ХОДОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ КАБЛУКА С ПРОТИВОСКОЛЬЗЯЩИМИ СВОЙСТВАМИ
RUNNING SURFACE OF HEELED SHOES WITH ANTI-SLIP PROPERTIES

Изобретение относится к обувной промышленности, а именно к каблукам подошв обуви с противоскользящими свойствами.
Известны съемные и несъемные противоскользящие устройства в каблучной части обуви в виде шипов (RU 2401624 C1, МПК А43С 15/14, А43В 21/433, А43С 15/02, А43С 15/04, 2009; RU 2085098 С1, МПК А43С 1/02, А43С 15/12, 1997; RU 2443376 С1, МПК А43С 15/14, 2008; RU 2387353 C2, МПК А43С 1/02, 2008; WO 2004010812 А1, МПК 7 А43С 15/06, 2004; SU 1814862 А1, А43С 15/00, 1990; SU 1378807 А1, А43С 15/00, 1986; RU 2182809 С1, 7 А43С 15/14, 2001; CCCP 1000009, А43С 15/00, 1983; RU 2009652 C1, 5 А43С 15/14, 1990). Эти устройства обеспечивают высокие противоскользящие свойства, однако съемные устройства необходимо крепить на каблуке и снимать их, а несъемные устройства создают неудобства при ходьбе по нескользкой поверхности и могут повредить покрытия опорной поверхности, например, в помещениях, транспорте и т.п.
Известны противоскользящие приспособления в виде различных рифленых полос (протекторов), крепящихся на каблучной части подошвы (RU 2149572 C1, МПК 7 А43С 115/02, 1999, RU 2132146 C1, МПК 6 А43С 15/00, 1998, SU 1784196 А1, А43С 15/00, 1990; SU 1279585 А1, А43С 15/00, 1984). Недостатком этих приспособлений является необходимость их надежного крепления на ходовую поверхность каблука. Кроме того, отмеченные выше устройства и приспособления ухудшают внешний вид обуви.
Известна конструкция подошвы (RU 2519944 C1, МПК А43 В13/22, опубликован 20.06.2014), взятая в качестве прототипа, ходовая поверхность которой содержит разделенные впадинами выступы, расположенные группами, отделенными одна от другой впадинами. Группы выступов расположены в кюветах, которые обрамлены бордюрами, выполненными по контуру носочно-пучковой и геленочной частей подошвы до сечения через середину длины подошвы и по замкнутому контуру каблука. Поверхности стенок кювет и бордюров, обращенные к грунту, являются опорными поверхностями подошвы, а наружные боковые стороны стенок кювет, а также наружные и внутренние боковые стороны бордюров имеют выемки.
Недостатком прототипа является низкое противоскользящее действие задней части каблука при соприкосновении с опорной поверхностью (первая фаза шага). В этой фазе шага контакт каблука с опорной поверхностью осуществляется по дуге заднего ребра каблука. В результате деформации эластичного материала каблука фактическая площадь контакта увеличивается, но остается весьма малой, вследствие чего в зоне контакта возникает высокое давление на опорную поверхность. При ходьбе по обледенелой поверхности это приводит к “коньковому” эффекту (образование в зоне контакта тонкого водяного слоя), что значительно снижает коэффициент трения скольжения каблука по опорной поверхности. Кроме этого в зоне контакта отсутствуют противоскользящие элементы, имеющиеся на ходовой поверхности каблука. Поэтому противоскользящее действие задней части каблука в первой фазе шага неудовлетворительно, что повышает вероятность скольжения обуви и риск падения человека.
Задачей изобретения является создание ходовой поверхности каблука с высокими противоскользящими характеристиками в первой фазе шага по скользким поверхностям.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является уменьшение проскальзывания ходовой поверхности каблука в первой фазе шага по скользким поверхностям.
