ХОДОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ С ПРОТИВОСКОЛЬЗЯЩИМИ СВОЙСТВАМИ
WALK SURFACE WITH ANTISKID PROPERTIES

Изобретение относится к обувной промышленности, а именно к подошвам обуви с противоскользящими свойствами.
Известны съемные противоскользящие устройства к обуви (RU 2085098 С1, МПК А43С 15/02, А43С 15/12, 1997; RU 2447820 С1, МПК А43С 13/00, 2010; RU 27994 U1, МПК А43С 15/02, 2002; RU 39789 U1, МПК А43В 13/00, А43С 15/00, 2004; RU 45905 U1, МПК А43С 15/02, 2005; ЕР 1459640 A1, МПК А43С 15/06, А43С 15/10, А43В 3/06, 2004; WO 2005009165 A1, МПК A43B 3/16, 2005; WO 2004041016 A1, МПК А43С 15/14, А43С 15/16, 2004; WO 2004071228 A1, 2004; SU 1784196 A1, А43С 15/00, 1990; SU 1736404 A1, А43С 15/00, 1988; SU 1246975 A1, А43С 15/00, 1985; SU 1681830 A1, А43С 15/00, 1987; SU 1759395 A1, А43С 15/00, 1990). Данные устройства крепятся к обуви подошвы для уменьшения скольжения по скользкой поверхности и при необходимости могут сниматься с обуви. Главными недостатками таких устройств являются сложность конструкции; неудобство эксплуатации, т.к. при необходимости ходьбы по обычным поверхностям устройство необходимо снимать; узкие функциональные возможности, т.е. применяется, как правило, для конкретной модели обуви определенного размера; ухудшение внешнего вида обуви.
Известны противоскользящие устройства в виде несъемных элементов на подошве из различных материалов (RU 2443376 С1, МПК А43С 15/14, 2008; RU 2387353 С2, МПК А43С 15/02, 2008; SU 1378807 A1, А43С 15/00, 1986; RU 2182809 С1, 7A43C 15/14, 2001; СССР 1000009, А43С 15/00, 1983), которые выдвигаются при необходимости ходьбы по скользким поверхностям. Основными недостатками таких устройств являются большое число элементов в его составе и связанная с этим сложность в изготовлении; возможность отказа в работе из-за попадания грязи; необходимость во многих случаях надежной герметизации соединения; неудобство эксплуатации, т.к. необходимо выдвигать шипы каждый раз при переходе на скользкую поверхность.
Известны устройства, предохраняющие обувь от скольжения при помощи несъемных элементов (RU 2401624 С1, МПК А43С 15/14, А43В 21/433, А43С 15/02, А43С 15/04, 2009; WO 2004021822 A1, A43C 15/04, A43C 15/06, 2004; FR 2850252 A1, A43C 15/09, A63C 13/00, 2004; RU 2149572 С1, 7A43C 15/02, 1999; RU 2132146 С1, 6A43C 15/00, 1998; SU 1279585 A1, 4A43C 15/00, 1984; SU 1590064 A1, A43B 13/22, 1988; RU 2009652 С1, 5A43C 15/14, 1990). Данные устройства хорошо предохраняют обувь от скольжения при гололеде и других случаях обледенения снежного покрова или пешеходных зон. Однако главным недостатком является то, что несъемные элементы постоянно контактируют с опорной поверхностью во время носки, и при использовании обуви на нескользкой поверхности происходит преждевременный их износ, а в помещениях пол может быть поврежден такими элементами. Также это приводит к чрезмерному износу несъемных элементов и делает необходимым частую смену обуви.
Известна конструкция подошвы (RU 2066967 С1, А43В 13/22, А43С 15/00, 1996 - прототип), образованная мелкими выступами, имеющими в поперечном сечении форму квадрата и отверстием в центре каждого из них. В отверстиях мелких выступов при ходьбе собираются крупные песчинки и мелкие камешки. Выступы объединены в группы, отделенные одна от другой впадинами. Каждая группа выступов размещена на площади с формой квадрата. В совокупности все перечисленное обеспечивает хорошее противоскольжение практически при всех вариантах скользкого покрытия дорог.
Недостатком прототипа является то, что его эффективность напрямую зависит от попадания в отверстия выступов песчинок и мелких камешков, которые, однако, часто оказываются вмерзшими в грунт. Кроме того, попавшие в отверстия выступов песчинки и камешки при переходе в помещениях могут повреждать напольные покрытия. При ходьбе по гладкому льду указанные отверстия в выступах могут играть роль присосок, однако реальные обледенелые поверхности не являются достаточно гладкими для реализации этого эффекта.
