Оценка и прогнозирование приформовываемости верха обуви к стопе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ПРИФОРМОВЫВАЕМОСТЬ ВЕРХА ОБУВИ К СТОПЕ В СИСТЕМЕ ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОБУВИ

1.1 Эргономические свойства и их роль в формировании качества обуви

1.2 Приформовываемость верха обуви к стопе как критерий удобства обуви в носке

1.3 Анализ методов и средств оценки способности верха обуви приформовываться к стопе

Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ ПРИФОРМОВЫВАЕМОСТИ ВЕРХА ОБУВИ К СТОПЕ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

2.1 Разработка требований и технического задания на прибор для определения приформовываемости верха обуви к стопе

2.2 Разработка приборной базы и методики оценки приформовываемости верха обуви к стопе в лабораторных условиях

2.2.1 Устройство и принцип работы прибора для определения приформовываемости верха обуви к стопе

2.2.2 Методика оценки приформовываемости верха обуви к стопе в лабораторных условиях

2.3 Исследование факторов, влияющих на приформовываемость верха обуви к стопе

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГО - ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И СИСТЕМ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВЕРХА ОБУВИ

3.1 Анализ методов оценки упруго-пластических свойств материалов и систем материалов для верха обуви при растяжении

3.2 Обоснование выбора методов испытаний и исследуемых материалов

3.3 Экспериментальное исследование упруго-пластических свойств материалов и систем материалов для верха обуви в режимах с кратковременным деформированием и длительным отдыхом

3.3.1 Разработка автоматизированного комплекса для оценки упруго-пластических свойств материалов при растяжении

3.3.2 Упруго-пластические свойства материалов для верха обуви при одноосном растяжении

3.3.3 Упруго-пластические свойства материалов для верха обуви при двухосном растяжении

3.3.4 Упруго-пластические свойства систем материалов, имитирующих верх обуви

3.4 Экспериментальное исследование упруго-пластических свойств материалов и систем материалов для верха обуви в режимах с длительным деформированием и отдыхом

3.4.1 Реологические свойства материалов для верха обуви при одноосном и двухосном растяжении

3.4.2 Реологические свойства систем материалов для верха обуви

3.4.3 Моделирование процессов релаксации деформации обувных материалов и систем материалов для верха обуви

3.5 Снижение размерности признакового пространства. Выбор наиболее информативных показателей, характеризующих упруго-пластические свойства материалов и систем для верха обуви

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ЦИКЛИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА НАГРУЖЕНИЯ НА УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВЕРХА ОБУВИ

4.1 Влияние режимов технологической обработки на упруго-пластические свойства систем материалов для верха обуви

4.2 Исследование упруго-пластических свойств систем материалов при многократном растяжении

4.2.1 Разработка метода испытания систем материалов при многократном растяжении

4.2.2 Экспериментальное исследование систем материалов при многократном растяжении

Выводы по главе 4

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРИФОРМОВЫВАЕМОСТИ ВЕРХА ОБУВИ К СТОПЕ С УЧЕТОМ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ЗАГОТОВКИ

5.1 Математическая модель зависимости упруго-пластических свойств систем материалов от свойств входящих в них комплектующих

5.2 Разработка методики расчета приформовываемости верха обуви к стопе с учетом упруго-пластических свойств материалов заготовки

5.3 Исследование приформовываемости верха обуви к стопе в экспериментальной носке

5.4 Разработка методики прогнозирования приформовываемости верха обуви к стопе

Выводы по главе 5

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А Методы оценки приформовываемости верха обуви к стопе

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Методы оценки упруго-пластических свойств материалов для верха обуви

ПРИЛОЖЕНИЕ В Диалоговые окна программного обеспечения автоматизированного комплекса для оценки упруго-пластических свойств материалов

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Корреляционный анализ показателей упруго-пластических свойств материалов, полученных при различных методах испытания

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Графики зависимости е = f (ф)

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Программный продукт для обработки экспериментальных данных по релаксации деформации обувных материалов

Е.1 Описание работы программного продукта для обработки экспериментальных данных по релаксации деформации обувных материалов

Е.2 Текст программы для обработки экспериментальных данных по релаксации деформации обувных материалов

Е.3 Моделирование процессов релаксации деформации в обувных материалах и системах материалов

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Снижение размерности признакового пространства методом главных компонент

ПРИЛОЖЕНИЕ З Результаты тарирования устройства для определения деформационных характеристик материалов при многократном растяжении

ПРИЛОЖЕНИЕ И Комплексная оценка и регрессионный анализ экспериментальных данных

ПРИЛОЖЕНИЕ К Результаты экспериментальной носки обуви

ВВЕДЕНИЕ

Проблема качества выпускаемой продукции является одной из наиболее актуальных во всем мире. С ее решением связаны задачи повышения благосостояния общества, роста эффективности экономики, широкого выхода на внешний рынок и интеграции страны в мировую экономическую систему. В условиях развития рыночных отношений качество продукции является определяющим фактором конкурентоспособности товара.

Наиболее целесообразный путь повышения качества - управление им, что требует умения правильно измерять и оценивать важнейшие показатели качества, а также достоверно прогнозировать количественные характеристики свойств продукции на стадии технологической подготовки производства. В связи с этим улучшение потребительских свойств продукции, метрологическое обеспечение качества и совершенствование испытательной базы республики, оснащение испытательных лабораторий и центров современным испытательным оборудованием в настоящее время являются одними из наиболее важных задач государственного управления в области качества [2,3].

Качество обуви определяется широким комплексом свойств [4-12], среди которых одно из первых мест по значимости занимают эргономические свойства, обуславливающие удобство пользования изделием [13].

