6.2. Робота деталей низу взуття. Знос деталей

Деталі низу взуття у процесі його носіння зазнають значно більших впливів, ніж деталі верху. Під час ходьби існують три основні фази тертя підошви об опору: опора п’ятки на поверхню (гальмування), перекатування через плюсневий відділ стопи; відрив (відштовхування) передньої частини стопи (пальців) від опорної поверхні. Тертя підошви об опорну поверхню непостійне і залежить від виду матеріалу, стану опорної поверхні, маси тіла, швидкості руху тощо. У кожній фазі кроку навантаження стопи на опорну поверхню змінюється (рис. 6.2).

 

Рис. 6.2 – Навантаження на опорну поверхню в період ходьби (за даними Ебенгардта): а – фаза гальмування; б – фаза відштовхування; M – маса тіла людини

Так, у перший момент дотику взуття до опори невелика поверхня площі набійки, поставленої під кутом (рис. 6.1), і питомий тиск 2×104 Па сприяють швидкому стиранню набійки і вимагають частої її заміни. Чим менша площа набійки, тим з більшою швидкістю вона зношується. Тому набійки на тонкі високі каблуки необхідно виготовляти із зносостійких матеріалів (наприклад, пластмаси чи металу).

У звичайних конструкціях взуття значну роботу виконує підошва. Вона працює на стирання і повторне згинання. Залежно від конструкції і фізико-механічних властивостей матеріалів взуття, зокрема товщини і жорсткості, радіус згину підошви складає від 4 до 8 см. Відносне видовження на поверхні шкіряної підошви при згинанні взуття сягає 16%, в гумових підошвах на окремих ділянках – до 25%.

У більшості конструкцій взуття низ складається з окремих деталей (устілка, простилка, підошва), скріплених між собою, тому, чим більша товщина цих деталей, особливо устілки, тим більших зусиль необхідно докласти, щоб її зігнути. При згинанні скріплених деталей низу (системи) підошва в основному розтягується, а устілка стискається в поперечному напрямку. Якщо у взутті відсутня устілка, то стискуються внутрішні шари підошви.

Питомий тиск у зовнішньому шарі підошви різний і залежить від будови передньої частини стопи і ходи людини. В окремих випадках питомий тиск сягає 106 Па і більше. Зазвичай він складає (4-7)×105 Па в передній частині підошви і біля 2×105 Па – у пучковій. Чим більший питомий тиск, тим інтенсивніший знос деталей. Завдяки нерівності ходової поверхні шкіряної підошви площа контакту її з опорою (при навантаженні (5-6) ×106 Па) складає біля 2-3% площі дотику до опори і фактичний питомий тиск сягає 2×104 Па. При цьому температура на підошві різко підвищується до 80-100° С, що сприяє швидкому її стиранню.

Природно, що найбільш інтенсивно стираються місця зосередженого тиску в результаті тертя низу об опорну поверхню. Тертя ковзання підошви може мати місце тільки в тому випадку, коли горизонтальна складова зусилля, яке розвиває і передає людина на опорну поверхню у процесі руху, більша сили тертя.

Оскільки горизонтальна складова зусилля досягає максимуму на початку і в кінці періоду опори, то в такі моменти найбільш ймовірне сковзання взуття по опорній поверхні (при малому коефіцієнті тертя), що і призводить до швидкого зносу низу взуття в носковій і п’ятковій частинах. Крім цього, на інтенсивність зносу підошви в носковій частині впливає динамічне навантаження, яке при ходьбі складає 75-158% від статичного навантаження, а при бігові – 132-160%.

При нормальній ходьбі найчастіше спостерігається тертя качання, яке виникає при перекаті стопи (в інтервалах часу між моментами відриву п’яткової і носкової частин від опори). У цьому випадку також стирається підошва в результаті вертикального вдавлювання твердих частинок ґрунту в матеріал, який має порівняно з матеріалом ґрунту значно меншу твердість. Вдавлювання також супроводжується підвищенням температури, руйнуванням міжмолекулярних зв’язків і незначними розривами поверхневого шару матеріалу, що призводить до зносу низу взуття.

