Розробка конструкції і технології виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.18.18 - Технологія взуття,

шкіряних виробів і хутра

РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ І ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СПОРТИВНОГО ВЗУТТЯ ДЛЯ ЗАНЯТЬ КІННИМ СПОРТОМ

ДЕНИСЮК ЛЮДМИЛА ВСЕВОЛОДІВНА

Хмельницький - 2011

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

взуття кінний спорт деталь

Актуальність теми. Однією з умов розвитку легкої промисловості є створення високопродуктивних та економічно ефективних технологічних процесів виробництва конкурентноздатної продукції.

Відновлення і нарощення потенціалів взуттєвої галузі передбачає розширення асортименту виробів, до складу якого неодмінно входить і широкий спектр спортивного взуття, та забезпечення функціональності, високої міцності, комфортності та високих естетичних показників.

Взуття спортсмена кожного виду спорту - це, з одного боку, спеціальне спортивне знаряддя, призване сприяти підвищенню спортивних досягнень, якості та ефективності тренувального процесу, а з другого боку - це пристосування, яке повинне захищати нижню кінцівку спортсмена від несприятливих дій навколишнього середовища, можливих зіткнень, ударів тощо.

Антропометричні та біомеханічні дослідження з метою створення раціонального спеціального спортивного взуття в нашій країні та за рубежем проводяться давно. Значний вклад у створення антропометричних банків даних про стопи і гомілки населення і спортсменів зокрема внесли радянські та вітчизняні вчені Ю.П.Зибін, В.О.Фукін, О.В.Фарнієва, В.З.Ільченко, Т.Т.Фоміна, В.П.Коновал, В.П.Либа, Р.І.Колядюк, А.Б.Домбровський, С.П.Васільєв, Н.В.Первая. Дослідженню біомеханічних характеристик рухів нижньої кінцівки присвячені наукові праці Д.Б.Гурфінкеля, В. М. Заціорського, А.М.Лапутіна, І.І.Половнікова, С.П.Александрова, В.Дибшлага та інш. Розроблені методи і апаратура для імітації умов взаємодії спортсмена з спортивними знаряддями, визначення впливу одягу і взуття на ступінь захисту і рівень підготовки спортсмена. В Радянському Союзі діяла мережа спеціалізованих взуттєвих фабрик по виготовленню спортивного взуття різноманітного призначення - як для спортсменів-професіоналів так і для широкого загалу любителів фізкультури і спорту.

На сьогоднішній день в Україні лише окремі цехи приватних взуттєвих підприємств займаються виготовленням невеликих за розміром і обмежених за асортиментом партій спортивного взуття. При цьому ці вироби за якістю і технічним оснащенням значно поступаються зарубіжним аналогам. Одною із причин цього є те, що вітчизняні взуттєві виробництва недостатньо оснащені прогресивними технологіями для виробництва якісного спортивного взуття. Проте найважливішою причиною слід вважати відсутність ефективного наукового обґрунтування конструкцій взуття відповідно до умов виконання спортивних вправ та специфіки тренувального процесу.

В сучасній технічній літературі є достатньо інформації щодо методів проектування окремих видів спортивного взуття для різних видів спорту. Проте дослідження, які стосуються впливу навантажень на стопу і гомілку спортсмена-кіннотника в процесі виконання спортивних рухів в біомеханічній системі «стопа-взуття-рухома опора», не виявлені. Відсутні також антропометричні дані про нижні кінцівки спортсменів-кіннотників та розрахунки розмірно-повнотних характеристик асортименту спортивного взуття.

Отже, дослідження антропометричних особливостей нижніх кінцівок спортсменів-кіннотників, біомеханіки системи «стопа-взуття-рухома опора» та розробка раціональних конструкцій і технології виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом є актуальними для взуттєвої галузі нашої країни.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація пов'язана з реалізацією комплексної програми науково-технічного розвитку галузей легкої промисловості «Удосконалення методів проектування і технологій виготовлення одягу та взуття з метою зниження їх трудомісткості та матеріаломісткості, підвищення якості» та відповідає науковому напрямку досліджень Київського національного університету технологій та дизайну: «Теоретичні основи технологічних процесів виготовлення взуття із застосуванням нових матеріалів вітчизняного виробництва» (держбюджетна тематика ДБ-022).

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є розробка конструкції і технології виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом з підвищеними функціонально-експлуатаційними властивостями.

Для досягнення поставленої мети у роботі вирішувалися такі задачі:

- розробити методику та провести антропометричні дослідження стоп і гомілок в групах спортсменів, які займаються кінними видами спорту; встановити регресійні залежності між основними розмірними ознаками стоп;

- виявити морфологічні особливості та вплив тривалих занять кінним спортом на антропометричні параметри стоп вершників;

- здійснити біокінетичний та біостатистичний аналіз роботи нижньої кінцівки системи «вершник-кінь-стопа»; визначити потенційну, кінетичну та повну механічну енергію біоланок «гомілка-стопа»;

- розробити раціональну внутрішню форму спортивного взуття для занять кінним спортом, яка забезпечує ефективне виконання спортивних вправ вершником;

- розробити конструкції верху і низу спортивного взуття для вершників;

- розробити ефективний технологічний процес виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом клейового методу кріплення;

- розробити нормативно-технічну документацію та здійснити впровадження у виробництво спортивного взуття для вершників.