Однако в настоящее время из всего комплекса единичных показателей эргономических свойств лишь отдельные достаточно полно изучены и используются при оценке качества обуви. Стандартизированы и широко применяются на практике такие показатели качества, как водопромокаемость и водопроницаемость обуви [14], удельное поверхностное и объемное электрическое сопротивление системы материалов верха и низа обуви [15], масса [16] и гибкость обуви [17]. В ряде научных работ разработаны методики и инструментарий оценки опорной жесткости и приформовываемости низа обуви к стопе [18], изгибной жесткости, жесткости и упругости геленочной части [19], распорной жесткости [20]. Большинство других эргономических показателей качества изучено крайне мало, отсутствуют методы и средства их количественного измерения, что не позволяет в полной мере осуществлять всестороннюю оценку уровня качества производимой обуви.

К числу таких показателей качества относится и показатель "приформовываемость верха обуви к стопе", характеризующий способность верха обуви в процессе носки принимать и сохранять индивидуальные особенности стопы человека без значительных изменений своей внутренней формы и внешнего вида. Низкая приформовываемость верха обуви к стопе на уровне сенсорного восприятия вызывает ощущение дискомфорта, а также может служить причиной заболевания стоп. Слишком высокая приформовываемость верха обуви может привести к потере формы изделия. Вопросы, связанные со способностью верха обуви приформовываться к стопе, становятся особенно актуальными в настоящее время в связи со значительным дефицитом натурального сырья и постоянным ростом объемов производства обуви с верхом из искусственных и синтетических материалов.

Однако, несмотря на важность данного показателя качества, до сих пор отсутствуют методы и приборы его количественного измерения; не изучены конструктивные и технологические факторы, влияющие на способность верха обуви приформовываться к стопе; не выявлены взаимосвязи между свойствами материалов заготовки и приформовываемостью верха готовой обуви. В результате этого при производстве обуви часто возникают проблемы, связанные с установлением оптимальных режимов технологического процесса производства и рациональным подбором комплектующих верха обуви, обеспечивающих выпуск продукции с необходимым уровнем потребительских свойств. Это значительно усложняет решение проблемы проектирования и производства высококачественной, конкурентоспособной обуви, и обуславливает необходимость разработки научно-обоснованных методов и средств оценки и прогнозирования приформовываемости верха обуви к стопе, позволяющих уже на стадии конструкторско-технологической подготовки производства осуществлять оценку качества обуви по данному показателю.

Учитывая это, в работе впервые разработаны методики расчета и прогнозирования приформовываемости верха обуви к стопе с учётом особенностей упруго-пластических свойств материалов заготовки, практическое использование которых позволяет уже на стадии конструкторско-технологической подготовки производства оценить степень влияния технологических и эксплуатационных факторов на величину данного показателя качества и разработать рекомендации по рациональной комплектации пакетов верха обуви и оптимальным режимам их технологической обработки с целью выпуска продукции повышенной комфортности.

Разработаны новые методика и прибор для определения приформовываемости верха обуви к стопе, позволяющие в лабораторных условиях быстро и объективно осуществлять оценку качества обуви по показателю «приформовываемость верха обуви к стопе» без использования трудоемкого метода оценки данного показателя качества в экспериментальной носке.

ГЛАВА 1. ПРИФОРМОВЫВАЕМОСТЬ ВЕРХА ОБУВИ К СТОПЕ В СИСТЕМЕ ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОБУВИ

1.1 Эргономические свойства и их роль в формировании качества обуви

Одним из самых объективных и обобщающих показателей научно-технического прогресса и уровня организации производства является качество продукции [21, с.3]. Улучшение качества продукции является важным резервом роста экономической эффективности производства и повышения производительности труда, поэтому в условиях развития рыночных отношений и обостряющейся конкуренции товаропроизводителей на мировых рынках задачи повышения качества продукции имеют приоритетное значение.

Согласно ГОСТ 15467-79 [22] (СТ СЭВ 3519-81) под качеством продукции понимается совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Улучшение всех этих свойств в товаре и означает повышение его качества.

Однако чтобы улучшить качество, необходимо уметь оценивать его количественно. В соответствии с ГОСТ 15467-79 [22] количественной характеристикой одного или нескольких свойств продукции, определяющих ее качество, рассматриваемой применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации или потребления, является показатель качества продукции.

В настоящее время наиболее полная классификация показателей качества обуви предложена в работе [5]. Разработанная авторами иерархическая структурная схема содержит 5 уровней и включает в себя 327 показателей качества различной степени комплексности.

Одно из первых мест по значимости среди всего комплекса потребительских показателей качества занимают эргономические показатели [5, с. 49, 21, с. 5-7 , 23, с. 13 - 15], так как все чаще потенциальные потребители обращают внимание на качественные характеристики продукции, обеспечивающие ее удобство и комфорт в эксплуатации (рисунок 1.1).

Согласно РД 50-149-79 [13] эргономические показатели характеризуют систему «человек-изделие-среда» и обуславливают эффективность деятельности человека в этой системе, удобство пользования изделием.

К эргономическим показателям качества относятся следующие групповые показатели [5, с. 27-28, 12]:

Рисунок 1.1 - Номенклатура потребительских показателей качества обуви

- антропометрические, которые характеризуют соответствие изделия форме и размерам тела человека, т.е. соответствие формы и размеров ноги и обуви;

- гигиенические, характеризующие соответствие изделия санитарно-гигиеническим нормам и рекомендациям, обеспечивающим комфортные условия микроклимата внутриобувного пространства;

- физиологические, которые характеризуют соответствие изделия силовым и энергетическим возможностям человека;

- психофизиологические, характеризующие соответствие изделия особенностям функционирования органов чувств человека.