Топографія зносу підошви (за Черниковим М.М.) залежить від характеру розподілу тиску стопи на опорну поверхню. Найбільший знос спостерігається під плюсно-фаланговими зчленуваннями і першим пальцем стопи (рис. 6.3). Під час носіння взуття опорні ділянки стопи тиснуть на устілку і через неї на простилку, ніби вдавлюючи підошву в опору (рис. 6.4), що призводить до місцевого стирання. На устілці утворюється рельєф (ложе для стопи). Створенню рельєфу сприяє ущільнення матеріалу і зволоження устілки потом.

 

Рис. 6.3 – Топографія зносу підошви (за М.М. Черниковим)

 

Рис. 6.4 – Рельєф (ложе для стопи на устілці, що утворюється при зношенні підошви)

Швидкість зносу деталей залежить від фізико-механічних властивостей матеріалів, способу дублення, категорії носіїв, характеру ґрунту, пори року, метеорологічних умов і догляду за взуттям. Наприклад, листоноша в 2,5 рази швидше зношує взуття, ніж інші категорії носіїв.

На швидкість зносу підошви впливають також амортизаційні властивості низу (Петруніна М.М.), тобто властивість матеріалу поглинати частину навантаження. Роль амортизатора при цьому полягає не тільки в поглинанні частини навантаження, але і в розосередженні його по площі підошви. Тому застосування таких деталей як простилка, підложка, платформа, а також деталей низу відповідної товщини, може підвищити строк експлуатації взуття.

Устілка зазнає такого ж стиснення і повторного згинання в пучковій частині, як і підошва. Спостерігається також стирання на ділянці плюсно-фалангового зчленування в результаті руху стопи по устілці. На знос устілки впливає піт, який виділяє стопа. Картонні устілки піддаються розшаруванню і зкачуванню. Якщо устілка і простилка мають малу твердість і велику пластичність, то нове взуття швидко приформовується до стопи, тобто на устілці утворюється ложе. Утворення ложа сприяє більш рівномірному розподілу навантаження (збільшується площа опори), знімає неприємні відчуття, а також збільшує строк експлуатації взуття. Якщо ж устілка відносно жорстка, то приформовування здійснюється повільно, а тиск стопи залишається зосередженим на невеликій ділянці, що призводить до натирання плантарної поверхні стопи і відчуття жару.

Шкіряна устілка, піддаючись гігротермічному впливу і дії поту, втрачає еластичність, міцність і чорніє (згоряє) протягом двох місяців.

Простилка працює на повторне згинання і стиснення. Вона повинна бути досить м’якою, пластичною на початку носіння, пружною після приформування для амортизації і здатною витримувати повторні згинання.

Велике значення для розосередження навантаження і швидкості зносу підошви мають властивості матеріалу платформи, яка знаходиться між устілкою і підошвою.

Геленок виконує у взутті роль ресори і сприймає досить велике навантаження, що передається йому стопою. Його роблять з деревини, пластмаси, металу та інших подібних матеріалів. Геленок виконує дуже складну роботу, зазнаючи змінних деформацій в різних стадіях руху людини. Тому в ньому виникають перемінні за знаком згинаючі моменти. При ходьбі на геленку виникає напруження у 2-2,5 рази більше, ніж при стоянні. Найбільш небезпечним є переріз геленка, який розташований на краю каблука. Саме в цьому перерізі ламається геленок у взутті на високому каблуці. Взуття з поламаним геленком носити практично неможливо.

Контрольні запитання

1. Які деталі взуття відносять до відповідальних, а які до менш відповідальних?

2. Яку роботу виконують зовнішні деталі верху і як вони зношуються?

3. Яку роботу виконують внутрішні і проміжні деталі верху і як вони зношуються?

4. Яку роботу виконує підошва і набійка і як вони зношуються?

5. Що впливає на знос устілки?

6. Як впливає наявність проміжних деталей низу і матеріал, з якого вони виготовлені на швидкість стирання підошви?

7. Яку роботу виконує геленок?