социально-экономические и материально-сырьевые. Основными причинами возникновения, дефектов в обуви являются: нарушение технологического процесса; подбор материалов, не соответствующих требованиям, предъявляемым к деталям обуви; применение некачественных основных и вспомогательных материалов; неудовлетворительная работа оборудования и плохое состояние оснастки и инструментов; нетехнологичность конструкции изделия; нарушение организационного режима.

2.2 Работа деталей обуви

При эксплуатации обуви ее детали и соединяющие швы испытывают простые и сложные нагрузки повторного и переменного характера.

Детали верха обуви. Значительным нагрузкам при движении человека подвергается союзка обуви, находящаяся над плюснефаланговым сочленением стопы. При переносе опоры стопы на пучки союзка сильно изгибается. При сгибании стопы на материале верха обуви образуются складки, направленные перпендикулярно продольной линии стопы или под углом 85 – 120° к ней (А.Н. Калита). В зависимости от толщины материала и конструкции обуви радиус кривизны складок различен: от 0,5 – 1 мм на мягких и тонких материалах до 5 – 10 мм на жестких и толстых (юфть). Многократный изгиб материала приводит к его разрушению. Считают, что материал для верха обуви должен выдерживать до разрушения не менее 1,5 млн повторных изгибов.

Область появления складок на союзке обуви находится в пределах сечения 0,62 – 0,78 L. Материал верха обуви вслед за изгибом стопы в плюснефаланговом сочленении сжимается в продольном направлении примерно на 15 – 20 %. Естественно, что при этом образуются складки. Количество и высота складок зависит от плотности прилегания верха обуви к стопе в указанном участке, толщины материала и других факторов.

Чем меньше прилегает верх обуви к стопе, тем выше и длиннее складки. В основном при изгибе материал разрушается в складках, имеющих радиус изгиба менее 1 мм.

Образовавшиеся складки при касании стопы впитывают выделяемый ею пот, что приводит к преждевременному износу материала. Пропитывание материала подкладки бактерицидными

62

веществами снижает действие пота и замедляет разрыв материала верха обуви.

Переда из юфти вследствие тяжелых условий эксплуатации изнашиваются быстрее союзок из кожи хромового дубления.

При отсутствии жесткого подноска на союзке обуви образуются неисчезающие складки относительно большего радиуса кривизны, что портит внешний вид верха обуви. Жесткий подносок уменьшает область возможного изгиба переда обуви и радиус кривизны изгиба материала.

Когда стопа опирается на пучки, ее обхват в плюснефаланговом сочленении увеличивается на 4 – 5 мм, что составляет около 5 – 7 % от размера стопы в положении на вису.

Стопа в плотно охватывающей обуви ведет себя как сжатая пружина: стремясь распрямиться. Она оказывает давление на материал верха.

Обхват стопы уменьшается примерно на 5 мм при сжатии ее бандажом с силой 10 Н. уменьшение обхвата на 20 – 25 мм вызывает болезненное ощущение.

Если бы сопротивление материала верха обуви растяжению было относительно мало, стопа распрямилась бы полностью, а верх обуви потерял форму, приданную ему колодкой. Но так как материал верха обуви обладает определенной жесткостью, то его удлинение в поперечном направлении под действием стопы будет меньше и в обычной обуви стопа несколько сжата.

Механические свойства материала союзки влияют на ее деформацию в поперечном направлении.

Наибольшие деформации растяжения союзка испытывает в поперечном направлении в области первого и пятого плюснефалангового сочленений.

При нормальном подборе поперечных размеров обуви к размерам стопы уже при надевании обуви до опоры союзка из материалов разной тягучести растягивается в поперечном направлении в области внутреннего пучка на 3,5 – 8,7 %, в области мизинца – на 2,1 – 7,6%.

В различных положениях стопы растяжение союзки в области мизинца колеблется от 1,5 – 4 %. Суммарное растяжение (от надевания обуви на стопу и растяжения при ходьбе) в этой области колеблется от 2,9 до 10,9 %.

63

Верх обуви приформовывается к стопе примерно за 2 – 3 недели носки; далее союзка лишь незначительно растягивается в поперечном направлении.

Союзка достаточно вытянутой при формовании заготовки обуви усаживается после съема с колодки на 4 – 5 % в поперечном направлении.

В зависимости от сопротивления материала растяжению стопа распрямляется (увеличивается в обхвате) больше или меньше. Поэтому обувь из плотного материала делают несколько шире стопы.

