Вкладная стелька Советский патент 1992 года по МПК A43B13/40 

У

Ј

Использование: в обувной промышленности при изготовлении деталей низа обуви с повышенными комфортными свойствами. Существо изобретения: вкладная стелька состоит из двух слоев, верхний из которых выполнен из упругого материала, а нижний имеет профиль, соотвествующий профилю планетарной части стопы. Верхний слой выполнен в виде отдельных участков с различной жесткостью, размещенных в углублениях нижнего слоя. Жесткость верхнего слоя обратно пропорциональна глубине профиля нижнего слоя. С целью обеспечения регулирования жесткости верхнего слоя на отдельных его участках образовано разное количество отверстий. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к обувной промышленности, а именно t к деталям низа обуви.

Известна стелька, изготовленная из материала, который имеет способность принимать форму стопы носчика, затвердевая на воздухе.

Недостатком этой стельки является то, что она не обеспечивает повышение комфортности обуви, так как распределение давления по стельке не оптимизируется в связи с тем, что форма стельки, аналогичная форме стопы, может вызвать нзгружение последней в несвойственных ее конструкции участках, Недостатком является также то, что жесткий затвердевший профиль вызовет повышение ударных нагрузок на стопу.

Наиболее близкой к предлагаемому является стелька, выполненная из картона, который повторяет форму стопы потребителя. Над обувным картоном расположена вкладная стелька. Между последним и картоном размещена масса из гибкого, литого, незатвердевающего материала, который обеспечивает повторение вкладышем формы планетарной части стопы потребителя.

К недостаткам указанной стельки можно отнести то, что она не обеспечивает повышение комфортности обуви, так как может вызвать несвойственное нагружение конструкции стопы за счет того, что не определены упруго-геометрические параметры элементов стельки, что не позволяет оптимизировать давление стопы и величину ударной нагрузки при ходьбе для индивидуальных параметров носчика.

Цель изобретения - повышение комфортности обуви за счет снижения ударных нагрузок на стопу при ходьбе при обеспечении регулирования жесткости верхнего слоя стельки.

Поставленная цель достигается тем, что во вкладной стельке, состоящей из двух слоч ел о о со ю

ев, верхний из которых выполнен из упругого материала, а нижний имеет профиль, соответствующий профилю планетарной части стопы, верхний слой выполнен в виде отдельных участков с различной жесткостью, размещенных в углублениях нижнего слоя, при этом жесткость верхнего слоя обратно пропорциональна глубине профиля нижнего слоя, а на отдельных участках верхнего слоя образовано разное количество отверстий.

На фиг.1 изображена конструкция стельки и схема взаимодействия стопы со стелькой; на фиг.2 - изображена схема определения оптимального профиля стельки; на фиг.З - схема определения оптимальных упруго-геометрических параметров вставки.

Стелька 2 состоит из жесткого слоя 2, в котором выполнен профиль 3. Профиль 3 закрыт верхним слоем - вставкой 4, выполненной из упругого материала, который имеет способность деформироваться под стопой, причем нижняя поверхность вставки 4 имеет форму профиля 3, а верхняя поверхность 5 образует единую плоскость со слоем 2. Профиль 3 имеет опорные участки: носочный I, пучковый II, перейменный III, пяточный IV. Каждый опорный участок разделен на зоны N, обладающие различной жесткостью. Разница в жесткостях достига- ется выполнением зон из материалов с различным модулем упругости Е.

Различная жесткость может быть обеспечена также выполнением во вставке 4 отверстий 6, расположенных с различной частотой в разных зонах и равномерно t в каждой зоне. На стельку 1 со вставкой 4 наклеена вкладная стелька 7 (фиг.Ча).

При контакте со стелькой 1 стопа деформирует упругую вставку 4, сжимая ее, и образует профиль 8, необходимый для обеспечения повышенной комфортности обуви за счет оптимизации распределения давления и времени образования контактной поверхности 8 {фиг.16).