Указанный технический результат достигается тем, что ходовая поверхность каблука содержит выступы, расположенные группами, группы выступов расположены в кюветах, которые обрамлены бордюром, выполненным по замкнутому контуру каблука, поверхности стенок кювет и бордюра, обращенные к грунту, являются опорными поверхностями каблука, а боковые стороны стенок кювет и бордюра имеют выемки, при этом выступы выполнены круглого поперечного сечения диаметром 1,5 - 2,0 мм и расположены в кюветах в шахматном порядке с расстоянием между центрами выступов 3,0 - 4,0 мм, при этом выступы выполнены вровень с опорной поверхностью стенок кювет, а высота выступов и глубина кювет равны между собой и составляют 4,0 - 8,0 мм, причем ширина опорных поверхностей стенок кювет равна 3,0 - 6,0 мм, а опорной поверхности бордюра - 6,0 - 10,0 мм, при этом опорные поверхности стенок кювет и бордюра выполнены мелкорифлеными, причем выемки на боковых сторонах стенок кювет и боковых сторонах стенок бордюра имеют форму правильных треугольных призм, плоскость основания которых параллельна опорным поверхностям стенок кювет и бордюра, при этом размер стороны треугольного основания призм равен 2,0 - 4,0 мм, высота призм - 4,0-8,0 мм, а расстояние между центрами соседних оснований призм лежит в интервале от одного до двух размеров стороны треугольного основания призм, отличающаяся тем, что задняя часть ходовой поверхности каблука скошена с образованием опорной площадки, поверхность которой выполнена выпуклой, при этом выпуклая поверхность опорной площадки образована таким образом, что секущие плоскости, перпендикулярные ходовой поверхности нескошенной части каблука и расположенные параллельно и перпендикулярно оси симметрии каблука, пересекают поверхность опорной площадки по продольным и поперечным выпуклым линиям, причем опорная площадка имеет форму серпа, смещенного в сторону наружного бокового контура каблука, а на выпуклой поверхности опорной площадки выполнены противоскользящие элементы.
В заявляемом изобретении размер опорной площадки, измеряемый по оси симметрии каблука от линии ребра задней части каблука до линии ребра начала скоса задней части каблука, преимущественно составляет 18 - 24 мм.
В заявляемом изобретении касательные к продольным выпуклым линиям на поверхности опорной площадки преимущественно составляют с плоскостью, лежащей на ходовой поверхности нескошенной части каблука, углы, возрастающие от 3 - 5° в точках пересечения продольных выпуклых линий с линией ребра начала скоса задней части каблука до 14 - 18° в точках пересечения продольных выпуклых линий с линией ребра задней части каблука.
В заявляемом изобретении касательные к поперечным выпуклым линиям на поверхности опорной площадки в точках пересечения поперечных выпуклых линий с линией ребра на внутренней боковой стороне контура каблука преимущественно составляют с плоскостью, лежащей на ходовой поверхности нескошенной части каблука, углы 4 - 7°.
В заявляемом изобретении касательные к поперечным выпуклым линиям на поверхности опорной площадки в точках пересечения поперечных выпуклых линий с продольной выпуклой линией, образованной пересечением поверхности опорной площадки секущей плоскостью, проходящей через ось симметрии каблука, преимущественно параллельны плоскости, лежащей на ходовой поверхности нескошенной части каблука.
В заявляемом изобретении касательные к поперечным выпуклым линиям на поверхности опорной площадки в точках пересечения поперечных выпуклых линий с линией ребра на наружной боковой стороне контура каблука преимущественно составляют с плоскостью, лежащей на ходовой поверхности нескошенной части каблука, углы 20 - 24°.
При этом указанные линейные и угловые параметры ходовой поверхности каблука определяются размером подошвы, а также видом и назначением обуви.
На фиг. 1 представлена ходовая поверхность каблука подошвы с опорной площадкой без выполненных на ней противоскользящих элементов и облегчающих каблук полостей; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 1; на фиг. 7 - разрез Е-Е на фиг. 1; на фиг. 8 - разрез Ж-Ж на фиг. 1; на фиг. 9 - общий вид ходовой поверхности каблука с опорной площадкой, содержащей противоскользящие элементы, на фиг. 10 - разрез З-З на фиг. 9; на фиг. 11 - схема деформации эластичного шара при контакте с твердой опорной поверхностью, на фиг. 12 - схема устройства для экспериментальной оценки противоскользящих свойств опорной площадки.
Ходовая поверхность каблука (фиг. 1) состоит из нескошенной части (1) и опорной площадки (2) серповидной формы, имеющей выпуклую поверхность. Опорная площадка (2) содержит зону (3) слабой выпуклости в направлении, перпендикулярном оси симметрии О-О каблука, и зону (4) бокового выпуклого скоса (см. также фиг. 2). Опорная площадка (2) ограничена линией ребра (5) начала скоса задней части каблука и линией ребра (6) задней части каблука.
Геометрические параметры и форма выпуклой поверхности опорной площадки детализируются разрезами параллельно и перпендикулярно оси симметрии О-О каблука (фиг. 3-8), а также видом по А на фиг. 1 (фиг. 2).
