Ходовая поверхность подошвы с противоскользящими свойствами

Полезная модель 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 А43 В 13/00, А43С 15/00, 2004; RU 45905 U1, МПК А43С 15/02, 2005; ЕР 1459640 А1, МПК А43С 15/06, А43С 15/10, А43 В 3/06, 2004; WO 2005009165 А1, МПК А43 В 3/16, 2005; WO 2004041016 А1, МПК А43С 15/14, А43С 15/16, 2004; WO 2004071228 А1, 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; RU 148738, А43 С13/00, 2014). Эти устройства крепятся к обуви 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 C1, 7А43С 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, А43С 15/04, А43С 15/06, 2004; FR 2850252 A1, А43С 15/09, А63С 13/00, 2004; RU 2149572 C1, 7А43С 15/02, 1999; RU 2132146 C1, 6А43С 15/00, 1998; SU 1279585 A1, 4 А43С 15/00, 1984; SU 1590064 A1, А43В 13/22, 1988; RU 2009652 C1, 5А43С 15/14, 1990). Данные устройства хорошо предохраняют обувь от скольжения по обледенелой поверхности. 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. Кроме того, постоянный контакт с разными поверхностями приводит к чрезмерному износу несъемных элементов.
Известно антискользящее устройство (RU 2630205, А43 С15/14, 05.09.2017) в виде плоскостной замкнутой гибкой оболочки, расположенной между обувной подошвой и стелькой, объем которой через отверстие связан с сильфоном, расположенным в подошве, на котором могут крепиться с возможностью замены шип или пористая резина, при этом объем гибкой оболочки заполнен воздухом или водой, имеющими избыточное давление. Недостатком данной конструкции является сложность устройства, требование поддержания избыточного давления в камере и необходимость замены шипа или пористой резины в зависимости от состояния опорной поверхности.
Известно антискользящее приспособление (RU 2009111542, А43 В13/22, 2010) в виде шипов, встроенных в подошву и выдвигающихся за счет веса человека, а также блокиратор шипов, приводимый в действие ударом носка другого ботинка. К недостаткам этого приспособления можно отнести сложность конструкции и необходимость его включения и отключения.
Известно техническое решение (RU 2400113, А43С 15/14, А43С 15/04, А43В 13/26, А43В 21/36, 2010), позволяющее упростить конструкцию противоскользящего средства и повысить удобство использования за счет автоматически срабатываемого механизма, использующего эффект проскальзывания, при этом не требуется производить включение и выключение устройства. Недостатком данного техническое решения является сложность изготовления подобной обуви и невысокая эффективность противоскольжения из-за того, что тормозящие элементы включаются в действие после начала скольжения, когда скольжение уже невозможно предотвратить.
Известны противоскользящие средства (RU 2387353 С2, А43С 15/02, 2010; RU 2428086 C1, А43С 15/02, 2011), содержащие размещенную в теле подошвы герметичную емкость, выполненную в виде осесимметричной эластичной оболочки, снабженной шипом, расположенным снаружи в нижней части оболочки. Технические решения позволяют легко менять противоскользящие средства при выходе из строя, а заполнение оболочек повышают прочность противоскользящего средства и его упругие свойства. При этом возрастает износостойкость устройства за счет увеличения рабочих циклов по замораживанию-оттаиванию. Недостатками являются сложности в изготовлении устройства и необходимость замены оболочек с шипами.
Известны конструкции подошв (RU 2066967 C1, А43 В13/22, А43С 15/00, 1996; RU 53852, А43В 13/00, 2006; RU 2055867, А43В 13/00, 1995), рисунок протектора которых имеет выступы, позволяющие зацепляться за бугорки (неровности) на поверхности грунта. Однако эффективность противоскольжения данных подошв напрямую зависит от наличия неровностей на опорных поверхностях и от попадания в отверстия выступов песчинок и мелких камешков, которые, однако, часто оказываются вмерзшими в грунт.