В соответствии с классификацией, предложенной в работе [5, с.28], групповой показатель “антропометрического соответствия” подразделяется на три показателя:

- соответствие обуви форме стопы и голени (впорность), которая оценивается такими единичными показателями, как рациональность носочной части обуви, рациональность формы и высоты каблука, рациональность формы и высоты берец (голенищ), рациональность конструктивных линий и расположения швов;

- соответствие обуви размерам стопы и голени (соразмерность), состоящий из таких показателей 5-го уровня, как соответствие длины обуви (размера) длине стопы, соответствие периметра обуви в пучках (полноты) обхвату стопы, соответствие ширины голенищ сапог обхвату голени;

- регулируемость геометрических размеров обуви, оцениваемая такими единичными показателями 5-го уровня, как наличие вкладышей, амортизирующих прокладок, наличие приспособлений, позволяющих регулировать обхватные размеры обуви, диапазон изменения обхватных размеров.

Групповой показатель гигиенического соответствия состоит из двух показателей: влажность внутриобувного пространства, температура внутриобувного пространства и стопы, которые могут сами выступать в роли единичных показателей гигиенических свойств обуви, так как могут быть непосредственно измерены в обуви. Однако чаще они выступают в роли комплексных показателей, которые косвенно оцениваются рядом единичных показателей [5, с. 28].

Влажность внутриобувного пространства оценивается такими единичными показателями, как влагопоглощение (сорбционная способность), паропроницаемость, влагоотдача, влагопроводность, намокаемость, водопроницаемость в статических и динамических условиях, воздухопроницаемость и т.д.

Температура внутриобувного пространства и стопы оценивается такими единичными показателями, как суммарное тепловое сопротивление обуви, коэффициент температуропроводности, коэффициент теплоотдачи, показатель тепловых потерь, относительная скорость охлаждения и.т.д. [5, с. 29].

Групповой показатель физиологического соответствия подразделяется на два показателя:

- соответствие конструкции обуви силовым возможностям человека, который характеризует силовое взаимодействие системы “стопа-обувь”, т.е. в основном распределение давления;

- соответствие конструкции обуви энергетическим возможностям человека, который характеризует влияние конструкции обуви на затраты энергии человеком при стоянии и ходьбе в обуви, связанные с дополнительным напряжением мышц для компенсации влияния обуви на биомеханику стопы.

Показатель “соответствие конструкции обуви силовым возможностям человека” в работе [12] предлагается оценивать такими единичными показателями, как приформовываемость низа обуви к стопе, изгибная жесткость, приформовываемость верха обуви к стопе, опорная жесткость, распорная жесткость, жесткость и упругость геленочной части, амортизационная способность.

Показатель соответствия конструкции обуви энергетическим возможностям человека оценивается такими единичными показателями, как масса обуви, устойчивость к скольжению, перекатываемость, устойчивость, удерживаемость.

Показатель психофизиологического соответствия в работе [5, с.31 - 32] предложено подразделять на два:

-удобство пользования, который оценивается такими единичными показателями, как удобство одевания и снятия обуви, удобство пользования отдельными элементами обуви и среднее время на одевание и снятие обуви;

- воздействие на органы чувств, который оценивается такими единичными показателями, как бесшумность при ходьбе, способность аккумулировать и выделять запахи и др.

Из всего комплекса обозначенных единичных показателей эргономических свойств лишь отдельные достаточно полно изучены и используются при оценке качества обуви [14 - 20]. Большинство физиологических показателей качества, в том числе и приформовываемость верха обуви к стопе, изучены крайне мало, отсутствуют приборы и методы их количественного измерения. Это обуславливает необходимость их всестороннего исследования, разработки новых и совершенствование существующих приборов и лабораторных методов их измерения в целях обеспечения более полной и объективной оценки эргономического уровня качества обуви.

1.2 Приформовываемость верха обуви к стопе как критерий удобства обуви в носке

Одним из наиболее важных показателей качества обуви, характеризующих удобство её пользования, является приформовываемость верха обуви к стопе.

Понятие “приформовываемость верха обуви к стопе” впервые было введено Зыбиным Ю.П. и характеризует способность верха обуви принимать и сохранять индивидуальные особенности стопы носчика без значительных изменений внутренней формы и внешнего вида обуви.

Приформовываемость верха обуви к стопе выражается в количественном изменении размеров и формы верха обуви, преимущественно в области плюснефалангового сочленения, в процессе ее эксплуатации.

Форма и размеры стопы изменяются в процессе ходьбы, соответственно изменяется форма и размеры обуви. При опоре на пучки стопа, изгибаясь в плюснефаланговом сочленении, расширяется в этом участке, увеличиваясь по периметру и ширине [24, с.158].

Согласно исследованиям Макухи В.И., обхват стопы в пучках увеличивается при стоянии на 2 %, а при опоре на пучки - на 4 - 4,5% от обхвата в пучках на весу. Обхват в пучках изменяется от наименьшего при переносе стопы до наибольшего при опоре на пучки [25, с.151].

По другим данным [24, с.158, 26, с.108], когда стопа опирается на пучки, ее обхват в плюснефаланговом сочленении увеличивается на 5-7% от размера стопы в висячем положении. По данным работы [27] ширина в плюснефаланговом сочленении во время ходьбы у женщин изменяется на 8-11 мм, или примерно на 7-10% исходного размера.

В результате расширения стопы детали верха испытывают давление, которое становится особенно заметным в тесной, узкой обуви. Под влиянием давления стопы детали верха (преимущественно союзка) подвергаются растяжению в поперечном направлении. Таким образом, растяжение и сжатие союзок обуви в продольном направлении при изгибании стопы дополняется растяжением в поперечном направлении под давлением стопы [28, с.41-42]. В результате таких воздействий обувь в течение определенного периода деформируется и принимает форму стопы человека.

Лиокумович В.Х. отмечает [9, с.66], что следует различать положительные деформации, обеспечивающие соответствие обуви особенностям ноги человека и существенно не изменяющие её форму при эксплуатации, и отрицательные, в значительной мере влияющие на внутреннюю форму обуви и во многом ухудшающие её внешний вид.

