АМОРТИЗИРУЮЩИЙ КАБЛУК Российский патент 2003 года по МПК A43B21/08 A43B21/26 

Изобретение относится к легкой промышленности, в частности к обувной, и представляет собой амортизирующий каблук.

Предлагаемый каблук рекомендуется при производстве обуви повышенной комфортности, для оптимизации нагрузки, передающейся на тело человека при ходьбе по жесткой поверхности (асфальт, бетон).

Известны следующие основные направления, способствующие повышению амортизирующих свойств каблука: использование внутренних замкнутых камер, заполненных жидкостью или газом, механических пружинных устройств, специальные конструкции каблука с выемкой по пяточному закруглению.

За прототип принят наиболее близкий к предложенному каблук, состоящий из двух частей: жесткого корпуса, центральная часть которого имеет сквозное отверстие, и мягкой вставки, соединенной с жестким корпусом. (Патент US 4783910, кл. А 43 В 7/32, опубл.5.11.1988). Форма амортизирующей вставки подобна форме каблука, но имеет уменьшенные размеры.

Недостатком конструкции прототипа является то, что амортизирующая вставка заполняет лишь центральную часть каблука, а задняя поверхность выполнена из жесткого материала, что при такой форме каблука не обеспечивает эффективное снижение пиков передаваемой нагрузки в фазе начального касания пяткой опорной поверхности, возникающих при ходьбе. Реакция опорной поверхности (асфальта, бетона) воспринимается жесткой частью каблука и передается по ней же к периферийным участкам пяточной части носчика. Только центральная часть пятки, опирающаяся на мягкий вкладыш, будет сглаживать пики усилий реакции опоры. Таким образом, будет осуществляться лишь частичная амортизация, при этом новое распределение давлений не будет соответствовать естественному нагружению пятки, большая часть нагрузки будет приходиться на периферийную зону, а центральная часть, где расположена пяточная кость, будет воспринимать меньшую нагрузку.

Цель изобретения - снизить нагрузки, передаваемые на тело человека во время ходьбы в фазе начального касания пяткой опорной поверхности,за счет изменения формы вставки и правильного подбора материала. В этой фазе кости голени и бедра спрямлены, реакция жесткой опоры практически без амортизации передается к жизненноважным органам человека, вызывая патологические изменения, прежде всего в позвоночном столбе.

Опасная фаза, характеризуемая интенсивностью нарастания нагрузки, заканчивается при ходьбе со средней скоростью V=5 км/ч через 0,05 с в момент, когда между берцовой костью и голенью нарушается прямолинейность, и амортизация осуществляется за счет работы связок между ними.

В момент времени t=0,05 с поверхность опоры ходовой части каблука составляет примерно 1/3 общей площади каблучной части, а опора пяточной части стопы на контактирующую поверхность может быть представлена в виде сложной пространственной эпюры, определяемой на системе PAROTEK (фиг.1).

Силовые потоки, идущие от опоры к пяточной части стопы, характеризуются сложной фигурой, показанной на фиг.2.

Поставленная цель достигается следующим образом.

Амортизирующий каблук состоит из двух частей, жесткого корпуса и амортизирующей вставки. Жесткий корпус имеет ступенчатую форму, его нижнее основание представляет собой сплошную поверхность в виде набойки, а верхнее основание - подковообразную форму. Высота жесткого корпуса равна высоте каблука. Амортизирующая вставка представляет собой пространственную фигуру, нижняя поверхность которой имеет форму сегмента круга, верхняя - форму овала, размер которого определен эпюрой давлений, возникающих при контакте пятки со стелькой, и нижняя поверхность вставки имеет плавный переход к верхней поверхности. Амортизирующая вставка соединена с жестким корпусом так, что нижнее основание вставки контактирует с выступом жесткого корпуса, а верхнее основание вставки и жесткого корпуса образуют одну поверхность. Каблук изготовлен методом литья под давлением с использованием литьевого агрегата роторного типа с двумя инжекционными узлами.

Данное изобретение поясняется чертежами:
на фиг. 1 - пространственная эпюра опоры пяточной части стопы на контактирующую поверхность;
фиг.2 - силовые потоки, идущие от опоры к пяточной части стопы;
фиг.З - жесткий корпус каблука;
фиг.4 - амортизирующая вставка;
фиг.5 - конструкция каблука в сборке;
фиг.6 - верхняя и нижняя поверхности вставки.

Конструкция амортизирующего каблука состоит из двух частей: жесткого корпуса и амортизирующей вставки. На фиг. 3 показан жесткий корпус каблука, выполненный из достаточно прочного износостойкого материала, имеющего привлекательный внешний вид. В жестком корпусе, имеющем ступенчатую форму, его нижнее основание представляет собой сплошную опорную поверхность в виде набойки, а верхнее основание -подковообразную форму. Высота жесткого корпуса равна высоте каблука.

На фиг. 4 показана амортизирующая вставка, представляющая собой пространственную фигуру, нижняя поверхность которой имеет форму сегмента круга, верхняя - форму овала, размер которого определен эпюрой давлений, возникающих при контакте пятки стопы со стелькой. Нижняя поверхность вставки имеет плавный переход к верхней поверхности. Амортизирующая вставка соединена с жестким корпусом так, что нижнее основание вставки контактирует с выступом жесткого корпуса, а верхнее основание вставки и жесткого корпуса образуют одну поверхность. Вставка имеет жесткость значительно ниже жесткости корпуса, а нижний выступ жесткого корпуса способен изгибаться при наступании на него и таким образом передавать деформации на амортизирующую вставку.