Об'єкт дослідження - створення конкурентноздатного спортивного взуття для занять кінним спортом.

Предмет дослідження - розробка раціональної конструкції та ефективної технології виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях антропометрії і біомеханіки нижніх кінцівок людини у тісному взаємозв'язку з особливостями виконання вправ у кінних видах спорту.

Експериментальні дослідження здійснюються з використанням контактних засобів вимірювання формо-розмірів стопи і гомілки та відеотехніки для фіксації рухів елементів системи «спортсмен-кінь-опора».

Оброблення результатів експериментів виконано методами математичної статистики, регресійного та кореляційного аналізів з використанням комп'ютерної техніки і стандартного програмного забезпечення.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше у взуттєвій галузі:

- встановлені регресійні залежності між основними розмірними ознаками стоп спортсменів та морфологічні відмінності стоп вершників під впливом тривалих занять кінним спортом;

- розроблена антропоморфологічна математична модель вибіркової сукупності стоп спортсменів-кіннотників, яка визначає розмірно-повнотний асортимент спортивного взуття для занять кінним спортом;

- розроблені анатомо-біомеханічна та ергономічна моделі роботи нижньої кінцівки вершника у процесі виконання спортивних вправ, на основі яких запропоновані залежності для визначення потенціальної, кінетичної і повної енергії біопари «стопа-гомілка»;

- удосконалені теоретичні положення щодо проектування раціональної внутрішньої форми спортивного взуття для занять кінним спортом.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблена методика визначення антропометричних і біомеханічних характеристик стоп і гомілки вершника, які функціонують у діючій системі «вершник-кінь-опора»; створена антропометрична база даних стоп і гомілок спортсменів-кіннотників;

- удосконалена методика та розроблена раціональна колодка і форма-правило для відтворення внутрішньої форми спортивного взуття для кіннотників, яка функціонально відповідає ергономічним особливостям кінного спорту;

- удосконалена методика та розроблені нові конструкції верху і низу чобіт для вершників; оригінальність і доцільність конструкцій підтверджені патентом України на промисловий зразок №15139 «Взуття для вершників»,

- розроблений ефективний технологічний процес складання верху і низу спортивного взуття для занять кінним спортом

- розроблена нормативно-технічна документація на спортивне взуття для вершників;

- розроблені ТУ У 19.3-00302391-010-2008 «Взуття для кіннотників»;

Результати теоретичних й експериментальних досліджень впроваджені у виробництво на ТОВ ВКФ «Фенікс» ЛТД та використовуються в учбовому процесі кафедри конструювання та технології виробів із шкіри Київського національного університету технологій та дизайну.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці та вирішенні основних теоретичних і експериментальних завдань. При безпосередній участі автора розроблені теоретичні положення, планування і проведення експериментів, математична обробка отриманих результатів. Автору належать основні ідеї та результати досліджень, узагальнення і висновки.

Конкретний персональний внесок автора: у статтях [1,2,5,9] розроблені методики експериментів, здійснена статистична обробка даних, сформульовані узагальнення; у статтях [1-3] запропоновані теоретичні положення, висновки і узагальнення; у публікаціях [4,8] описані конструкції верху і низу взуття, нормативи виконання технологічних операцій.

Апробація роботи. Основні положення і результати дисертації доповідались, обговорювались і отримали позитивну оцінку на: VI Всеукраїнській науковій конференції молодих вчених та студентів КНУТД «Наукові розробки молоді на сучасному етапі, (м. Київ, 2007 р.), взуттєвому підприємстві ТОВ «ВКФ «Фенікс» ЛТД (м. Бровари, 2008 р.), Міжнародній науковій конференції «Актуальні проблеми сучасної біомеханіки, фізвиховання і спорту» ЧДПУ ім. Т.Г.Шевченка (м. Чернігів, 2008 р.), Вченій раді ВАТ «Український науково-дослідний інститут шкіряно-взуттєвої промисловості» (м. Київ, 2008 р.)

Дисертація доповідалась повністю та отримала позитивну оцінку на розширеному науковому семінарі кафедри КТВШ Київського національного університету технологій та дизайну (м. Київ, 2011 p.).

У повному обсязі дисертаційна робота доповідалась та ухвалена на науковому семінарі кафедри технології та конструювання виробів із шкіри Хмельницького національного університету у квітні 2011 року.

Публікації. Основні положення та результати дисертації опубліковані у восьми роботах, серед них п'ять статей - у фахових наукових виданнях, рекомендованих ВАК України, один Патент України на винахід, дві - у збірниках праць наукової конференції.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку літературних джерел та додатків. Робота надрукована на 177 сторінках, містить 37 рисунків, 22 таблиці, 122 найменування використаних літературних джерел та 37 сторінок додатків.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, подано стислий аналіз проблеми, визначені мета і завдання досліджень, вибір об'єкта, предмета і методів досліджень, сформульовані наукова новизна та практична цінність роботи, особистий внесок здобувача, наведені відомості про апробацію.