Различают две стадии изменения формы обуви в процессе эксплуатации. На первой стадии, при разнашивании новой обуви, потребитель воздействует на обувь, слегка ее деформирует, приспосабливает к своим особенностям. На этой стадии изменение формы почти не сказывается на изменении внешнего вида изделия. Такая деформация (приформовываемость) является положительной, необходимой.

Дальнейшая деформация приводит к увеличению первоначальных размеров верха обуви в поперечном направлении (растаптыванию), образованию складок материала верха в области плюснефалангового сочленения и голеностопного сустава, которые в процессе носки вызывают постоянное сжатие стопы и потертости кожи [9, с.69].

Известно, что приформовывание верха обуви к стопе происходит примерно за 2-3 недели носки обуви; далее союзка лишь незначительно растягивается в поперечном направлении [26, с.111]. Очевидно, чем быстрее происходит приформовывание верха обуви к стопе, тем меньше неприятных ощущений испытывает носчик, тем комфортнее обувь [5, с.30].

При недостаточной приформовываемости обувь остается постоянно тесной и неудобной в эксплуатации, что приводит к потертостям, а при длительном периоде носки и к затруднению кровоснабжения стопы [9, с.67].

Приформовываемость верха обуви к стопе тесно связана с показателем формоустойчивости обуви. Формоустойчивость - это способность обуви сохранять форму, приданную ей колодкой в процессе формования, в течение требуемого промежутка времени в определенных условиях эксплуатации. Таким образом, формоустойчивость и приформовываемость - взаимно исключающие свойства обуви.

Важным моментом при оценке способности верха обуви приформовываться к стопе является определение допустимых пределов изменения размеров и формы верха обуви.

В работах [29-31] отмечается, что приформовывание верха обуви к стопе должно происходить в пределах одной смежной полноты, в противном случае можно говорить о низкой формоустойчивости обуви. Нарушение этого условия приводит, во-первых, к дискомфортным условиям для стопы, так как не обеспечивается соответствие конкретной полноты обуви такой же полноте стопы. Во-вторых, происходит смещение размерно-полнотного ассортимента обуви в сторону меньших или больших полнот, что, в свою очередь, вызывает неудовлетворительное обеспечение населения удобной обувью.

Согласно данным работы [32] на деформацию верха обуви в процессе эксплуатации влияют следующие факторы: соотношение формы и размеров стопы и обуви в соответствующих сечениях; изменение размеров стопы при ходьбе; механика ходьбы человека; конструкция обуви; свойства материалов верха и низа обуви; климатические условия носки обуви и т.д.

Существенное влияние на способность верха обуви приформовываться к индивидуальным особенностям стопы оказывают упруго-пластические свойства материалов, из которых состоит заготовка. При этом, по мнению ряда авторов [9, 33 - 36], именно величина пластической деформации является наиболее важным фактором, определяющим изменение размера верха обуви в процессе носки и, следовательно, ее приформовываемость.

Как отмечается в работе [33], материалы для верха обуви должны обладать достаточно большим остаточным удлинением, чтобы изготовленная из них обувь могла приформоваться по стопе, не вызывая вредных для нее напряжений и деформации. При отсутствии этого свойства обувь жмет даже после длительного периода носки, кровоснабжение стопы в большей или меньшей степени затруднено.

Авторы работы [35] считают, что величины остаточных деформаций систем материалов, определяемых при двухосном растяжении, не должны превышать 3-5%, но и не быть меньше 2-2,5%. При этом условии обеспечивается некоторое увеличение поперечных размеров обуви (до 1,5 - 3%), создающие удобства для стопы вследствие приформовывания обуви, без дальнейшего растаптывания, которое приводит к потере формы.

В работах [24, с.142, 37] способность материалов приспосабливаться к индивидуальным особенностям стопы связывается также с такими свойствами материалов, как мягкость, растяжимость, релаксационные свойства.

Обувь из натуральной кожи легко приформовывается к стопе, так как обладает достаточной растяжимостью и остаточным удлинением. Гораздо хуже приформовывается (или совсем не приформовывается) обувь из искусственных и синтетических материалов [9, с.67].

Исследования в области остаточного удлинения и связанного с этим давления на стопу в процессе носки [33, 38-39] показали, что в обуви с верхом из искусственных и синтетических материалов давление на стопу значительно выше, чем в кожаной обуви, что связано с ограниченной растяжимостью и небольшой пластической деформацией искусственных материалов.

В результате этого обувь с верхом из искусственных и синтетических материалов при эксплуатации плохо приформовывается к стопе, и, как отмечается в работе [9, с.67], у носчика создается впечатление, что он ежедневно надевает и носит новую пару обуви.

Кроме того, материалы для верха обуви должны обнаруживать приспособляемость к дневному ритму изменений размеров стоп [9, 32]. В течение дня при ходьбе размеры стоп увеличиваются в обычных условиях в среднем на 4-5% (при более интенсивной ходьбе - до 10%), а ночью, во время отдыха, после снятия напряжения их первоначальные размеры восстанавливаются.

Обувь из кожи, в отличие от обуви с верхом из синтетических и искусственных материалов, легко поглощает потовыделения и увеличивает свою площадь, а после отдыха (сушки) сокращается, то есть, способна менять свои размеры с изменением размеров ноги.

Таким образом, анализ литературных источников показал, что приформовываемость верха обуви к стопе является одним из наиболее важных эргономических свойств обуви, оказывающих значительное влияние на удобство обуви в носке и обеспечивающих необходимый комфорт и нормальные условия функционирования стопы. Определение способности верха обуви приформовываться к стопе является важным этапом при оценке качества готовой обуви.