Задачей изобретения является повышение противоскользящих характеристик ходовой поверхности подошв при ходьбе по скользким поверхностям грунта.
Указанная цель достигается тем, что ходовая поверхность подошвы содержит 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.
В заявляемом изобретении выступы выполнены или круглого поперечного сечения диаметром 1,5-2,0 мм или квадратного поперечного сечения с размером стороны квадрата 1,5-2,0 мм и расположены в кюветах в шахматном порядке с расстоянием между центрами выступов 3,0-4,0 мм.
В заявляемом изобретении выступы выполнены вровень с опорной поверхностью стенок кювет, при этом высота выступов и глубина кювет равны между собой и составляют 4,0-8,0 мм.
В заявляемом изобретении между стенками соседних кювет, а также между стенками кювет и бордюрами имеются впадины в виде сообщающихся канавок глубиной 4,0-8,0 мм и шириной 3,0-7,0 мм.
В заявляемом изобретении ширина опорных поверхностей стенок кювет равна 3,0-6,0 мм, а опорных поверхностей бордюров - 6,0-10,0 мм, причем опорные поверхности стенок кювет и бордюров выполнены мелкорифлеными.
В заявляемом изобретении форма и размеры кювет, а также их взаимное расположение исключают наличие прямолинейных канавок, полностью пересекающих ходовую поверхность, заключенную между бордюрами. При этом протяженность прямолинейных участков канавок между кюветами ограничена либо преграждающей канавку стенкой соседней кюветы, либо изменением направления стенки кюветы, вдоль которой расположен этот прямолинейный участок канавки. Поэтому длина прямолинейного участка канавки не превышает длину наиболее протяженного прямолинейного участка внешней стороны стенки кюветы.
В заявляемом изобретении ширина опорной поверхности бордюров в передней части подошвы равна 14,0-20,0 мм, а в задней части - 16,0-22,0 мм, причем в уширенных частях бордюров имеются впадины, имеющие глубину 4,0-8,0 мм и ширину в их центральной части 3,0-6,0 мм, при этом вогнутые боковые стороны впадин имеют выемки.
В заявляемом изобретении выемки на боковых сторонах стенок кювет и боковых сторонах бордюров имеют форму правильных треугольных призм, плоскость основания которых параллельна опорным поверхностям стенок кювет и бордюров. При этом размер стороны треугольного основания призм равен 2,0-4,0 мм, высота призм равна 4,0-8,0 мм, а расстояние между центрами соседних оснований призм лежит в интервале от одного до двух размеров стороны треугольного основания призм.
При этом указанные размеры элементов ходовой поверхности определяются размером подошвы, а также видом и назначением обуви.
На фиг.1 представлена ходовая поверхность подошвы с противоскользящими свойствами; на фиг.2 и 3 - ходовая поверхность подошвы с разными вариантами форм и размеров кювет поверхности; на фиг.4 - элементы ходовой поверхности носочной части подошвы в увеличенном масштабе; на фиг.5 - элемент 1 на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг.6 - элементы ходовой поверхности пяточной части подошвы в увеличенном масштабе; на фиг.7 - разрез А-А на фиг.4 в увеличенном масштабе; на фиг.8 - схема тормозящего действия элементов ходовой поверхности подошвы; на фиг.9, 11 и 13 - образцы для экспериментального определения коэффициентов трения скольжения элементов ходовой поверхности подошвы; на фиг.10 - разрез Б-Б на фиг.9 в увеличенном масштабе; на фиг.12 - разрез В-В на фиг.11 в увеличенном масштабе.
Ходовая поверхность подошвы (фиг.1) содержит кюветы (1), бордюры (2) и (3), канавки (4) между кюветами, контурные канавки (5) и (6), лежащие вдоль бордюров, впадины (7) и (8). Кюветы имеют различные формы и размеры, которые определяют рельефный рисунок ходовой поверхности подошвы (варианты на фиг.2 и 3). Каждая из кювет образована замкнутыми стенками (9) (фиг.4), опорная поверхность которых выполнена мелкорифленой, а наружные боковые стороны стенок кювет имеют выемки (10). В кюветах в шахматном порядке расположены выступы (11).
Бордюр (2) выполнен по контуру носочно-пучковой и геленочной части до сечения через середину длины L подошвы, а бордюр (3) - по замкнутому контуру каблука (фиг.1). Опорная поверхность бордюров (2) и (3) выполнена мелкорифленой, а на их наружных и внутренних боковых сторонах имеются выемки (12) и (13) (фиг.5). Выемки (14) и (15) имеются также на боковых сторонах впадин (7) и (8) (фиг.4 и 6).