Известна конструкция подошвы (RU 2519944, А43В 13/22, 2014 - прототип), образованная выступами, расположенными 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, при этом 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 то, что противоскользящее действие выступов сравнительно невелико, т.к. оно проявляется в основном при их контакте с мелкими неровностями (бугорками) опорной поверхности. Кроме этого, пространство между боковыми поверхностями выступов может легко заполняться грязью, снегом и другими твердыми частицами, что существенно снижает эффективность противоскользящего действия выступов.
Целью полезной модели является повышение противоскользящих характеристик ходовой поверхности подошв при ходьбе по скользким поверхностям грунта.
Указанная цель достигается тем, что ходовая поверхность подошвы содержит кюветы, которые обрамлены бордюрами, выполненными по контуру носочно-пучковой части 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. 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. Ширина опорных поверхностей стенок кювет равна 3,0-6,0 мм, причем опорные поверхности стенок кювет выполнены мелкорифлеными, а форма и размеры кювет, а также их взаимное расположение исключают наличие прямолинейных канавок, полностью пересекающих ходовую поверхность, заключенную между бордюрами. Протяженность прямолинейных участков канавок между кюветами ограничена либо преграждающей канавку стенкой кюветы, либо изменением направления стенки кюветы, вдоль которой расположен этот прямолинейный участок канавки. В результате этого длина прямолинейного участка канавки не превышает длину наиболее протяженного прямолинейного участка внешней стороны стенки кюветы. 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. 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. 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.
В бордюрах со стороны их опорной поверхности выполнены прерывистые канавки, длина которых ограничена поперечными перемычками, причем прерывистые канавки расположены эквидистантно относительно боковых поверхностей бордюров. Прерывистые канавки и кюветы заполнены вспененным подошвенным материалом, из которого образованы рельефные опорные поверхности в виде рыбьих чешуек.
В заявляемой полезной модели ширина опорных поверхностей бордюров составляет 10,0-14,0 мм, причем в передней части носка подошвы и в задней части каблука ширина опорных поверхностей бордюров равна 18,0-22,0 мм. Прерывистые канавки имеют длину 30,0-40,0 мм, ширину 4,0-8,0 мм, глубину 3,0-5,0 мм, а ширина перемычек между соседними прерывистыми канавками равна 4,0-8,0 мм, при этом опорные поверхности бордюров, опоясывающие прерывистые канавки, выполнены мелкорифлеными.
В заявляемой полезной модели рельефные опорные поверхности в виде рыбьих чешуек образованы из фрагментов круглых полуцилиндров, плоскости оснований которых составляют с плоскостью, лежащей на опорной поверхности подошвы угол 15-20°. Полуцилиндры расположены эквидистантно и образуют ряды в двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем каждый из рядов смещен относительно прилегающего к нему ряда на величину радиуса оснований полуцилиндров. При этом поверхности оснований полуцилиндров простираются за пределы этих оснований до боковых цилиндрических поверхностей соседних полуцилиндров. Точки на середине полуокружностей оснований полуцилиндров расположены по высоте вровень с опорной поверхностью подошвы.
В заявляемой полезной модели полуцилиндры, образующие рельефную поверхность в кюветах, расположены таким образом, что секущие плоскости, разделяющие полуцилиндры на две равные части, параллельны продольной оси подошвы. При этом цилиндрические поверхности полуцилиндров, расположенных в кюветах, выполненных в носочно-пучковой и геленочной частях ходовой поверхности подошвы, обращены в сторону каблука, а цилиндрические поверхности полуцилиндров, расположенных в кюветах, выполненных на ходовой поверхности каблука, обращены к носочной части подошвы.
В заявляемой полезной модели полуцилиндры, образующие рельефную поверхность в прерывистых канавках, расположены таким образом, что секущие плоскости, разделяющие полуцилиндры на две равные части, перпендикулярны касательным к продольным контурам прерывистых канавок в точках пересечения продольных контуров с секущими плоскостями. Цилиндрические поверхности полуцилиндров в прерывистых канавках бордюра, выполненного по контуру носочно-пучковой и геленочной частей ходовой поверхности подошвы, обращены к внутренней части подошвы. При этом цилиндрические поверхности полуцилиндров в прерывистых канавках бордюра, выполненного по наружному контуру каблука, обращены к внутренней части каблука, а цилиндрические поверхности полуцилиндров в прерывистых канавках бордюра, выполненного по фронтальному контуру каблука, обращены к носочной части подошвы.