У першому розділі розглянуті сучасний стан і напрями розвитку конструювання та виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом.

Аналіз літературних джерел показав, що особливості занять кінним видом спорту висувають специфічні вимоги до антропометричних характеристик спортсмена, амуніції та упряжі коня, одягу та спорядження вершника, його фізичної і психологічної підготовки. Особлива увага приділяється взуттю - як багатофункціонального засобу - захисту стопи і гомілки спортсмена від негативних виливів, підготовки і здійснення стрибків, амортизації від поштовхів і коливань, контактного ”спілкування” вершника з конем, композиційно-естетичного оформлення спортивного одягу.

Зовнішній вигляд, розміри, внутрішня форма і конструкція спортивного взуття для занять кінним спортом залежить від форми і розмірів стоп спортсменів, функцій нижніх кінцівок в процесі виконання спортивних вправ.

Критичний, аналіз методів і результатів антропометричних досліджень стоп спортсменів з різних видів спорту свідчить, що такі дослідження щодо спортсменів з кінних видів спорту практично не проводились. Методи отримання інформації про формо-розміри стоп і гомілок застарілі і не завжди враховують специфіку того чи іншого виду спорту, фізичні навантаження та енерговитрати спортсменів.

Розробки раціональної внутрішньої форми взуття та спеціальних колодок для його формування стосувалися насамперед рухових, ігрових та масових видів спорту, а для виготовлення взуття кіннотників не проводились. Існуючі методи проектування поверхні колодки ґрунтуються на антропометричних дослідженнях стоп спортсменів і даних про біодинаміку рухів тулуба й кінцівок, проте зовсім не враховують динамічні зміни розмірів та допустимі норми стискання стоп у взутті, роботу деталей взуття, біоенерговитрати в процесі виконання спортивних вправ. Розробок форм для підформовування халявної частини спортивних чобіт у технічній літературі не виявлено.

Аналіз конструкцій спортивного взуття для занять кінним спортом свідчить, що вони удосконалювались виключно у напрямках захисту стопи і гомілки від зовнішніх негативних фізичних впливів, ударних навантажень, а також естетичному оформленню зовнішнього вигляду взуття.

Детальний розгляд методик проектування деталей верху і низу моделей взуття виявив, що більшість із них не здатні врахувати особливості рухів стопи і гомілки кіннотника, специфічні вимоги до спортивного взуття для занять кінним спортом. Найбільш доцільною у цьому відношенні можна вважати копіювально-графічну систему, яка у графічних побудовах контурів деталей враховує форму, розміри та анатомічну бідову стопи, а також сприяє внесенню необхідних коригувань, пов'язаних з виконанням спортивних вправ.

Викладені в першому розділі результати критичного огляду літературних джерел дозволили конкретизувати мету і завдання досліджень, що в подальшому сприяло удосконаленню конструкцій і технології виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом.

У другому розділі представлені методика та результати антропометричних досліджень стоп спортсменів кінного виду спорту.

Здійснене удосконалення методики обміру стоп і гомілок спортсменів-кіннотників передбачає максимальне урахування відмінностей їх форми і розмірів щодо стоп не спортсменів, що сприятиме застосуванню існуючих методів проектування колодок та конструкцій верху і низу побутового взуття (рис. 1).

Для цього типова методика антропометричних досліджень була доповнена такими специфічними розмірними параметрами:

- довжина від точки pternion до центру збільшення опорної поверхні в області виступу відростка п'ятої плеснової кістки;

- ширина відбитка від осі до зовнішнього краю виступу у тому ж місці;

- відстань від опори до точки найширшої опорної поверхні в області виступу відростка п'ятої плеснової кістки;

- висоти зовнішньої і внутрішньої щиколотки;

- обхвати і висоти гомілки по лінії верхнього канту, у найширшому та найвужчому її місцях, посередині між ними.

Таким чином, загалом визначились 58 розмірних ознак по кожній обстеженій стопі й гомілці.

Антропометричні дослідження спортсменів-кіннотників проводились в м. Києві на кінноспортивних базах: ”Авангард”, ”Колос”, ”Динамо”, ”Конепром”; корпорації ”Конярство України”, кінноспортивних школах Києва й області та Державному селекційному центрі конярства і кінного спорту.

Кваліфікаційний склад обстежених спортсменів був досить високий -спортсмени-розрядники, кандидати та майстри спорту, заслужені майстри спорту, майстри спорту міжнародного класу. При цьому, в першу чергу, обстеженню підлягали спортсмени, які складають основу збірної команди з кінного спорту України.

В результаті були отримані антропометричні дані по двох вибірках: 131 спортсмен чоловічої групи та 139 - жіночої. Завдяки статистичному і регресійному аналізу встановлені рівняння лінійної регресії розмірних ознак стоп спортсменів-кіннотників з обхватом по середині пучків О_0,68 (табл. 1).

