Preliminärvalidering av vibrationsdämpningsegenskaper hos i längdskidstavar Validering nr: 1/2018 Datum: 2018-03-08 Projekt: VIBEX Företag: Scandor Agentur AB Preliminärvalidering genomförd av Dala Sports Academy genom: Johnny Nilsson, Lars Wedholm, Ibro Ribic, Tomas Carlsson and Magnus Carlsson 1
Bakgrund Vibrationsrelaterade problem i muskel och bindvävnad är ett vanligt problem inom industrin där handhållna vibrerande verktyg skapar problem vid stor nyttjandetid (Rehfish & Wålinder 2009). Dessa problem är också vanligt förekommande inom olika idrotter, där redskap vibrerar vid bollträff eller underlagskontakt (Dines et al. 2015). Detta är ett välkänt problem i tennis där lätta racketar skapar vibrationer vid bollträff som vid långvarig användning kan leda till besvärssymptom (Dines et al. 2015). Överbelastningsskador inom längdskidåkning kan leda till att prestationsförmågan försämras på grund av att träningsmängden behöver minska (von Rosen & Heijne 2018). Förekomsten av vibrationsrelaterade problem hos längdskidåkare är sannolikt vanligast vid stakning då reaktionskrafterna från underlaget är relativt stora och där konventionell teknik ofta skapar stora kortvariga reaktionskraftpeakar (Nilsson 2008). Olika metoder har applicerats för att reducera vibrationer i sportutrustning genom att använda passiv dämpning, aktiv dämpning eller en kombination av dessa (Suhas & Srikrishna 2016). Vanligt förekommande dämpningsmaterial i sportutrustning är gummi, polymerer, kompositer, metaller eller legeringar (Suhas & Srikrishna 2016). VIBEX är en blandning av polymerer och syntetiska kolväten i form av en gel och dess vibrationsdämpande effekt har tidigare utvärderas hos sportutrustning så som cykel- och motorcykelstyren, tennisracketar, slagträn i baseball, skridskor, utförsåkningsskidor och utförsåkningsstavar (se: https://www.scandor.se/tester-vibex.html). Syftet med denna preliminärvalidering 1 är att kartlägga accelerationsamplituden hos längdskidstavar med och utan vid vertikala stavisättningar och stakning på rullband. 1 Detta är en preliminärvalidering, vilken syftar till att ge en första indikation på om en innovationsprototyp eller produkt har den eftersträvade funktionsnivån. En preliminärvalidering är följaktligen en begränsad studie med en eller endast ett fåtal försökspersoner/produkter och resultaten kan därför i regel inte generaliseras på ett sätt som ibland kan vara möjligt i fullskaliga studier. Om resultattendenserna pekar i en för innovationen/produkten positiv riktning, så rekommenderas att en mer omfattande studie genomförs. Om resultaten pekar i motsatt riktning indikerar detta att en vidare prototyp/produkt-utveckling bör övervägas. 2
Metod Testprocedur Denna preliminärvalideringsstudie består av två separata test. Första testet omfattade mätning av accelerationsamplituden vid upprepade vertikala stavisättningar på en kraftplatta för att undersöka de vibrationsdämpande effekterna hos. Vibrationsförloppet vid kraftimpulsera registrerades även med en höghastighetskamera. I det andra testet analyserades stavvibrationerna då en elitskidåkare stakade i 20 km tim -1 på rullband. Stavar Den stavmodell som användes vid denna preliminärvalidering var Swix Triac 3.0 (Swix A/S, Norge) med stavlängden 155 cm. Valet av denna stavmodell grundar sig på att denna är en av de mest använda modellerna bland elitskidåkare och elitmotionärer samt betraktas som en stav med hög styvhet. och dess applicering VIBEX gel syftar till att ge optimal vibrationsdämpning i förhållande till sin vikt. VIBEXgelens vibrationsdämpande egenskaper utvärderades med VIBEX Plus med densiteten 1,49 kg dm -3, vilken uppges ha den största vibrationsdämpande effekten. Innan en applicerades i stavröret sköts en polyetenpropp ned i röret i syfte att fungera som en stopp för gelen. Därefter applicerades 15 g av VIBEX Plus i stavröret med cirka 10 mm kvar till stavrörets överkant. Sammanlagt fylldes cirka 10 cm av stavröret med gel och dess positionering i förhållande till stavhandtaget visas i Figur 1. 3