Конструкции рассмотренных элементов ходовой поверхности подошвы детализируются поперечным разрезом носочной части подошвы (фиг.7), где изображены: бордюр (2); опорная рифленая поверхность (16) бордюра; выемка (14); впадина (7); контурная канавка (5); стенка (9) кюветы; опорная рифленая поверхность (17) стенки кюветы; выступы (11).
Таким образом, ходовая часть подошвы содержит следующие элементы, оказывающие тормозящее действие при скольжении по грунту: боковые стороны бордюров (2) и (3), стенок (9) кювет, впадин (7) и (8), а также выемки (12), (13), (10), (14) и (15); опорные рифленые поверхности (16) и (17) и выступы (11).
Для рассмотрения противоскользящих свойств элементов ходовой поверхности подошвы необходимо отметить, что любая опорная поверхность грунта содержит неровности разных размеров, которые можно представить в виде крупных и мелких бугорков [Жихарев, Крагельский]. Крупные бугорки при контакте с подошвенным материалом деформируют его, поэтому при скольжении подошвы оказывают на нее заметное тормозящее действие. Мелкие бугорки ввиду их малости незначительно деформируют подошвенный материал, поэтому их тормозящее действие при скольжении несущественно. Однако мелкие бугорки способны оказывать тормозящее действие при контакте с чувствительными (легко деформируемыми) элементами ходовой поверхности, которыми являются выступы.
1
4
1
4
2
3
1
3
Противоскользящее действие элементов ходовой поверхности подошвы поясняется схемой их взаимодействия с опорной поверхностью грунта (фиг.8). При скольжении ходовой поверхности подошвы по опорной поверхности грунта крупные бугорки (18) упираются в боковые стороны стенок (9) кювет или бордюров и оказывают тормозящее действие (сила F). При скольжении подошвы крупные бугорки деформируют (выгибают) подошвенный материал и скользят относительно него, что вызывает тормозящую силу трения F. Суммарное тормозящее действие (F+F) из-за скольжения крупных бугорков относительно подошвенного материала довольно значительно. В дополнении к этому тормозящему действию появляются тормозящие силы F и F, которые возникают при зацепах выступов (11) за мелкие бугорки (19). Величина сил F и F мала, однако благодаря тому, что количество мелких бугорков велико (оно всегда значительно превышает количество крупных бугорков), велико также число выступов на ходовой поверхности подошвы (от 300 до 500), которые к тому же расположены в шахматном порядке, что повышает вероятность их зацепов за мелкие бугорки, суммарное тормозящее действие мелких бугорков достигает существенной величины. Кроме этого выступы зацепляются и за крупные бугорки, вызывая тормозящее усилие.
В случае скольжения подошвы по опорной поверхности грунта в каком-либо направлении возможности свободного прохода бугорков (18) и (19) по каналам (4) ограничены вследствие малой длины прямолинейных участков каналов, совпадающих с направлением скольжения. В результате бугорки натыкаются на боковые стенки кювет (1) или бордюров (2) или (3), что повышает общее тормозящее действие ходовой поверхности подошвы.
Дополнительное тормозящее действие оказывают многочисленные выемки (12), (13), (10), (16) и (17). Это тормозящее действие обусловлено попаданием бугорков и их «заклинивание» в клиновидных выемках. При этом, благодаря тому, что боковые стороны стенок кювет и бордюров, а вместе и ними и выемки расположены в разных направлениях, их тормозящее действие направлено в любом из направлений, противоположных направлению скольжения подошвы.
Как известно [см. стр.186 книги Михеевой Е.Я., Беляева Л.С. Современные методы оценки качества обуви и обувных материалов. М.: Легкая и пищевая промышленность - 248 с.], скольжение подошвы наиболее вероятно при ступании на опорную поверхность (первая фаза контакта подошвы с опорной поверхностью) и при отрыве от нее (четвертая фаза контакта).
На первой фазе подошва обуви опускается на опорную поверхность только пяточной частью [см. стр.96 книги Конструирование изделий из кожи: Ученик для студентов вузов / Ю.П. Зыбин, В.М. Ключникова, Т.С. Кочеткова, В.А. Фукин. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, - 246 с.], и в этот момент велика вероятность скольжения опорной ноги вдоль направления движения. Для предотвращения этого скольжения помимо тормозящего действия боковых стенок бордюра (3) впадины (8), а также рифленой поверхности бордюра (3) дополнительное сопротивление скольжению оказывают выемки (13) и (15), благодаря попаданию и «заклиниванию» в них бугорков опорной поверхности.
На второй и третьей фазах ходовая поверхность подошвы соприкасается с опорной поверхностью грунта полностью, и тормозящее действие оказывают все рассмотренные элементы подошвы.