На основі аналізу формо-розмірів стоп спортсменів-кіннотників та порівняння їх з формо-розмірів стоп не спортсменів встановлено вплив занять кінним спортом на виникнення у їх будові морфологічних особливостей. Розроблена антропоморфологічна математична модель вибіркової сукупності стоп спортсменів-кіннотників, за допомогою якої встановлено взаємозв'язок між розмірними ознаками стоп та раціональний розмірно-повнотний асортимент спортивного взуття для занять кінним спортом.

Таблиця 1. Результати регресійного аналізу антропометричних даних

Розмірна ознака стопи	Чоловіки	Жінки
Довжина стопи - Дст	Дст = 0,69 О0,68+108,3; r = 0,94	Дст = 0,55 О0,68+132,2; r = 0,93
Довжина до внутрішнього пучка - Д0,73	Д0,73 = 0,48 О0,68.+85,5; r = 0,91	Д0,73 = 0,38 О0,68+102,0; r = 0,89
Довжина до зовнішнього пучка - Д0,62	Д0,62 = 0,34 О0,68+94,1; r = 0,93	Д0,62 = 0,25 О0,68+106,7; r = 0,94
Ширина по середині пучків - Ш0,68	Ш0,68 = 0,36 О0,68+9,2; r = 0,95	Ш0,68 = 0,39 О0,68+1,8; r = 0,94
Ширина в центрі п'ятки (габарит) - Ш0,18	Ш0,18 = 0,23 О0,68+12,7; r = 0,90	Ш0,18 = 0,20 O0,68+l 8,6; r = 0,91
Обхват по внутрішньому пучку - О0,73	О0,73 = 0,93 О0,68 +18,7; r = 0,93	О0,73 = 0,90 О0,68+20,0; r = 0,92
Обхват у прямому підйомі - О0,50	О0,50 = 0,91 О0,68 +27,1; r = 0,96	О0,50 = 0,98 О0,68 +8,0; r = 0,95
Ширина в центрі п'ятки (відбиток) - Ш0,68в	Ш0,68в= 0,31 О0,68+8,0; r = 0,89	Ш0,68в = 0,38 О0,68+9,2; r = 0,90

На основі здійсненого аналізу обґрунтована необхідність і основні напрями удосконалення внутрішньої форми спортивного взуття для занять кінним спортом.

У третьому розділі наведені результати біомеханічних досліджень функціонального стану стоп і гомілки спортсмена-кіннотника у процесі виконання спортивних вправ.

Для досягнення вагомих спортивних результатів спортсменами-вершниками важливо враховувати такі чинники, як: посадка його на коні, уміння керувати конем, ступінь підготовки спортсмена до конкуру та манежної виїздки.

У підготовчій фазі стрибка, тобто перед відштовхуванням, вершник повинен зберегти посадку, яку він мав при русі по маршруту. У фазі відштовхування спостерігається зміна швидкості руху як по напрямку, так і по величині. Сила інерції й коливання корпуса коня можуть негативно позначитися на посадці спортсмена. Щоб ліквідувати цей вплив, вершник повинен сильно нахилити свій тулуб уперед, зігнутися в тазостегнових суглобах і наблизитися до гребеня шиї коня (рис. 2).

У фазі польоту над перешкодою спортсмен перебуває, ніби у «складеному» над холкою коня положенні. Руки його подані вперед, шенкелі щільно притиснуті, носки трохи розгорнуті, каблуки відтягнуті донизу. Таке положення спортсмена створює сприятливі умови для максимального зближення його центра ваги до лінії ваги коня, збереження рівноваги й найбільшої ефективності відштовхувального зусилля коня.

Застосування оптико-електронних методів реєстрації рухів (рис. 3) та відеокомп'ютерного аналізу кінематики рухів у комплексі з антропометричними вимірюваннями дозволили встановити закономірності техніки пересування системи «вершник-кінь» у поєднанні із пропорціями біоланок нижніх кінцівок й зрістовими показниками спортсменів.

Серед біомеханічних критеріїв раціональної техніки пересування системи «вершник-кінь» можна виділити показник ступеню відхилення загального центру мас (ЗЦМ) від вектора рівномірної швидкості пересування у сагітальній площині. Зміни горизонтальної швидкості ЗЦМ у вершників у спеціальному взутті значно менші, ніж у вершників у звичайному взутті.

На основі даних відеокомп'ютерного аналізу була побудована модель техніки пересування системи «вершник-кінь» з урахуванням характеристик траєкторій руху суглобів нижніх кінцівок (гомілковостопний, колінний, кульшовий), яка представлена у вигляді відеограми (рис. 4).

У момент відштовхування тіло вершника буде знаходитись в стані рівноваги, яка забезпечується рівністю моментів сил, де головним є величина і напрямок вектору рівнодійної реакції опори - R_r^оп.