Материалы, обладающие большим удлинением (например, некоторые ткани и шеврет), при многократных воздействиях стопы значительно вытягиваются, в результате этого наружные детали верха обуви из таких материалов укрепляют плотной межподкладкой и подкладкой.

К берцам и голенищам, охватывающим предплюсневую часть стопы, голеностопный сустав и голень предъявляют менее жесткие требования, так как такие детали совершают значительно меньшую работу. Берцы полуботинок, чересподъемный ремень и частично берцы ботинок работают в основном на повторное растяжение в диагональном направлении. Это вызывается, во-первых, увеличением размеров плюсны стопы в момент перехода опоры на пучки, а вовторых, тем, что при движении стопа стремится изогнуть обувь.

Чем больше жесткость подошвы, тем больше сила воздействия стопы на берцы.

На берцах и голенищах, подвергающихся повторным изгибам, появляются складки. Так как эти изгибы невелики, а детали обуви неплотно облегают ногу, получаются большие складки, которые не распрямляются.

Большие складки с внутренней стороны голенищ сапог могут вызывать истирание материала вследствие трения складок одного сапога о складки другого. В этой части обуви материал должен обладать способностью к упругому продольному изгибу и небольшой жесткостью, чтобы образующиеся складки были мелкими и не выступали на внутренней стороне.

64

над задниками и около шейки переда. Износ складок появляется на некоторых материалах уже через 1,5 мес. носки. По

В обуви некоторых конструкций задний шов укрепляют наружным ремнем, который отчасти препятствует излишнему изгибанию берцев или голенищ. Так как наружный ремень укрепляет шов, его делают из материала, равноценного по качеству материалу для ответственных деталей.

Подкладка и межподкладка союзки подвергаются тем же воздействиям, вызывающим изгиб и растяжение, что и наружные детали. При выборе материала наружные и внутренние детали рассматривают совместно, как систему, выполняющую одинаковую работу.

Работа такой системы (кожа + ткань) хорошо иллюстрируется кривыми растяжения, изображенными на рис. 11.

Рис. 11. Кривые растяжения кожи (1), ткани (2) и системы кожа + ткань (3)

Наружная деталь из кожи обычно имеет несколько большую прочность, чем внутренняя деталь из ткани, несколько больше и

65

удлинение при разрыве. Кроме того, в начальный период растяжения кожа обладает значительно большей растяжимостью.

Представим себе, что каждым из повторных воздействий стопы материал растягивается на величину ε, а в ткани возникает напряжение σт, относительно большее напряжения в коже σк. Следовательно, ткань работает с меньшим запасом прочности. Очевидно, что ткань выйдет из строя быстрее кожи, чему способствует и разрушающее действие пота. После разрыва внутренней детали из ткани начинает работать только наружная; через некоторый интервал времени она тоже разрушается. Если бы детали работали при более или менее одинаковых напряжениях, срок их службы был бы продолжительнее.

Поэтому весьма желателен подбор ткани с механическими свойствами, близкими к свойствам материалов наружных деталей. Однако из-за относительно большой тягучести кожи следовало бы подбирать и ткань с такой же тягучестью, в результате чего удлинения были бы значительными и обувь быстро теряла бы свою форму. Чтобы избежать этого, под детали верха, подвергающиеся сильному растяжению или выкроенные из материала с большим удлинением, ставят межподкладку и подкладку, имеющую меньшее удлинение, чем кожа. Межподкладка и подкладка укрепляют верх, воспринимая на себя часть растягивающей нагрузки.

Кроме того, детали подкладки изнашиваются от трения, особенно сильно в пятке и в области мизинца. Значительно истираются и открытые (наружные) края деталей обуви, так как они плотно прилегают к стопе, а иногда даже вдавливаются в мягкий покров стопы (например, наружный край союзки туфель или чересподъемный ремень). Кроме того, эти участки деталей имеют возможность двигаться по стопе, что вызывает истирание. Поэтому подкладка детали верха по краям делается из натуральной или искусственных кож. Допускается также окантовка краев деталей тесьмой.

Промежуточные детали из ткани обычно наклеивают на союзки из кож хромового дубления (опойка и выростка) толщиной менее 0,9 мм, берцы и задинки толщиной менее 0,7 мм. На детали из шевро, шеврета и тканей наклеивают межподкладку независимо от их толщины.

66

В процессе ходьбы в обуви при изгибании стопы в плюснефаланговом сочленении пятка отделяется от стельки и движется вверх, опережая движение пяточной части обуви.