1.3 Анализ методов и средств оценки способности верха обуви приформовываться к стопе

Несмотря на то, что приформовываемость верха обуви к стопе является одним из наиболее важных показателей качества обуви, определяющих ее удобство в носке, до настоящего времени он мало изучен, не разработаны инструментальные методы его оценки. О способности верха обуви приформовываться к стопе до сих пор судят лишь по результатам опытных носок и визуальным наблюдениям.

Известен ряд работ [28, 35, 40-43], посвященных исследованию деформации верха обуви в процессе носки. Наиболее распространенными методами количественной оценки изменения размеров верха обуви в опытной носке являются методы, основанные на определении изменения размеров линий [40], сеток [41-42], кругов [28], нанесенных на заготовку, а также контуров отдельных сечений верха обуви [28].

Исследования, проведенные в работе [40] показали, что в процессе носки обуви с верхом из различных систем материалов наблюдается увеличение размеров верха обуви в области плюснефалангового сочленения в поперечном направлении (до 6%) и сокращение (до 3%) - в продольном. Наиболее значительное изменение размеров верха обуви происходит преимущественно в первые 30 дней носки, в последующий период носки размеры верха меняются незначительно.

Аналогичный характер изменения размеров верха обуви был получен при исследовании в опытной носке текстильной [41] и бесподкладочной [42] обуви.

В работах Любича М.Г. осуществлялось исследование изменения формы обуви в процессе ее носки с помощью нанесения сетки из кругов на союзки и берцы; при сопоставлении контуров продольного и поперечных сечений передней части обуви, надетой на стопу, до и после определенного периода носки; с использованием фотосъемки обуви до и после носки; сопоставлением гипсовых слепков внутренней полости ношеной обуви с затяжной колодкой, на которой эта обувь была изготовлена [28, с.47-55].

Следует отметить, что получаемые в процессе данных исследований контуры проекций обуви были пригодны для фиксирования лишь ощутимых, видимых невооруженным взглядом отклонений (например, подъем носка ношеной обуви), а недостатком метода гипсовых слепков является значительная продолжительность сушки слепка внутри обуви и намокание внутренних деталей из-за влажности гипсовой массы.

В целом, обозначенные выше методы оценки деформации верха обуви обладают невысокой точностью и не позволяют проследить динамику изменения деформации верха обуви во времени (при ходьбе).

В работах [32, 43] деформацию верха обуви при ходьбе определяли методом тензометрирования при помощи ртутных [32] и гибких эластичных угольно-графитно-сажевых [43] датчиков.

При этом Т.Е. Акуловой и Ю.П. Зыбиным [32] было установлено, что наибольшее растяжение в поперечном направлении союзка испытывает в области внутреннего пучка и мизинца при любых положениях стопы. Величина максимального дополнительного растяжения при ходьбе в области внутреннего пучка колеблется от 2,1 до 6,4%, а суммарная величина растяжения союзки (от одевания обуви на стопу и дополнительного растяжения при ходьбе) составляет от 3,2 до 14%.

Недостатками метода тензометрирования являются наобходимость использования сложной измерительной аппаратуры, а также значительные затраты времени на проведение измерения и расшифровку полученных осциллограмм. Крепление тензодатчиков к образцу с помощью клея увеличивает жесткость системы материалов и тем самым вносит погрешность в измерения. Кроме того, на показания ртутных датчиков оказывает влияние много различных факторов (например, температура окружающей среды), что также снижает надежность полученных результатов.

В целом, существенным недостатком рассмотренных методов опытной носки является большая затрата времени и материальных средств на проведение испытаний. Кроме того, данные методы не позволяют полностью исключить влияние на получаемые результаты различий в условиях эксплуатации обуви, индивидуальных особенностей носчика (походка, степень потливости стопы), а также ряда других факторов, что и обусловило необходимость разработки лабораторных методов оценки деформации верха обуви.

В настоящее время международным стандартом ISO 17695:2004 [44] регламентируется метод испытания верха обуви на деформируемость, который предполагает однократную деформацию образцов, вырезанных из верха обуви, шариковым наконечником диаметром 20 мм на расстояние 10 мм. Однако следует отметить, что данный метод мало применим для оценки приформовываемости верха обуви к стопе, так как не учитывает циклического характера воздействия стопы на верх обуви в процессе эксплуатации и оценивает степень пригодности комплекта материалов по величине силы приложения толкателя, в то время как приформовываемость верха обуви к стопе определяется в основном величиной остаточной деформации.

В ряде работ [36, 45 - 48] способность верха обуви приформовываться к стопе предложено оценивать по изменению упруго-пластических свойств материалов, подвергшихся длительным усталостным испытаниям.

Как отмечается в работе [45], изменения упруго-пластических свойств материалов для верха обуви, сопутствующие усталостным процессам, оказывают решающие влияние на поведение материалов во время носки обуви и позволяют судить о комфорте в носке обуви, изготовленной из этих материалов.

В работе [36] отмечается, что мерой приформовывания материала к стопе может служить пластическая составляющая деформации в зависимости от времени:

Ж = f (еp , t) (1.1)

где Ж - способность материала приформовываться;

еp - пластическая деформация материала;

t - время, необходимое для получения деформации.

Авторами был предложен метод оценки способности материалов приформовываться к стопе с учетом реальных условий производства и использования обуви. Пластическую деформацию определяли в ходе циклического растяжения образцов на универсальной разрывной машине при постоянном напряжении 0,5 МПа с регистрацией гистерезиса при 1, 100, 500, 1000 и 1500 циклах. Перед испытанием образцы предварительно подвергались термической обработке и растяжению на 10%, имитирующим процесс формования изделий, а также многократному изгибу в течение 10 тыс. циклов.