Для визначення плечей дії сил використовувались антропометричні вимірювання стопи (розділ 2), а саме: L₁ - відстань між місцем прикріплення литкового м'язу до заднього виступу п`яткової кістки стопи та точкою центру гомілковостопного суглобу; L₂ - відстань між центром гомілковостопного суглобу та лінією суглобів передплеснового відділу стопи; L₃ - проекція збільшеної довжини каблука; L₄ - максимальна відстань переміщення стремена.

За теоремою Варіньона сила тяги (F_Т) литковим м'язом буде рівна:

F_Т = R_r^оп L₂ / L₁.(1)

Встановлено, що оптимальній кут відштовхування залежатиме від розмірів біоланок нижньої кінцівки самого вершника, і чим більше відношення L₂ / L₁, тим більше необхідно розвинути силу тяги литковим м'язом для завершення відштовхування.

У процесі фізичних вправ біомеханічної системи «вершник-кінь» біопара «стопа-гомілка» виконує механічну роботу, яку можна знайти як скалярний добуток вектора сили та переміщення точки її прикладання:

(2)

Якщо сили, що діють на тіло, невідомі, то величину роботи можна визначити за зміненням ?Е механічної енергії тіла:

А = ?Е.(3)

Для визначення механічної роботи та енергії при локомоціях в процесі здійснення конкуру або манежної виїздки був застосований алгоритм, який передбачає по кожному із кадрів відеограми (рис. 4): вимірювання розмірів біоланок, розрахунок лінійних та кутових швидкостей і моментів інерції центрів мас (ЦМ) біоланок, розрахунок потенціальної, кінетичної та загальної енергій біоланок, визначення коефіцієнта k рекуперації (збереження та повторного використання повної механічної енергії при рухових діях людини):

,(4)

де W_i^км = ?Е_і^п + ?Е_і^k - сума приростів потенціальної і кінетичної енергії біоланок у момент часу t_i.

Коефіцієнт рекуперації може змінюватись від 0 до 1. Якщо k > 1, то має місце збереження та повторного використання енергії. Встановлено, що у фазі «зависання» (кадр № 9 на рис. 6) k_{гомілки} =0,38 >k_стопи = 0,33. Цей факт свідчить про наявність балістичного пріоритету, тобто переходу механічної енергії від біоланки більшої маси (гомілки) до біоланки меншої маси (стопи). З_авдяки удосконаленню конструкції взуття можна вирівняти коефіцієнти рекуперації та зменшити витрати енергії у гомілковостопному зчленуванні, а за рахунок цього поліпшити техніку виконання рухових дій вершника.

На рис. 6 наведено приклад обробки відеограми подолання перешкоди за розробленим у дисертації алгоритмом.

Порівняння таких графіків при використанні спортивного взуття різних модифікацій дозволило обґрунтувати найбільш доцільні елементи конструкції раціонального спортивного взуття для підвищення ефективності занять кінним спортом, зокрема:

- застосування прилягаючого типу халяви за рахунок використання застібок ”блискавок”, еластичних тасьмових вставок, високо піднесених задніх частин (язичків) задинок;

- застосування в розрізів із вставкою еластичної тасьми для регулювання поперечних розмірів халяви при напруженні та розслабленні литкового м'яза;

- використання нахиленої вперед халяви по відношенню до вузла союзки та задинки з кутом нахилу від 77є до 84є для економії енергії у зчленуванні біоланок гомілки і стопи;

- збільшення висоти халяви аж до центра колінного суглоба для захисту гомілки від механічних пошкоджень;

- подовження каблука на 20-30 мм вперед для виключення небажаного сковзання стремена на лінію дії маси тіла вершника;

- зниження згинальної жорсткості пучкової частини взуття за рахунок виконання спеціальних рифлень на формованій полімерній підошві паралельно лінії пучків стопи.

У четвертому розділі здійснена розробка раціональної внутрішньої форми, доцільних конструкцій і технології виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом.

На основі порівняння посадки та рухів вершника у різних видах кінного спорту (перегони, манежна виїздка, конкур) за їх відеограмами проаналізовані взаємні положення стопи, гомілки і стегна спортсмена та сформульовані функціональні й експлуатаційні вимоги щодо раціональної конструкції спортивного взуття для занять кінним спортом, а саме: до внутрішньої форми взуття; до конструкцій верху та низу взуття; до матеріалів для деталей верху і низу; до способів скріплення деталей верху між собою та із деталями низу. Цим вимогам відповідають спортивні чоботи з високою халявою. Порівняння можливих конструктивних рішень сприяло вибору найбільш доцільних варіантів: чоботи з прилягаючими прямими халявами - для тренувань і змагань з конкуру; чоботи з прилягаючими нахиленими вперед халявами - для здійснення перегонів; чоботи з неприлягаючими прямими халявами - для виїздки і тренувань спортсменів-початківців.