3
В заявляемой полезной модели вспененный подошвенный материал в кюветах и в прерывистых канавках имеет плотность 400-550 кг/м.
В заявляемой полезной модели радиус оснований полуцилиндров равен 1,5-3,0 мм.
При этом размеры элементов ходовой поверхности определяются в пределах указанных диапазонов в зависимости от размера подошвы, вида и назначения обуви.
На фиг. 1 представлена ходовая поверхность с противоскользящими свойствами; на фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2 в увеличенном масштабе; на фиг. 4 - элемент II (кювета) на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4 в увеличенном масштабе; на фиг. 6 и 7 - образцы для экспериментального определения коэффициентов трения скольжения элементов ходовой поверхности подошвы по опорной поверхности грунта.
1
Ходовая поверхность подошвы, имеющей продольную ось АА, (фиг. 1) содержит кюветы (1), обрамленные бордюрами (2). В бордюрах имеются прерывистые канавки (3) (фиг. 1 и 3). В кюветах и в прерывистых канавках выполнена рельефная опорная поверхность в виде рыбьих чешуек (фиг. 2 и 4).
Характер расположения противоскользящих элементов на ходовой поверхности подошвы и их конструктивные параметры представлены на фиг. 2, 3, 4 и 5, где изображены: основание (4) и цилиндрические поверхности (5) полуцилиндров; поверхность (6) (заштрихована), простирающаяся за пределы оснований полуцилиндров; поперечная перемычка (7); мелкорифленая поверхность (8) и (9) бордюра и кюветы соответственно; вспененный подошвенный материал (10); h и b - глубина и ширина прерывистых канавок; r - радиус основания полуцилиндров; а - точка на середине полуокружности полуцилиндров; а - угол наклона основания полуцилиндров с плоскостью, лежащей на ходовой поверхности подошвы.
Вспененный материал в кюветах и прерывистых канавках, благодаря его высокой эластичности, способен оказывать противоскользящее действие при скольжении подошвы относительно мелких неровностей (бугорков) на опорной поверхности грунта подобно выступам в кюветах, заявленных в прототипе. Кроме этого, вспененный материал низкой твердости и высокой эластичности обладает повышенным коэффициентом трения скольжения по грунту (см. стр. 273 книги Материаловедение изделий из кожи: Учеб. для вузов / К.М. Зурабян, Б.Я. Краснов, М.М. Бернштейн. - М.: Легпромбытиздат, 1988. - 416 с.). Более того, рельефная ходовая поверхность в виде рыбьих чешуек дополнительно способна оказывать противоскользящее действие за счет зацепов чешуек за неровности (бугорки) опорной поверхности грунта. Так, чешуя змей обеспечивает их эффективное перемещение за счет зацепов чешуек за неровности грунта (см. книгу Банникова А.Г. Жизнь животных. Земноводные, пресмыкающиеся: в 6-ти томах. Т. 4, 4.2. - 1-е издание. - М.: Просвещение, - 1969. - 488 с.).
Таким образом, предлагаемая чешуйчатая ходовая поверхность, выполненная из вспененного подошвенного материала, обладает повышенными антискользящими свойствами.
Известно, что проскальзывание подошвы при ходьбе человека по скользкому грунту наиболее вероятно при ступании на опорную поверхность (первая фаза контакта подошвы с опорной поверхностью) и при отрыве от нее в четвертой фазе контакта (см. стр. 186 книги Михеевой Е.Я., Беляева Л.С.Современные методы оценки качества обуви и обувных материалов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 248 с.).