В ходе исследований было установлено, что значения максимальной пластической деформации очень хорошо коррелировали с оценкой способности верха обуви приформовываться к стопе, основанной на результатах носки обуви. Материалы с пластической деформацией 10-15% удовлетворяют требованиям, предъявляемым к их способности приформовываться к стопе (таблица А.1). Отклонения в обе стороны неблагоприятны, причем более низкие значения указывают на худшее приспособление материала к стопе, более высокие - на тенденцию к деформации обуви [36].

В работах [45 - 46] помимо величины пластической деформации, для характеристики способности верха обуви приформовываться к стопе используются такие показатели как растягивающее усилие при удлинении, модуль Юнга, упругое удлинение, отношение пластической и эластической деформаций, полученные в ходе циклического растяжения на 8% предварительно отформованных образцов.

Отмечается, что показатели, полученные после одного цикла деформации, характеризуют эластопластические свойства материала новой обуви, после 1000 циклов - свойства материала ношеной обуви с относительно стабилизированной деформацией. Промежуточные показатели - после 100 циклов - характеризуют эластопластические свойства материалов в начальный период носки.

Показатели пластической деформации и отношения пластической деформации к эластической у материалов на тканевой основе и натуральной кожи значительно изменяются в интервале 1 - 100 циклов деформации, а при дальнейшем циклическом растяжении стабилизируются. У материалов на нетканой основе значения данных показателей снижается после 100 и 1000 циклов деформации. Это значит, что материалы на нетканой основе деформируются непрерывно во время носки, проявлением этой тенденции может быть деформация обуви. Материалы на тканевой основе и натуральная кожа в начальный период носки обуви значительно деформируются, а затем деформация проявляется в незначительной степени [45].

Исследование влияния циклического растяжения материалов верха на их упруго-пластические свойства в диапазоне небольших удлинений (2%) осуществляли Хилл и Шатлворт. Описанный ими метод в последствии был применен Кингом и Пиккерингом с той лишь разницей, что величина циклического растяжения составляла 5%, а образцы перед растяжением предварительно увлажняли и растягивали на 15%, имитируя операцию затяжки [47]. Отмечалось, что соотношение остаточной и упругой деформаций у синтетических материалов всегда ниже, чем у различных сортов натуральной кожи, что и служит основной причиной лучшей приформовываемости изделий из натуральной кожи к стопе при носке.

Важной является оценка способности материалов приформовываться по величине полной работы деформации Аобщ, и по ее составляющим - работе упругого деформирования А1 и работе пластической деформации А2 [48]. Данные величины определяются на основе анализа гистерезисных кривых, полученных в ходе нагружения и разгрузки материалов. Площадь под кривой разгрузки соответствует работе А1, площадь между кривыми нагрузки и разгрузки - работе А2.

Материал при малых величинах Аобщ и А1 и высоких значениях А2 всегда хорошо формуется и приформовывается. Для материалов верха обуви необходимо наличие работ А1 и А2, так как при Аобщ, равном работе А1, материал ведет себя как упругое тело и из него невозможно сформировать изделие нужной формы, а в носке он давит на стопу и создает ощущение дискомфорта. При Аобщ, равном А2, материал «растекается», и изделие из него не обладает сколько-нибудь пригодной формоустойчивостью [48, с.17 - 18].

Однако в указанных выше работах исследовались только свойства одиночных материалов, в то время как заготовка представляет собой систему, состоящую из разнородных по свойствам и строению материалов; циклическое нагружение образцов осуществлялось преимущественно в условиях одноосного растяжения, что не согласуется с реальным характером деформации деталей верха обуви в процессе эксплуатации обуви [49, с.4, 50, с.96]. Рассмотренные методы дают лишь косвенную оценку приформовываемости верха обуви к стопе и не позволяют оценить ее количественно.

Как отмечалось выше, в настоящее время не разработано лабораторных методов оценки приформовываемости верха обуви к стопе, однако известен ряд методов [51-59] количественной оценки формоустойчивости обуви. Учитывая то, что приформовываемость и формоустойчивость - взаимообратные свойства, обусловленные изменением размеров верха обуви, то анализ методов оценки формоустойчивости обуви представляет определенный интерес.

В комплексном методе оценки формоустойчивости обуви [51-52] изменение формы обуви в процессе эксплуатации описывалось комплексом количественных показателей, определяемых для ее носочно-пучковой части: площадью поверхности отформованной заготовки верха обуви S, объемом обуви V, суммарной высотой складкообразования верха обуви Нс, максимальной величиной смещения верха заготовки на наружную (внутреннюю) сторону обуви Ymax, на основе которых затем определялся комплексный показатель формоустойчивости.

Комплексная оценка формоустойчивости отличается значительными затратами времени на проведение измерений и сложностью расчетов показателей, поэтому ее применение без полной автоматизации неперспективно.

В связи с этим авторами [53] был разработан экспресс-метод оценки формоустойчивости обуви только по одному базовому показателю - внутреннему объему контролируемого участки обуви. Для измерения объема используется тонкостенная резиновая оболочка, изготовленная по форме носочно-пучковой части затяжной колодки, которую устанавливают в обувь и заполняют жидкостью до давления, соответствующего средней величине давления стопы на обувь. Сравнивая полученный в ходе испытания объем с объемом носочно-пучковой части затяжной колодки, определяют абсолютное или относительное изменение внутреннего объема обуви, которое и характеризует ее формоустойчивость.

Существенным недостатком данного метода является то, что он оценивает изменение объема носочно-пучковой части обуви в целом и не позволяет получить информацию об изменениях размеров верха обуви по основным стандартным сечениям. В Каунасском политехническом институте разработаны профилографический [54] и контурографный [55-56] методы оценки формоустойчивости обуви, основанные на совмещении контуров ряда сечений (профилей) обуви и сравнении площадей соответствующих сечений до и после изменения формы обуви (рисунок 1.2). После совмещения профилограмм измеряют площади тех участков, которые образуются в результате разницы профилей, возникающей от изменения формы обуви.