1
2
На фиг. 3, 4, 5 показаны сечения выпуклой поверхности опорной площадки секущими плоскостями, параллельными оси симметрии О-О каблука, иллюстрирующие геометрию продольных выпуклых линий на поверхности опорной площадки. На фиг. 3, 4, 5 отмечены углы наклона касательных к продольным выпуклым линиям в точках их пересечения с линией ребра (6) задней части каблука (углы α=14-18°) и в точках пересечения с линией ребра (5) начала скоса задней части каблука (углы α=3-5°)
1
2
На фиг. 6, 7, 8 показаны сечения выпуклой поверхности опорной площадки секущими плоскостями, перпендикулярными оси симметрии О-О каблука, которые иллюстрируют геометрию поперечных выпуклых линий на поверхности опорной площадки. На этих же фигурах отмечены углы наклона касательных к поперечным выпуклым линиям в точках их пересечения с линией ребра на наружной стороне контура каблука (углы β=20-24°) и в точках пересечения с линией ребра на внутренней стороне контура каблука (углы β=4-7°).
На фиг. 9 представлена ходовая поверхность каблука с противоскользящими свойствами. Конструкция противоскользящих элементов на ходовой поверхности каблука детализируется на фиг. 10.
1
Ходовая поверхность каблука состоит из нескошенной части (1) и опорной площадки (2). Опорная площадка (2) ограничена линией ребра (5) начала скоса задней части каблука и линией ребра (6) задней части каблука и имеет по оси симметрии каблука О-О размер 18-24 мм (фиг. 9). На фиг. 10 показан угол α=14-18°.
На ходовой поверхности нескошенной части (1) каблука и опорной площадке (2) выполнены следующие противоскользящие элементы (фиг. 9 и 10): кюветы (7), выступы (8), расположенные в шахматном порядке в кюветах (7), бордюр (9), выемки (10) на боковых сторонах стенок кювет и бордюра. Опорные поверхности стенок кювет (7) и бордюра (9) выполнены мелкорифлеными.
Параметры выпуклой поверхности опорной площадки обеспечивают противоскользящее действие вследствие следующих особенностей ступания человека на опорную поверхность в первой фазе шага (см. стр. 62 книги Ю. П. Зыбина «Технология обуви. Часть 1.» - М.: Гизлегпром, 1953. - 204 с.). В первый момент соприкосновения каблука с опорной поверхностью продольный угол α между ней и ходовой поверхностью каблука, лежащий в вертикальной плоскости, совпадающей с направлением движения, составляет α=5-14°. Поперечный же угол β, лежащий в вертикальной плоскости, перпендикулярной направлению движения, находится в интервале β=0-20°. Конкретные значения этих углов зависят от индивидуальных особенностей походки человека и длины шага.
Поэтому для создания плоского контакта задней части каблука с опорной поверхностью в первой фазе шага каблук имеет опорную площадку с выпуклой поверхностью. Это обеспечивает образование на опорной площадке плоского пятна контакта при касании опорной поверхности благодаря деформации эластичного материала каблука. При этом пятно контакта образуется в той или иной зоне опорной площадки в зависимости от индивидуальных особенностей походки и длины шага человека.
Слабая выпуклость зоны (3) опорной площадки обеспечивает образование пятна контакта, симметричного направлению давления пятки стопы на каблучный узел обуви. Это способствует предотвращению поперечного скольжения каблука для носчиков, каблуки обуви которых не имеют бокового наклона при ходьбе (для них β=0).
Таким образом, выпуклая поверхность опорной площадки обеспечивает самоустановку задней части каблука в характерное для данного носчика положение и образование плоского пятна контакта с опорной поверхностью, что повышает устойчивость человека в первой фазе шага. Кроме этого в зоне пятна контакта имеются противоскользящие элементы, повышающие тормозящие действие каблука.
Размер пятна контакта опорной площадки каблука с опорной поверхностью грунта можно рассчитать, полагая, что выпуклая поверхность опорной площадки представляет собой часть поверхности сферы. Схема деформации поверхности эластичного шага с твердой плоскостью представлена на фиг. 11, где Р - сила, действующая на эластичный шар; r - радиус пятна контакта. Радиус пятна контакта можно определить по формуле Герца (см. формулу 23.1 на стр.627 книги «Справочник по сопротивлению материалов» /Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.  2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наукова думка, 1988. - 736 с.), которая для случая контакта эластичного шара с абсолютно твердой плоскостью принимает вид
,
1
1
где R- радиус эластичного шара; E- модуль упругости материала шара.