При розробці раціональної внутрішньої форми спортивного взуття застосували відомі методи проф. Либи В.П. та проф. Фукіна В.О. Ступінь раціональності внутрішньої форми взуття за цими методами визначається за величинами допустимого стискання стопи в процесі його експлуатації та відносної деформації матеріалів заготовки. У спортивному взутті також обов'язково необхідно враховувати динамічні зміни формо-розмірів стопи, що виникають під час виконання спортивних вправ. У відповідності до цих принципів периметри поперечних перетинів колодки О_к, їх ширина Ш_к і висота В_к у дисертації визначаються за формулами:

(5)

де О_ст, Ш_ст, В_ст - периметр, ширина і висота відповідного перетину УСС спортсменів, мм (за результатами статистичної обробки обмірів стоп);

ц - допустима відносна деформація стопи від силової дії деталей верху взуття: у пучковій частині ц_пуч = 2,8 ч 3,1 %; у підйомі ц_під = 2,1 ч 2,5 %; у п'ятковій частині ц_п'ят = 1,9 ч 2,2 %.;

е - відносна деформація деталей заготовки верху взуття, яка виникає від силової дії з боку стоп спортсменів; для системи матеріалів напівшкурок+шкіра підкладкова е = 1,4 ч 1,6 %;

К_ус - коефіцієнт усадки шкіряних деталей заготовки верху, яка виникає після зняття взуття з колодки в процесі виробництва; для системи матеріалів напівшкурок+шкіра підкладкова К_ус = 0,95;

К_ш, К_в - коефіцієнти, величини яких залежать від ділянки стопи і виду деформації;

K_дин - коефіцієнт, який враховує динамічне збільшення розмірів стоп спортсменів при виконанні спортивних вправ; в даному випадку можна використати дані для тих видів спорту, де навантаження на стопи досить великі, наприклад, у важкій атлетиці у пучковій частині стопи K_дин = 1,021 ч 1,037.

В результаті проведених розрахунків за формулами (5) та даними антропометричних досліджень були отримали раціональні розміри колодок для виготовлення спортивних чобіт чоловічої групи (табл. 2).

Таблиця 2. Розрахункові розміри поперечних периметрів раціональних колодок для виготовлення чобіт для кінного спорту (чоловіча група)

Поперечний перетин	Розміри, мм
	УСС	колодки
Обхват посередині пучків (0,68Дст)	252,0	260,8
Ширина посередині пучків (0,68Дст)	105,0	106,5
Висота посередині пучків (0,68Дст)	54,0	55,2
Обхват в прямому підйомі (0,5/0,55Дст)	268,6	273,1
Ширина в прямому підйомі (0,5/0,55Дст)	84,0	85,4
Висота в прямому підйомі (0,5/0,55Дст)	73,5	80,2
Ширина посередині п'ятки (0,18Дст)	68,1	71,8

Проектування контурів поперечних й поздовжньо-осьового перетинів, профілів сліду і габаритів раціональної колодки здійснили радіусографічним методом. Отримані поперечні та поздовжньо-осьовий перетини згрупували відносно осі ОХ, яка проходить через найбільш випуклу точку п'ятки і точку, яка знаходиться на відстані 0,73Д_ст і на висоті 0,09Д_ст посередині пучкової частини. В результаті отримали каркас, що відображає форму раціональної колодки (рис. 7).

Враховуючи специфічні умови експлуатації спортивного взуття для кінного виду спорту в роботі вперше розроблено форму-паравило для приформовування халяви до гомілки спортсмена. Для цього використали досвід проф. Либи В.П. у проектуванні халявної частини прес-форми для виготовлення полімерного взуття методами пресового формування або лиття. З метою мінімізації вихідних даних і однозначного рішення геометричних задач застосували каркасно-кінематичний метод (ККМ). Суть його полягає у конструюванні плоскої лінії, яка проходить через вузлові точки і ”рухається” по напрямній лінії, при цьому постійно змінює форму і розміри.

У результаті такої апроксимації отримали математичні моделі, що описують каркас поверхні форми-правила (рис. 8).

Направляючу лінію АВ форми-правила визначили як лінію центрів локальних обводів-еліпсів і за координатами вузлових точок апроксимували її плоскою кривою другого порядку:

(6)

За положенням крайніх точок обводу встановлені залежності координат точкового базису поверхні форми, віднесених до локальних систем координат, та від цих же координат, віднесених до основної системи XYZ. В результаті були отримана система рівнянь безперервно-каркасної поверхні форми-правила:

(7)

де a, b - довжини півосей апроксимуючого еліпса, мм;

X_нл - поточні координати направляючої лінії АВ, мм;

X, Y, Z - поточні координати поверхні форми-правила;

А₁, В_1, С₁, А_2, В_2, С_2, А_3, В_3, С₃ - постійні коефіцієнти.

Для забезпечення відповідності форми-правила середнім розмірам гомілок спортсменів (розд. 2) використовували наближену формулу для визначення периметра L_ел еліпса: L_ел = р ·(a + b).Прийнявши співвідношення a = 2 b, у формули (6) замість b підставляли значення b = L_ел /3р. Крім того, величину L_ел коригували у більшу сторону на товщину внутрішніх деталей, на товщину одягу (штанів) спортсмена та у меншу сторону на величину допустимого стискання гомілки ц = 1,5 ч 1,8 %.

