СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ КАБЛУЧНОЙ ЧАСТИ ОБУВИ
STAND FOR DETERMINING STIFFNESS OF SHOES HEELS

Изобретение относится к области обувного производства, а именно к исследовательскому приборному комплексу, предназначенному для определения зависимости жесткости каблука при взаимодействии его с опорной поверхностью, что имеет место в фазе переднего толчка при ходьбе.
Уровень техники. Наиболее близким по технической сущности является выбранный за прототип прибор для испытания обувных материалов на сжатие (журнал «Кожевенно-обувная промышленность», №6, 2003 г.), копия статьи прилагается.
Прототип состоит из следующих основных частей: основание, направляющая, шток, диск и две пары часовых индикаторов перемещения. Подготовленный к испытанию образец устанавливается на основание соосно штоку с помощью специального шаблона. Нагружение образца производится путем установки на верхнюю поверхность диска плоских тарированных грузов. Диск изготовлен заодно со штоком. Использование для измерения каждого вида деформации двух индикаторов позволяет нивелировать возможные перекосы. Замеры деформаций образца осуществляются четырьмя индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм. Два индикатора, расположенные вертикально, фиксируют осевую деформацию. Их корпуса крепятся заодно с диском, а щупы упираются в основание. Изменение диаметра образца - поперечная деформация - фиксируется парой горизонтальных индикаторов. Они закреплены в специальных стойках, опирающихся на основание.
Причины, препятствующие получению требуемого результата
Прототип имеет недостаток, заключающийся в том, что он не имеет устройств определения усилий, приходящихся на каблук при различных углах наклона его к опорной поверхности, и соответствующих им величин деформаций. На прототипе можно измерить деформацию каблучной части только при нулевом угле наклона каблука к опорной поверхности, то есть когда ходовая плоскость каблука совпадает с плоскостью опорной поверхности. Такое положение соответствует лишь заключительному моменту фазы переднего толчка и поэтому величина жесткости каблучной части, определяемая этим способом, не может достоверно характеризовать процесс переднего толчка и быть использована при его математическом описании, на основании которого рассчитывается оптимальная жесткость каблука, обеспечивающая необходимую амортизацию тела человека.
Технический результат
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить комфортность обуви, сделать ее здоровьесберегающей за счет снижения реакции жесткой опоры, с помощью правильно подобранной расчетным путем жесткости каблучной части обуви. В этом случае основная нагрузка, приходящаяся на систему таза, позвоночный столб и нижние конечности человека в момент касания пяточной частью опорной поверхности, будет оптимальной, что позволит существенно уменьшить реакцию от жесткого основания к жизненно важным органам носчика обуви и снизит риск возникновения патологических изменений в организме человека.
Определение зависимости жесткости каблучной части обуви от угла наклона каблука и вызванное этим вступление в зону деформаций различных областей материала каблука осуществляется за счет возможности на стенде устанавливать обувь (надетую на колодку) под различным углом к горизонтали опорной площадки нагружения и устройств, позволяющих фиксировать обувь и соответственно каблук в каждом заданном угловом положении. Одновременно на стенде имеется грузовое устройство, позволяющее изменять усилие, прикладываемое к каблуку, сохраняя параллельность опорной нагрузочной площадки к горизонтали, то есть передача усилия на каблук происходит посредством горизонтальной опоры - нагрузочной площадки. Для этой цели верхний и нижний упоры для обуви имеют по три фиксируемые степени свободы.
Сущность изобретения
Изобретение направлено на решение задачи расширения технических возможностей здоровьесберегающей обуви за счет определения переменного параметра системообразующего элемента - жесткости каблучной части, который необходим для расчета оптимальной нагрузки, передающейся от жесткого основания к опорно-двигательному аппарату человека при ходьбе в фазе переднего толчка, что позволяет предотвратить негативные последствия, связанные с возникновением различных заболеваний.
Существенным отличием предлагаемого изобретения является то, что с помощью нагрузочной площадки и двух регулируемых упоров (верхнего и нижнего), имеющих по три фиксируемые степени свободы, можно проводить измерение деформации образца при различных углах наклона и различных нагрузках. По снятым значениям деформации и прикладываемым нагрузкам можно рассчитать жесткость каблука в зависимости от его угла наклона.