На четвертой заключительной фазе подошва соприкасается с опорной поверхностью грунта только носочной частью. В этой фазе носочная часть подошвы отталкивается от грунта, что вызывает ее проскальзывание в направлении, противоположном направлению движения человека. Тормозящее действие, препятствующее этому проскальзыванию, оказывают боковые стороны бордюра (2), стенок кювет (1) и впадины (7), а также выемки (14), (13) и (10), в которые могут попасть бугорки при скольжении.
Выемки на наружных боковых поверхностях бордюров в передней части носка и задней части каблука подошвы не выполняют тормозящее действие, т.к. пяточная часть подошвы проскальзывает по грунту в направлении движения человека, а носочная часть - в направлении, противоположном движению. Поэтому в указанных частях бордюров выемки могут отсутствовать (фиг.1, 2, 3).
Таким образом, повышенные противоскользящие свойства предлагаемой ходовой поверхности подошвы обеспечиваются тем, что ее элементы оказывают тормозящее действие как при контакте с крупными неровностями (бугорками) грунта, так и при скольжении относительно мелких неровностей (бугорков). Кроме этого, противоскользящие элементы ходовой поверхности оказывают тормозящее действие на всех фазах контакта подошвы с опорной поверхностью грунта.
Противоскользящие свойства элементов ходовой поверхности подошв оценивали путем экспериментального определения коэффициента трения скольжения образцов подошвенных материалов при их скольжении по обледенелой поверхности асфальта, тротуарной плитки и по льду.
Для проведения экспериментальных исследований изготавливали образцы размером 50×50×10 мм из подошвенных термоэластопластов Sofprene 199N11565 (фиг.9-13), которые моделировали условия скольжения отдельных элементов ходовой поверхности по грунту. Опорные поверхности (поверхности скольжения) образцов выполнены мелкорифлеными, а размеры их противоскользящих элементов соответствовали размерам соответствующих элементов ходовой поверхности подошв. Для сопоставительного анализа противоскользящих свойств указанных образцов изготавливали также образцы с гладкой опорной поверхностью.
Опорная поверхность образцов на фиг.9 и 10 состоит из протекторов (20), разделенных друг от друга канавками (21), причем протекторы расположены вдоль и поперек направления скольжения образцов по опорной поверхности грунта. Эти образцы моделируют тормозящее действие опорных поверхностей бордюров и стенок кювет ходовой поверхности подошвы.
Опорная поверхность образцов на фиг.11 содержит кюветы (22) различной формы и размеров и расположенные в кюветах выступы (23). Эти образцы моделируют тормозящее действие участков ходовой поверхности подошвы, содержащих кюветы с выступами.
Образцы на фиг.13 имеют гладкую опорную поверхность, а на их торцевой стороне выполнены клиновидные выемки (24). Эти образцы моделируют тормозящее действие выемок на боковых сторонах стенок кювет и бордюров ходовой поверхности подошвы.
Экспериментальные измерения коэффициента трения скольжения проводили в соответствии с ГОСТ 12.4.083-80 с помощью модернизированного лабораторного стенда, оснащенного термостатической камерой для обеспечения отрицательной температуры и устройством записи силы 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 в международном сборнике научных трудов «Техническое регулирование: базовая основа качества материалов, товаров и услуг». Шахты, ЮРГУЭС, 2011].
Определение силы трения скольжения проводили при температуре внутрикамерного пространства, равной -10…-12°С. Результаты экспериментальных измерений и их сопоставительный анализ представлены в таблице.
Экспериментальная оценка противоскользящих свойств элементов ходовой поверхности подошвы
Опорная поверхность образца
Коэффициент трения скольжения
по обледенелой поверхности
по льду
асфальта
тротуарной плитки
Гладкая
0,130
0,115
0,073
Содержит поперечные и продольные канавки, разделенные стенками (фиг.9)
0,183 (40,8)*
0,145 (26,1)*
0,096 (31,5)*
Кюветы разных размеров с выступами (фиг.11)
0,238 (30,1)**
0,176 (21,4)**
0,116 (20,8)**
Гладкая с выемками на торцевой стороне (фиг.13)
0,164 (26,2)*
0,138 (20,0)*
0,082 (12,3)*
Примечание. В скобках указано процентное превышение показателя над показателем для образцов с гладкой опорной поверхностью (*) и содержащих поперечные и продольные канавки, разделенные стенками (**).
Из таблицы следует, что рассмотренные элементы ходовой поверхности подошвы обладают существенным тормозящим действием при скольжении по грунту. При этом очевидно, что совокупное тормозящее действие всех многочисленных элементов ходовой поверхности подошвы обеспечивает значительный противоскользящий эффект при ходьбе по обледенелым опорным поверхностям грунта.