У подальшому розроблена форма-правило для зручності технологічного процесу формування халяви спортивного взуття розділяється на три частини: задню 1, внутрішню 2 та передню 3 (рис. 8). Під час виготовлення взуття усі частини вставляються і з'єднуються у визначеній послідовності - спочатку задня, потім передня і нарешті посередині розклинююча середня, що і сприяє самому процесові формування халявної частини взуття.

Для проектування деталей верху чобіт застосували копіювально-графічну систему, зважаючи на її суттєві переваги перед іншими відомими методиками. Першою розроблялась конструкція чобіт з прямими прилягаючими халявами, зважаючи, що на її основі можуть бути спроектовані дві інші моделі (рис. 9).

Особливістю проектування деталей верху прилягаючого чобота за копіювально-графічною системою є створення конструктивної основи шляхом суміщення умовної розгортки колодки (УРК) та умовної розгортки гомілки (УРГ) з нанесеними на них відповідними базисними лініями. В даному випадку УРК отримували з колодки, виготовленої за розробленими кресленнями каркасу її поверхні (рис. 7), а УРГ - з форми-правила, виготовленої за розробленими кресленнями безперервного каркасу (рис. 8).

Контури халяви проектуються згідно з ескізом, враховуючи при цьому необхідні припуски відносно передньої і задньої ліній УРГ - на облягання гомілки і товщину внутрішніх деталей (рис. 9). Значення цих припусків для прилягаючих чобіт із застібкою «блискавка», враховують те, що підкладка буде викроєна із підкладкової шкіри, а штани спортсмена - з напівшерстяної тканини та підкладки із шовку. Для попередження поранення боків коня або пошкодження амуніції застібка «блискавка» розміщується на зовнішній стороні халяви. Для регулювання поперечних розмірів халяви при напруженні та розслабленні литкового м'яза у верхній зовнішній її частині передбачені розрізи і вставки із еластичної тасьми.

Один із варіантів конструкції халяви для забезпечення економії енергії у зчленуванні біоланок гомілки і стопи на всіх фазах рух передбачає кут нахилу лінії перегину халяви вперед від 77є до 84є.

Проектування формованої підошви (рис. 10) підпорядковані зниженню енерговитрат, зменшенню ризику ковзання підошви по стремені. Для цього у пучковій частині ходової поверхні формованої полімерної підошви виконуються поперечні рифлення з шириною 6-7 мм в глибиною 5-6 мм. Товщина підошви у місці рифлень зменшується до 4 мм.

Для попередження сковзання по стремені на лінію дії гравітаційних сил від маси тіла вершника при подоланні перешкод передбачене подовження каблука на 20-30 мм вперед і виконання лінії фронту каблука у вигляді прямої лінії.

На розроблені конструкції спортивного взуття для вершників створена нормативно-технічна документація, а також ТУ У 19.3-00302391-010-2008 «Взуття для кіннотників», отримано патент України на промисловий зразок №15139 «Взуття для вершників».

При розробці технологічного процесу складання заготовки верху і взуття за основу були взяті найновіші науково-методичні розробки кафедри КТВШ КНУТД, передовий досвід взуттєвих підприємств України та зарубіжних фірм, що спеціалізуються на виготовленні спортивного взуття для занять кінним спортом. Ефективність технологічного процесу досягається за рахунок використання раціональних схем руху напівфабрикатів на складальних потоках, сучасних основних і допоміжних матеріалів для деталей верху, низу, фурнітури та кріпильників, високопродуктивного універсального обладнання.

Розроблені конструкції чобіт для кіннотників, нормативно-технічна документація, ТУ і технологія виготовлення заготовки верху і взуття впроваджені на ТОВ ВКФ «Фенікс» ЛТД. Дослідні випробування експериментальних зразків чобіт під час тренувань та змагань показали, що усі розроблені конструкції демонструють покращені функціонально-експлуатаційні властивості порівняно із взуттям типових конструкцій. Спортсменами відмічаються висока зручність і надійність чобіт під час виконання спортивних вправ.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Аналіз вітчизняного і світового досвіду проектування та виготовлення спортивного взуття свідчить про відсутність раціональних, енергоощадних конструкцій взуття для спортсменів-кіннотників, а також ефективних технологій по його виготовленню. Вирішення проблеми створення конкурентноздатного спортивного взуття для занять кінним спортом передбачає проведення антропобіодинамічних досліджень системи «вершник-кінь-стопа» з використанням сучасних технічних засобів та удосконалення методології конструкторсько-технологічної підготовки виробництва спортивного взуття.

2. Удосконалена типова методика антропометричних обстежень стоп і гомілок спортсменів шляхом введення додаткових розмірних ознак, що відтворюють специфіку рухів нижньої кінцівки кіннотника при виконанні спортивних вправ, і створена антропометрична база даних по спортсменах чоловічої і жіночої груп, які входять до збірної команди з кінного спорту України.

3. Шляхом регресійного аналізу антропометричного матеріалу встановлені аналітичні залежності між розмірними ознаками стоп і гомілок спортсменів-кіннотників, які однозначно виявляють вплив тривалих занять кінним спортом на виникнення у їх будові морфологічних особливостей. Створена аналогова антропоморфологічна модель виборочної сукупності стоп спортсменів-кіннотників, яка складає теоретичну основу побудови раціональної внутрішньої форми спортивного взуття для занять кінним спортом.