Stav 1 Accelerometer- position 1 Accelerometer- position 2 Stav 2 Figur 1. Teststavar med markering av positionering av en samt accelerometerplacering. Accelerometrar Två accelerometrar (15 G och 100 G) tejpades stramt under handtaget och 15 cm under handtaget på varje längdskidstav (Figur 1). Accelerometrarna (ADXL 326 & 377, Analog Devices, US) var ingjutna i ett plastskal med härdat tvåkomponentlim. På stavarna monterades även specialkonstruerade stavspetsar i slitstarkt plastmaterial avsedda för rullskidåkning på rullband. Kraftmätning I det första testet genomfördes vertikala stavisättningar mot en kraftplatta (Ergotest Scandinavia A/S, Norge), placerad på ett betonggolv, som användes för att registrera de vertikala reaktionskrafterna. Dessa isättningar gjordes med två olika isättningskrafter (cirka 170 N och 280 N). Totalt genomfördes 20 isättningar per stav och isättningstakten reglerades med hjälp av en elektronisk metronom. I det andra testet analyserades vibrationerna i stavarna vid dubbelstakning på rullband (Saturn 450/300rs, h/p/cosmos sports & medical GmbH, Nussdorf-Traunstein, Tyskland) i hastigheten 20 km/tim och med 2 graders lutning på rullbandet. Under rullbandstestet var skidåkaren omedveten om vilken av stavarna som var försedd med. 4
Acceleration per kraftenhet (G/N) Videofilmning I tillägg till accelerometer analyserna genomfördes videofilmning med höghastighetskamera (Chronos 1.4, Kron Technologies Inc, Kanada) för att studera vibrationsförloppet efter den vertikala stavisättningen. Filmningen skedde med en inspelningshastighet på 2000 bilder per sekund för att kunna identifiera skillnader i vibrationsamplitud och duration mellan stavarna. Resultat Resultaten från testet med de vertikala stavisättningarna redovisas i Figur 2, där accelerationsamplitud skillnader på cirka 19% och 10% sågs för isättningskrafterna 170 N respektive 280 N. Vid båda isättningsintensiteterna var vibrationerna i staven med VIBEXgel lägre än hos staven utan gel och vibrationsskillnaderna mellan stavarna kunde även bekräftas vid höghastighetsfilmningen. 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 Utan Med Utan Med Isättningskraft 170 N Isättningskraft 280 N Figur 2. Acceleration per kraftenhet i stav vid olika isättningskrafter. 5
Relativ skillnad i accelerationsamplitud (%) Relativa skillnader i accelerationsamplitud mellan respektive stavs två accelerometerpositioner vid dubbelstakning på rullband i 20 km/tim redovisas i Figur 3. 70 60 50 40 30 20 10 0 Utan Med Figur 3. Relativ skillnad i dämpning mellan de två accelerometerpositionerna för stav utan respektive med vid dubbelstakning på rullband. Resultaten i Figur 3 visar en relativ skillnad motsvarande cirka 6%, där en bidrog till en minskad accelerationsamplitud jämfört med alternativet utan gel. Vid jämförelse mellan accelerationerna uppmätta hos accelerometrarna 15 cm under respektive stavhandtag, så uppvisade accelerometern som satt på staven med en lägre accelerationsamplitud (51,8 G) jämfört med staven utan gel (85,8 G). Slutsats Resultaten från denna preliminärvalidering visar att stavar med 15 g applicerad i stavröret i höjd med stavhandtaget har en cirka 5% 20% högre vibrationsdämpande effekt jämfört med staven utan gel. Dock behöver mer omfattande forskning göras som inbegriper analys av olika stavmodeller och stavlängder samt position och mängd av den applicerade gelen för att säkerställa ens vibrationsdämpande effekt hos längdskidstavar. Vidare så krävs forskning för att klargöra om i längdskidstavar har skadeförebyggande effekt. 6
Referenser Dines, J.S., Bedi, A., Williams, P.N., Dodson, C.C., Ellenbecker, T.S., Altchek, D.W., Windler, G., Dines, D.M. (2015) Tennis injuries: Epidemiology, patophysiology, and treatment. The American Journal of Orthopedic Surgery. 23(3), 181-189. Nilsson, J. (2008) Längdåkning i klassisk stil Dubbelstakning, GIH, Stockholm. Rehfish, P. & Wålinder, R. (2009) ABC om vibrationsskador. Läkartidningen. 106(7), 439-442. Suhas, N., Srikrishna, Y.B. (2016) A study on methods of damping in sports equipments. International Journal of Mechanical and Industrial Technology. 4(2), 13-22. von Rosen P, Heijne A. (2018) Substantial injuries influence ranking position in young elite athletes of athletics, cross-country skiing and orienteering. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 28(4), 1435-1442. 7