Детали, находящиеся между стопой и опорной поверхностью (землей, полом),
т. е. детали низа, в процессе носки обуви подвергаются наибольшим
воздействиям.
В первый момент касания обувью опоры небольшая
поверхность опоры набойки, поставленной под углом, и удельное давление
2*0,0001 Па способствуют быстрому износу набойки и
требуют ее частой замены.
В обычных конструкциях обуви значительную работу выполняет подошва Она
работает на истирание и повторные изгибы.
В зависимости от конструкции и физико-механических свойств материалов
низа обуви и главным образом от толщины и жесткости радиус изгиба
подошвы составляет от 4 до 8 см.
Относительное удлинение на поверхности кожаной подо швы при изгибании
обуви достигает 16%. В резиновых подошвах, имеющих большую толщину и
рифленую поверхность, удлинение на отдельных участках поверхности
доходит до 25
С некоторым приближением можно предполагать, что при изгибании системы
деталей низа на цилиндре с радиусом кривизны 50 мм на стадии упругой
деформации справедлива принятая в сопротивлении материалов гипотеза
плоских сечений низа (1]. Чем тоньше и мягче материал стельки, тем ближе
к ней располагается нейтральная линия изгиба. Обычно она проходит в
затяжной кромке. Чем жестче и толще материал стельки, тем больше усилий
требуется для ее изгибам При изгибе низа обуви подошва в основном
растягивается, а стелька сжимается в поперечном направлении. В некоторых
конструкциях, например в обуви без стелек, внутренние слои подошвы
работают на сжатие.
Удельное давление в наружном слое подошвы различно и зависит от строения
передней части стопы и походки человека. В отдельных случаях удельное
давление достигает 106 Па и более. Обычно оно составляет (4—7)*100000 Па
в передней части подошвы и около 2 * 1000000 Па — в пучковой.
Чем больше удельное давление, тем интенсивнее износ. Благодаря
неровности ходовой поверхности кожаной подошвы площадь контакта ее с
опорой [при нагрузке (5—6) *1000000 Па] составляет около 2—3 % площади
касания с опорой и фактическое удельное давление достигает 2 * 100000
Па. При этом температура мгновенно повышается до 80—100 °С, что
способствует разрушению подошвы.
Естественно что наиболее интенсивно истираются места сосредоточенного
давления в результате трения деталей низа об опорную поверхность. Трение
скольжения подошвы может иметь место только в том случае, когда
передаваемая на опорную поверхность горизонтальная составляющая усилия,
развиваемого человеком при движении, больше силы трения. Так как
горизонтальная составляющая опорного усилия достигает максимума в начале
и в конце периода опоры, в такие моменты наиболее вероятно скольжение
обуви по опорной поверхности (при малом коэффициенте трения), что и
приводит к быстрому износу низа обуви в носочной и пяточной частях.
Скольжение возможно также при волочении ног по опорной поверхности.
При нормальной ходьбе в прямом направлении чаще наблюдается трение
качения, возникающее при перекате стопы (в интервал времени между
моментами отрыва пяточной и носочной частей от опоры). В этом случае
также истирается подошва в результате вертикального вдавливания твердых
частиц почвы в материал, обладающий по сравнению с материалом опоры
значительно меньшей твердостью. Вдавливание сопровождается повышением
температуры, разрушением межмолекулярных связей и незначительными
разрывами поверхностного слоя материала, что приводит к износу низа
обуви.
Топография износа подошвы, по Н. Н. Черникову, зависит от характера
распределения давления стопы на опорную поверхность. Наибольший износ
наблюдается под плюснефаланговыми сочленениями и первым пальцем стопы .
Во время носки обуви опорные участки стопы давят на стельку и через нее
на простилку, как бы вдавливая подошвы в опору, что приводит к местному
истиранию. На стельке образуется рельеф (ложе для стопы). Образованию
рельефа способствует уплотнение материалов и увлажнение стельки потом.
Скорость износа подошвы из разных материалов
различна. Так, 1 мм монолитной резиновой подошвы для клеевого метода
истирается за 60—80 дней (рис. 4.6). Кожаная подошва изнашивается
неравномерно, по слоям. Лицевой слой (до 1,3 мм) и бахтармяный слой (до
1 мм) подошв хромтаннидного дубления толщиной 4,7 мм изнашиваются на 1
мм примерно за 14 дней, средний слой —за 45 дней, а отдельные участки
—за 68 дней.
Сопротивление износу подошвы из кожи хромового дубления в 1,5 раза
больше, чем из кож таннидного или хромтаннидного дубления, что можно
объяснить прежде всего более высокой температурой сваривания, чем у кож
таннидного дубления
Скорость износа подошвы обусловливается категорией носчиков, характером
почвы, временем года, метеорологическими условиями, в которых происходит
носка, и уходом за испытуемой обувью. Установлено, что почтальон
изнашивает обувь в 2,5 раза быстрее, чем остальные категории носчиков.
Нa скорость износа подошвы влияет также амортизирующая способность низа
обуви (М. М. Петрунина), т. е. способность материала низа поглощать
часть нагрузки. Роль амортизатора при этом состоит не только в
поглощении части нагрузки, но и в рассредоточении ее по площади подошвы.
Амортизационные свойства низа обуви меняются в зависимости от свойств и
толщины материалов. Для определения амортизационных свойств материала
служит ударный аппарат (копер). Чем меньше плотность материала и его
толщина, тем большую часть усилия он поглощает и тем меньшая его часть
передается на опору (балку аппарата).
При повышении толщины и уменьшении твердости подошвы увеличивается
площадь активной опоры. Так как при этом уменьшается и передаваемая на
опору нагрузка, то удельная нагрузка уменьшается в несколько paз.