4. На основі відеокомп'ютерного аналізу рухів системи «вершник-кінь-стопа» побудована анатомо-біомеханічна та ергономічна моделі функціонування нижньої кінцівки при подоланні конем перешкод, за допомогою якої встановлені залежності потенціальної, кінетичної і повної енергії біоланок нижньої кінцівки спортсмена у часі. Показано, що коефіцієнт рекуперації (збереження і повторного використання повної механічної енергії при рухових діях вершника) залежить від конструктивних особливостей взуття. Виявлені шляхи і прийоми удосконалення конструкцій верху і низу взуття для підвищення ефективності занять кінним спортом.

5. З урахуванням накопиченого на сьогоднішній день науково-практичного досвіду здійснено розрахунок і проектування раціональної внутрішньої форми взуття, колодок та форм-правил для виготовлення спортивних чобіт для занять кінним спортом з урахуванням особливостей формо-розмірів нижніх кінцівок спортсменів-кіннотників і їх функціонування при виконанні спортивних вправ.

6. Розроблені конструкції верху спортивних чобіт, що враховують особливості різних видів кінного спорту: з прямими прилягаючими халявами - для конкуру; з нахиленими вперед прилягаючими халявами - для кінних перегонів; з прямими неприлягаючими халявами - для манежної виїздки. Запропоновані конструкції верху і низу взуття підпорядковані зменшенню енерговитрат спортсмена, відверненню ковзання підошви по стремені, ефективному захистові стопи і гомілки від механічних ушкоджень.

7. Розроблений технологічний процес виготовлення спортивного взуття для занять кінним спортом, ефективність якого досягається за рахунок використання раціональних схем руху напівфабрикатів на складальних потоках, сучасних основних і допоміжних матеріалів для деталей верху, низу, фурнітури та кріпильників, високопродуктивного універсального обладнання. Виготовлені в умовах виробництва ТОВ ВКФ «Фенікс» ЛТД спортивні чоботи продемонстрували покращені функціонально-експлуатаційні властивості порівняно із взуттям типових конструкцій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Денисюк Л.В. Розробка програми автоматизованого проектування внутрішньої форми спеціального взуття для кінного виду спорту. Повідомлення 1: Антропометричні дослідження стоп спортсменів кінного виду спорту / Л.В. Денисюк, В.П. Коновал, І.І. Половніков // Вісник Хмельницького національного ун-ту. - 2007. - № 5. - Технічні науки. - С. 187-191.

2. Денисюк Л.В. Антропометричні дослідження стоп спортсменів кінного виду спорту / Л.В. Денисюк, В.П. Коновал, І.І. Половніков // Вісник Київського національного ун-ту технологій та дизайну. - 2010. - № 4 (54). - С. 29 - 34.

3. Денисюк Л.В. Розробка раціональної внутрішньої форми спортивного чобота для занять кінним спортом / Л.В. Денисюк, В.П. Коновал // Вісник Хмельницького національного ун-ту. - 2010. - № 5. - С. 54 - 58.

4. Денисюк Л. В. Розроблення конструкції верху спеціального спортивного взуття для кіннотників / Л. В. Денисюк // Легка промисловість. - 2007. - № 4 С. 34-35.

5. Денисюк Л.В. Біомеханічні дослідження функціонального стану стоп спортсмена-кіннотника / Л.В. Денисюк, В.П. Коновал, І.І. Половніков // Легка промисловість. - 2010. - № 3. - С. 38 - 39.

6. ТУ У 19.3-00302391-010:2008 / Задворнова Т. М., Денисюк Л. В. Взуття для вершників. - Технічні умови. - К. - 2008. - 15 с.

7. Пат. 15139 А Україна, МПК⁷ А43В 13/38. Взуття для вершників / І.І. Половніков, В.І. Андрущак, В.П. Коновал, Л.В. Денисюк; заявник і патентовласник ВАТ «Український науково-дослідний інститут шкіряно-взуттєвої пром-сті». - № 200700207; Заявл. 10.02.2007; Опубл. 10.10.2007, Бюл. № 16.

8. Половніков І.І. Розробка методу проектування спеціального спортивного взуття для кіннотників на основі антропометричних та біомеханічних досліджень/ І.І. Половніков, А.М. Архипов, С.М. Канішевський, Л.В. Денисюк, О.В. Омельчук // Вісник № 54 Чернігівського державного пед. ун-ту ім. Т. Г. Шевченка, 2008. - С. 284 - 298.

9. Половніков І.І. Біокінематичні та ергономічні дослідження біоланцюга: стегно-гомілка-стопа-рухома опора в системі ”вершник-кінь” / І.І. Половніков, А.М. Архипов, О.В. Омельчук, Л.В. Денисюк // Вісник № 69 Чернігівського державного пед. ун-ту ім. Т. Г. Шевченка, 2009. - С. 199 - 202.

Размещено на Allbest.ru