在教學中要將碰撞理論注入實踐中，要從理論上解決問題。關于碰撞問題，可用動量定理來解釋。在力學中動量的變化等于沖量，用公式表示為mv－mv。＝ft，例如90kg的體重的隊員，以7m／s（相當于100m14s）的速度，撞向另一位隊員，在“咕”的一秒撞擊中，瞬時力將為630N（63kg與表3相對照大致相符），若時間再短，瞬時力還會增加，從而可以斷定碰撞物體質量（隊員體重）對推頂力起重要作用。

2.1.4 司克蘭設備的應用 司克蘭設備在教學訓練中將起重要作用。從操作上校正了技術動作的姿勢，可使隊員個人或團隊在司克蘭器上逐一進行檢查和校正，使每個技術動作達到標準化。解決了用人力無法達到的訓練質量細化的技術效果。它能找出下肢伸張的角度大小，組合夾扎推頂的方式等；它能測單人、雙人、多人等的頂推力大小；它防止了司克蘭動作的垮塌可能造成的頸部、耳部、面頰損傷的危險；解決了力量對比失衡而導致崩塌或潰散，從而無法進行放球、鉤球、推進、取球等各環節的練習。設備的應用保障了訓練質量的提高，模擬了司克蘭技術在比賽時爭奪球權的動作，充分發揮了隊員在爭奪球權動作中協調一致的發力，從理論和實踐上體現了訓練的要求。

2.2 司克蘭的測試與回歸分析

2.2.1 司克蘭的測力操作 制造司克蘭設備的目的在于測定推頂力和姿勢的較正。為此，在訓練中曾以不同的體重分別對單人、雙人、多人等對司克蘭推頂力進行了測定，而表3中為單人推頂力的實測數據。圖3和圖4所示者為3人實際操作情況。

圖3 三人模式正面圖

圖4 三人模式側面圖

表3 實測的單人體重的推頂力與瞬時力（kg）

從表3可以看出瞬時力約為推頂力的2倍左右，所以在司克蘭爭頂過程中，如何巧妙地應用瞬時力爭取球權是非常重要的。

2.2.2 回歸分析 推頂力的大小與體重有關，從日常訓練中可以感知，體重大者，推頂力就大，就像平常所說的那樣“身大力不虧”，在表3數據中也確實有這種趨勢，為了驗證這一問題，將表3數據輸入計算機內，用minitab軟件程序進行回歸分析，其所得回歸線圖如圖5所示。

圖5 回歸線圖

回歸計算分析通過minitab程序給出的回歸方程和方差分析如表4所示。回歸分析：Y vs X

回歸方程：

表4 方差分析

2.2.3 體重與推頂力關系分析 回歸分析中x為自變量（相當體重），一般是可控制的非隨機變量，是予先確定的。而做為y（相當于推頂力）的因變量除受x的影響外，還受其它隨機因素的影響，所以隨機變量y與x的對應關系是一種平均意義上的數量關系。在所建立回歸方程的目的是去表達兩個具有線性相關的變量間的定量關系，因此，只有兩個變量具有線性相關時，所建立的回歸方程才是有意義的，兩個變量間是否存在線性關系所建立的回歸方程必須要對回歸方程進行顯著性檢驗。

表4中的P值是用于檢驗回歸方程顯著性的，用P值判斷相關系數是否為零是檢驗回歸方程顯著性的重要依據。現P＝0.006＜0.05，說明兩個變量間的回歸系數不為零。即回歸方程是顯著的。說明y與x是存在相關關系的。從圖5中可以看出它們是正相關的。

回歸方程表達式說明了體重x與推頂力y是線性相關的，其中回歸估計標準誤差S＝10.5725，說明理論值與實際值之間大致之差，若各觀測點越靠近直線，則S值越小，回歸直線對各觀測點的代表性就越好，S值說明了回歸直線的擬合程度或兩個變量之間的關系密切程度，該回歸直線的密合程度雖不是非常緊密的，但該回歸直線具有代表性。

回歸方程確定了體重與推頂力的相關關系，在排除其他影響之后，通過體重即可予先確定運動員的推頂力大小范圍，推頂力大，無疑地可以證明運動員身體是強壯的，力氣是足的，這種力量型隊員可以在橄欖球各項較力動作中諸如夾、撞、頂、蹬、伸、推等動作中發揮威力，在相互的沖擊中起積極作用。

2.3 總體的推頂力平均值置信區間

體重與推頂力是相關的，樣本的平均推頂力通過計算是可求的，但樣本的推頂力不等于總體的平均推頂力，總體的平均推頂力在哪一范圍，這一問題需要根據樣本平均數抽樣分布定理加以解決。

對未知的總體平均數為μ的情況下，在1－α精度下，其置信區間是：

從上述的計算結果按總體估計，任何一個團隊的夾、撞、頂、蹬、伸、推等動作之力基本都可在這一區間，所以這一區間對于先估計橄欖球隊所能發揮的力量是有參考價值的。

3 結束語

司克蘭推頂力設備研制填補了國內的空白。它不僅能測量出推頂作用力的大小，還可以在教學和訓練中用本設備對司克蘭技術動作姿勢進行矯正等，從而提高教學、訓練的質量，起到了用人力無法達到的效果。當然由于初次設計制作，應用中還有不足之處，待以后改進。通過所測定的資料參數用計算機作了回歸分析，求得回歸曲線和回歸方程，從理論上獲得了體重與推頂力之間的相關關系。利用抽樣分布定理，確定了總體推頂力的平均值的置信區間，在95%可信程度下對總體平均推頂力的估計值做了理論上的判斷，在實際教學、訓練中具有十分好的實用價值。

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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

鄭 剛（1962－），男，副教授，碩士，主要研究方向為橄欖球教學與訓練。

劉紅霞

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