Особенно хорошо это видно в сапогах, пяточная часть которых значительно шире пятки стопы. При движении пятки вверх поверхность задника деформируется и истирается.

По тем же причинам истирается подкладка в пяточной части полуботинок. Поэтому для изготовления подкладки надо применять материалы с большим сопротивлением истиранию.

При неправильной форме задника и малой жесткости материала движение пятки вверх и вниз, кроме истирания его поверхности, вызывает изгиб задника по стелечному ребру и его оседание.

Из рис. 12 видно, что в первый момент опоры слагающая Р силы давления стопы на обувь направлена назад. Затем начинает действовать сила q. Поскольку каблук наклонен к поверхности опоры под углом примерно 10°, на задник в некоторый период времени действуют силы Р и q. Одна из них стремится сдвинуть пяточную часть верха назад, вызывая ее изгиб в области стелечного ребра, другая – осадить задник, деформируя его грани. Когда пяточная часть обуви (например, в домашних туфлях и тапочках) не укреплена жестким задником, указанная деформация происходит довольно быстро. В обуви с задником, имеющим стойкую нижнюю часть, пяточная часть не поддается деформации.

аб

Рис. 12. Схема сил, возникающих при касании каблука с опорой в продольном (а) и поперечном (б) направлениях

67

Задник является одной из ответственных деталей, повреждение которой приводит обувь в негодное состояние. У задников, отвечающих предъявляемым к ним требованиям, форма сохраняется до полного износа обуви.

Целесообразно делать задник из упругого материала, хорошо восстанавливающего форму. Такие задники могут быть менее жесткими, чем кожаные. Что касается гигиенических свойств задников, то к ним не предъявляют высоких требований, так как стопа движется около задника и происходит достаточно большой обмен воздуха. Однако подкладка, соприкасающаяся со стопой, обязательно должна впитывать влагу.

Жесткий подносок служит для предохранения от внешних воздействий и сохранения формы носочной части обуви. Внешний вид носка в значительной мере определяет общий вид обуви. Мягкий носок быстро теряет форму в основном под действием внешних сил.

Детали низа обуви. Детали, находящиеся между стопой и опорной поверхностью (землей, полом), т.е. детали низа, в процессе носки обуви подвергаются наибольшим воздействиям.

Впервый момент касания обувью опоры небольшая

поверхность опоры набойки, поставленной под углом, и удельное давление 2∙10-4 способствуют быстрому износу набойки и требуют ее частой замены.

Вобуви обычной конструкции значительную работу выполняет подошва. Она работает на истирание и повторные изгибы.

Взависимости от конструкции и физико-механических свойств материалов низа обуви и главным образом от толщины и жесткости радиус изгиба подошвы составляет 4 – 8 см.

Относительное удлинение на поверхности кожаной подошвы при изгибе достигает 16%. В резиновых подошвах, имеющих большую толщину и рифленую поверхность, удлинение на отдельных участках поверхности достигает 25 %.

Сопротивление износу подошвы из кожи хромового в 1,5 раза больше, чем из кож таннидного и 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

68

обувью. Установлено, что почтальон изнашивает обувь в 2,5 раза быстрее, чем остальные категории носчиков.

На 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 раз.

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.

69

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.

Чем жестче и толще материал стельки, тем больше усилий требуется для ее изгиба. 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. При нормальной ходьбе в прямом направлении чаще наблюдается трение качения, возникающее при перекате стопы (в интервале между отрывом пяточной и носочной частей от опоры). В этом случае также истирается подошва, что объясняется вдавливанием твердых частиц в материал подошвы, обладающий по сравнению с материалом опоры значительно меньшей твердостью. Вдавливание сопровождается повышением температуры, разрушением межмолекулярных связей и значительными разрывами поверхностного слоя материала, что приводит к износу низа обуви.

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

70

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, причем она не является элементом скрепления. Простилка должна быть достаточно мягкой, эластичной в начальный момент носки, упругой после приформовывания для амортизации и способной выдерживать повторные изгибы.

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 сжатия. Выработка ложа, способствующего более равномерному распределению нагрузки, снимает неприятное ощущение, а также увеличивает срок службы подошвы. Большое значение имеет также амортизационное свойство простилки.

Большое значение для рассредоточений нагрузки и увеличения продолжительности срока службы подошвы имеют свойства материала платформы, находящейся между стелькой и подошвой.

Геленок в обуви играет роль рессоры, воспринимающей довольно большую нагрузку, передаваемую на него стопой, и испытывает на разных стадиях движения стопы переменные деформации.

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

71