В первой фазе подошва контактирует с опорной поверхностью только пяточной (каблучной) частью (см. стр. 96 книги Конструирование изделий из кожи: Учеб. для студентов вузов / Ю.П. Зыбин, В.М Ключникова, Т.С. Кочеткова, В.А. Фукин. - М.: Легкая и пищевая промышленность, - 1982. - 265 с.), и в этой фазе велика вероятность скольжения ноги в направлении движения человека. Сопротивление этому скольжению, помимо прочих антискользящих элементов ходовой поверхности подошвы, оказывают чешуйки рельефа внутри кювет и в прерывистых канавках задней части каблука, тормозящие цилиндрические поверхности которых направлены к носочной части подошвы, т.е. в направлении ее вероятного скольжения (фиг. 1).
В четвертой фазе подошва контактирует с опорной поверхностью грунта только носочной частью. В этой фазе носочная часть подошвы отталкивается от опорной поверхности грунта, что вызывает ее проскальзывание в направлении, противоположном направлению движения человека. Для сопротивления этому скольжению тормозящие цилиндрические поверхности чешуек в кюветах и в прерывистых канавках в носочной части подошвы направлены к каблучной части подошвы (фиг. 1).
Сопротивление скольжению подошвы в боковых направлениях на всех фазах ее контакта с опорной поверхностью (помимо прочих антискользящих элементов) оказывают тормозящие цилиндрические поверхности чешуек, расположенных в прерывистых канавках и которые направлены в сторону возможного бокового скольжения подошвы (фиг. 1 и 2).
Противоскользящие характеристики предлагаемых элементов ходовой поверхности подошв оценивали путем экспериментального определения коэффициентов трения скольжения образцов, содержащих эти элементы. Определение фрикционных характеристик проводили по ГОСТ 12.4.083. - 80 с помощью модернизированного лабораторного стенда, оснащенного устройством записи силы трения скольжения и термостатической камерой для обеспечения отрицательной температуры испытаний (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. науч. трудов. - Шахты: ЮРГУЭС, 2011. - С. 110-111.).
Для экспериментальных исследований изготавливали два вида образцов размером 50×50×10 мм из подошвенного термоэластопласта Sofprene 199N11565. Образцы первого вида содержали кюветы с цилиндрическими выступами (фиг. 6). Образцы этого вида заявлены в прототипе. Образцы второго вида содержали кюветы с закрепленными в них вкладышами из вспененного материала разной плотности, поверхность которых представляла собой рельеф в виде рыбьих чешуек (фиг. 7). При этом вкладыши изготовляли из композиции на основе ЭВА (сополимера этилена с винилацетатом), плотность которой регулировали от 1050 кг/м (непористый материал) до 270 кг/м.
Фрикционные характеристики образцов определяли при их скольжении по обледенелым поверхностям асфальта, тротуарной плитки и по льду.
Экспериментальные исследования проводили при температуре внутрикамерного пространства лабораторного стенда, равной -10…-12°С.
Результаты экспериментальных измерений и их сопоставительный анализ представлены в таблице.
Примечание. В скобках указано процентное превышение (знак «+») или снижение (знак«-») показателя по отношению к показателю прототипа. Процентное изменение показателя менее 8% лежит в пределах доверительной ошибки его экспериментального определения.
Из таблицы следует, что наиболее высоким коэффициентом трения скольжения обладают образцы с вставками из материала средней плотности, равной 490 кг/м.
Следует отметить, что предлагаемые противоскользящие элементы, изготовленные из непористого материала, или наоборот из материала низкой плотности повышают силу трения скольжения в сравнении с прототипом незначительно или вовсе не повышают ее. Это объясняется противоположным действием на силу трения скольжения двух основных факторов, зависящих от плотности материала и, следовательно, от его модуля упругости.
Этими факторами являются площадь фактического контакта образца с опорной поверхностью (уменьшается с повышением плотности материала) и упругое противодействие скольжению при контакте материала с неровностями (бугорками) на опорной поверхности (уменьшается при снижении плотности материала).
Таким образом, заявляемые противоскользящие элементы ходовой поверхности подошвы, выполненные из вспененного материала средней плотности, обеспечивают существенное повышение коэффициентов трения при скольжении по скользким поверхностям различного типа.