Стенд для определения жесткости каблучной части обуви содержит' основание, нагрузочный элемент, часовой индикатор перемещения, раму с силовым замыканием, прикрепленную к основанию, два регулируемых упора (верхний и нижний) с тремя степенями свободы, мультиплицирующий рычаг, передающий усилие от грузов к нагрузочной площадке и далее к каблучной части обуви. В узле нагружения имеется мультиплицирующий рычаг с разными плечами, причем длина плеча от опоры до нагрузочной площадки существенно меньше, чем от опоры до точки подвеса груза, что позволяет осуществлять силовое нагружение каблучной части обуви, используя малые грузы. Поворотный шарнир мультиплицирующего рычага размещается в раме. Мультиплицирующий рычаг в сечении выполнен в виде двутавра, что позволяет существенно снизить прогиб мультиплицирующего рычага и, таким образом, уменьшить поправку, вводимую в измеренную индикатором деформацию.
Верхний упор имеет возможность смещаться вдоль верхней части металлической рамы для настройки на размер образца, перемещаться по высоте за счет движения стержня упора и поворачиваться вместе с шарниром, что позволяет точно установить площадку упора на верхнюю базовую площадку колодки. Фиксирующий стержень входит в базирующее отверстие колодки, что дает возможность надежно и точно зафиксировать положение образца.
Нижний упор может смещаться вдоль нижней части металлической рамы, что позволяет настроиться на линейный размер образца, также имеет возможность изменять положение по высоте за счет ходовой резьбы в паре винт-гайка, а верхняя площадка упора самоустанавливается к нижней носочной части обуви за счет шарнира. Это дает возможность установить образец под заданным углом.
Часовой индикатор перемещения установлен на основании и соединен своим подвижным стержнем с плечом мультиплицирующего рычага. Деформация каблучной части определяется величиной замера часовыми индикатором перемещения, умноженной на соотношение плеч, и с учетом поправки на прогиб рычага.
В заключение данного раздела приведем основные его положения.
- Стенд имеет основание, часовой индикатор перемещения, грузы, содержит металлическую раму, закрепленную на основании, верхний и нижний упоры, мультиплицирующий рычаг с нагрузочной площадкой.
- Стенд оснащен мультиплицирующим рычагом, шарнирно закрепленным на металлической раме, который имеет нагрузочную площадку на одном конце, а на другом навеску грузов. Содержит также прорезь для прохода тяги нижнего упора, имеющего верхнюю площадку, свободно установленную на конечном шарнире, который жестко прикреплен к тяге, заканчивающейся ходовой резьбой, соединяющей тягу с гайкой, при этом гайка фиксируется крепежным винтом к нижней части металлической рамы.
- Стенд имеет верхний упор, прикрепленный к верхней части металлической рамы, содержащий фиксирующий стержень, который одним концом жестко соединен с опорной площадкой, а верхней частью проходит через сквозное отверстие в поворотном шарнире. Фиксирующий стержень закрепляется стопорным винтом. При этом поворотный шарнир фиксируется в обойме, прикрепленной к соединительному звену. Соединительное звено верхним концом прикреплено к ползуну, позиционируемому и фиксируемому на верхней части металлической рамы верхним крепежным винтом.