Для того, чтобы обеспечить выполнение поставленной цели, необходимо процесс оптимизации распределения давления стопы на опору рассмотреть с учетом конструкции стопы, выработанной в процессе формирования человеческого тела и с учетом условий этого формирования, которые определяются контактом стопы без обуви со средним грунтом, характерным для районов, выбранных человеком для расселения, Тогда распределение давления стопы у человека, обладающего средним весом тела, по среднему грунту, может быть принято оптимальным, модуль упругости среднего

грунт 1 Е 5 МПа, Распределение давления определяется глубиной профиля опоры 9 или величиной деформации грунта 10 Д1н под действием давления pi от веса тела

(фиг.2а). Причем контактная поверхность при нагрузке весом определяется упругой линией 10, а величина Alori является величиной остаточной деформации грунта. Зависимость давления от полной деформации

0 грунта ДМ, состоящей из упругой Alyf и остаточной деформации Д1ог, 1Г), получена экспериментальным путем (фиг.2б), причем Д|г Д1ог + Д lyr. Зная значение Д lor. можно определить величину

5 упругой деформации грунта Д 1уг и давление р в рассматриваемой точке А.

Для того, чтобы обеспечить оптимальную величину давления в обуви, в стельке 1, изготовленной, например, из кожи, выпол0 няется профиль П (фиг.2в), глубина которого Д li определяется глубиной упругой линии Д ly/,i, полученной из предыдущего эксперимента и упругой деформации кожи Д1у«1, рассчитанной по зависимости деформации

5 кожи Д IK от давления р (р f( Д1К)) (фиг.2г) причем р-оптимальное давление стопы на грунт, определяемое по графику на фиг,2б. Таким образом Д1К| Д 1ул1 . Профиль II кожаной стельки обеспечит оптимальное

0 распределение давления при статической нагрузке на стельку, т.е. при стоянии в условиях же динамической нагрузки при ходьбе, с учетом закона равенства количества двиг

5 жения импульсу силы: m Ду / F dt, время

о

т: уменьшается в стельке с профилем по сравнению с грунтом в (2,0-2.5) раза за счет того, что при ходьбе по грунту чело0 век каждый раз образует след, на что затрачивается время т , а при ходьбе по стельке этот след заранее выполнен и времени на его образование практически не требуется.

5 При условии сохранения количества движения (т Ду) возрастает сила F, а следовательно, и давление р, которое уже не будет оптимальным, а ударная нагрузка на стопу будет выше допустимой.

0 Увеличить время г для снижения ударного давления р возможно за счет заполнения профиля 11 упругим материалом 4 (вставкой), на сжатие которого затрачивается время т. Для заполнения профиля стель5 ки вставкой 4 необходимо опустить линию 11 на величину д (2-3) мм как позволит конструкция обуви, а именно допустимая толщина стельки.

Жесткость материала вставки Сс рассчитывается следующим образом.

Процесс взаимодействия стопы с опорой носит ударный характер, т.е. стопа в определенный момент времени как бы падает на опору с высоты Н (фиг.За). Средний вес тела равен ГЛ. Стопа контактирует с опо- рой поочередно отделами, начиная с пяточной части, через геленочную, пучковую и кончая носочной. Время формирования поверхности контакта стопы с грунтом определяется экспериментально по отделам.

При наличии обуви между грунтом и стопой введена стелька и каблук (подошва) (фиг.Зб). Процесс взаимодействия аналогичен, оптимальное время формирования контактной поверхности обеспечивается расчетом жесткости упругой вставки 4 с учетом жесткости каблука.

Процесс взаимодействия стопы с грунтом можно представить следующим образом.

Тело массой m (фиг.Зв) падает на систему стелька - каблук (подошва), которую можно представить последовательно соединенными пружинами с жесткостями Сс и Ск (п). Стопа, в свою очередь, также пред- ставляет собой пружину с нелинейной жесткостью Сет, величина которой для данной задачи рассматривается в интервале изменения средних масс (50-100 кг).

Для каждого опорного отдела столы справедлива формула

Cj

4л2

m

Т

где Cj - жесткость системы стопа-стелька- кдЪпук J-ro опорного отдела;

m - средняя масса тела;

Т - время опоры на J-й отдел.

Жесткость опорного отдела стельки GCJ:

1/Cj-1/CCT-1/CK(n)

В каждом опорном отделе жесткость материала должна быть переменной, так как внутри отдела переменно давление р и глубина профиля A li. Для расчета жесткости материала внутри отдела, разобьем каждый отдел на п частей для равнозначного распределения веса р.

Ccj

S

m

1

kmCcJ.

где km коэффициент жесткости m-й части, который может быть найден из условия пропорциональности жесткости и веса, или

m

1

km PJ.