Амортизирующий каблук изготовлен литьевым методом с использованием литьевого агрегата роторного типа с двумя инжекционными узлами в два этапа. Общий вид амортизирующего каблука представлен на фиг.5. Для подбора соответствующего материала вставки необходимо рассчитать модель упругости, для чего нужно предварительно определить площади поверхности вставки. Площади нижней А_Н и верхней А_В поверхностей вставки (фиг.6), а также среднюю А_ср площадь вставки найдем, как
A_Н=[Lxr-a(r-h)/2=100x44-70(44-27)]/2=1605 мм²;
А_В=2475 мм²;
Acp=(A_Н+A_Н)/2⁼2040 мм²,
где А_Н - площадь нижней поверхности вставки;
А_В - площадь верхней поверхности вставки;
А_ср - средняя площадь;
L - длина дуги нижней поверхности вставки;
r - длина хорды нижней поверхности вставки;
а - ширина сегмента круга нижней поверхности;
h - высота сегмента круга нижней поверхности.

Известно, что для амортизации при ходьбе по твердому грунту необходимо, чтобы каблук деформировался на 3 мм (ΔН).

Высоту вставки найдем, как
Н=Н_к-1=30-6=24 мм,
где Н - высота вставки;
Н_к - высота каблука;
t - высота ступеньки выступа.

Из формулы деформации
ΔН=FH/EAcp,
где ΔН - величина деформации;
F - масса;
Е - модуль упругости вставки.

Находим модуль упругости Е вставки, принимая F=mg (m=70 кг)
E = FH/ΔHA_ср, Е=(700x24)/(3x2040)=2,7 МПа
В качестве материала для амортизирующей упругой вставки предлагается пористая резина ВШ или вспененный ПУ, модуль упругости которых соответствует расчетному. Изготавливать же весь каблук из указанных материалов нецелесообразно по ряду причин: такой каблук не обеспечит боковой устойчивости, кроме того, мягкие материалы подвержены быстрому износу и др.

Таким образом, предлагаемая форма амортизирующего каблука обеспечивает не только амортизацию, но и достаточную износостойкость и боковую устойчивость за счет жесткого корпуса.

Амортизирующий каблук изготовлен литьевым методом с использованием литьевого агрегата роторного типа с двумя инжекционными узлами. Процесс литья происходит в 2 этапа. На первом этапе - литье жесткого корпуса из материала жесткой структуры. При этом пресс-форма закрыта сверху пуансоном, соответствующим ступенчатой форме жесткого корпуса. Впрыск материала производится через первый инжекционный узел. Формование жесткого корпуса производится в пресс-форме под давлением. Затем пуансон поднимается, а его место занимает другой пуансон, соответствующий по форме амортизирующей вставке. При этом между вторым пуансоном и пресс-формой остается пространство для литья второго материала мягкой структуры. Производится впрыск через второй инжекционный узел. Под давлением происходит формование амортизирующей вставки и соединение ее с жестким корпусом.

Амортизирующий каблук включает в себя упругую вставку и достаточно жесткую внешнюю часть. Упругая вставка повторяет форму потока силовых линий, распространяющихся от опорного сегмента нижней поверхности каблука до овальной части верхней поверхности вставки, контактирующих с пяткой носчика. Конструкция каблука позволяет самортизировать наиболее опасную силовую реакцию опоры, имеющей место при спрямленных костях голени и бедра, при одновременном сохранении износостойкости каблука боковой устойчивости и привлекательного внешнего вида. Амортизирующий каблук состоит из двух частей - жесткого корпуса и амортизирующей вставки. Жесткий корпус имеет ступенчатую форму, его нижнее основание представляет собой сплошную поверхность в виде набойки, а верхнее основание - подковообразную форму. Высота жесткого корпуса равна высоте каблука. Амортизирующая вставка представляет собой пространственную фигуру, нижняя поверхность которой имеет форму сегмента круга, а верхняя - форму овала, размер которого определен эпюрой давлений, возникающих при контакте пятки со стелькой. Нижняя поверхность вставки имеет плавный переход к верхней поверхности. Амортизирующая вставка соединена с жестким корпусом так, что нижнее основание вставки контактирует с выступом жесткого корпуса. Верхнее основание вставки и жесткого корпуса образуют одну поверхность. Технический результат данного каблука - снизить нагрузки, передаваемые на тело человека во время ходьбы в фазе начального касания пяткой опорной поверхности за счет изменения формы вставки и правильного подбора материала. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Амортизирующий каблук, состоящий из двух частей, жесткого корпуса и амортизирующей вставки, отличающийся тем, что жесткий корпус имеет ступенчатую форму, его нижнее основание представляет собой сплошную поверхность в виде набойки, а верхнее основание - подковообразную форму и высота жесткого корпуса равна высоте каблука, причем амортизирующая вставка представляет собой пространственную фигуру, нижняя поверхность которой имеет форму сегмента круга, а верхняя - форму овала, размер которого определен эпюрой давлений, возникающих при контакте пятки со стелькой, и нижняя поверхность вставки имеет плавный переход к верхней поверхности, причем амортизирующая вставка соединена с жестким корпусом так, что нижнее основание вставки контактирует с выступом жесткого корпуса, а верхние основания вставки и жесткого корпуса образуют одну поверхность.2. Каблук по п.1, отличающийся тем, что изготовлен методом литья под давлением с использованием литьевого агрегата роторного типа с двумя инжекционными узлами.