Перечень чертежей
На чертеже изображен стенд, представляющий собой металлическую раму, жестко закрепленную на основании, нагрузочный элемент, часовой индикатор перемещения, верхний и нижний упоры, мультиплицирующий рычаг, имеющий с одной стороны нагрузочную площадку для образца, с другой - подвеску грузов.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Описание конструкции в статическом состоянии
Предлагаемая конструкция стенда представляет собой металлическую раму 1, жестко закрепленную на основании. К правой стойке рамы шарнирно прикреплен мультиплицирующий рычаг 2. К концу рычага, расположенному внутри рамы, жестко прикреплена металлическая нагрузочная площадка 3, геометрические размеры которой позволяют размещать на ней каблучную часть испытуемого образца в виде обуви, надетой на колодку. На другом конце мультиплицирующего рычага размещаются грузы 4 различной массы. На мультиплицирующем рычаге 2 имеется прорезь, через которую проходит тяга 18. Изменение положения рычага фиксируется с помощью индикатора перемещения часового типа 5, который верхним подвижным концом упирается в мультиплицирующий рычаг 2. К верхней планке металлической рамы прикреплен верхний упор, который имеет опорную площадку 6 для фиксации положения испытуемого образца, контактирующую с верхней базовой площадкой колодки. Также верхний упор содержит фиксирующий стержень 7, который одним концом жестко соединен с опорной площадкой 6, а другим входит в базирующее отверстие колодки. Соединительный стержень 8 в нижней части жестко соединен с опорной площадкой 6, а верхней частью проходит через сквозное отверстие в поворотном шарнире 9, где его положение закрепляется стопорным винтом 10, что позволяет регулировать положение соединительного стержня 8 по высоте. Поворотный шарнир 9 расположен в обойме 11 с возможностью совершать поворотные движения, положение которого устанавливается фиксирующим винтом 12. Обойма 11 прикреплена к соединительному звену 13, которое верхним концом жестко прикреплено к ползуну 14, который позиционируется и фиксируется на верхней части металлической рамы верхним крепежным винтом 15. Нижний упор состоит из верхней площадки 16, свободно установленной на конечном шарнире 17, который жестко прикреплен к тяге 18, заканчивающейся ходовой резьбой. Ходовая резьба тяги 18 входит в гайку 19, которая может смещаться вдоль нижней части металлической рамы 1 и фиксироваться в заданном положении нижним крепежным винтом 20 в одном из ряда отверстий, имеющихся в нижней части металлической рамы 1. Тяга 18 проходит через прорезь мультиплицирующего рычага 2. Индикатор перемещения часового типа 5 нижним подвижным концом закрепляется винтом к стойке 21.
Устройство в динамическом состоянии
Образец, представляющий собой обувь, надетую на колодку, устанавливается каблучной частью на нагрузочную площадку 3 мультиплицирующего рычага 2. К вертикальной проекции пучковой части образца на нижнюю часть металлической рамы 1 подводится гайка 19, соединенная с винтовой частью тяги 18. Вращением винта тяги 18 поднимается верхняя площадка 16, которая автоматически, относительно плоскости подошвы, устанавливается на конечном шарнире 17, в зависимости от требуемого угла наклона каблука к нагрузочной площадке 3. Величина требуемого угла задается посредством углового шаблона. Фиксация положения образца осуществляется верхним упором. Ползун 14 смещается по верхней части металлической рамы 1 таким образом, чтобы опорная площадка 6 могла занять параллельное положение относительно базовой площадки колодки. Затем опорную площадку 6 с фиксирующим упором 7 опускают на базовую площадку колодки, так чтобы сохранялась их параллельность друг относительно друга. При этом фиксирующий стержень 7 входит в базовое отверстие колодки и своей боковой поверхностью фиксирует положение образца относительно нагрузочной площадки 3. Положение соединительного стержня 8 по высоте относительно поворотного шарнира 9 фиксируется стопорным винтом 10, а угловое положение соединительного стержня 8, определяемое поворотом шарнира 9, закрепляется фиксирующим винтом 12. К правому концу мультиплицирующего рычага 2 подводится индикатор перемещения 5, находящийся на стойке 21. Контакт верхнего подвижного конца индикатора перемещения 5 с нижней плоскостью мультиплицирующего рычага 2 осуществляется посредством подъема нижнего конца индикатора перемещения 5 в вилкообразной части стойки 21, где он закрепляется винтом. На правый конец мультиплицирующего рычага 2 навешены грузы 4 требуемой массы. Постепенное нагружение конца мультиплицирующего рычага 2 помощью набора грузов 4 приводит к его перемещению и, посредством давления нагрузочной площадки 3 на каблучную часть, происходит деформация каблука, которая фиксируется индикатором перемещения 5.
Пример методики проведения расчета жесткости каблучной части обуви
1
2
3
После установки образца на заданный угол α, производится последовательное нагружение образца грузами заданных величин mg, mg, mg … (g - ускорение свободного падения).
1
2
3
При каждом нагружении замеряется перемещение, путем записывания показаний индикатора t, t, t… .
Перемещение индикатора переводим в деформацию каблучной части:
i
i
1
2
Δl=t·l/l,
1
где l - расстояние от шарнира на правой боковой части металлической рамы до точки контакта каблучной части с нагрузочной площадкой;
2
l - расстояние от шарнира до точки контакта часового индикатора с мультиплицирующим рычагом.
Жесткость определяется как
i
C=F/Δl,
тогда
1
1
i
C=mg/Δl.
Усредненная жесткость для заданного угла α будет
где n - число замеров при различных значениях грузов.