Так, при увеличении толщины кожи хромового дубления путем накладки
нескольких слоев с 4,1 до 12,2 мм нагрузка на опору изменилась с 2200 до
1430 Н, т. е. в 1,5 раза; в то же время площадь опоры увеличилась с 1,4
до 6,7 мм2, что уменьшило удельную нагрузку на опору с 157 до 21,3
Н/мм2, т. е. в 7,4 раза. При таком изменении толщины кожи хромтаннидного
дубления нагрузка на опору изменилась в 5,8 раза.
При испытании на специальной установке ЦНИИКПа амортизационных свойств
различных подошв в готовой обуви при ходьбе человека были подтверждены
обнаруженные закономерности.
При расчете толщины подошвы необходимо учитывать, что с бахтармяной
стороны слой кожаной подошвы толщиной примерно 0,8 мм является
нерабочим. В результате снижения толщины подошвы при износе до 0,7—0,8
мм кожа прорывается. Это объясняется ослаблением связи волокон в тонком
слое материала. На подошве из монолитной резины по мере изнашивания в
связи с повторным сжатием, вызывающим поперечное расширение, образуется
вздутие. Этому также способствует усадка кожаной стельки. Подошва
толщиной 1,4 мм прокалывается даже небольшими остриями твердых частиц
почвы. Прокол резко ослабляет резину, что облегчает ее дальнейший разрыв
и образование дыры в месте наибольшего износа.
Стелька испытывает такое же сжатие и повторный изгиб в пучковой части,
как и подошва. Наблюдается также и истирание в области плюснефалангового
сочленения в результате движения стопы по стельке.
Износ стельки отличается от износа подошвы тем, что на первую
воздействует стопа, обутая в чулок или портянку, обычно влажные от пота.
Радиус кривизны стельки при изгибе меньше, чем подошвы (примерно на
10—15 мм). Картонные стельки подвергаются расслаиванию и скатыванию.
Если стелька и простилка обладают малой твердостью и большой
пластичностью, то новая обувь довольно быстро приформовывается к стопе,
т. е. на стельке создается ложе. Если же стелька относительно жесткая
(например, стелька из фанеры), то приформовывание совершается медленно
или совсем не происходит. Давление стопы остается сосредоточенным на
небольшом участке, что приводит к потертости плантарной поверхности
стопы и ощущению жжения.
Выработка ложа, способствующего более равномерному распределению
нагрузки, снимает неприятное ощущение, а также увеличивает срок носки
подошвы. Большое значение имеет также амортизационное свойство простилки.
По данным ЦНИИКПа сквозной износ кожаной подошвы с простилкой из войлока
наблюдали в среднем через 127,5 дня, а с простилкой из спецкартона —
через 91 день. Таким образом, наличие формующейся прокладки удлинило
срок носки кожаной подошвы на 36,5 дня, или на 29 %. На пористой
резиновой подошве такого эффекта не наблюдалось, т. к. сама резина
является амортизатором и перекрывает влияние простилки.
В большинстве современных типов обуви стелька является деталью, с
помощью которой верх обуви соединяется с низом. Поэтому стельку
изготовляют из материала, который прочно связывается со скрепляющими
элементами — гвоздями, шпильками, нитками и др. При ослаблении связи в
обуви швы разрушаются. В обуви клеевого и выворотного методов крепления,
верх которой скрепляется с низом непосредственно, роль стельки
уменьшается.
Кожаная стелька, подвергаясь гигротермическому воздействию и воздействию
пота, теряет эластичность, прочность и чернеет (сгорает) в течение двух
месяцев.
Простилка работает на повторное сжатие и изгиб. К ней в значительной
степени применимо сказанное о подошве и стельке. Простилку помещают
между стелькой и подошвой, и она не является элементом скрепления.
Простилка должна быть достаточно мягкой, пластичной в начальный момент
носки, упругой после приформовывания для амортизации и способной
выдерживать повторные изгибы.
Большую роль для рассредоточения нагрузки и скорости изнашивания подошвы
играют свойства материала платформы, находящейся между стелькой и
подошвой.
О характере влияния системы низа на износостойкость
кожаной подошвы толщиной 3,7 мм можно судить по данным М. М. Петруниной,
приведенным ниже.
Продолжительность износа подошвы 1 мм, %
Материал платформы
Без
платформы 100
Кожа
толщиной 2,5 мм 112,2
Пористая резина толщиной 8 мм 117,1
Войлок
толщиной 8 мм 139,7
Геленок играет в обуви роль рессоры, воспринимающей
довольно большую нагрузку, передаваемую на него стопой.
При рассмотрении анатомии и биомеханики стопы было отмечено, что стопа
оказывает давление на опору не только пяткой и плюснефаланговым
сочленением, но и костями, образующими ее наружный свод. Под отростком
пятой плюсневой кости давление концентрируется и составляет примерно 13
% от нагрузки стопы.
Геленок прошел несколько этапов развития конструкции. Геленок
изготовляют из луба, водостойкой фанеры или дерева,
профилированного по следу колодки. Для массовой обуви используют
стальной геленок с профилированным сечением, изогнутым по форме следа
колодки в пределах от 0,3 до 0,65 Д.
Только в последние годы исследована работа геленка в обуви. Показано,
что геленок выполняет сложную работу, испытывая переменные деформации в
разных стадиях движения
[2]. Поэтому в геленке возникают то положительные, то отрицательные
изгибающие моменты. При ходьбе в геленке появляются напряжения в 2—2,5
раза большие, чем при стоянии. Наиболее опасно сечение геленка,
расположенное на краю каблука.