(4)

Жесткость m-й части определяется Сет) km Cj.(5)

Известно, что жесткость С материала

С

Е -А I

(6)

ви

где Е - модуль упругости материала;

А - площадь поперечного сечения;

I - высота.

Высота I определена конструкцией обут.е. толщиной стельки.

Получить необходимое значение жест кости С можно с учетом формулы (6), изменив модуль упругости Е или А, например, проделав набор круглых отверстий, как в предлагаемой стельке, которые уменьшают искомую площадь Amj на требуемую величину, чтобы получить необходимую жесткость

Ст|.

Для примера рассмотрим расчет упруго-геометрических параметров стельки в пяточной части. г

Время формирования контактной поверхности в пяточном отделе Т 0,24 с определено экспериментально, вес принимаем, например, 65 кг (средняя норма), тогда по уравнению (1):

35

Сп

4 3,142 65 10 102 0,242

40

Жесткость стопы С для веса Р 65 кг, с учетом экспериментально определенной деформации стопы 1.2 см, равна:

45

50

Сст

65

54,2 (кг/см).

В пяточной части на жесткость системы С оказывает влияние каблук. Модуль упругости, например, капронового каблука Е 1200 кг/см, тогда по уравнению (б), определив А 15 см (площадь поперечного сечения каблука) и I 5 см (высота каблука), рассчитаем Ск:

Ос

1200 15

3600 (кг/см).

55

По уравнению (2) найдем жесткость стельки в пяточном отделе

11

Ссп

1/44,5 - 267,4 (кг/см).

1/54,2 - 1/3600 0,00374

Разобьем пяточный отдел на три пояса (фиг.Зг). Для каждого пояса из эксперимента известно распределение веса Р. Тогда по уравнению (4) и (5)

р - Pi + Р2 + рз - 0,2р + 0,35р + 0.45р; Ссп - Ci + Cz + Сз - 0,2 Сел+035 Ссп+0,45 Сел - -53,5 -I- 93,6 + 120.3 - 267,4 (кг/см), или Ci - 53,5 кг/см;

С2 - 93,6 кг/см;

Сз-120,3 кг/см.

По уравнению (6) найдем площади каждого пояса пяточного отдела, обеспечивающие требуемые жесткости Ci, Сг и Сз, приняв Е - 5 кг/см2, а величины И - 0,3,12 -0,205 и 1з 0,15 см известны из предыдущего построения.

AI

Ci li 53.5 0.3

-3,21 (см2),

А2 93.6 .205 , з м (см2) дз . 120.3 ОЛ5,361(см2)

tО

Найдем площади каждого пояса по геометрическим построениям

Ai1-4,59 см2;

А21 - 5.09 см2;

Аз1 - 4,89 см2.

Площадь поясов превышает требуемую, т.е. не обеспечит нужной величины жесткости при применении сплошной вставки.

Уменьшить площадь А до А можно, проделав ряд отверстий в материале вставки, например, если мы делаем круглые отверстия площадью S 0,16 см2, то для первого пояса их количество п:

ni 9(шт).

Аналогично для второго и третьего поясов

П2 7 (шт). пз 8 (шт).

Разместив равномерно отверстия по поясам (фиг.Зг), получим требуемое значение жесткости, которое обеспечит оптимальную величину давления в пяточном отделе стопы.

Расчет аналогичен для всех опорных отделов.

Преимущества предлагаемой стельки перед прототипом заключается в том, что комфортность обуви повышена за счет оптимизации расчетным путем распределения давления стопы на опору и величины удар- ной нагрузки от обуви на стопу.

В современной обуви применяются простилки, прикрепляемая под вкладную стельку, которая может сравниться с предлагаемым изобретением как базовый обь- ект.

Предлагаемая стелька имеет преимущества, заключающиеся в уменьшении ударных нагрузок на стопу до величины, обеспечивающей комфортное состояние стопы и + оптимальное распределение давления.

Формула изобретения

верхний слой выполнен а виде отдельных участков с различной жесткостью, размещенных в углублениях нижнего слоя, при этом жесткость верхнего слоя обратно пропорциональна глубине профиля нижнего

слоя.

отверстий.

I-n

/0

стевькаК

QuZ.i

(fM F, МПа && ft

rt/r

I I УЧ , -ч |Tfl/fM

.

г )

/

Стопа СсГ

Стельха Сс

KufinuK / (подошЬа))

Зтга... Q

стелька.

Фиг.З