1
Определив графическим методом наименьший радиус кривизны выпуклой поверхности опорной площадки, дающий минимальные размеры пятна контакта, получим R=49 мм. Усилие на каблучную часть обуви в первой фазе шага человека достигает Р=52,2 кгс (см. статью В.Е. Горбачика, К.И. Кульпиной, Ю.П. Зыбина «Исследование распределения давления по плантарной поверхности стопы в обуви» // Изв. вузов. Технология легкой промышленности. - 1970, №2, с. 86-91). Модуль упругости подошвенных термоэластопластов, которые наиболее часто применяются для зимней обуви, лежит в интервале 4,6-20,0 МПа (см. стр.57 книги «Термоэластопласты». Под ред. В.В. Моисеева. - М.: Химия, 1985. - 184 с.).
min
1
max
1
Тогда получим, что даже при минимальном радиусе кривизны поверхности опорной площадки образуется пятно контакта, радиус которого лежит в интервале от r=9,55 мм (при Е=20 МПа) доr=15,59 мм (при Е=4,6 МПа).
Таким образом, при соприкосновении в первой фазе шага опорной площадки каблука с поверхностью образуется достаточно большое пятно контакта, что обеспечивает тормозящее действие расположенных на нем противоскользящих элементов.
min
Противоскользящие свойства опорной площадки в первой фазе шага оценивали путем экспериментального определения силы ее трения скольжения по обледенелым поверхностям асфальта, тротуарной плитки, а также по льду. Для этого задние части каблуков формованных подошв из термоэластопласта срезали вдоль оси симметрии каблуков под углами 5, 10 и 14° к их ходовой поверхности с образованием плоских сегментов со стрелой 20-25 мм. Из пластин 50×50×10 мм, содержащих противоскользящие элементы (см. прототип), вырезали образцы в виде кругов радиусом r=9,55 мм. Вырезанные образцы наклеивали на скошенную заднюю часть каблука и получали модель пятна контакта на опорной площадке, образующейся в первой фазе шага.
Для сопоставительной оценки противоскользящих свойств модели пятна контакта на опорной площадке определяли силу трения скольжения задней части каблуков, не имеющих опорной площадки. Схема устройства для проведения экспериментальных исследований представлена на фиг. 12, где показана подошва (11), закрепленная в кассете (12), которая соединена с салазками (13). Салазки устанавливали на опорную поверхность (14), на которою опиралась задняя часть каблука под углом α к его ходовой поверхности. При этом на заднюю часть каблука устанавливали груз (15) весом 10 кгс, что соответствует методу определения трения скольжения по ГОСТ 12.4.083-80. Угол α регулировали перемещением штока (16) кассеты (12) во втулке (17), закрепленной на салазках (13) после ослабления винта (18). Салазки (13) с подошвой (11) перемещали по опорной поверхности (14) с помощью тросика (19), связанного с механизмом привода.
Экспериментальные измерения проводили на модернизированном лабораторном стенде, оснащенном термостатической камерой для поддержания отрицательной температуры объектов исследования и устройством для записи сил трения скольжения (см. Статью Беличенко К.А., Карабанова П.С., Кашурниковой О.В., Юдакова Д.А. «Экспериментальный стенд для исследования показателей трения скольжения ходовой поверхности подошв по грунту» // Техническое регулирование - базовая основа качества материалов, товаров и услуг. - Междунар. сб. научн. тр. - Шахты, ЮРГУЭС. - 2011. - с. 110-111). Экспериментальные измерения проводили при температуре -2…-4°С. При определении силы трения скольжения образцов каблучной части подошв по опорным поверхностям отдельно измеряли силу трения скольжения салазок с установленным на них грузом без подошвы, значения которой вычитали из результатов основных измерений. Экспериментальные исследования показали, что угол α наклона ходовой поверхности каблука к опорной поверхности не влияет на силу трения скольжения (различия лежат в пределах статистической погрешности измерений).
Результаты расчета коэффициентов трения скольжения исследуемых объектов представлены в таблице
Опорная поверхность каблука
Коэффициент трения скольжения
По обледенелой поверхности
По льду
асфальт
тротуарной плитки
Ребро задней части (без опорной площадки)
0,109
0,088
0,048
Опорная площадка с противоскользящими элементами
0,203(86,2)*
0,194(120,5)*
0,098(104,2)*
*Примечание. В скобках указано процентное превышение показателя над показателем для образцов без опорной площадки.
Из данных таблицы следует, что опорная площадка на задней части ходовой поверхности каблука значительно повышает противоскользящие свойства каблука в первой фазе шага при ходьбе по скользким опорным поверхностям.