P(l) - первоначальный профиль сечения обуви; Q(l) - профиль сечения обуви после изменения формы; ±ДЅ - отклонения площади профилограммы от первоначальной

Рисунок 1.2 - Определение показателей изменения формы при контурографном методе оценки формоустойчивости

Показатель формоустойчивости обуви, Ф, %, в соответствующем сечении вычисляют по формуле:

(1.2)

где - сумма площадей, образующихся вследствие отклонения площади профилограммы от первоначальной;

S - первоначальная площадь сечения (на колодке).

Оценка формоустойчивости обуви по относительной величине площади, заключенной между совмещенными контурами сечения, особенно эффективна при сложном изменении формы поперечного контура, когда отдельные его участки значительно меняют своё расположение без заметного изменения периметра или площади сечения (т.е. имеет место коробление верха обуви). Для реализации контурографного метода разработан прибор [56], позволяющий с помощью измерительного щупа снимать контуры поперечных и продольных сечений обуви, преобразовывать их в электрический сигнал и обрабатывать полученную информацию в автоматическом режиме на специальном вычислительно-управляющем устройстве.

К недостаткам данного метода следует отнести необходимость применения сложной, специальной аппаратуры, а также сложность точного совмещения одноименных контуров сечений обуви.

Оптический метод, предложенный в работе [57], позволяет получать профилограммы не контактным способом, а при помощи проектора. Недостатками данного метода являются сложность используемого оборудования, зависимость фокусного расстояния от зрения и перенапряжение органов зрения обслуживающего персонала при длительной работе. Цибизовой Е.А. и Калитой А.Н. в работах [58-59] разработан системный подход к проблеме формоустойчивости обуви, основанный на выделении и классификации производственных и эксплуатационных факторов, влияющих на формоустойчивость обуви. Установлены математические зависимости между показателями изменения физико-механических свойств материалов верха обуви и периметром поперечного сечения обуви в пучках, позволяющие прогнозировать формоустойчивость обуви на стадии конструкторско-технологической подготовки производства.

Следует отметить, что все выше перечисленные методы оценки формоустойчивости позволяют количественно оценить изменение размеров обуви, однако получаемые при этом результаты имеют неодинаковую точность. Большинство этих методов не получили широкого практического применения и используются главным образом при проведении отдельных исследований. Кроме того, ни один из обозначенных методов не моделирует те воздействия на обувь, которые обуславливают изменение ее размеров и формы в процессе носки. В связи с этим в ЦНИИКПе была проведена работа по созданию метода оценки формоустойчивости обуви в динамических условиях [60]. Для проведения испытаний использовалось приспособление (рисунок 1.3, а) в комплекте с машиной для циклических испытаний конструкции А.Ю. Зыбина. В процессе испытаний закрепленная в приборе обувь подвергалась повторному изгибу и одновременно испытывала растяжение в пучках, сообщаемое распорным устройством (рисунок 1.3, б).

а)

б)

1 - прижимной винт; 2,6 - плиты верхнего узла приспособления; 3,7 - плиты нижнего узла приспособления; 4 - направляющие; 5 - приспособление для закрепления обуви; 8 - стойка; 9 - валик для подъема носочной части обуви; 10 - разъемный зажим для закрепления распорного устройства; 11 - стойка с полусферой для распрямления носочной части обуви после каждого изгиба; 12 - калиброванная пружина; 13 - полый цилиндр; 15 - цилиндрический вкладыш; 14 - пуансон

Рисунок 1.3 - Приспособление для испытания обуви в динамических условиях

Испытания проводились при угле изгиба обуви 250 и скорости деформирования 110 циклов в минуту. Растягивающее усилие верха обуви в пучках составляло 170 Н. Замер полной и остаточной деформации верха обуви после отдыха в течение 30 минут осуществлялся по предварительно нанесенным на союзку линиям в сечении 0,68-0,72 Дст (Дст - длина стопы) с помощью миллиметровой ленты с точностью до 0,5 мм.

Данный метод наиболее полно из всех существующих методов отражает реальные воздействия, испытываемые верхом обуви в процессе эксплуатации, однако не совсем подходит для оценки приформовываемости верха обуви к стопе, так как используемое распорное устройство не достаточно точно имитирует механическое взаимодействие стопы с верхом обуви в области плюснефалангового сочленения. Как известно, в процессе эксплуатации, величина давления, испытываемого деталями верха со стороны стопы, не остаётся неизменной, а постепенно снижается в результате приформовывания верха обуви к стопе. Таким образом, предложенный в методе способ сохранения постоянства растягивающего усилия не отражает реального характера взаимодействия верха обуви со стопой в процессе эксплуатации. Кроме того, конструкция используемого распорного устройства существенно отличается от внутренней формы обуви, что отражается на объективности получаемых результатов.

Буркиным А. Н. и другими авторами разработан способ определения формоустойчивости обуви [61], суть которого заключается в определении изменения первоначального объема носочно-пучковой части обуви после её многоциклового изгибания. Измерение внутреннего объема обуви в носочно-пучковой части при этом осуществлялось путем заполнения ее рабочим телом, разделенным на несколько зон, в каждую из которых нагнеталась жидкость с давлением, соответствующим средней величине давления стопы на данный участок обуви. Данный способ достаточно сложен в реализации и, также как и метод [53], позволяет оценить изменение размеров носочно-пучковой части обуви в целом, а не в отдельных стандартных сечениях.

В работе [62] был разработан метод оценки формоустойчивости материалов и систем материалов в динамических условиях. Плоским образцам сообщалось двухосное циклическое растяжение на 12%. Величину остаточной деформации определяли путем измерения гибкой миллиметровой лентой базовых линий, предварительно нанесенных на два взаимно перпендикулярных диаметра.

Параллельно в работе осуществлялись испытания формоустойчивости верха обуви лабораторным методом в динамических условиях по методу, описанному в работе [60] и в опытной носке (через 60-100 дней носки). Установлено, что разработанный метод оценки формоустойчивости материалов и систем материалов, имитирующих верх обуви, в динамических условиях обеспечивает получение результатов, согласующихся с показателями формоустойчивости верха обуви, определенной лабораторным методом и в процессе эксплуатации.

Таким образом, анализ литературных данных показал, что приформовываемость верха обуви к стопе является одним из наиболее важных эргономических свойств обуви, обеспечивающих её удобство и комфорт в носке. Однако, несмотря на это, данное свойство обуви изучено крайне мало, не исследованы конструктивные и технологические факторы, влияющие на способность верха обуви приформовываться к стопе, отсутствуют объективные методы оценки данного показателя с учетом механических свойств материалов заготовки. Это обуславливает необходимость более глубокого изучения данного вопроса и выявления факторов, оказывающих наибольшее влияние на величину данного показателя качества.

В последние годы в мировой практике складывается устойчивая тенденция к росту объемов производства обуви с верхом из искусственных и синтетических материалов, характеризующихся низкой способностью приформовываться к стопе, а также появился широкий круг новых материалов для верха обуви, свойства которых ещё недостаточно изучены. Учитывая это, становится особенно актуальной разработка научно-обоснованных методов расчета и прогнозирования приформовываемости верха обуви к стопе, позволяющих уже на стадии конструкторско-технологической подготовки производства осуществлять оценку качества обуви по данному показателю и изготавливать продукцию с заданным уровнем потребительских свойств.

Анализ авторских свидетельств и патентов показал, что в настоящее время отсутствуют методы и приборы для определения приформовываемости верха обуви к стопе. Испытания обуви в опытной носке позволяют количественно оценить способность верха обуви приформовываться к стопе, однако отличаются значительными затратами времени и материальных средств. Существующие лабораторные способы оценки изменения размеров верха обуви, как правило, требуют применения сложного измерительного оборудования и не отражают в полной мере реального механического взаимодействия стопы с верхом обуви в процессе эксплуатации. Методы оценки показателя приформовываемости верха обуви по результатам испытания материалов в динамических условиях обладают рядом существенных недостатков и позволяют получить лишь косвенную оценку способности верха обуви приформовываться к стопе.

В связи с эти возникает необходимость в разработке новых приборов и методов количественной оценки приформовываемости верха обуви к стопе в лабораторных условиях, позволяющих в максимальной степени моделировать те механические воздействия стопы на верх обуви, которые и обуславливают его приформовывание в процессе эксплуатации изделия.

Выводы по главе 1

1. Анализ литературных данных показал, что проблема повышения качества отечественной обуви является актуальной задачей, решение которой в значительной степени связано с разработкой количественных методов оценки показателей качества продукции. Особо важную роль при оценке качества обуви играют эргономические показатели, определяющие удобство пользования изделием.

2. Обзор литературных источников по теме диссертационной работы показал, что приформовываемость верха обуви к стопе является одним из наиболее важных эргономических показателей качества обуви, обеспечивающих её удобство и комфорт в носке. Поэтому, определение способности верха обуви приформовываться к стопе является важным этапом при оценке качества готовой обуви.

3. Установлено, что, несмотря на важность данного показателя качества, он изучен крайне мало, не достаточно исследованы конструктивные и технологические факторы, влияющие на способность верха обуви приформовываться к стопе, отсутствуют объективные методы оценки данного показателя с учетом механических свойств материалов заготовки.

3. Отмечено, что верх обуви из натуральной кожи легко приформовывается к стопе, значительно хуже приформовывается верх обуви из искусственных и синтетических материалов. Учитывая то, что в настоящее время в промышленности значительно возрастают объемы производства обуви с верхом из искусственных и синтетических материалов, вопросы, связанные с разработкой научно-обоснованных методов расчета и прогнозирования приформовываемости верха обуви к стопе, становятся особенно актуальными.

4. Анализ литературных источников, авторских свидетельств и патентов показал, что о способности верха обуви приформовываться к стопе до сих пор судят в основном по результатам опытных носок, существенными недостатками которых являются большие затраты материальных средств и времени на их проведение. Известные лабораторные методы оценки изменения размеров верха обуви имеют ряд существенных недостатков и в большинстве случаев не позволяют моделировать те механические воздействия, которые обуславливают приформовывание верха обуви к стопе в процессе носки.

5. Недостаточная изученность вопросов, связанных с приформовываемостью верха обуви к стопе и отсутствие количественных методов оценки данного показателя качества, вызывают необходимость более детального изучения данного вопроса, разработки инструментальных методов и средств оценки приформовываемости верха обуви к стопе в лабораторных условиях, а также научно-обоснованных способов её расчета и прогнозирования на стадии конструкторско-технологической подготовки производства.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ ПРИФОРМОВЫВАЕМОСТИ ВЕРХА ОБУВИ К СТОПЕ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Одной из наиболее важных проблем комплексной оценки качества обуви является возможность его количественного измерения, так как именно количественная форма анализируемых вариантов является необходимым условием объективности и точности принимаемых решений. Однако, как уже отмечалось в главе 1, для показателя «приформовываемость верха обуви к стопе» в настоящее время отсутствуют методы и приборы его количественного измерения. Поэтому, в целях обеспечения полной и объективной оценки качества обуви, важной задачей является разработка методики и прибора для определения приформовываемости верха обуви к стопе, которые как можно более точно позволяли бы моделировать работу верха обуви в процессе ее эксплуатации потребителем.

2.1 Разработка требований и технического задания на прибор для определения приформовываемости верха обуви к стопе